Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CADCAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu chính xác sử dụng phần mềm CADMEISTE

DƯƠNG TIẾN CÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

DƯƠNG TIẾN CÔNG

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu
chính xác sử dụng phần mềm CADMEISTER.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

2010
Hà Nội – Năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

DƯƠNG TIẾN CÔNG

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu
chính xác sử dụng phần mềm CADMEISTER.

Chuyên ngành : Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS TĂNG HUY

Hà Nội - Năm 2012


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

3

LỜI CẢM ƠN

4

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

5

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

7

MỞ ĐẦU

10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG NGÀNH CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

12

1.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM

12

1.1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM

12

1.1.2. Giới thiệu về CAD/CAM – CNC

13

1.1.3. Tích hợp CAD và CAM

14

1.1.4. Mục tiêu và ý nghĩa của hệ thống CAD/CAM

15

1.2. Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong ngành chế tạo khuôn mẫu

17

1.2.1 Sự phát triển và ứng dụng trên thế giới

17

1.2.2 Sự phát triển và ứng dụng tại Việt Nam

18

1.3. Kết luận

19

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN GIA CÔNG VẬT LIỆU CHẤT DẺO

20

2.1 Vật liệu chất dẻo

20

2.1.1. Khái niệm về chất dẻo và Polyme.

20

2.1.2. Phương pháp tổng hợp polymer

20

2.1.3. Phân loại polymer.

21

2.2 Một số loại chất dẻo thông dụng

21

2.2.1. Polyetylen - PE

21

2.2.2. Polypropylen - PP.

22

2.2.3. Polystyren PS

22

2.2.4. Polyvinilclorit PVC.

23

2.2.5. Polyamit - PA (Nylon).

23

2.3. Máy đúc áp lực

24

2.3.1. Phân loại

24

2.3.2. Cấu tạo

24

2.3.3. Chu trình đúc phun

26

2.3.4. Các thông số cơ bản của máy đúc phun

28

2.4 Khuôn ép nhựa

29

2.4.1. Khái quát về khuôn

29

2.4.2 Cấu tạo chung của khuôn

30

2.4.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa.

31

1


2.4.4. Các loại khuôn phổ biến.

32

2.4.5 Số lượng sản phẩm trên một khuôn

33

2.4.6. Các hệ thống của khuôn ép nhựa.

34

2.4.7. Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn.

44

2.4.8. Vật liệu làm khuôn

44

2.4.9. Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn

48

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA TRÊN PHẦN MỀM
CADMEISTER

49

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm thiết kế CADMEISTER.

49

3.1.1 Môi trường đồ họa của phần mềm Cadmeister

50

3.1.2 Một số thanh công cụ chính sử dụng trong quá trình thiết kế

50

3.2 Các môđun chính của phần mềm CADMEISTER

52

3.2.1 Môđun thiết kế chi tiết 3D.

52

3.2.2 Môđun lắp ghép các chi tiết đơn lẻ thành cụm chi tiết - Assembly

57

3.2.3 Môđun xuất bản vẽ kỹ thuật – Sheet.

58

3.2.4 Môđun thiết kế khuôn – Mold Design.

60

3.3 Ứng dụng Cadmeister thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm “hộp điện”

63

3.3.1 Phân tích chọn điểm rót nhựa cho chi tiết.

63

3.3.2 Phân tích hướng mở khuôn

67

3.3.3 Phân tích và định nghĩa những bề mặt thuộc lòng và lõi khuôn

67

3.3.4 Xây dựng đường phân khuôn và mặt phân khuôn

68

3.3.5 Tách lòng và lõi khuôn

69

3.3.6 Tạo chốt lõi và lõi mặt bên

70

3.3.7 Gọi khuôn theo tiêu chuẩn

72

3.3.8 Thiết kế các hệ thống phụ trên khuôn, hoàn thiện khuôn

72

3.3.9 Xuất bản vẽ kỹ thuật

76

CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH GIA CÔNG PHAY CNC TẤM LÒNG KHUÔN,
LÕI KHUÔN.

77

4.1 Chuyển đổi file dữ liệu.

77

4.2 Lập trình gia công tấm lõi khuôn – CORE.

78

4.3 Gia công mặt dưới của tấm lõi khuôn

80

4.4 Xuất chương trình NC.

81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

84

PHỤ LỤC

85

2


LI CAM OAN
Tác giả xin cam đoan rằng toàn bộ những kết quả đợc trình bày trong luận
văn với đề tài: Nghiờn cu ng dng k thut CAD/CAM trong thit k ch to
khuụn mu chớnh xỏc s dng phn mm CADMEISTER. này là công trình do
chính tác giả thực hiện và cha đợc công bố trên bất kỳ một tạp chí nào. Nếu
không đúng nh vậy, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tỏc gi

Dng Tin Cụng

3


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy, người đã hướng dẫn và giúp
đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn
chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong Bộ môn Chế tạo máyViện Cơ khí – Đại học Bách Khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo và Viện Sau
đại học của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường và các thầy cô khoa
Cơ khí Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Dương Tiến Công

4


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.

CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp.
CAPP - Computer Aided Process Planning
PHICS – Programers Hierarchica Graphic System
GKS-3D – Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM – Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification
SET – Standard Exchange transport
VDAFS-VAD – Flachenschnitt
PDES – Produce Data Exchange Specification
STEP – Standard for Exchange of Product Model Data
CAD-NT-CAD – Normteile
APT – Automatically Programmed Tools
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol
DNC – Direct Numerical Control
PPC – Production Planning Control
RP - Rapid Prototyping
IR – Industry Robot
PS – Power Shape
PE - Polyetylen
PP - Polypropylen
PS - Polystyren

5


PVC - Polyvinilclorit

PVA – Polyvinylacetat
PVAL - Polyvinylalcol

PA - Polyamit

6


HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1- Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM

13

Hình 1.2 - Quy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-NC

14

Hình 1.3 - Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm

15

Hình 1.4 - Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC

15

Hình 1.5 - Tác động của hệ thống CAD tới khả năng tạo hình trong thiết kế

16

Hình 1.6 - Khả năng phát hiện lỗi và chi phí cho việc khắc phục trong quá

trình thiết kế

16

Hình 2.1. - Mô hình máy ép phun

24

Hình 2.2. - Hệ thống kẹp

25

Hình 2.3. - Mô hình trục vít

25

Hình 2.4 - Quá trình nhựa hóa

27

Hình 2.5 - Giai đoạn bơm nhựa

27

Hình 2.6 - Giai đoạn làm nguội

27

Hình 2.7 - Giai đoạn lấy sản phẩm

27

Hình 2.8 - Cấu tạo chung của khuôn

30

Hình 2.9 - Khuôn 2 tấm

32

Hình 2.10 - Khuôn 3 tấm

32

Hình 2.11 - Khuôn nhiều tầng

32

Hình 2.12 - Khuôn có chốt tháo ngang

33

Hình 2.13 - Số lượng sản phẩm trên một khuôn

33

Hình 2.14 - Môt số loại chốt đẩy.

34

Hình 2.15 - Hệ thống cấp nhựa

35

Hình 2.16 - Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật.

36

Hình 2.17 - Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng vòng tròn.

37

Hình 2.18 - Một số dạng miệng phun thường dùng

38

Hình 2.19 - Hệ thống làm nguội khuôn bằng nước.

39

Hình 2.20 - Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên.

40

Hình 2.21 - Tháo lõi mặt bên bằng cam chân chó

40

Hình 2.22 - Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thủy lực.

40

7


Hình 2.23 - Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thanh đẩy xiên.

41

Hình 2.24 - Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống đường dẫn cam.

41

Hình 2.25 - Hình ảnh một số lòng và lõi khuôn

42

Hình 2.26 - Hệ thống dẫn hướng khuôn

43

Hình 2.27 - Các khối định vị khuôn

43

Hình 2.28 - Một số thép làm thân khuôn

45

Hình 2.29 - Một số thép làm lòng khuôn và lõi khuôn

47

Hình 3.1 - Giao diện của phần mềm Cadmeister

50

Hình 3.2 – Môi trường thiết kế các biên dạng 2D

53

Hình 3.3 – Môi trường thiết kế 3D chi tiết dạng khối hoặc bề mặt

55

Hình 3.4 – Môi trường lắp ráp các chi tiết đơn lẻ thành cụm chi tiết

57

Hình 3.5 – Môi trường xuất bản vẽ kỹ thuật cho chi tiết, cụm chi tiết.

59

Hình 3.6 – Môi trường thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa

61

Hình 3.7 – Mô hình 3D của chi tiết hộp điện

63

Hình 3.8 – Chọn vật liệu cho sản phẩm nhựa

64

Hình 3.9 – Phân tích điểm rót nhựa trên MoldFlow

65

Hình 3.10 - Phân tích thời gian điền đầy lòng khuôn

65

Hình 3.11 – Phân tích khả năng điền đầy lòng khuôn

66

Hình 3.12 – Phân tích nhiệt độ dòng chảy tại các vị trí

66

Hình 3.13 – Phân tích hướng mở khuôn cho sản phẩm hộp điện

67

Hình 3.14 – Định nghĩa lại các bề mặt lòng khuôn và lõi khuôn.

68

Hình 3.15 – Đường phân khuôn và mặt phân khuôn của sản phẩm.

69

Hình 3.16 – Tách lòng và lõi khuôn.

70

Hình 3.17 – Tạo chốt lõi cho tấm lòng khuôn Cavity.

71

Hình 3.18 – Tạo Slide, chốt lõi, miếng ghép cho tấm lõi khuôn.

71

Hình 3.19 - Hệ thống làm mát cho một lòng khuôn (phần khuôn tĩnh)

73

Hình 3.20 - Hệ thống làm mát cho hai lòng khuôn (phần khuôn tĩnh)

73

Hình 3.21 – Hệ thống làm mát của khuôn

73

Hình 3.22 – Vị trí các chốt đẩy trên một lòng khuôn

74

Hình 3.23 – Hệ thống đẩy sản phẩm

74

8


Hình 3.24 – Hệ thống dẫn hướng đẩy và hệ thống các trụ đỡ.

74

Hình 3.25 – Kết cấu phần khuôn động

75

Hình 3.26 – Kết cấu phần khuôn tĩnh

75

Hình 3.27 – Lắp ghép hoàn thiện bộ khuôn

75

Hình 3.28 – Hình ảnh tổng thể của bộ khuôn.

76

Hình 4.1 – Giao diện phần mềm Mastercam.

77

Hình 4.2 – Mô hình 3D của tấm lõi khuôn.

78

Hình 4.3 - Chọn dao và chế độ cắt gọt cho nguyên công phay thô 3 và 4

79

Hình 4.4 – Kết quả gia công đạt được sau nguyên công 3 và 4.

79

Hình 4.5 - Chọn dao và chế độ cắt gọt cho nguyên công phay 4 góc trên

80

Hình 4.6 – Kết quả gia công đạt được sau nguyên công 3 và 4.

80

Hình 4.7 - Chọn dao và chế độ cắt gọt cho nguyên công phay kênh dẫn nhựa. 81
Hình 4.8 – Kết quả gia công đạt được sau nguyên công 9.

81

Hình 4.9 – Dụng cụ cắt và kết quả đạt được sau nguyên công 10.

82

Hình 4.10 – Mặt dưới tấm lõi khuôn

82

Hình 4.11 – Dụng cụ cắt và kết quả gia công mặt dưới tấm lõi

83

Hình 4.12 – Xuất chương trình NC sau khi lập trình gia công.

84

9


MỞ ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước trong những năm gần đây
đang được đẩy nhanh - là một yêu cầu tất yếu cho sự phát triển của công nghiệp nói
riêng và nền kinh tế nói chung. Trong đó cơ khí hóa, tự động hóa trong các lĩnh vực
sản xuất là một phần không thể thiếu của nền sản xuất hiện đại. Là một học viên của
ngành cơ khí tôi luôn không ngừng học hỏi, nghiên cứu, tiếp cận với các thiết bị,
quy trình công nghệ cũng như ứng dụng các phần mềm CAD/CAM. Bằng thực
nghiệm và thí nghiệm trong quá trình giảng dạy tại các đơn vị trường học, cơ sở sản
xuất tôi đã nắm bắt và hiểu rõ hơn về các thiết bị máy móc, công nghệ.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ngày nay, các máy công
cụ điều khiển số tự động và bán tự động hiện đang được sử dụng phổ biến tại hầu
hết các nước. Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam
với số lượng ngày càng nhiều. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công
trên máy CNC cũng như trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao

đang là nhiệm vụ cấp bách.
Việc sử dụng các phần mềm CAD/CAM để khai thác tính ưu việt của các máy
CNC là hết sức cần thiết. Máy CNC giúp cho con người có thể gia công được
những sản phẩm theo mong muốn mặc dù là rất phức tạp mà trước đây con người
chưa thể gia công được. Thiết kế và chế tạo khuôn nhựa không phải là một đề tài
mới, tuy nhiên cùng với sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM, công nghệ
làm khuôn đã có những thay đổi rõ rệt. Độ chính xác của khuôn ngày được nâng
cao để đáp ứng yêu cầu của thị trường. Hiện nay có rất nhiều phần mềm có modul
thiết kế, gia công khuôn như Catia, Solid Edge, Cadmeister, Delcam, ProEngineer,
Mastercam, Camtool… mỗi phần mềm đều có những thế mạnh riêng. Phần mềm
CAD/CAM tích hợp Cadmeister là phần mềm rất mạnh của Nhật Bản chuyên dụng
cho thiết kế khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa. Hiện nay đã được nhiều công ty khuôn
mẫu như TOHO, MARUSUN, NIPPON, HAL VIỆT NAM,… sử dụng phục vụ sản
xuất và các Trường đại học trong nước như ĐH SPKT Hưng Yên, ĐH Công Nghiệp
Hà Nội, Cao đẳng Công Nghệ Thăng Long đưa vào chương trình đào tạo cho sinh
viên nắm được các công nghệ mới trong ngành thiết kế khuôn mẫu nhựa. Do đó dẫn

10


đến việc tác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM
trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu chính xác sử dụng phần mềm Cadmeister”.
Trong đề tài luận văn tốt nghiệp này tác giả sẽ tiến hành thiết kế khuôn trên
modul Cadmeister - Mold và lập trình gia công lòng khuôn trên phần mềm
Mastercam.
Lịch sử nghiên cứu: Nghiên cứu về ứng dụng phần mềm Cadmeister trong
thiết kế, chế tạo và gia công khuôn mẫu còn khá mới ở Việt Nam. Có rất ít doanh
nghiệp đang sử dụng phần mềm này, các tài liệu sử dụng phần mềm bằng tiếng Việt
chưa có nhiều đặc biệt là modul thiết kế khuôn Mold.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan về CAD/CAM, công nghệ chất

dẻo, khuôn nhựa và ứng dụng phần mềm Cadmeister vào thiết kế và gia công khuôn
nhựa trên máy CNC.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ thiết kế khuôn trên phần mềm
Cadmeister và lập trình gia công tấm lòng khuôn trên phần mềm gia công
Mastercam.
Ý nghĩa đề tài:
- Đưa ra cái nhìn tổng quan về CAD/CAM đặc biệt là trong sản xuất khuôn mẫu.
- Giúp hiểu rõ hơn các tính năng ưu việt và đa dạng của phần mềm CAD/CAMCadmeister
- Sơ lược về quy trình thiết kế khuôn trên phần mềm Cadmeister và gia công
khuôn mẫu trên phần mềm Mastercam.
Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ thiết kế khuôn
và phần mềm Cadmeister.
- Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn trên modul Cadmeister - Mold, lập trình gia
công tấm lòng khuôn trên phần mềm Mastercam.
- Gia công hoàn thiện tấm lòng khuôn trên máy phay CNC.

11


CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG NGÀNH CHẾ TẠO KHUÔN MẪU.

1.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM
1.1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM
Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM liên quan trực tiếp với sự phát
triển của công nghệ máy tính. Một trong những dự án quan trọng đầu tiên trong lĩnh

vực đồ hoạ máy tính là dự án triển khai ngôn ngữ APT tại Học viện công nghệ
Masschusetts vào giữa thập kỷ 50 của thế kỷ thứ 20. Chữ APT là viết tắt của thuật
ngữ Automatically Programed Tools. (Tạm hiểu là: Máy công cụ được lập trình tự
động). Dự án này có quan hệ mật thiết với ý tưởng triển khai một phương thức
thuận tiện để thông qua máy tính xác định các yếu tố hình học phục vụ cho việc lập
trình cho máy công cụ điều khiển số.
Từ những năm 60 của thế kỷ 20 nhiều tập đoàn công nghiệp như General
Motors, IBM, Lockheed Georgia, Itek Corp… đã thực hiện các dự án về đồ hoạ
máy tính. Đến cuối thập kỷ 60 một số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đã được
thành lập trong đó phải kể đến hãng Calma vào năm 1968, Applicon và
Computervision vào năm 1969. Các hãng này bán trọn gói theo kiểu chìa khoá trao
tay trong đó có hầu hết hoặc toàn bộ phần cứng và phần mềm theo yêu cầu của
khách hàng. Một số hãng khác phát triển theo xu hướng cung cấp phần mềm đồ hoạ
như hãng Par Hanratti mà công ty thành viên của nó đã cho ra đời AD2000…
Có thể nói đây là một trong những người mở đường tiêu biểu. Ngày nay
CAD/CAM đã thực sự trở thành một công nghệ có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh
chóng trên nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau và cũng thật khó có thể
liệt kê đầy đủ các hãng sản xuất và cung cấp dịch vụ, sản phẩm trong lĩnh vực này.
Trong lĩnh vực này phải kể đến một vài hãng quen thuộc như Soft Desk nổi tiếng
với phần mềm đồ hoạ Autocad ra đời từ cuối năm 1982, hãng Gulf Publishing với
các phần mềm thiết kế máy, hãng MTS với gói phần mềm MTS - CAD/CAM...
Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 – 80. Ta có thể biểu
diễn lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM bằng sơ đồ sau đây:

12


CIM
CAD/CAM
CAD

FMS
CNC
NC

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM
1.1.2. Giới thiệu về CAD/CAM – CNC
Trong ngành Cơ khí đã có sự dịch chuyển từ tự động hoá các doanh nghiệp
có quy mô sản xuất lớn sang quy mô vừa và nhỏ, điều đó đã cho phép dễ dàng thực
hiện linh hoạt hoá. Với định hướng này, dây chuyền gia công chi tiết cơ khí có thể
thực hiện theo một trong các phương án sau:
+ Phương án 1: Dùng máy vạn năng kết hợp gá lắp, điều chỉnh theo nhóm chi tiết.
+ Phương án 2: Dùng máy chuyên dùng đơn giản có khả năng điều chỉnh theo
nhóm chi tiết gia công.
+ Phương án 3: Dùng các máy hay trung tâm gia công CNC theo giải pháp tập
trung nguyên công, tự động hoá việc điều khiển theo hướng linh hoạt hoá và tự
động hoá
Các thủ tục xử lý trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC có thể khái quát qua sơ đồ
hình1.3.

13


Bắt đầu hệ thống
CAD/CAM
Tạo lập mô hình học
(2D, 3D)
Tệp dữ liệu hình học
Tạo lập bản vẽ chi
tiết
Chọn dụng cụ cắt

Tệp dụng cụ cắt

Đặt các điều kiện về
gia công (cắt gọt)

Tệp vật liệu gia công

Tạo lập quỹ đạo dao
(Toolpath)
Chuẩn bị chương
trình gia công NC

Tệp dữ liệu về máy
CNC

Xuất băng lỗ NC (ghi
chương trình gia

công NC)
Gia công chi tiết trên
máy CNC

Hình 1.2. Quy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-NC
Quá trình từ thiết kế đến chế tạo ra sản phẩm có sự đóng góp đắc lực của kỹ
thuật CAD/CAM-CNC nhưng vai trò của con người trong đó có ý nghĩa quyết định.
Chương trình gia công NC, CNC dù có được xây dựng từ chuỗi liên thông thì cũng
không thể đáp ứng với mọi loại máy, mọi loại vật liệu, mọi phương thức gia công...
mà thể hiện rõ nhất là việc sử dụng chế độ cắt trên máy.
1.1.3. Tích hợp CAD và CAM
¾ Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM-CNC:

14


CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm được kết nối theo sơ đồ sau:

CAD

Hardware

CAM

Software

Hardware

Software

+ Scanner

+ Auto CAD

Máy công cụ CNC

+ Cimatron

+ Digitizer

+ Auto Surf

Robot (IR)

+ TRAUB

+ Digital

+ Designer

Trung tâm tế bào gia

+ DENFORD

+ Camera

+Auto Architec

công CNC.

+ Master CAM

(AUTO-DESK,

FMS DESK…)

+ Heidenhain

SOFT-DESK…)

+ Boxfort
MTS, v.v…

Hình 1.3 – Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm
¾ Nguyên lý CAD/CAM – CNC
Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật CAD/CAM:

Nhu cầu
sx, tiêu
dùng

Giao diện dữ liệu (tiêu

Giao diện dữ liệu (tiêu

chuẩn/chuyên dụng)

chuẩn/chuyên dụng)

CAD

CAM

CNC

Đối tượng
sx (Chi tiết,
sản phẩm)

Hình 1.4 Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC
1.1.4. Mục tiêu và ý nghĩa của hệ thống CAD/CAM
Dòng thông tin chính trong một doanh nghiệp được xuất phát từ các lĩnh vực
xác định khái niệm sản phẩm (thiết kế, cấu trúc, chuẩn bị gia công) đến các lĩnh vực
gia công chế tạo sản phẩm. Để cho chất lượng sản phẩm tốt hơn, thời gian sản xuất
ngắn hơn, tính linh hoạt tăng lên và như vậy tính kinh tế, sự cạnh tranh cao hơn bắt
buộc ở tất cả các khâu của quá trình sản xuất sản phẩm cần phải tìm và ứng dụng
các khả năng quay vòng sản xuất.

15


Ở hình 1.5 chỉ rõ ở phía bên trái việc thiết kế các kết cấu bằng tay do người
giàu kinh nghiệm thực hiện. Việc làm thủ công này chiếm mất khoảng 50%. Những
công việc này hoàn toàn có thể mô tả bằng thuật toán dưới sự hỗ trợ của máy tính
trong trường hợp định nghĩa sản phẩm bằng một hệ thống CAD/CAM.

Thiết kế truyền thống

Thiết kế với CAD/CAM

Hình 1.5. Tác động của hệ thống CAD tới khả năng tạo hình trong thiết kế
Thực chất mục đích ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM ngày nay có thể nâng cao
chất lượng sản phẩm. Ở bước thứ nhất là phải nhận biết được các lỗi và giải quyết
lỗi đó như vậy sẽ không làm ảnh hưởng đến công đoạn kế cận hay không ảnh hưởng
đến các chức năng sản xuất sau này. Làm như vậy sản phẩm sẽ ít có lỗi và giá thành
sản phẩm mới giảm, ở hình 1.6 cho thấy ý nghĩa của việc sử dụng thiết bị phát hiện
lỗi sớm.

Hình 1.6 Khả

năng phát
hiện lỗi và chi phí cho việc khắc phục

16


trong quá trình thiết kế
Hệ thống CAD/CAM có thể hỗ trợ nâng cao chất lượng sản phẩm qua:
-

Tạo hình dáng chính xác cho sản phẩm và thuyết minh sản phẩm mới bằng sự
hỗ trợ của máy tính (Tạo mẫu cho sản phẩm nhanh và chính xác).

-

Xây dựng tài liệu nhanh và chính xác (Tiêu chuẩn hoá và công nghệ chuẩn).

-

Linh hoạt trong thiết kế và gia công.

- Sử dụng CAD/CAM có khả năng sử dụng tiếp các dữ liệu sản xuất mà máy tính
lưu dữ cho các công đoạn kế cận hay cho toàn bộ quá trình sản xuất sản phẩm (Ví
dụ truyền các dữ liệu về hình dạng hình học, cấu trúc của chi tiết đến công đoạn lập
kế hoạch sản xuất, gia công và lắp ráp...).
- Các doanh nghiệp có trang bị CAD/CAM mạnh họ sẽ luôn có ưu thế trong việc
cung cấp khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn, các tài liệu của sản phẩm
được đọc và viết dưới dạng số hoá, đôi khi ý nghĩa này được coi như nghĩa vụ trong
việc sử dụng hệ thống CAD/CAM. Khi các dữ liệu sản xuất hãy còn tồn tại trên
máy mà ta sử dụng hệ thống CAD/CAM sẽ cho phép các doanh nghiệp tăng sức
cạnh tranh.
1.2. Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong ngành chế tạo khuôn mẫu.
1.2.1 Sự phát triển và ứng dụng trên thế giới
Các nước có nền công nghiệp tiên tiến như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan,…
đã ứng dụng rộng rãi công nghệ CAD/CAM đặc biệt là trong ngành công nghiệp
khuôn mẫu để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền
thống sang sản xuất công nghệ cao nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và phát huy
tối đa năng lực thiết bị của mình.
Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong ngành chế tạo khuôn mẫu hiện nay
theo các hướng sau:
- Hoàn thiện phát triển phần cứng điều khiển số CNC. Hướng này là sự kết hợp
giữa Cơ – Tin – Điện tử và đã có kết quả rất tốt. Các dây chuyền sản xuất đồng bộ
với hàng loạt các thiết bị công nghiệp, máy công cụ có gắn hệ điều khiển CNC với
độ chính xác gia công cao. Hãng Fanuc và Heidenhain là hai hãng nghiên cứu và

17


chế tạo hệ điều khiển CNC nổi tiếng nhất thế giới. Phát triển phần mềm theo hướng
đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và giao diện thân thiện, linh hoạt

hơn.
- Xây dựng hệ thống phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp thiết kế và chế
tạo khuôn mẫu, công nghệ thông tin được ứng dụng triệt để trong hướng phát triển
này. Các phần mềm nổi tiếng như Catia do hãng Dassaul Systemse viết, phần mềm
Pro-Engineer do hãng Parametric Technology xây dựng và phát triển, một số phẩn
mềm khác như Cimatron, Delcam, MasterCam. Trong những năm gần đây Nhật
Bản đã đưa ra phẩn mềm Cadmeister chuyên dùng cho ngành thiết kế chế tạo khuôn
mẫu nhựa. Hướng phát triển của hệ thống CAD/CAM sẽ là sự bổ sung các loại mô
hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia công chính xác và hiệu quả hơn.
- Phát triển các phẩn mềm trợ giúp thiết kế tính toán, kiểm định và mô phỏng.
Hướng phát triển này khá mới mẻ và đang được ưu tiên đầu tư hàng đầu. Lợi ích
đáng kể nhất của phần mềm này là cho phép người sử dụng thiết kế nhanh hơn,
chính xác hơn và đặc biệt là có thể giảm thiểu các sai sót trong khâu thiết kế và chế
tạo. Trong lĩnh vực khuôn mẫu có thể kể đến các thư viện chi tiết tiêu chuẩn trong
khuôn được sản xuất bởi hàng trăm công ty lớn nhỏ để cung cấp cho các nhà chế
tạo khuôn. Tiêu chuẩn hóa các chi tiết đang là xu thế tất yếu trong các lĩnh vực chế
tạo nói chung.
- Ngoài ba hướng ứng dụng trên còn có một loạt các ứng dụng mới như: Công
nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ Laser, công nghệ gia công tốc độ cao cũng đang
được triển khai với quy mô quốc tế.
1.2.2 Sự phát triển và ứng dụng tại Việt Nam
Các cơ sở sản xuất khuôn mẫu trong nước trước đây việc thiết kế và chế tạo
khuôn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, tay nghề của thợ do đó khi gia công gặp nhiều
trở ngại. Trong những năm gần đây các công ty bắt đầu đầu tư phần mềm
CAD/CAM để nâng cao độ chính xác, năng suất trong quá trình thiết kế và gia công
khuôn. Tuy nhiên việc đầu tư còn nhiều hạn chế do chi phi đầu tư cao nên chỉ có
các doanh nghiệp lớn có thể đầu tư, còn đa số các doanh nghiệp nhỏ chỉ sử dụng các
phần mềm miễn phí hoặc bản dùng thử không có bản quyền.

18

Đội ngũ cán bộ sử dụng công nghệ CAD/CAM còn ít, trình độ còn hạn chế
do chưa được đào tạo bài bản. Trang bị máy công cụ gia công điều khiển số CNC
để chế tạo khuôn mẫu ở các doanh nghiệp mới chỉ dừng lại ở một vài trung tâm
phay CNC, tiện CNC và một vài thiết bị gia công CNC khác đều thuộc cỡ trung và
nhỏ nên sản phẩm chế tạo ra mới chỉ là loạt nhỏ, đơn giản và không đồng đều về
mặt chất lượng.
Việc ứng dụng các phần mềm tích hợp CAD/CAM hiện này ngày càng phổ
biến. Các doanh nghiệp đã nhận thức được sức mạnh của công nghệ CAD/CAM
trong việc chế tạo các loại khuôn mẫu có độ chính xác và phức tạp cao.
Hiện nay công nghệ CAD/CAM đã được đưa vào đào tạo tại các trường đại
học kỹ thuật với kiến thức công nghệ được cập nhật thường xuyên. Tuy nhiên chất
lượng đào tạo còn chưa thực sự cao do còn thiếu máy CNC để thực hành. Bên cạnh
đó các trường dạy nghề và các viện nghiên cứu cũng góp phần đáng kể vào việc đào
tạo công nhân kỹ thuật và kỹ sư.
1.3. Kết luận
Công nghệ CAD/CAM – CNC là một bước nhảy vọt trong ngành công nghệ
Cơ khí, nó làm thay đổi về chất của nền sản xuất Cơ khí khi nó có bổ trợ của công
nghệ thông tin và điện tử. Rõ ràng khi có sự bổ trợ này thì tính tự động hóa trong
thiết kế và gia công được nâng lên rất nhiều, giúp tăng hiệu quả kinh tế và giảm
thiểu được sức lao động. Để nắm bắt tốt được CAD/CAM – CNC thì ngoài những
kiến thức rất tốt về công nghệ còn cần phải khai thác sâu về phần mềm thiết kế và
gia công. Với tốc độ phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp Cơ khí hiện
nay đòi hỏi người làm công nghệ không chỉ nắm vững được những kiến thức cơ
bản mà phải thường xuyên cập nhật kiến thức mới. Chính vì vậy việc nắm bắt công
nghệ CAD/CAM – CNC là một nhu cầu hết sức quan trọng, nhất là trong hoàn
cảnh nước ta đang trong giai đoạn tiếp cận nền sản xuất hiện đại.

19

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN GIA CÔNG
VẬT LIỆU CHẤT DẺO
2.1 Vật liệu chất dẻo
2.1.1. Khái niệm về chất dẻo và Polyme.
Chất dẻo là loại vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ các Polyme cùng với các
chất phụ gia phù hợp cho mục đích sử dụng như chất độn, chất gia cường, chất ổn
định, chất bôi trơn, chất tạo màu,…
Polyme là hợp chất hữu cơ được hình thành do sự liên kết hóa học bền vững
giữa các đơn vị Polymer với cấu trúc phân tử hoàn toàn giống nhau.
Ví dụ: Polyetylen: nCH2 = CH2 → (- CH2 – CH2 -)n
Các đơn vị polymer (- CH2 – CH2 -) được gọi là các mắt xích của chuỗi
mạch. Độ lớn của mạch phân tử được xác định bằng phân tử lượng trung bình M
hoặc độ trùng hợp trung bình P.
Đặc tính chung của polymer:Polymer là loại vật liệu nhẹ (ρ = 0,8 – 2,2
g/cm3), mềm dẻo (E nhỏ), có khả năng thấu quang tốt, dễ bị thẩm thấu bởi các chất
khí, dẫn nhiệt kém, dẫn điện kém, bền với hóa chất, có khả năng tái sử dụng cao (tái
sinh, chất đốt), có nhiệt độ gia công thấp (2500 – 4000), được gia công bằng nhiều
phương pháp (đùn, đúc phun, thổi, ép,…)
2.1.2. Phương pháp tổng hợp polymer
- Sự trùng hợp: Một số loại chất dẻo: Polyetylen, Polystyren, Polyvinylclorit,…
Với phương pháp này sau khi thực hiện phản ứng sẽ không có sự tạo thành sản
phẩm phụ. Yêu cầu để thực hiện là phải có liên kết đôi không bão hòa.
- Sự trùng phối: Một số loại chất dẻo: Polyuretan, nhựa Epoxy,… Phương pháp
này không xuất hiện các sản phẩm phụ có phân tử thường. Trong phản ứng dùng hai
chất đơn phân tử khác nhau. Có sự đổi chỗ cho các nguyên tử. Các nhóm chức trong
Monomer thường là hai và nằm ở hai đầu phân tử Monomer.

20

- Sự trùng ngưng: Phản ứng có sự tạo thành sản phẩm phụ (H2O). Các Monomer
ban đầu có chứa các nhóm chức, số nhóm chức lớn hơn 2 . Phản ứng cần cung cấp
thêm nhiệt. Ví dụ Phenol
- Đồng trùng hợp và các Polymer hỗn hợp: Phản ứng đồng trùng hợp là sự tham
gia phản ứng trùng hợp của hai hoặc ba Monomer khác loại, chúng liên kết lại với
nhau tạo ra polymer đồng trùng hợp. Một số chất dẻo: ABS (bloc), SAN (ghép cấy),
PVC (polyblend).
2.1.3. Phân loại polymer.
- Theo cơ sở nguồn gốc nhận Polymer:
Polymer tự nhiên: cao su thiên nhiên, xelluloz và len
Polymer tổng hợp: tạo thành thông qua PƯHH: PP, PVC, Epoxy,..
- Theo tính chất cơ lý đặc biệt: Nhựa nhân tạo, vật liệu có tính cao su, vật liệu tạo
sợi, vật liệu tạo màng.
- Theo cấu trúc hóa học, khả năng gia công và ứng dụng.
Các Polymer mạch cácbon, mạch chính chỉ có nguyên tử C.
Các Polymer mạch không đồng nhất, mạch chính còn có O, N, …
Các Polymer mạch vô cơ, mạch chính không chứa C.
- Theo phương diện công nghệ:
Chất dẻo nhiệt dẻo.
Chất dẻo nhiệt rắn.
2.2 Một số loại chất dẻo thông dụng
2.2.1. Polyetylen - PE
Là chất dẻo tinh thể, trữ lượng pha tinh thể phụ thuộc vào chế độ gia công. Với
PELD, Pđúc = 3000 – 10000 N/cm2, nhiệt độ gia công 150 - 270oC, nhiệt độ khuôn
20 – 60oC (có thể đến 90oC). Với PEHD, Pđúc = 3000 – 12000 N/cm2, nhiệt độ gia
công 200 – 280oC (có thể đến 300oC), nhiệt độ khuôn 40 – 70oC (có thể đến 100oC).
Độ co ngót của PE từ 1 – 3% (tới 5%). Tại các vị trí tiếp giáp giữa thành và đáy
phải có bán kính cong lớn, với độ côn cho phép cực đại, các cạnh trên mép của sản

phẩm cần được củng cố bằng gân, hoặc tăng bề dày. Khi thiết kế khuôn (nhất là đối
với PEHD) cần chú ý đến hệ thống làm mát. Chỗ vào của nước lạnh nên để gần
kênh dẫn nhựa còn cửa ra nên đưa ra xa những vị trí đó.

21


Ứng dụng của Polyetylen: Bọc dây điện, dây cáp do PE có tính cách điện cao, độ
thấm hơi nhỏ; Sản xuất ống dẫn vì ống PE không bị ăn mòn, sức cản nhỏ khi có
chất lỏng chảy qua, dễ lắp ráp, mềm, chịu lạnh tốt,…; Màng và tấm PE dùng để bao
gói hàng, bảo vệ máy móc và các chi tiết máy, làm các khinh khí cầu, áo mưa, khăn
trải bàn, mái che,...; Sản phẩm đúc phun: là phương pháp được áp dụng rộng rãi
nhất để gia công sản phẩm định hình bằng vật liệu Polyetylen.
2.2.2. Polypropylen - PP.
Là chất dẻo tinh thể, nhiệt độ gia công từ 200 – 280oC. Áp suất đúc 8000 – 14000
N/cm2. Độ ngót 1 – 2,5%, bề dày sản phẩm tăng độ co ngót sản phẩm tăng. Sau một
khoảng thời gian ngắn sau khi lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, sản phẩm có lượng co
ngót lần hai. Độ co ngót lần 2 xảy ra sau 6h đầu sau khi sản phẩm lấy ra khỏi
khuôn. Với việc giảm nhiệt độ vật liệu trong khuôn, tăng áp suất đúc, tăng thời gian
bơm và thời gian duy trì vật liệu dưới áp suất thì độ co ngót lần 2 giảm.
Nhiệt độ khuôn từ 40 – 70oC (có thể 90 – 100oC, tùy thuộc dạng sản phẩm, chế
độ gia công). Nhiệt độ khuôn cao dùng cho sản phẩm thành mỏng để giảm đến mức
tối thiểu biến dạng, nhiệt độ khuôn cao bề mặt sản phẩm bóng. PP nguội nhanh
trong khuôn làm giảm thời gian làm mát sản phẩm.
Ứng dụng của PP: sản xuất các loại vật dụng thông thường, sản phẩm gia dụng,
vật dụng chất lượng cao, chi tiết công nghiệp, các loại van, vỏ acquy, chi tiết nhựa
trong xe máy, ôtô, điện tử, nội thất cao cấp, hộp thực phẩm, bàn ghế, dùng cho bao
bì y tế, bao bì thực phẩm, xylanh tiêm
2.2.3. Polystyren PS
Các loại Polystyren đều có khoảng nhiệt độ gia công 150 – 250oC đạt được độ

chảy cao, một đặc trưng tốt đối với công nghệ đúc phun. Thùng liệu cần sấy sơ bộ
từ 50 – 70oC. Áp suất đúc: 4000 – 6000 N/cm2 tùy thuộc vào kết cấu khuôn, hình
dạng sản phẩm, máy đúc và các yếu tố công nghệ. Nhiệt độ khuôn thường không
quá 20 – 40oC (có thể tới 60oC). Độ co ngót từ 0,2 – 0,5%. Để giảm nội ứng suất
ủ ở nhiệt độ 65 – 85oC từ 1 – 3 giờ. Sản phẩm từ PS nhìn chung dễ đẩy ra khỏi
khuôn. Đối với PS chưa được biến tính có độ giòn khá cao, cần thiết phải phân bố
lực đẩy cho đều và đặc biệt ở những chỗ có gân cần phải vê tròn.

22


Ứng dụng của PS: Nhựa PS dễ dàng gia công bằng phương pháp đúc phun chế
tạo các sản phẩm định hình; Sản phẩm của công nghệ đùn: ống, thanh, băng, màng,
và sợi; Xốp Polystyren là loại vật liệu bên trong có nhiều lỗ hổng chứa không khí
hoặc khí trơ khác, dẫn nhiệt kém nên được dùng để cách nhiệt các ống dẫn nước,
trong máy lạnh. Nhựa xốp PS có thêm bột than và bột kim loại sẽ dùng trong trường
hợp hấp thụ tần số âm thanh cực cao.
2.2.4. Polyvinilclorit PVC.
PVC dẻo hóa và các polymer của nó có nhiệt độ gia công từ 150 – 200oC. Khi
vật liệu bị cháy tỏa ra khí acid (HCl) nên cần phải theo dõi vật liệu. Áp suất đúc từ
5000 – 9000 N/cm2. Áp suất đúc của PVC cứng: 8000 – 15000 N/cm2.Nhiệt độ
khuôn đúc 20 – 60oC. Độ co ngót 0,4 – 0,7% và tăng (tới 1%) khi trữ lượng chất
dẻo hóa tăng.
Sản phẩm thành dày từ PVC khó sản xuất vì chúng cần làm mát lâu. Ngoài ra
sản phẩm thành dày có độ co ngót lớn vì vậy thời gian duy trì áp suất lâu và cần
tăng cường kênh rót. Khi phân hủy PVC cứng thải ra khí acid vì vậy bề mặt khuôn
cần mạ crôm hoặc phủ niken.
Ứng dụng của PVC: PVC cứng thường được dùng để bọc lót lên kim loại, gỗ,
bêtông trong các thiết bị và bể chứa. Ống dẫn, tấm PVC cứng thường được gia công
bằng phương pháp đùn, cán liên tục. Các sản phẩm định hình như các chi tiết trong

máy bơm, các bánh răng… thường được chế tạo bằng phương pháp đúc phun. Dùng
PVC mềm để sản xuất ra các sản phẩm có tính chất mềm mại như màng mỏng, lớp
phủ, bột nhão, nhựa xốp, vải giả da,…
2.2.5. Polyamit - PA (Nylon).
Là chất dẻo tinh thể có nhiệt độ nóng chảy: 180 – 289oC, nhiệt độ làm mềm của
PA thấp hơn nhiệt độ nóng chảy 50 – 150oC. Khi chuyển từ trạng thái rắn sang
trạng thái lỏng, thể tích vật liệu tăng khoảng 15%. Áp suất đúc 8000 – 10000
N/cm2. Nhiệt độ khuôn duy trì trong khoảng 60 – 120oC và cần phải điều chỉnh
nghiêm ngặt để tránh cho vật liệu khỏi bị đông cứng trong kênh dẫn. Cần thiết phải
đảm bảo khuôn có nhiệt độ ổn định và đồng đều.
Khó khăn khi gia công PA có liên quan đến trữ lượng độ ẩm cao (dễ hút ẩm),
với độ ẩm môi trường 65% PA chứa tới 3%. Trước khi nhập PA vào thùng liệu cần

23