Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế tham số cho khuôn cắt đột

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ MINH KỲ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THAM SỐ CHO KHUÔN CẮT ĐỘT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng - Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ MINH KỲ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THAM SỐ CHO KHUÔN CẮT ĐỘT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 85.20.10.3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LƯU ĐỨC BÌNH

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lưu Đức Bình người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tơi thực hiện và hồn thành luận văn.

Tơi cũng xin cảm ơn q thầy cơ giáo khoa Cơ khí – Đại học Bách Khoa – Đại
học Đà Nẵng đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tơi trong q trình học tập tại trường.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, q bạn bè, đồng nghiệp đã ln
động viên, hỗ trợ tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện luận văn.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nghiên cứu nào.
Tác giả

Đỗ Minh Kỳ


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THAM SỐ CHO KHUÔN CẮT ĐỘT
Học viên: Đỗ Minh Kỳ
Mã số: 8.52.01.03 Khóa: 2019
Tóm tắt
Thiết kế tham số đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế
CAD/CAM/CAE, đặc biệt là trong ngành sản xuất linh kiện cơ khí tự động hóa. Việc
tham số giúp linh hoạt tạo ra một bản vẽ, một thiết kế với sự thay đổi của một hoặc
một vài thơng số đầu vào, điều này có ý nghĩa hết sức to lớn đối với ngành sản xuất là
việc rút ngắn thời gian thiết kế, định mức nhanh chóng vật tư, đảm bảo các yêu cầu
của khách hàng. Với ý nghĩa đó, chúng tơi đã xây dựng thành cơng mơ hình tham số
khn cắt đột theo thơng số đầu vào là quy cách tổng thể của chi tiết cần làm khuôn
trên phần mềm Unigraphic NX 10.0 và ứng dụng vào sản xuất tại công ty sản xuất
khuôn Chu Lai – Trường Hải;
Từ khóa – Thiết kế tham số; Khn cắt đột; CTMC(1); Unigraphic NX; CAD(2)
BLANKING DIE PARAMETRIC DESIGN STUDY

Abstract
Parametric design has been widely applied in the field of CAD/ CAM/ CAE design,
especially in the field of automation mechanical components manufacturing. The
parameter can create a design flexibility with the change of one or several input
parameters, which means a great deal for the manufacturing industry to shorten the
time needed for design, assess materials, ensure the requirements of customers. With
that in mind, we have successfully built the blanking and piercing die parameter model
with the input parameters which are the overall specifications of the part on
Unigraphic NX 10.0 software and applied to production in Chu Lai - Truong Hai mold
manufacturing company;
Keywords – Parametric Design; blanking die; CTMC(1); Unigraphic NX; CAD(2)


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ ....................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG ...........................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - HÌNH ẢNH ...............................................................
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................... 3
1.1. Tổng quan về khuôn cắt đột và thiết kế kết cấu khuôn cắt đột...........................3
1.1.1. Tổng quan về khuôn cắt đột............................................................................. 3
1.1.1.1. Định nghĩa và ứng dụng của khuôn cắt đột.................................................. 3
1.1.1.2. Phân loại khuôn cắt đột................................................................................ 4
1.1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật của khuôn cắt đột.............................................................. 5
1.1.1.4. Ưu nhược điểm khuôn cắt đột:..................................................................... 5
1.1.1.5. Thiết bị sử dụng khuôn cắt đột:.................................................................... 6
1.1.2. Thiết kế kết cấu khuôn cắt đột:........................................................................ 7
1.2. Tổng quan về vấn đề và lợi ích của việc thiết kế tham số nói chung và thiết kế
tham số khn cắt đột nói riêng:............................................................................... 8
1.2.1. Định nghĩa về thiết kế tham số........................................................................ 8

1.2.2. Lợi ích trong thiết kế tham số khuôn cắt đột................................................. 12
1.2.3. Giới hạn tham số khuôn cắt đột ở mức độ đề tài:.......................................... 12
Chương 2: XÂY DỰNG THIẾT KẾ THAM SỐ 3D KẾT CẤU KHN CẮT ĐỘT
TRÊN PHẦN MỀM UNIGRAPHIC NX 10.0........................................................ 15
2.1. Tìm hiểu tổng quan về phần mềm Unigraphic NX 10.0...................................15
2.1.1. Module Modeling.......................................................................................... 15
2.1.2. Module Drafting Drawing:............................................................................ 18
2.1.3. Công cụ Expression, Suppress by Expression............................................... 18
2.1.4. Công cụ Macro và Journal và ứng dụng:....................................................... 20
2.1.5. Ngơn ngữ lập trình Visual Basic ứng dụng trên phần mềm NX....................22
2.2. Tổng quan kết cấu khuôn cắt đột:..................................................................... 26
2.3. Xây dựng dữ liệu kết cấu khuôn trên phần mềm Microsoft Excel....................29
2.3.1. Phân nhóm đối tượng dữ liệu liên quan tới kết cấu khuôn và điều kiện quan hệ
giữa các đối tượng, tổ chức trên excel..................................................................... 29
2.3.2. Thực hiện xử lý và tổ chức dữ liệu trên tệp Excel......................................... 29
2.4. Thiết kế tham số khuôn cắt đột trên NX........................................................... 31
2.4.1. Thiết kế tham số tấm cối:.............................................................................. 46
2.4.2. Tham số tấm bắt cối:..................................................................................... 46


2.4.3. Tham số thiết kế tấm kẹp phôi:...................................................................... 47
2.4.4. Tham số tấm chày:........................................................................................ 48
2.4.5. Tham số tấm bắt chày:................................................................................... 49
2.4.6. Tham số thiết kế tấm lót chày:....................................................................... 50
2.4.7. Tham số thiết kế tấm đỉnh:............................................................................ 51
2.4.8. Tham số tấm đế và gối:................................................................................. 52
2.5. Kết quả tham số:............................................................................................... 53
Chương 3: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP XUẤT BẢN VẼ 2D, BÓC TÁCH KHỐI
LƯỢNG VÀ ĐỊNH MỨC VẬT TƯ BÁN TỰ ĐỘNG...........................................55
3.1. Giải pháp xuất bản vẽ 2D bán tự động:............................................................ 55

3.1.1. Giải pháp tham số các đối tượng của bản vẽ 2D trong môi trường Drafting trên
phần mềm NX......................................................................................................... 55
3.1.1.1. Các đối tượng của bản vẽ 2D cần tham số:................................................. 55
3.1.1.2. Xây dựng công thức tỉ lệ thu phóng bản vẽ tương ứng với từng chi tiết.....57
3.1.2. Viết chương trình Journal cho chức năng ghi dung sai nhanh cho bản vẽ và tạo
nút trên thanh cơng cụ............................................................................................. 58
3.2. Giải pháp bóc tách khối lượng và định mức vật tư:.......................................... 61
Chương 4: ỨNG DỤNNG THỬ NGHIỆM VÀO SẢN XUẤT THỰC TẾ VÀ ĐÁNH
GIÁ KẾT QUẢ....................................................................................................... 63
4.1. Mơ phỏng tính bền kết quả mơ hình tham số................................................... 63
4.1.1. Bài tốn mơ phỏng:....................................................................................... 63
4.1.2. Kết quả mơ phỏng......................................................................................... 64
4.2. Hiệu chỉnh dữ liệu tham số sau mô phỏng:...................................................... 67
4.3. Ứng dụng thử nghiệm vào sản xuất thực tế...................................................... 67
4.4. Đánh giá bất cập khi triển khai ứng dụng thực tiễn và giải pháp:.....................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 72
PHỤ LỤC.................................................................................................................. 1
Phụ lục 1: Phân nhóm đối tượng dữ liệu liên quan tới kết cấu khuôn và điều kiện quan
hệ giữa các đối tượng, tổ chức trên excel.................................................................. 1
Phụ lục 2: Tiêu chuẩn thiết kế nội bộ :.................................................................... 12
Phụ lục 3: Danh sách các đối tượng tham số trên phần mềm Unigraphic NX 10.0 và
địa chỉ biến giá trị trên Excel................................................................................... 25
Phụ lục 4: Chương trình Journal cho chức năng ghi dung sai nhanh.......................38


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các giới hạn khác của đề tài........................................................................................... 14
Bảng 2.1: Các định nghĩa biến của macro...................................................................................... 21
Bảng 2.2: Cấu trúc chương trình VB trên NX.............................................................................. 23

Bảng 2.3: Các kiểu dữ liệu trong VB - NX.................................................................................... 24
Bảng 2.4: Quy định vật liệu các tấm kết cấu khuôn cắt đột.................................................... 26
Bảng 2.5: Các toán tử logic trong hàm if....................................................................................... 32
Bảng 2.6: Giá trị tham số offset theo phương Z các mặt phẳng............................................ 33
Bảng 3.1: Các đối tượng tham số trong bản vẽ 2D..................................................................... 56
Bảng 3.2: Công thức tỉ lệ thu phóng giữa thiết kế 3D và bản vẽ 2D................................... 57
Bảng 4.1. Kết quả mô phỏng............................................................................................................... 65
Bảng 4.2: Kết quả hiệu chỉnh tham số............................................................................................. 67
Bảng 4.3. So sánh giữa thiết kế truyền thống và thiết kế tham số........................................ 67
Bảng 4.4. Kết quả ứng dụng................................................................................................................ 68
Bảng 4.5: Đánh giá bất cập và giải pháp........................................................................................ 69


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sản phẩm cắt............................................................................................................................ 3
Hình 1.2: Các chi tiết ứng dụng cắt bằng khn............................................................................ 4
Hình 1.3: Phân loại khn cắt đột........................................................................................................ 4
Hình 1.4: Máy ép trục khuỷu................................................................................................................. 6
Hình 1.5: Quy trình thiết kế khn...................................................................................................... 7
Hình 1.6: Một số ví dụ về tham số trong thiết kế........................................................................ 10
Hình 1.7: Ví dụ về tham số trong khn mẫu............................................................................... 11
Hình 1.8: Mơ tả khn cắt đột 1 bước............................................................................................. 13
Hình 1.9: Mơ tả trường hợp khn cắt đột 3 bước..................................................................... 13
Hình 2.1: Mơ hình 3D được thiết kế trên Unigraphic NX....................................................... 16
Hình 2.2: Mơ tả khối lệnh Sketch...................................................................................................... 16
Hình 2.3: Mơ tả về Feature trên NX................................................................................................. 16
Hình 2.4: Mơ tả các nhóm lệnh của Synchronous Modeling.................................................. 17
Hình 2.5: Mơ tả khả năng tùy biến trên NX với module Synchronous Modeling..........17
Hình 2.6: Các nhóm lệnh Surface..................................................................................................... 17
Hình 2.7: Các lệnh trong module Drafting.................................................................................... 18

Hình 2.8: Tổng quan về Expression Tool....................................................................................... 19
Hình 2.9: Các kiểu lọc của Expression............................................................................................ 19
Hình 2.10 : Quy trình phát triển lập trình....................................................................................... 23
Hình 2.11: Các kiểu đối tượng và biến trong phần mềm NX................................................. 23
Hình 2.12: Kết cấu khn cắt đột...................................................................................................... 26
Hình 2.13: Sơ đồ Xử lý và tổ chức dữ liệu trên Excel.............................................................. 30
Hình 2.14: Chuẩn bị thư mục chứa phay tham số....................................................................... 31
Hình 2.15: Khởi tạo mơi trường modeling.................................................................................... 31
Hình 2.16: Khởi chạy Expression tool............................................................................................ 32
Hình 2.17: Cách liên kết đến Cell trên file excel......................................................................... 32
Hình 2.18: Mặt phẳng chứa các tấm................................................................................................. 33
Hình 2.19: Khở tạo mới một chi tiết trong mơi trường modeling......................................... 34
Hình 2.20: Các khối lệnh Sketch....................................................................................................... 34
Hình 2.21: Tạo mới Sketch.................................................................................................................. 35
Hình 2.22: Tham số quy cách dài rộng............................................................................................ 35
Hình 2.23: Tham số quy cách chiều cao khối............................................................................... 36
Hình 2.24:Các biến tham số hiển thị trong Expression Tool.................................................. 36
Hình 2.25: Mơ tả tốc kích thước ở tâm tấm.................................................................................. 37


Hình 2.26: Tham số các đối tượng hốc trên tấm có sẵn............................................................ 37
Hình 2.27: Tham số chiều cao hốc subtract................................................................................... 38
Hình 2.28: Layout băng phơi tham số với gốc kích thước ở góc.......................................... 38
Hình 2.29: Tham số lỗ trên NX.......................................................................................................... 39
Hình 2.30: Chọn điểm gốc tọa độ...................................................................................................... 40
Hình 2.31: Tham số kích thước vị trí các lỗ.................................................................................. 40
Hình 2.32: Tham số kích thước quy cách lỗ.................................................................................. 41
Hình 2.33: Tham số hệ số pattern...................................................................................................... 42
Hình 2.34: Kết quả của quá trình tham số Pattern...................................................................... 42
Hình 2.35: Các loại lỗ trong NX........................................................................................................ 43

Hình 2.36: Vị trí rãnh kẹp phơi.......................................................................................................... 43
Hình 2.37: Mơ tả biến Suppression Status sau khi bật khối lệnh SbE................................ 44
Hình 2.38: Mơ tả sự xuất hiện và biến mất của đối tượng khi sử dụng SbE....................45
Hình 2.39: Bảng tham số các biến thuộc tấm cối và đường trỏ đến Excel........................46
Hình 2.40: Kết quả tham số tấm cối................................................................................................. 46
Hình 2.41: Bảng tham số các biến thuộc tấm bắt cối................................................................. 47
Hình 2.42. Hình ảnh tham số tấm bắt cối....................................................................................... 47
Hình 2.43: Bảng tham số các biến thuộc tấm kẹp phơi............................................................. 48
Hình 2.44: Hình ảnh tham số tấm kẹp phơi................................................................................... 48
Hình 2.45: Bảng tham số các biến thuộc tấm chày..................................................................... 49
Hình 2.46: Bảng tham số các biến thuộc tấm bắt chày............................................................. 50
Hình 2.47: Hình ảnh tham số tấm bắt chày.................................................................................... 50
Hình 2.48: Bảng tham số các biến thuộc tấm lót chày.............................................................. 51
Hình 2.49: Bảng tham số các biến thuộc tấm đỉnh..................................................................... 51
Hình 2.50: Hình ảnh thiết kế tấm đỉnh............................................................................................ 51
Hình 2.51: Bảng các giá trị tham số tấm gối và đế..................................................................... 52
Hình 2.52: Hình ảnh thiết kế tham số tấm đỉnh........................................................................... 52
Hình 3.1: Khung bản vẽ mẫu.............................................................................................................. 56
Hình 3.2: Vị trí cần tham số các chuỗi ghi chú............................................................................ 56
Hình 3.3: Các biến tham số trong bản vẽ 2D điển hình............................................................ 57
Hình 3.4: Các biến tham số tỉ lệ bản vẽ và giá trị....................................................................... 58
Hình 3.5: Sơ đồ kết xuất định mức vật tư...................................................................................... 61
Hình 3.6: Biểu mẫu định mức vật tư tự động............................................................................... 62
Hình 4.1: Mơ hình bài tốn mơ phỏng............................................................................................. 64


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ
CAD: Computer Aided Design – Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính.
Expression Tool: Cơng cụ quản lý các biến tham số trên phần mềm NX.
Mơ hình 3D: Mơ hình vật thể trong không gian ba chiều.

Expression: Biến tham số.
Suppress by Expression: Bật/Tắt đối tượng theo tham số.
NX Macro: Công cụ tạo thao tác tự động trên phần mềm NX.
NX Journal: Cửa sổ lập trình mở rộng ứng dụng trên nền ngơn ngữ Visual Basic.
Visual Basic: Ngơn ngữ lập trình cơ bản do hãng Microsoft phát hành.
Sketch 2D: Công cụ phác thảo trên phần mềm NX.
Extrude: Cơng cụ tạo mơ hình khối trên phần mềm NX.
Modeling: Mơ đun thiết kế mơ hình 3D trên phần mềm NX.


1

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Hiện tại thực tế tại công ty, khâu thiết kế vỏ khuôn cắt đột và xuất bản vẽ ban hành
sản xuất tốn rất nhiều thời gian. Những khâu này tuy mỗi thiết kế khác nhau
nhưng vẫn phải trải qua các bước lặp đi lặp lại.
Cần phải nghiên cứu phương pháp thiết kế nhanh và tiêu chuẩn hóa kết cấu vỏ
khn cắt đột để giảm thời gian thiết kế, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao sức
cạnh tranh và đáp ứng tốt kế hoạch sản xuất của công ty.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế tham số
cho khuôn cắt đột” làm luận văn tốt nghiệp.
II. Mục tiêu nghiên cứu
Hồn thiện được một bộ vỏ khn tham số kích thước theo kích thước của sản
phẩm cắt đột.
Giảm 1/3 thời gian cần thiết để thiết kế khuôn cắt đột tại công ty ứng dụng kết quả
nghiên cứu.
Tiêu chuẩn hóa kết cấu vỏ khn cắt đột và tham số hóa thiết kế trên phần mềm
Unigraphic NX 10.0 để phục vụ sản xuất thực tế tại công ty học viên đang công tác.

III.
1.

2.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu về biến dạng dẻo kim loại.
- Công nghệ thiết kế khuôn đột dập.
- Công nghệ thiết kế sử dụng phần mềm.
Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu thiết kế vỏ khn cắt đột.
- Nghiên cứu tính năng tham số hóa (cơng cụ Expression) trên phần mềm
Unigraphic NX 10.0.

IV. Phương pháp nghiên cứu
1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu quá trình gây biến dạng đứt gãy kim loại bằng gia công áp lực.
2.

3.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
- Thống kê tất cả các trường hợp kết cấu khn cắt đột.
- Tiêu chuẩn hóa các kích thước theo công thức thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu ứng dụng:
- Nghiên cứu ứng dụng các tính năng: tham số hóa (công cụ Expression), xây

dựng các công cụ mở rộng (công cụ Journaling, Macro trên Unigraphic NX

2
10.0 và VBA trên Microsoft Excel) để sử dụng các điều kiện tham số đã xây
dựng và thiết kế, tự động trích xuất định mức vật tư, bản vẽ sản xuất.
V. Ý nghĩa thực tiễn
Tìm ra phương pháp thiết kế nhanh khn cắt đột, xuất bản vẽ, bóc tách khối
lượng, định mức vật tư nhanh chóng và phù hợp với đặc thù của cơng ty, cắt giảm
được lãng phí trong q trình thực hiện. Nâng cao tính tự động hóa trong khâu
thiết kế.. Ứng dụng tính năng tham số hóa trên phần mềm Unigrapic NX.
VI. Dự kiến kết quả đạt được
01 bộ dữ liệu thiết kế tham số vỏ khuôn cắt đột trên phần mềm Unigraphic NX
10.0. Áp dụng được vào thực tế sản xuất tại công ty đang công tác, cắt giảm 1/3
thời gian thiết kế khuôn cắt đột.
XII. Dàn ý nội dung
Lời mở đầu
Mục lục
Các chữ viết tắt
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
MỞ ĐẦU
MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ÝNGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Chương 2: XÂY DỰNG THIẾT KẾ THAM SỐ 3D KẾT CẤU KHUÔN
CẮT ĐỘT TRÊN PHẦN MỀM UNIGRAPHIC NX 10.0
Chương 3: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP XUẤT BẢN VẼ 2D, BÓC TÁCH
KHỐI LƯỢNG VÀ ĐỊNH MỨC VẬT TƯ TỰ ĐỘNG
Chương 4: ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM VÀO SẢN XUẤT THỰC TẾ VÀ
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về khuôn cắt đột và thiết kế kết cấu khuôn cắt đột

1.1.1. Tổng quan về khuôn cắt đột
1.1.1.1. Định nghĩa và ứng dụng của khuôn cắt đột
Trong gia công chế tạo tấm kim loại, công đoạn chuẩn bị phôi rất quan trọng,
đặt biệt là những chi tiết có hình dạng phức tạp được tạo hình nhờ cơng đoạn dập định
hình. Các chi tiết biên dạng càng phức tạp (đường cong, nhiều bề mặt) thì phơi trải
phẳng (chuẩn bị phơi) cũng có biên dạng phức tạp khơng kém. Và các loại máy cắt
chuẩn bị phôi thông thường như máy cắt thép tấm, máy cưa, … không thể cắt được
những biên dạng cong như mong muốn.
Mặt khác, các phương pháp cắt nhiệt khác như cắt plasma, oxy – gas hay laser thì
thời gian gia cơng lâu, chi phí lớn và tính chất vật liệu bị ảnh hưởng bởi nhiệt sinh ra trong
quá trình cắt. Để đáp ứng những điều kiện trên, trong sản xuất hàng loạt, người ta thường
sử dụng khuôn cắt đột trên các máy dập để làm công cụ tạo phơi phẳng.

Hình 1.1: Sản phẩm cắt
Khn cắt đột là dụng cụ để gia công cắt chi tiết kim loại tấm bằng áp lực ở
“trạng thái nguội” trên các thiết bị gia công áp lực: Máy dập thủy lực, máy dập cơ khí
trục khuỷu, … để tạo ra những chi tiết phôi phẳng với biên dạng theo yêu cầu với độ
chính xác cao và nhanh chóng.
Cắt đột thép tấm bằng khuôn đang được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơng
nghiệp, nó là phương pháp hiệu quả với loại hình sản xuất hàng loạt. Từ các linh kiện
trong các thiết bị điện dân dụng hằng ngày (các chi tiết liên kết trong tủ lạnh, máy giặt,
lá thép trong lõi động cơ, …), các chi tiết trong xe đạp, xe máy và ơ tơ như líp, bánh

răng, bách khóa, ... đến các linh kiện điện tử như các rắc cắm, kết nối, … hay chi tiết
chìa khóa đều được gia cơng cắt bằng khuôn.


4

Hình 1.2: Các chi tiết ứng dụng cắt bằng khn.
1.1.1.2. Phân loại khn cắt đột
Tùy theo kích thước biên dạng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà người ta
phân loại các khuôn cắt đột khác nhau, thông thường như sau:
Khuôn cắt đột vật liệu kim
loại màu: đồng, nhôm,…

Phân loại khuôn cắt đột
theo vật liệu chi tiết cắt

Khuôn cắt đột vật liệu
thép:
Thép cacbon, thép hợp
Khuôn cắt đột vật liệu phi
kim: nhựa, polime,
composite,…
Khn cắt biên dạng
Khn đột lỗ
Khn cắt góc
Khn cắt trích

Khn cắt

Phân loại khn cắt đột

theo biên dạng và thứ tự

Khn cắt biên dạng – đột
lỗ tích hợp
Khn cắt đột đồng thời
Khuôn cắt chia
Khuôn cắt tinh

Phân loại khuôn cắt đột
theo phương pháp cấp
phơi vật tư đầu vào

Hình 1.3: Phân loại khuôn cắt đột

Khuôn cắt đột băng phôi
xả cuộn tự động
Khuôn cắt đột băng phôi
cấp bằng tay


5
1.1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật của khuôn cắt đột
Chế tạo và lắp ráp các chi tiết của khuôn đảm bảo có độ chính xác cao.
Những bể mặt làm việc và tiếp xúc của các chi tiết thuộc khn phải có độ
bóng cao.
Đảm bảo đúng chế độ nhiệt luyện cho từng chi tiết để đạt được độ cứng cần
thiết.
Chọn vật liệu sao cho phù hợp với từng loại chi tiết của khuôn.
Áp dụng triệt để các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn.
Đảm bảo độ bền, tuổi thọ của khuôn cao.

Tất cả các yêu cầu trên có liên quan chặt chẽ với nhau trong quá trình chế tạo
và lắp ráp, sửa chữa khn. Nếu một trong những u cầu đó khơng đảm bảo sẽ ảnh
hưởng đến sản phẩm và tuổi thọ của khuôn.
1.1.1.4. Ưu nhược điểm khuôn cắt đột:
Ưu điểm:



Khuôn cắt đột áp dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói riêng và
ngành cơng nghiệp nói chung và nó đang ngày càng chiếm vị thế vô cùng
quan trọng trong ngành công nghiệp. Các sản phẩm của ngành cơ khí gia
cơng cắt đột có mặt ở mọi nơi trên thế giới và trong cuộc sống hằng ngày
của chúng ta vẫn thường gặp.



Khuôn cắt đột luôn tạo ra các sản phẩm ổn định về chất lượng và

hình dạng hình học, các gia cơng hàng khối, hàng loạt, hàng tiêu chuẩn luôn
được áp dụng tối ưu. Khi gia công người kỹ thuật sẽ tiết kiệm được thời
gian của mình để dành thời gian làm cho những việc khác, đỡ phải mất đi
sức lao động và tối ưu được ngun cơng sản xuất. Ngồi ra việc gia cơng
cắt đột như vậy sẽ giúp độ chính xác cao hơn, ít đi phế phẩm trong q trình
sản xuất, thúc đẩy hiệu quả kinh tế cao hơn.
Nhược điểm:



Chày - cối là hai chi tiết chủ yếu của khn, có ảnh hưởng trực tiếp
tới chất lượng tuổi thọ, sản phẩm. Q trình gia cơng chày - cối rất phức tạp

và tốn kém thời gian, bảo dưỡng khn cũng khó khăn.



Khn cắt đột không gia công hầu hết các loại vật liệu mà nó chỉ gia
cơng được những vật liệu như nhôm tấm, tôn tấm, thép tấm, nhựa tấm, phôi
dạng thanh, …


6
1.1.1.5. Thiết bị sử dụng khuôn cắt đột:
Để tạo ra chi tiết bằng khn cắt đột, cần có các thiết bị máy móc chuyên dùng
để tạo ra áp lực cần thiết tác động lên phôi tấm tạo ra nguyên công cắt đứt, các thiết bị
này phổ biến trong ngành cơ khí, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt, hàng khối.
Thiết bị dập tấm thường có 2 loại: máy ép trục khuỷu và máy ép thủy lực. Máy dập
có thể tác dụng đơn (máy chỉ có một con trượt chính dùng để đột, cắt, tạo hình), tác
dụng kép (máy có 2 con trượt: một con trượt dùng để ép phôi, con trượt kia dùng để
dập sâu), ba tác dụng (ngoài 2 con trượt như máy trên cịn có bộ phận đẩy sản phẩm
ra khỏi khuôn).
Máy ép trục khuỷu
Truyền động của trục khuỷu là truyền động cứng, khoảng hành trình của máy
khống chế chính xác nên sản phẩm dập tấm có chất lượng cao và đồng đều. Khi động
cơ quay, trục khuỷu có thể được điều khiển bằng bàn đạp, khi khơng làm việc con
trượt ở vị trí cao nhất để dễ tháo sản phẩm và đưa phôi vào.
Phần lớn các máy ép trục khuỷu đều có thể điều chỉnh hành trình của con trượt
để phù hợp với kích thước của chi tiết. Ngồi ra cịn có nhiều cơ cấu cấp phơi và lấy
sản phẩm tự động trong sản xuất hàng loạt.

Hình 1.4: Máy ép trục khuỷu.
Máy ép thủy lực

Khác với máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực có tốc độ biến dạng kim loại
không đổi, không gây quá tải v.v … Máy có cấu tạo phức tạp, lực ép có trị số lớn nên
dùng để chế tạo các chi tiết lớn, phức tạp, yêu cầu chất lượng cao và hay dùng trong


7
phịng thí nghiệm. Máy ép thủy lực có thể có cơ cấu dẫn động chất lỏng riêng từ máy bơm
hoặc có thể dẫn chất lỏng có áp suất cao nhận được từ trạm bơm có bình trữ áp. Chất lỏng
thường dùng: dầu khoáng vật, nhũ tương hay nước dưới áp suất 25400 Atm.

Máy ép thủy lực thường có loại một tác dụng, hai tác dụng và ba tác dụng và
có lực ép từ vài chục đến hàng nghìn tấn.
1.1.2. Thiết kế kết cấu khuôn cắt đột:
Khi thiết kế khuôn cắt đột, thông tin đầu vào bao gồm: quy cách, cơ tính vật
liệu sản phẩm, sản lượng, yêu cầu kỹ thuật chi tiết. Từ các thông tin này thông qua các
bài tốn tính tốn về lực dập, lực kẹp phơi, chọn thiết bị máy dập, chiều cao tổng thể
khuôn, … các kỹ sư thiết kế tiến hành xây dựng bản vẽ tổng thể về khn và bắt đầu
triển khai hồn thiện từng chi tiết trong khn. Q trình này có sử dụng các vật tư đã
tiêu chuẩn kích thước và các tiêu chuẩn thiết kế.
Quy trình thiết kế khn cắt đột được thể hiện theo lưu đồ sau:

Tiếp nhận kế hoạch
Thiết kế sản phẩm

(-)

Duyệt thiết kế
Sản phẩm

(+)

Thiết kế sơ bộ
khuôn, ĐMVT

(-)

Duyệt thiết kế sơ bộ

(+)
Thiết kế chi tiết,
xuất bản vẽ

(-)

Duyệt thiết kế
chi tiết

(+)
Ban hành

Hình 1.5: Quy trình thiết kế khn


8
1.2. Tổng quan về vấn đề và lợi ích của việc thiết kế tham số nói chung và thiết kế
tham số khn cắt đột nói riêng:
1.2.1. Định nghĩa về thiết kế tham số
Tham số là phần hằng số hay giá trị khơng đổi trong một phương trình, có tá
dụng cụ thể hóa mối quan hệ chính xác giữa các biến số.
Ví dụ trong phương trình tiêu dùng: C = C* + cY, trong đó C* và c là các tham
số tham gia quyết định mối liên hệ giữa biến độc lập C và biến phụ thuộc Y. Phương

trình chỉ được xác định khi chúng ta biết hết các tham số của nó
Tham số trong tốn học
Trong tốn học, sự khác nhau giữa một tham số và một đối số (argument) của
một hàm là: tham số là các ký hiệu thuộc phần định nghĩa của hàm, trong khi các đối
số là các ký hiệu được cung cấp cho hàm khi nó được dùng.
Tham số trong xác suất
Trong lý thuyết xác suất, người ta có thể nói rằng phân bố của một biến ngẫu
nhiên thuộc về một họ các phân bố xác suất. Các phân bố thuộc họ đó phân biệt lẫn
nhau bởi các giá trị của một số hữu hạn các tham số.
Ví dụ, người ta nói về "một phân bố Poisson với giá trị trung bình λ", hay "một
2

phân bố chuẩn với trung bình μ và phương sai σ ". Có thể dùng chuỗi mơ men (trung
bình, bình phương trung bình, ...) hoặc các nửa bất biến (trung bình, phương sai,...)
làm các tham số cho một phân bố xác suất.
Tham số trong thống kê
Trong thống kê, các khái niệm khung trong lý thuyết xác suất vẫn được tôn
trọng. Tuy nhiên, sự lưu ý giờ chuyển tới phép ước lượng các tham số của một phân bố
dựa trên dữ liệu quan sát được hay dựa trên các giả thiết thử nghiệm trên dữ liệu này.
Trong phép uớc lượng cổ điển, các tham số này được xem là "cố định nhưng chưa xác
định"; ngược lại, trong phép Ước lượng Bayes chúng là các biến ngẫu nhiên với các
phép phân bố riêng của chúng.
Hồn tồn có thể đưa ra các kết luật thống kê mà khơng có các giả thiết về một
họ tham số đặc trưng của các phép phân bố xác suất. Trường hợp đó gọi là thống kê
phi tham số; ngược với thống kê có tham số đã được mơ tả trong phần trước.
Chẳng hạn, Spearman là một phép thử phi tham số mà nó được tính dựa trên bậc (order)
của dữ liệu bất chấp các giá trị hiện thời của chúng, trong đó, Pearson là một tham số thử
được tính trực tiếp trên các dữ liệu và có thể dùng để suy ra một quan hệ toán học.

Tham số trong thiết kế

Tóm gọn lại, tham số là một giá trị, một hằng số mà thơng qua đó, các biến được
tạo thành thông qua các mối quan hệ thông qua một mơ hình, một phương trình nào đó.


9
Trong thiết kế kỹ thuật, việc thiết kế có tính kế thừa và thiết kế lặp lại (chỉ khác nhau
một vài thơng số như đơn vị, tỉ lệ, …). Ví dụ, một hình chi tiết có biên dạng hình lục
giác thì ln tn theo một biến chính là bán kính nội hoặc ngoại tiếp với lục giác đó.
Tương ứng với 1 giá trị bán kính sẽ cho được một biên dạng lục giác cụ thể. Do đó khi
thiết kế các biên dạng lục giác, người ta sẽ có xu hướng quy đổi về kích thước bán
kính đường trịn nội/ ngoại tiếp nói trên. Việc quy đổi về một hay một số biến trong
thiết kế mà các biến cịn lại có mối quan hệ nào đó thơng qua các biến quy đổi này
được gọi là Tham số thiết kế.
Thiết kế tham số là một quá trình dựa trên tư duy thuật toán cho phép biểu hiện
các tham số và quy tắc, cùng nhau, xác định, mã hóa và làm rõ mối quan hệ giữa ý
định thiết kế và quá trình thiết kế.
Quy trình thiết kế tham số là một quy trình thiết kế sử dụng các kỹ thuật mơ
hình tham số mới nhất để thiết lập hình dạng cấu trúc của dự án, xác định dạng cấu
trúc và các thành viên kết cấu, đề xuất các tùy chọn hình thức cấu trúc khác nhau, lặp
lại các tùy chọn thiết kế kết cấu này với kiến trúc sư và khách hàng và hồn thiện các
tùy chọn thiết kế.
Mơ hình tham số là một q trình mơ hình hóa với khả năng thay đổi hình dạng
của mơ hình ngay khi giá trị kích thước được sửa đổi.
Mơ hình tham số được phát minh đầu tiên bởi Rhino, đây là một phần mềm
thiết kế 3D được phát triển từ AutoCAD. Ưu điểm chính của mơ hình tham số là khi
thiết lập mơ hình hình học 3D, hình dạng của mơ hình có thể được thay đổi ngay khi
các tham số như kích thước hoặc độ cong được sửa đổi; do đó, khơng cần phải vẽ lại
mơ hình bất cứ khi nào nó cần thay đổi. Điều này giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian cho
các kỹ sư, đặc biệt là trong giai đoạn thiết kế phác thảo.
Tham số trên thế giới:

Hiện nay thì trên thế giới việc áp dụng tham số vào thiết kế, đời sống rất là nhiều,
… các công nghệ hiện nay điều áp dụng tham số, ví dụ các phần mềm thiết kế bằng
tham số, các cơng nghệ máy móc thế hệ 4.0 áp dụng tham số.
Đã có nhiều nghiên cứu tham số liên quan đến CAD/CAM thiết kế cơ khí như:
Parametric design of a car audio based on con®guration design method (in Korean);
Feng Fu, in Design and Analysis of Tall and Complex Structures, 2018, …
Công nghệ tham số tạo cho CAD các ưu điểm sau:
 Giúp kỹ sư hình thành và thể hiện ý tưởng thiết kế đúng theo quy luật tự
nhiên của quá trình tư duy: từ đi phác thảo ý đồ đến chính xác hóa mơ hình
rồi mới xuất tài liệu thiết kế.


10
 Làm cho quá trình thiết kế được mềm dẻo, linh hoạt. Các sản phẩm thiết kế
có thể được sửa đổi một cách dễ dàng, trong bất cứ giai đoạn nào.
 Dễ kế thừa các kết quả thiết kế đã có. Nhờ cơng nghệ này mà người dùng
có thể tạo các thư viện các chi tiết hoặc kết cấu máy cho riêng mình và sử
dụng chúng một cách hiệu quả.
 Giữ mối liên kết giữa mơ hình và tài liệu thiết kế.
Ứng dụng thiết kế tham số ở Việt Nam:
Thiết kế tham số ở Việt Nam cũng mới phát triển gần đây, nhiều cơng ty đầu tư
phần mềm máy móc thiết kế hiện đại trên thế giới. Những công ty ô tô, sản xuất, … ở
Việt Nam luôn cập nhật những phần mềm mới tiên tiến giúp tăng năng suất cơng việc
thiết kế, sản xuất, …
Ở
Việt Nam có nhiều cơng ty ứng dụng thiết kế tham số, điển hình như công ty
C.B.S Việt Nam là đối tác quan trọng của nhiều khách hàng lớn từ Nhật Bản: MHPSENG; MHIEC; MHI-PEC của tập đồn cơng nghiệp nặng MITSUBISHI. EN&M của
tập đồn KOBELCO, MENIX, YONDENKO, đã áp dụng phương pháp thiết kế tham
số tự động trong Creo Parametric, hoặc trong SolidWorks thiết kế tham số trong
Module SolidWorks API, …

Hình 1.6: Một số ví dụ về tham số trong thiết kế
Cơng ty Cổ phần Ơ tơ Chu Lai - Trường Hải đã áp dụng phần mềm công nghệ
vào việc thiết kế các chi tiết máy móc trong ngành Ơ Tơ từ rất sớm, giúp việc thiết kế
mơ phỏng chính xác hơn, tăng năng suất thiết kế, đảm bảo tính chính xác ngày càng
khắt khe của thế giới. Trong đó thiết kế dùng các phần mềm CAD/CAM/CNC như
CATIA, NX, … được đẩy mạnh nhằm tăng tính số hóa thiết kế tham số trở nên nhanh
gọn và chính xác hơn.
Tuy phát triển nhưng đa số là các công ty lớn sử dụng, học tập và áp dụng.
Những cơng ty xí nghiệp nhỏ thì việc áp dụng còn chậm, phương thức đào tạo còn rời
rạc thiếu hiệu quả. Hiện nay với sự phát triển của thế giới cũng như ở Việt Nam thì
việc nâng cao thiết kế tham số là điều cần thiết.
Ngoài thiết kế tham số trong lĩnh vực cơ khí thì trong lĩnh vực kiến trúc cũng rất
phát triển, các cơng trình tịa nhà cao tầng được áp dụng một cách có khoa học để dề


11
dàng biến đổi, phát triển hết tiềm năng vẻ đẹp của các cơng trình, tốc độ xây dựng
ngày càng nhanh chóng, tốn ít chi phí, hiệu quả lại cao, …
Thiết kế tham số trong khuôn mẫu:
Trong lĩnh vực khuôn mẫu, đặc biệt là khuôn dập, nghiên cứu thiết kế tham số
cũng đã có những cơng bố ứng dụng, chủ yếu là các loại khuôn dập vuốt cỡ lớn như
[7]

nghiên cứu tham số thân vỏ khuôn dập vuốt thân đúc
(là những đối tượng đã có
những thống nhất chung (tiêu chuẩn tồn cầu) nhưng vẫn chỉ cịn nằm trên mơ hình
thiết kế phục vụ một dự án giáo dục đại học của chính phủ Arap Saudi hay một ví dụ
khác là một nghiên cứu của trường đại học Khoa học và Công nghệ Quốc Gia Cao
[8]

Hùng – Đài Loan công bố năm 2008 về thiết kế tự động khuôn dập vuốt nắp capo
sau xe ô tô du lịch trên phần mềm CATIA.
Hiện nay việc áp dụng thiết kế tham số trong ngành khn mẫu cũng đang rất phát
triển. Ví dụ như tạo ra các thư viện tiêu chuẩn vỏ khuôn, tiêu chuẩn chi tiết khn,
… được áp dụng nhanh chóng, chỉ cần thay đổi thơng số đầu vào về kích thước vỏ
khn, chi tiết thì phần mềm tự động sẽ thiết lập ra chi tiết vỏ khuôn, chi tiết mới . Tất
cả các phần mềm về khn mẫu điều có Module về thư viện như vậy, ngồi ra chúng
ta có thể tạo thêm thư viện cho riêng mình.
Q trình mơ phỏng (CAD/CAE) hoạt động kết cấu khuôn trong phần mềm được
áp dụng nhanh chóng tiện lợi, bằng cách thay đổi các tham số đầu vào để xem kết quả mô
phỏng (gần giống kết quả thực tế). Hiện nay đối với một số chi tiết nhựa cở lớn trong ơ tơ
thì việc mơ phỏng xem trước kết quả là hết sức cần thiết để tránh tổn hao chi phí sau này,
biết trước các vấn đề xảy ra trước tìm phương án khắc phục ngày từ đầu.

Hình 1.7: Ví dụ về tham số trong khuôn mẫu
Trong gia công CNC, các tham số đầu vào, chế độ cắt, tham số kết xuất chương
trình gia cơng cho từng máy được xây dựng và tiêu chuẩn hóa. Việc thay đổi tham số để
cho ra kết quả phù hợp với từng loại máy CNC là rất quan trọng. Hoặc trong việc báo giá
khn, mỗi sản phẩm có một tham số đầu vào khác nhau nên khi thay đổi một tham số
nào đó thì thơng tin báo giá khn thay đổi theo một cách nhanh chóng đáp ứng thời gian
của khách hàng mà cịn đem lại sự chính xác trong việc báo giá có lợi nhuận.


12
1.2.2. Lợi ích trong thiết kế tham số khn cắt đột.
Từ những định nghĩa tổng quan về khuôn cắt đột nói trên, rất dễ dàng nhận ra
rằng về mặt kết cấu của các khuôn khác nhau đều giống nhau về cơ cấu vận hành, về
mơ hình tạo hình sản phẩm, do đó, việc tham số thiết kế là điều hồn tồn có thể nếu
có những giới hạn về các mối quan hệ giữa những biến số trong thiết kế khuôn cắt đột.

Vậy, lợi ích của việc thiết kế tham số khn cắt đột là gì?
Giảm thời gian thiết kế. Giảm sai sót trong q trình triển khai thiết kế chi tiết.
Việc tham số thiết kế khuôn cắt đột sẽ tạo được mơ hình khn 3D trên phần
mềm hồn tồn tự động từ một vài thông số ban đầu đưa vào. Hoàn thiện tới 90% kết
cấu chi tiết, tức là thời gian thiết kế có thể giảm tới 90% so với một định mức thiết kế
ban đầu theo quy trình được thể hiện ở nội dung phần 1.1.
Do yếu tố thiết kế tự động theo tham số như trên, kỹ sư thiết kế sẽ có thêm thời
gian để thực hiện các phương pháp phân tích sự ảnh hưởng của các sai lỗi (FMEAFailure Modes Effects Analysis), tăng cường kiểm tra sau thiết kế giúp giảm sai sót mà
vẫn đảm bảo hoặc vượt thời gian yêu cầu đề ra.
Tiêu chuẩn hóa được kết cấu, không phụ thuộc vào tay nghề kỹ sư:
Việc tham số hóa thiết kế khn cắt đột cũng có nghĩa các thông số thiết kế
được định nghĩa lại về mặt giá trị, và tạo ra các mối quan hệ giữa các biến số. Từ đó,
kết cấu khn cắt đột được tiêu chuẩn. Việc này có ý nghĩa rằng, dù kỹ sư có kinh
nghiệm hay chưa có kinh nghiệm đều có thể tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật và
hoàn toàn giống nhau về mặt cấu tạo cũng như quy trình chế tạo. Giúp các kỹ sư thuận
lợi hơn trong q trình thực hiện cơng việc cũng như trao dồi kỹ năng nghề nghiệp.
Tạo nền tảng thuận lợi cho gia công chế tạo và tồn kho vật tư.
Việc thiết kế giống nhau về mặt kết cấu, mơ hình sẽ làm giảm được các thời gian
chuẩn bị cho hoạt động gia công chế tạo rất lớn. Giúp chủ động được trong việc dự trữ
tồn kho vật tư gia công, công cụ dụng cụ chế tạo. Đặc biệt là chủ động được nguồn vật
tư tiêu chuẩn
Đáp ứng hiệu quả sản xuất kinh doanh trong thời gian ngắn.
1.2.3. Giới hạn tham số khuôn cắt đột ở mức độ đề tài:
Trong khuôn cắt đột có rất nhiều loại tùy theo ngun cơng, cách tạo hình và khả
năng cơng nghệ tạo hình như đề cập ở phần 1.1 Tổng quan về thiết kế khuôn cắt đột.
Để thuận lợi cho kết quả thực hiện đề tài và có hướng phát triển cho đề tài cũng như
hạn chế phát sinh các yếu tố làm bài toán trở nên phức tạp, vấn đề tham số được giới
hạn lại trong phạm vi:

13
- Khn cắt biên dạng (một bước)
Chi tiết điển hình cần cắt biên dạng

Hình 1.8: Mơ tả khn cắt đột 1 bước
-

Khn đột lỗ cắt hình tích hợp

(03 bước) (cắt đột liên hợp). Chi tiết
điển hình đột lỗ cắt biên dạng

Hình 1.9: Mơ tả trường hợp khn cắt đột 3 bước


14
Bảng 1.1: Các giới hạn khác của đề tài
TT

1

2

Thiết kế khuôn cắt đột

Xử lý thông tin đầu vào
Xử lý theo biên dạng chi
tiết thực tế

3

4

5

Thiết kế bố trí layout
băng phơi
Lựa chọn thiết bị, đề
xuất vật tư tiêu chuẩn
Thiết kế chi tiết từng tấm
kết cấu