Ứng dụng các phần mềm CAD CAM CAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa và phương pháp taguchi để xác định chế độ công nghệ tối ưu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.73 MB, 69 trang )
..
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả
Nguyễn Văn Tình
-1 -
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................. 6
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................................. 7
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 9
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE ...................... 11
1.1. Lịch sử phát triển ............................................................................................... 11
1.2. Công nghệ CAD ................................................................................................ 12
1.3. Công nghệ CAM ............................................................................................... 13
1.4. Công nghệ CAE ................................................................................................ 14
1.5. Mối liên hệ giữa CAD/CAM/CAE.................................................................... 15
1.6. Vai trò của CAD/CAM/CAE ............................................................................ 17
1.7. Kết luận ............................................................................................................. 18
Chƣơng 2
THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA ........................... 19
2.1. Giới thiệu và phân tích sản phẩm ...................................................................... 19
2.1.1. Giới thiệu sản phẩm ................................................................................... 19
2.1.2. Phân tích sản phẩm .................................................................................... 19
2.1.3. Bản vẽ sản phẩm ........................................................................................ 19
2.2. Ứng dụng phần mềm Moldflow trong đánh giá chất lƣợng sản phẩm ............. 21
2.2.1. Giới thiệu phần mềm Moldflow .................................................................21
2.2.2. Q trình phân tích trong phần mềm Moldflow ........................................ 21
2.3. Thiết kế khuôn trên phần mềm Cimatron E10 .................................................. 28
2.4. Kết luận ............................................................................................................. 33
Chƣơng 3
THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN ........................... 34
3.1. Chọn máy ép phun............................................................................................. 34
3.2. Xác định dạng sản xuất ..................................................................................... 34
-2 -
3.3. Xác định phƣơng pháp chế tạo phôi .................................................................. 35
3.4. Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi khn .......................................................... 35
3.4.1. Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi khn động .......................................... 35
3.4.2. Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi khn tĩnh ............................................ 35
3.5. Mơ phỏng gia cơng lịng khn trên phần mềm Cimatron E10 ........................ 36
3.6. Kết luận ............................................................................................................. 42
Chƣơng 4
GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP TAGUCHI ........................................... 43
4.1. Thiế t kế thí nghiê ̣m – Cách tiếp cận theo phƣơng pháp truyền thống và phƣơng
pháp Taguchi ............................................................................................................ 43
4.1.1. Phương pháp truyề n thố ng ........................................................................ 43
4.1.2. Phương pháp Taguchi ................................................................................ 44
4.2. Đặc điểm phƣơng pháp Taguchi ........................................................................ 45
4.2.1. Thiế t kế thí nghiê ̣m ..................................................................................... 45
4.2.2. Phân tích kế t quả ....................................................................................... 45
4.2.3. Phạm vi ứng dụng ...................................................................................... 46
4.2.4. Các ưu, nhược điểm của phương pháp Taguchi ........................................ 46
4.3. Các khái niệm cơ bản ........................................................................................ 47
4.3.1. Bảng trực giao ........................................................................................... 47
4.3.2. Tỷ số S/N .................................................................................................... 50
4.3.3. Phân tích phương sai ANOVA ................................................................... 53
4.4. Các bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi.......................................................... 58
4.5. Kết luận ............................................................................................................. 59
Chƣơng 5
XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ TỐI ƢU BẰNG PHƢƠNG PHÁP
TAGUCHI ………………………………………………………………………….60
5.1. Xác định các yếu tố tác động, tiêu chí đánh giá chất lƣợng .............................. 60
5.2. Xác định các yếu tố nhiễu ................................................................................. 60
5.3. Yếu tố cẩn tối ƣu hóa và yếu tố điều khiển ....................................................... 60
5.4. Lựa chọn bảng trực giao, thiết kế ma trận thí nghiệm ...................................... 61
5.5. Phân tích dữ liệu: Xác định chế độ công nghệ tối ƣu ....................................... 62
5.6. Kết luận ............................................................................................................. 67
-3 -
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 69
-4 -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
APT
CAD
CAM
CAE
NC
CNC
CAPP
CG
FEM
CSDL
OA
S/N
MSD
DOF
ANOVA
Automatically Progammed Tools
Computer Aided Design
Computer Aided Manufacturing
Computer Aided Engineering
Numerical Control
Computer Numerical Control
Computer Aided Process Planning
Computer Graphic
Finite Element Method
Cơ Sở Dữ Liệu
Orthogonal Array
Signal to Noise
Mean Square deviation
Degree of Freedom
Analysis of Variance
-5 -
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Bảng trực giao OA4 (23 ) ................................................................................. 48
Bảng 4.2. Bảng trực giao OA8 (27 ) . ................................................................................ 48
Bảng 5.1. Yếu tố điều khiển. ......................................................................................... 60
Bảng 5.2. Bảng trực giao. .............................................................................................. 61
Bảng 5.3.Tính tốn dữ liệu ............................................................................................ 62
Bảng 5.4. Kết quả S/N ................................................................................................... 63
Bảng 5.5. Kết quả độ ngót lớn nhất ............................................................................... 64
Bảng 5.6. Bảng phân tích ANOVA với S/N..................................................................65
-6 -
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC ........... 15
Hình 2.1. Mơ hình chi tiết.............................................................................................. 20
Hình 2.2. Bản vẽ chi tiết ................................................................................................ 20
Hình 2.3. Biểu đồ chia lƣới. .......................................................................................... 22
Hình 2.4. Biểu đồ phân tích vị trí đặt cuống phun. ....................................................... 22
Hình 2.5. Xác định vị trí cuống phun. ........................................................................... 23
Hình 2.6. Chế độ ép phun .............................................................................................. 23
Hình 2.7. Biểu đồ phân tích hƣớng dịng chảy. ............................................................. 24
Hình 2.8. Biểu đồ thời gian điền đầy lịng khn.......................................................... 24
Hình 2.9. Biểu đồ phân bố nhiệt độ ép phun. ................................................................ 25
Hình 2.10. Biểu đồ biến đổi lực giữ khn ................................................................... 25
Hình 2.11. Biểu đồ phân tích độ co ngót sản phẩm. ...................................................... 26
Hình 2.12. Biểu đồ rỗ khí sản phẩm. ............................................................................. 27
Hình 2.13. Biểu đồ phân tích đƣờng hàn. ...................................................................... 27
Hình 2.14. Mặt phân khn ........................................................................................... 28
Hình 2.15. Lõi khn tĩnh ............................................................................................. 29
Hình 2.16. Lõi khn động ............................................................................................ 29
Hình 2.17. Hệ thống định vị và dẫn hƣớng ................................................................... 30
Hình 2.18. Hệ thống làm mát ........................................................................................ 31
Hình 2.19. Hệ thống đẩy sản phẩm ............................................................................... 31
Hình 2.20. Chốt hồi ....................................................................................................... 32
Hình 2.21. Hệ thống cấp nhựa ....................................................................................... 32
Hình 2.22. Bộ khn hồn chỉnh ................................................................................... 33
Hình 3.1. Máy ép phun nhựa ......................................................................................... 34
Hình 3.2. Đƣờng chạy dao gia cơng lịng khn động. ................................................. 36
Hình 3.3. Mơ phỏng gia cơng lịng khn động. ........................................................... 38
Hình 3.4. Đƣờng chạy dao gia cơng lịng khn tĩnh.................................................... 39
-7 -
Hình 3.5. Mơ phỏng gia cơng lịng khn tĩnh.............................................................. 41
Hình 5.1. Đồ thị tác động của Áp suất. ......................................................................... 65
Hình 5.2. Đồ thị tác động của Nhiệt độ. ........................................................................ 66
Hình 5.3. Đồ thị tác động của Thời gian làm mát. ........................................................ 66
-8 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ƣu việt về chất lƣợng nhƣ về độ bền
… Trong khi đó vật liệu kim loại ngày càng không đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng cao
của con ngƣời, do vậy mà ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời
gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa
phát triển theo, đặc biệt trong đó phải kể đến ngành cơng nghiệp ép phun ra đời và cho
ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng, chủng loại phục vụ cho đời sống của con
ngƣời. Trong quá trình ép phun các sản phẩm nhựa, tối ƣu hóa các thơng số cơng nghệ
giúp tăng hiệu suất sử dụng thiết bị đối với các cơ sở sản xuất. Các phƣơng pháp
truyền thống cần đặt các chế độ công nghệ trƣớc khi ép phun nhƣng không xét đến ảnh
hƣởng của các yếu tố không điều khiển đƣợc (nhiễu), do vậy làm giảm chất lƣợng sản
phẩm và hiệu suất sử dụng thiết bị. Để tăng chất lƣợng sản phẩm, cần đặt các chế độ
công nghệ ép phun có xét đến ảnh hƣởng của các yếu tố nhiễu, và phƣơng pháp
Taguchi là phƣơng pháp hiệu quả nhất để giải quyết vấn đề này.
Phƣơng pháp Taguchi là phƣơng pháp tối ƣu hóa q trình gián đoạn, đƣợc đƣa ra
đầu tiên bởi giáo sƣ Genichi Taguchi. Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng rộng rãi và rất
thành công tại Nhật Bản, tuy nhiên tại Việt Nam chƣa ứng dụng nhiều.
Nắm bắt đƣợc tình hình đó thầy hƣớng dẫn đã định hƣớng và giao nhiệm vụ cho
nghiên cứu đề tài:“Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép
phun sản phẩm nhựa và phương pháp Taguchi để xác định chế độ cơng nghệ tối ưu”.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu.
Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép phun một sản phẩm
nhựa hồn chỉnh. Sau đó sử dụng phƣơng pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh
hƣởng của các thông số đầu vào: Áp suất, nhiệt độ, thời gian làm mát tới độ co ngót
của sản phẩm và tối ƣu hóa các thông số này.
-9 -
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Tổng quan về các phần mềm CAD/CAM/CAE: Giới thiệu về lịch sử hình thành, quá
trình phát triển của các phần mềm CAD/CAM/CAE trên thế giới và mối liên hệ giữa
chúng.
- Thiết kế khn ép phun sản phẩm nhựa: Thiết kế mơ hình 3D của chi tiết, mơ phỏng
q trình ép phun trên phần mềm Moldflow 2012, thiết kế khuôn ép phun sản phẩm
nhựa trên phần mềm Cimatron E10, từ đó đƣa ra các bản vẽ CAD 2D để chế tạo.
- Thiết kế cơng nghệ gia cơng hai lõi khn: Lập tiến trình gia cơng hai lõi khn, mơ
phỏng q trình gia cơng trên phần mềm Cimatron E10, xuất ra file dữ liệu cho máy
CNC.
- Giới thiệu phƣơng pháp Taguchi: Giới thiệu lịch sử phƣơng pháp, khả năng áp dụng,
các khái niệm cơ bản, các bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi.
- Xác định chế độ công nghệ tối ƣu bằng phƣơng pháp Taguchi: Ứng dụng phƣơng
pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh hƣởng của áp suất, nhiệt độ, thời gian làm
mát để độ co ngót của sản phẩm, xác định chế độ cơng nghệ tối ƣu của q trình ép
phun mặt trƣớc xe máy.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Thơng qua q trình mơ hình hóa, mơ phỏng trên máy tính, tác giả đƣa ra các
bản vẽ thiết kế, quy trình cơng nghệ gia công hai lõi khuôn, kết xuất ra file dữ liệu mã
G-code cho máy công cụ điều khiển số (CNC). Tác giả kết hợp giữa lý thuyết và thực
nghiệm. Thông qua nghiên cứu các tài liệu liên quan nhằm hiểu rõ phƣơng pháp và
cách vận dụng để đƣa ra các bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi.
Xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn em
hồn thành luận văn. Xin cảm ơn Viện đào tào Sau đại học, các thầy cô trong Bộ môn
Công nghệ Chế tạo máy – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tác giả
hoàn thành đề tài này.
Tác giả rất mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cơ và các bạn đồng nghiệp để hồn
thiện hơn cho các cơng trình nghiên cứu sau này.
- 10 -
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE
1.1. Lịch sử phát triển
Ngày nay máy tính đƣợc ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Nhờ sự phát triển
của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động q trình thiết kế và muốn sử
dụng cơ sở dữ liệu này cho quá trình tự động sản xuất. Đây là ý tƣởng cho các ngành
khoa học CAD/CAM ra đời. CAD/CAM đƣợc hiểu là sử dụng máy tính trong q
trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng anh là máy tính trợ giúp thiết kế và
sản xuất. Từ sự ra đời của CAD/CAM, các lĩnh vực khác cũng đã phát triển theo nhƣ:
Đồ hoạ máy tính: CG
Cơng nghệ trợ giúp bằng máy tính: CAE
Chuẩn bị cơng nghệ có trợ giúp máy tính: CAPP
Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan đến những nét đặc trƣng của quan
niệm về CAD/CAM. CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn, là trái tim của nền sản xuất
tích hợp và tự động hoá .
Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của cơng nghệ máy
tính và kĩ thuật đồ hoạ tƣơng tác (ICG). Cuối 1950 đầu 1960, CAD/CAM có những
bƣớc phát triển đáng kể, khởi đầu có thể nói là tại Massachusetts Institute of
Technology(MIT) Mĩ với ngơn ngữ lập trình cho máy tính APT (Automatically
Progammed Tools). Mục đích của APT là để lập trình cho máy điều khiển số, nó đƣợc
coi nhƣ là một bƣớc đột phá cho tự động hố q trình sản xuất.
Những năm 1960 – 1970, CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống tunrkey CAD
đƣợc thƣơng mại hoá, đây là một hệ thống hồn chỉnh gồm phần cứng, phần mềm, bảo
trì và đào tạo, hệ thống này đƣợc thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer hạn
chế nên các hệ CAD/CAM thời kì này kém hiệu quả, giá thành cao và chỉ đƣợc sử
dụng trong một số rất ít lĩnh vực.
- 11 -
Năm 1983, máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lí tƣởng về khả năng
xử lí thơng tin, đồ hoạ, bộ nhớ cho CAD/CAM. Điều này tạo điều kiện cho các hệ
CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng.
Cuối những năm 1990 là thời kì CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất
nhiều phần mềm đồ sộ đƣợc tung ra thị trƣờng và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và
sản xuất của nhiều ngành công nghiệp.
Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng có mặt trên thị trƣờng nhƣ:
Cimatron – Iaren, Delcam- Anh, Pro-Engineer- Mỹ, Uni-Graphichs-Mỹ, SURFCAMMỹ…
Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lƣợng
của sản phẩm rất cao. Việc phân tích mơ hình sau thiết kế đƣợc thực hiện nhờ CAE.
CAE đã làm cho cơng việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với tốn học thơng
thƣờng và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả
đó mà ngƣời thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp. Tuỳ theo tính năng và yêu
cầu của chi tiết mà sự phân tích có thể là những q trình sau:
Phân tích nhiệt, áp suất, ứng suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điền đầy
khn, q trình đơng đặc...
1.2. Cơng nghệ CAD
CAD là từ viết tắt của Computer Aided Design. Hiểu một cách chung nhất tức là sử
dụng máy tính trong quá trình thiết kế và lập bản vẽ. Theo phƣơng pháp truyền thống
thì các bản vẽ kỹ thuật thì đƣợc vẽ bằng tay. Cơng việc này địi hỏi rất nhiều cơng sức
và thời gian đặc biệt là những chi tiết phức tạp. Vì vậy, ngày nay CAD đƣợc sử dụng
rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực mà không chỉ riêng trong lĩnh vực cơ khí sản xuất mà
cịn trong cả xây dựng, kiến trúc, mỹ thuật, thƣơng mại, y học…
CAD chủ yếu đƣợc sử dụng trong thiết kế và phát triển sản phẩm, để thể hiện
mơ hình 3D và bản vẽ 2D. Với khái niệm về CAD hiện đại thì một gói phần mềm
CAD phải gồm 3 module chính sau:
Design (2D/3D modeling, assemblies of part)
- 12 -
Analysis: Áp dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn FEM để tối ƣu hóa và giải các
bài tốn kỹ thuật nhƣ xử lý nhiệt, biến dạng, và phân tích tải trọng, ứng suất,
biến dạng, thể tích.
Visualization: Render/Shade mơ hình, Animation.
* Ƣu điểm của CAD:
- Tạo và sửa lỗi dễ dàng hơn.
- Trực quan hơn vì cho phép ta quan sát mơ hình ở góc nhìn 3D với rất nhiều cách
quan sát khác nhau.
- Lƣu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD.
- Tăng độ chính xác. Do vẽ bằng máy tính nên chắc chắn bản vẽ xuất ra sẽ chính xác
hơn làm bằng tay rất nhiều.
- Lƣu trữ thành cơ sở dữ liệu để dễ dàng quản lý hơn. Đồng thời chuyển file mơ hình
dễ dàng hơn. Giảm thiểu thời gian trao đổi, thảo luận giữa các kỹ sƣ ở các khu vực địa
lý khác nhau. Gửi nhận qua email chỉ mất vài giây.
- Việc phân tích, mơ phỏng và kiểm tra mơ hình 3D dễ dàng.
* Nhƣợc điểm của CAD
- Thời gian và chi phí cho việc triển khai một hệ CAD khá lớn.
- Thời gian và chi phí cho việc đào tạo ngƣời dùng CAD lớn. Tuy nhiên hiện nay nhờ
nguồn tài liệu phong phú trên mạng Internet và các diễn đàn thảo luận mở nên cũng
có phần dễ dàng hơn trƣớc đây.
- Chi phí bảo dƣỡng cho phần mềm CAD.
- Thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ vẽ bằng tay sang CAD cũng
không nhỏ.
1.3. Công nghệ CAM
CAM là từ viết tắt của Computer Aided Manufacturing. Hiểu một cách chung nhất tức
là chế tạo (sản xuất) có sự trợ giúp của máy tính, giúp rút ngắn thời gian chuẩn bị sản
xuất.
- 13 -
Mục tiêu của lĩnh vực CAM là mô phỏng quá trình chế tạo, tạo dữ liệu đầu vào
cho các máy cơng cụ điều khiển số (chƣơng trình gia cơng cho máy điều khiển số).
Phƣơng thức hoạt động:
+ Khai báo mơ hình chi tiết cần gia cơng (dụng cụ, phƣơng án, thơng số tạo hình...)
+ Khai báo thơng số cơng nghệ.
Nhiệm vụ:
+ Tính đƣờng chạy dao
+ Mơ phỏng, kiểm tra.
+ Kết xuất chƣơng trình NC cho máy cơng cụ điều khiển số.
Ngày nay, cơng nghệ CAD/CAM đƣợc tích hợp trong hầu hết các phần mềm.
Nói về thị trƣờng CAD/CAM, thống trị vẫn là ba nhà sản xuất là Dassault - Catia, PTC
– Pro/E, Siemens – Unigraphics. Nhƣng thị phần của ba hãng này đang bị cạnh tranh
quyết liệt bởi các hãng sản xuất phần mềm mới nhƣ: SolidWorks (một nhánh của
Dassault), TopSolid, Cimatron, Space-E của NTT DATA Engineering System (Japan),
Iron CAD và một đàn em sinh sau đẻ muộn nhƣng khá nổi hiện nay là Space Claim.
1.4. Công nghệ CAE
CAE là viết tắt của Computer Aided Engineering. Hiểu một cách chung nhất
tức là tìm giải pháp kỹ thuật, cơng nghệ trong thiết kế dƣới sự hỗ trợ của máy tính.
Mục tiêu của lĩnh vực CAE là phân tích nhiệt, ứng suất, áp suất, biến dạng, cong vênh,
khả năng điền đầy khn, q trình đơng đặc… để hỗ trợ cho CAD. Phƣơng pháp này
chia tự động chi tiết thành nhiều phần nhỏ hình tam giác hay chữ nhật nối tiếp nhau rồi
phân tích từng phần nhỏ đó. Kết quả của q trình phân tích có thể là một bản báo cáo
(report), một bức tranh điền đầy hay một mơ hình chi tiết đã bị cong hay biến dạng
đƣợc đặt trùng với mơ hình lí thuyết, từ đó ngƣời thiết kế sẽ nhìn thấy những vị trí
biến dạng cực đại và điều chỉnh thiết kế. Nếu nhƣ CAD là bản thiết kế thuận thì CAE
là một mạch phản hồi, đây chính là phƣơng thức hoạt động của tính năng này. Ngồi
ra CAE cịn giúp tìm chế độ cơng nghệ để sản xuất ra đối tƣợng đã thiết kế. Phần mềm
CAE xuất hiện sau các phầm mềm CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lƣợng
- 14 -
sản phẩm rất cao. Moldflow (Australia) và Modex(Taiwan) là hai phần mềm điển
hình.
1.5. Mối liên hệ giữa CAD/CAM/CAE
Ý tƣởng sản phẩm,
tính tốn…
- Mơ hình hình học,
đối tƣợng thiết kế
- Thiết kế dụng cụ,
khn mẫu và các
trang bị kèm theo
Phân tích, thẩm
định thiết kế
của đối tƣợng
thiết kế, dụng
cụ, khn
CAD
_
CAE
+
Chƣơng trình gia
cơng:
-Thơng số tạo hình.
-Thơng số cơng nghệ
Chế tạo, lắp ráp,
kiểm tra
CAM
CNC
Hình 1.1. Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC
Chu kỳ sản phẩm bắt đầu từ nhu cầu sản phẩm đƣợc xác định trên cơ sở yêu cầu
của khách hàng và thị trƣờng. Chu kỳ sản phẩm đƣợc thực hiện qua hai q trình chính
từ sự khởi đầu cho đến sản phẩm hồn thiện: q trình thiết kế và quá trình sản xuất,
chế tạo. Quá trình thiết kế lại bao gồm hai quá trình con là tổ hợp và phân tích. Triết
lý, chức năng, tính duy nhất của sản phẩm đƣợc xác định trong quá trình tổ hợp. Trong
- 15 -
quá trình này, thiết kế đƣợc thực hiện ở dạng các phác thảo và bản vẽ mô tả quan hệ
giữa các chi tiết của sản phẩm. Các bản vẽ và phác thảo này có thể đƣợc tạo ra bằng
các hệ thống CAD/CAM hoặc vẽ bằng tay. Chúng đƣợc thực hiện thông qua các trao
đổi thảo luận giữa các thành viên trong nhóm thiết kế. Q trình phân tích bắt đầu với
việc cố gắng đặt thiết kế ý tƣởng vào ngữ cảnh khoa học, kỹ thuật để đánh giá hiệu quả
của sản phẩm mong đợi. Q trình này địi hỏi phải mơ hình hóa và mơ phỏng cũng
nhƣ thực hiện các phân tích kỹ thuật (CAE) để tìm ra giải pháp thiết kế tối ƣu. Phân
tích kỹ thuật có thể đƣợc thực hiện bằng chính modun CAE tích hợp ngay trong hệ
thống CAD/CAM hoặc bằng cách sử dụng phần mềm CAE chuyên dụng khác.
Quá trình sản xuất bắt đầu bằng việc lập kế hoạch quá trình và kết thúc là sản
phẩm thực. Lập kế hoạch quá trình đƣợc xem là xƣơng sống của q trình sản xuất vì
nó cho phép xác định đƣợc trình tự hiệu quả nhất để chế tạo ra sản phẩm. Kết quả đầu
ra của lập kế hoạch quá trình là quy trình sản xuất, tìm kiếm đƣợc dụng cụ, đặt đơn
hàng vật liệu và lập trình gia cơng. Chƣơng trình gia cơng NC đƣợc tạo ra bằng hệ
thống CAD/CAM là dữ liệu đầu vào cho các thiết bị CNC thực hiện quá trình sản xuất,
kiểm tra chất lƣơng,..
Qua phân tích nhƣ trên, có thể thấy rằng CAE là một phần của quá trình CAD
và CNC là một phần của CAM. CAE và CNC nằm trong tổng thể của q trình
CAD/CAM.
Thơng qua chu trình sản phẩm có ứng dụng công nghệ CAD/CAM ở trên ta cũng thấy
đƣợc vai trò quan trọng của CAD/CAM trong nền sản xuất kinh tế thị trƣờng hiện nay
trên toàn thế giới. Các lợi ích cơ bản mà CAD/CAM đem đến là:
o Nâng cao năng suất
o Nâng cao chất lƣợng
o Nâng cao khả năng trao đổi thông tin
o Tạo ra một CSDL dùng chung
o Giảm chi phí tạo mẫu
o Đáp ứng nhanh với yêu cầu của thị trƣờng.
- 16 -
1.6. Vai trị của CAD/CAM/CAE
Theo sơ đồ hình 1.1, thời gian định mức cho việc chế tạo một sản phẩm:
T = Ttk + Tsx
Trong đó:
Ttk: Thời gian thiết kế ;
Tsx: Thời gian sản xuất ;
Năng suất lao động:
Q=
1
;
T
Nhiệm vụ của ngƣời làm công nghệ là tăng năng suất lao động Q. Do đó, biện pháp
duy nhất: Giảm thời gian định mức chế tạo sản phẩm T, điều này dẫn đến phải giảm
Ttk và Tsx
Ttk = Ttke + Tct + Tkt ;
Tsx = Tnc + Tp ;
Do vây, các phần mềm CAD/CAM/CAE ra đời nhằm giải quyết các vấn đề này:
Quá trình CAD nhằm mục tiêu giảm thời gian thiết kế, mơ hình hóa sản phẩm.
Giai đoan cuối cùng của q trình CAD là triết xuất ra thơng số hình học của
đối tƣợng thiết kế: mơ hình 2D,3D (Ttk).
Q trình CAM giúp tạo các đƣờng dẫn dụng cụ, mơ phỏng q trình gia cơng,
kết xuất các chƣơng trình gia cơng nhờ đó giảm thời gian chuẩn bị sản xuất,
giảm thời gian phụ (Tp).
Quá trình CAE giúp thẩm định thiết kế, tối ƣu hóa thiết kế, đóng vai trị là mạch
phản hồi để hoàn thiện thiết kế (Tkt).
Ngoài ra, để giảm thời gian chế thử sản phẩm (Tct), phƣơng pháp tạo mẫu
nhanh (Rapid prototy) ra đời, còn sự ra đời của máy CNC làm giảm thời gian
chế tạo sản phẩm (Tnc).
Qua phân tích ở trên ta nhận thấy: Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, theo đó là sự xuất
hiện của các phần mềm CAD/CAM/CAE/CNC hiện nay chỉ phục vụ cho một mục
đính duy nhất: Tăng năng suất lao động Q
- 17 -
1.7. Kết luận
Sau khi phân tích mối liên hệ cũng nhƣ vai trị của cơng nghệ CAD/CAM/CAE
trong q trình chế tạo sản phẩm cơ khí, tác giả nhận thấy những đóng góp, tầm quan
trọng của các phần mềm này đối với lĩnh vực sản xuất. Nó giúp tiết kiệm thời gian chế
tạo sản phẩm, giảm giá thành, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng. Điều này có ý
nghĩa to lớn trong bối cảnh nƣớc ta đang ngày càng hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế
thế giới nhƣ hiện nay.
- 18 -
Chƣơng 2
THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA
2.1. Giới thiệu và phân tích sản phẩm
2.1.1.Giới thiệu sản phẩm
Sản phẩm nhựa sử dụng ép phun là chi tiết xe máy Wave rzx. Chi tiết này ở mặt trƣớc
của xe và đƣợc lắp với nắp bảo vệ đèn và mặt đồng hồ báo tốc độ.
Đây là một sản phẩm nhựa có hình dáng phức tạp với những mặt cong đƣợc
thiết kế 3D gây khó khăn cho q trình thiết kế cũng nhƣ gia cơng khn.
2.1.2.Phân tích sản phẩm
Độ chính xác kích thƣớc, độ bóng u cầu cao, ngồi ra bề mặt là các mặt cong 3D, do
đó gây khó khăn trong quá trình thiết kế, chế tạo.
Do kết cấu sản phẩm phức tạp nên việc chế tạo bộ khuôn cho sản phẩm này
phải trải qua nhiều nguyên công cũng nhƣ phải trải qua các phƣơng pháp gia công tiên
tiến nhƣ phay, khoan trên máy công cụ điều khiển số CNC.
2.1.3.Bản vẽ sản phẩm
Sau khi đo, tính tốn trực tiếp sản phẩm bằng thƣớc kẹp và các dụng cụ đo
khác. Ngƣời thiết kế đã dựng đƣợc bản vẽ chi tiết của chi tiết mặt trƣớc xe máy với các
kích thƣớc xác định. Tuy nhiên, do chi tiết rất phức tạp gây khó khăn khi đo, hơn nữa
điều kiện về dụng cụ còn hạn chế nên việc lấy số liệu có thể có sai số.
Dƣới đây là bản vẽ chi tiết của sản phẩm sau khi thiết kế trên phầm mềm
Cimatron.
- 19 -
Hình 2.1. Mơ hình chi tiết
90
A
4
100
A-A
A
165
295
390
Hình 2.2. Bản vẽ chi tiết
A. Yêu cầu kỹ thuật:
Bề mặt chi tiết mặt trƣớc xe máy đạt độ nhám Ra 0,25.
Độ co ngót trên toàn bộ sản phẩm ≤ 1%.
Vật liệu: nhựa ABS.
- 20 -
B. Phân tích:
Do chi tiết có nhiều bề mặt cong 3D phức tạp. Vật liệu là nhựa ABS, chọn
phƣơng pháp chế tạo là ép phun vật liệu nhựa trong khuôn kim loại. Với sự hỗ
trợ của máy tính, tác giả xây dựng các bản vẽ thiết kế, chế tạo sản phẩm ứng
dụng các phầm mềm hỗ trợ CAD/CAM/CAE.
2.2. Ứng dụng phần mềm Moldflow trong đánh giá chất lƣợng sản phẩm
2.2.1.Giới thiệu phần mềm Moldflow
-
Phần mềm Moldflow là phần mềm trợ giúp thiết kế (CAE) trong việc phân tích,
mơ phỏng dịng chảy vật liệu, đánh giá chất lƣợng sản phẩm, hỗ trợ q trình
thiết kế khn, xác định vị trí miệng phun…
-
Phần mềm cho phép nhập các mơ hình chi tiết đƣợc thiết kế trong các phần
mềm CAD.
-
Các tham số của q trình sản xuất đƣợc phân tích chính xác thơng qua tham số
đƣợc lƣu trữ trong phần mềm.
-
Với phần mềm Moldflow chúng ta có thể phân tích q trình điền đầy, độ co
ngót, phân tích nhiệt độ, phân tích áp suất, thời gian điền đầy… cho các loại
khuôn đơn, khuôn nhiều lịng khn…
-
Sau khi phân tích xong, kết quả phân tích sẽ đƣợc hiển thị dƣới dạng phổ màu,
cho ta biết đƣợc vị trí tốt nhất, xấu nhất của các đánh giá đầu ra của sản phẩm
theo yêu cầu phân tích.
-
Chúng ta có thể phân tích áp lực điền đầy, nhiệt độ lịng khn, thời gian làm
mát liên quan tới vị trí có rỗ khí, đƣờng hàn…
-
Từ các thơng số phân tich thu đƣợc, ta tiến hành điều chỉnh thiết kế ở bản vẽ
CAD nhằm khắc phục, nâng cao chất lƣợng sản phẩm.
2.2.2.Q trình phân tích trong phần mềm Moldflow
-Đƣa mơ hình thiết kế vào mơi trƣờng làm việc của phần mềm và thực hiện chia lƣới.
- 21 -
Hình 2.3. Biểu đồ chia lƣới.
+ Thơng số lƣới.
-
Chọn dạng lƣới: Lƣới tam giác.
-
Diện tích mỗi phần tử: 14 mm2
-
Số phần tử lƣới: 3592 phần tử
- Xác định vị trí đặt đầu vịi phun hợp lí nhất.
Hình 2.4. Biểu đồ phân tích vị trí đặt cuống phun.
Vị trí đặt đầu vịi phun (Gate location) hợp lí nhất là tại giữa chi tiết (phần màu
xanh da trời) nhƣ hình vẽ.
- 22 -
Đặt cuống phun:
Hình 2.5. Xác định vị trí cuống phun.
-Đặt các thơng số điều khiển
Hình 2.6. Chế độ ép phun
Nhiệt độ dòng nhựa: 230oC
;
Tốc độ phun:
Áp suất phun:
;
Thời gian làm mát: 16 s
180 MPa
131 cm3/s
Sau khi đặt vị trí của cuống phun, đặt các chế độ công nghệ, ta tiến hành phân tích:
- 23 -
-Biểu đồ hướng dịng chảy
Hình 2.7. Biểu đồ phân tích hƣớng dịng chảy.
Vị trí vịi phun đƣợc đặt tại giữa chi tiết nên hƣớng dịng chảy vật liệu có tính đối xứng
tạo ra cân bằng áp suất, ứng suất trên tồn bộ chi tiết.
- Thời gian điền đấy khn.
Hình 2.8. Biểu đồ thời gian điền đầy lịng khn.
Thời gian điền đầy toàn bộ sản phẩm là 3,575s. Vùng đƣợc điền đầy muộn nhất là tại
các cạnh của sản phẩm (phần màu đỏ trên đồ thị).
- 24 -
- Biểu đồ phân bố nhiệt độ:
Hình 2.9. Biểu đồ phân bố nhiệt độ ép phun.
Nhiệt độ lớn nhất: 231oC là phần màu đỏ trên đồ thị
Nhiệt độ nhỏ nhất: 197oC là phần màu xanh trên đồ thị
- Lực giữ khn
Hình 2.10. Biểu đồ biến đổi lực giữ khn
- 25 -
