Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-1-

ĐẠI HỌC THÁI NGUYấN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự do - Hạnh phỳc
*** o0o THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TAI:
NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAD/CAM
TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUễN MẪU Học viên : Nguyễn Quý Trọng
Lớp : K12- CTM
Chuyên nghành : Cụng nghệ Chế tạo mỏy
Ngƣời HD Khoa học: PGS.TS. Tăng Huy
Ngày giao đề tài : 01/11/2010
Ngày hoàn thành : 30/9/2011 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN HỌC VIEN
PGS.TS.Tăng Huy Nguyễn Quý Trọng


1.1.3. Đặc điểm của công nghệ sản xuất khuôn mẫu ở Việt
Nam
17
1.2. Vật liệu nhựa ép phun
18
1.2.1. Giới thiệu về Polymer
18
1.2.2. Phân loại
18
1.2.3. Đặc tính của một số loại nhựa thông dụng
19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-3-

1.2.4.Công nghệ điển hình trong gia công nhựa
22
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC
23
2.1.Giới thiệu chung tình hình trong nước và quốc tế .
23
2.2. Giới thiệu về CAD/CAM/CNC
26
2.2.1. Các thuật ngữ
28
2.2.2 Tích hợp CAD và CAM
29
2.2.3. Các phương án triển khai kết nối liên thông CAD-NC

3.3.1. Khuôn hai tấm.
49
3.3.2. Khuôn ba tấm.
51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-4-

3.4. Thiết kế lòng khuôn.
51
3.4.1. Số lòng khuôn.
51
3.4.2. Cánh bố trí lòng khuôn.
53
3.5. Thiết kế hệ thống dẫn nhựa
53
3.5.1.Cuống phun ( Sprue)
54
3.5.2. Các kênh dẫn (runners)
57
3.5.2.1. Kênh dẫn nguội
57
3.5.2.2. Kênh dẫn nóng (khuôn không kênh dẫn
61
3.5.3. Miệng phun cho kênh dẫn nguội.
64
3.6. Hệ thống dẫn hướng.
71
3.6.1. Chốt dẫn hướng.


3.8. Hệ thống đẩy.
82
3.8.1. Các hệ thống đẩy thường dùng.
82
3.8.1.1. Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy.
83
3.8.1.2. Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy
83
3.9. Hệ thống hồi
84
3.9.1. Chốt hồi có lò so
84
3.9.2. Chốt hồi tiêu chuẩn
85
3.9.3. Chốt đẩy dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi mở
86
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
PRO/ENGINEER WILDFINE VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO
KHUÔN MẪU.
87
4.1. Giới thiệu về phần mềm Pro/Engineer Wildfire 3.0
87
4.2. Vật liệu chế tạo khuôn.
90
4.3. Quy trình thiết kế khuôn
91
4.4. Phân tích và thiết kế sản phẩm.
92
4.5. Phân tích chi tiết trên phần mềm Moldflow


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong một công trình nào khác. Trừ các phần tham
khao đã được nêu rõ trong luận văn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-7-


Nguyễn Quý Trọng 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-9-

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 Syrtem
CGI – 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-11-

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Quá trình chế tạo sản phẩm
25
Hình 2.2.Qua trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM/CNC
28
Hình 2.3 – sơ đồ CIM
29
Hình 2.4 - Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng và phần
mềm
30
Hình 2.5 - Nguyên lý của kỹ thuật CAD/CAM- CNC
31
Hình 2.6 – Hệ thống chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp
trung gian.
33
Hình 2.7- Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí
34
Hình 2.8 - Quá trình truyền dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM A
và B
35
Hình 2.9 - Các phương án triển khai kết nối liên thông CAD-NC
38
Hình 2.10- Sơ đồ chế tạo socket

Hình 3.11- Một số loại vòng định vị.
56
Hình 3.12- Bạc cuống phun trên khuôn
56
Hình 3.13 - Các dạng cuống phun
57
Hình 3.14- Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn
57
Hình 3.15- Kích thước cho thiết kế kênh dẫn
58
Hình 3.16 - Quan hệ giữa khối lượng, bề dày danh nghĩa của sản
phẩm với đường kính kênh dẫn tham khảo.
59
Hình 3.17- Quan hệ giữa hệ số chiều dài và chiều dài kênh dẫn
59
Hình 3.18- Kích thước thiết kế đuôi nguội chậm
60
Hình 3.19- Một số loại kênh dẫn nóng
61
Hình 3.20- Kênh dẫn cách ly
62
Hình 3.21- Cấu tạo kênh dẫn ra nhiệt ngoài.
63
Hình 3.22- Cấu tạo kênh dẫn ra nhiệt trong.
64
Hình 3.22- Hệ thống kênh dẫn có gia nhiệt
64
Hình 3.23 - Miêng phun trên khuôn
65
Hình 3.24- Miệng phun trực tiếp và vết cắt của nó trên sản phẩm

Hình 3.37- Khuôn được làm nguội bằng nước
74
Hình 3.8 Khuôn được nguội bằng nước hoặc hỗn hợp Ethylene
Glycol
74
Hình 3.39- Hệ thống làm nguội hoàn chỉnh
75
Hình 3.40- Hệ thống làm nguội trên khuôn
75
Hình 3.41- Bố trí kênh dẫn nguội làm nguội đều sản phẩm.
76
Hình 3.42- Kênh dẫn nguội không lên quá dài
77
Hình 3.43- Dòng chảy rối trao đổi nhiệt tốt hơn
77
Hình 3.44- Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế.
78
Hình 3.45- Làm nguội lòng khuôn.
78
Hình 3.46- Làm nguội lõi
78
Hình 3.47- (a) Làm nguội lòng khuôn và lõi khuôn bằng kênh
làm nguội xoắn ốc kết hợp với vách làm nguội dạng tròn.
79
Hình 3.47- (b) Làm nguội lòng khuôn và lõi khuôn bằng kênh
làm nguội xoắn ốc.
79
Hình 3.48- Làm nguội bằng khí
79
Hình 3.49- Làm nguội bằng ống dẫn nhiệt.

Hình 4.8- Hình ảnh lòng khuôn sau khi thiết kế.
109
Hình 4.9- Hình ảnh lõi khuôn sau khi thiết kế.
112 PHẦN MỞ ĐẦU

1 .Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày này, do nhu cầu con người ngày càng cao trong lĩnh vưc sản phẩm
nhựa không những về kiều dáng mà còn về chất lượng cũng như giá thành thấp.
Chính vì vậy, các công ty khuôn mẫu trên toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam
nói riêng không ngừng chế tạo ra nhiều loại khuôn khác nhau để thõa mãn nhu
cầu trên. Với số lượng khuôn lớn và thời gian sản xuất khuôn ngắn ta không thể
chế tạo các loại khuôn theo phương pháp truyền thống cổ điển. Tùy thuộc vào
điều kiện sản xuất của từng công ty mà ta chọn mô hình sản xuất chế tạo khuôn
phù hợp.
Để thiết kế chế tạo khuôn mẫu có kiểu dáng phong phú phức tạp, đạt được
độ chính xác, độ nhắn bóng bề mặt cao, giảm được giá thành và thời gian là yêu
cầu cấp thiết hiện nay của các công ty khuôn mẫu ở Việt Nam nói riêng và thế
giới nói chung. Việc áp dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE như Solid Work,
Mechanical Destop, Inventor, Pro/E, Mastercam, Catia, Cimatron E… Đã giúp
ngành cơ khí khuôn mẫu giải quyết các vấn đề cấp thiết nói trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-15-

2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thiết kế, sản xuất gia công khuôn mẫu

2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
5.2. Kết cấu của luận văn
Chương 1: Đặc điểm của nền công nghiệp chế tạo khuôn mẫu và vật liệu
nhựa ép phun.
Chương 2: Tổng quan về các hệ thống CAD/CAM/ CNC.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết về thiết kế, sản xuất và gia công khuôn mẫu.
Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng Phần mềm CAD/CAM vào thiết kế chế
tạo khuôn mẫu.
CHƢƠNG 1
ĐẶC ĐIÊM CỦA NỀN CÔNG NGHIỆP CHẾ TẠO KHUÔN MẪU
VÀ VẬT LIỆU NHỰA ÉP PHUN.
1.1.1. Đặc điểm của quy trình chế tạo khuôn mẫu theo công nghệ truyền
thống.
Theo công nghệ này các chi tiết được thiết kế trên các bản vẽ kỹ thuật.
Mẫu sản phẩm được làm thủ công rất khó chính xác.
Quy trình công nghệ được các kỹ thuật viên vạch ra trong các tài liệu sản
xuất, các hồ sơ kỹ thuật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-17-

Qua trình gia công được thực hiện trên các máy công cụ truyền thống.
Nhược điểm:
Khó đạt độ chính xác khi gia công.
Thời gian tạo mẫu sản phẩm lâu, không chính xác.
Gặp nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế, gia công các chi tiết phức tạp.
Tốn nhiều thời gian trong việc chỉnh sửa bản thiết kế cũng như xử lý các lỗi
thiết kế sau khi gia công.

Sử dụng các phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE rất thuận lợi trong việc
quản lý dữ liệu, giảm thời gian thiết kế, thời gian chỉnh sửa cũng như giảm được
chi phí đàu tư cho các phần mềm trợ giúp.
Quá trình gia công thực tế trên máy CNC sẽ được thực hiện khi có lệnh điều
khiển trực tiếp từ phần mềm CAM hoặc từ dữ liệu của phần mềm CAM thông
qua công cụ post-processor để đưa ra các câu lệnh điều kiển máy CNC từ dữ liệu
đồ họa.
Các máy CNC có trang bị PC sẽ mở rộng khả năng quản lý quá trình gia
công và khả năng lưu dữ chương trình gia công cũng như các dữ liệu về dao, máy
và các thư viện,…
1.1.3. Đặc điểm của công nghệ sản xuất khuôn mẫu ở Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-19-

Có thể thấy các thiết bị đồ dùng, cũng như các công cụ sản xuất làm từ sản
phẩm nhựa có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống xã hội.
Với nhu cầu ngày càng tăng các sản phẩm nhựa về kiểu dáng và hình thức
cững như độ phức tạp của sản phẩm, ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu
cũng đang phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước và
quốc tế.
Qua khảo sát thị trường sản xuất khuôn mẫu trong nước, có thể thấy rằng thị
trường khuôn mẫu cũng đang phát triển sôi động và phát triển theo hướng
CAD/CAM/CNC như công ty nhựa Hà Nội, kim khí Thăng Long, Viện máy
IMI,…Các doanh nghiệp tư nhân cũng đã đầu tư rất mạnh trong lĩnh vực này.
Song song với sự phát triển đó, nhiều nhà cung cấp đã đặt văn phòng đại
diện hoặc đầu tư và Việt Nam để cung cấp các giải pháp CAD/CAM/CNC như
viện CAD, Công ty Thiên tử, Công ty antong, Bách khoa Mechatronics,
Đã có những hướng nghiện cứu , ứng dụng để tận dụng được thời gian phun

thể lặp đi lặp lại nhiều lần. Do đó đối với nhựa nhiệt dẻo ta có thể tái sinh (ngoại
trừ PTFE, polytetraflouethylene)
- Trong kỹ thuật, nhựa nhiệt dẻo để chỉ tất cả polymer mà lực liên kết phân
tử là các liên kết thứ cấp (lực Van der Waals, Hydro…), các loại này nhạy nhiệt
và dung môi.
- Cao su, chất đàn hồi: đó là những polymer mạch thẳng mà lực liên kết
thứ cấp rất yếu, vệt liệu ở dạng chất lỏng rất nhớt. Để sử dụng ta phải tạo các liên
kết ngang giữa các mạch phân tử để tạo thành mạng lưới không gian ba chiều.
Đặc trưng của cao su là chúng có khả năng dãn dài cao có thề lên đến 100% (cao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-21-

su tự nhiên lưu hoá). Tuy nhiên do tạo lien kết ngang nên chúng không thể tái
sinh được
- Nhựa nhiệt rắn: mật độ nối ngang dày đặc cao hơn từ 10 đến 1000 lần so
với cao su. Do cấu trúc không gian ba chiều, tính chất nhựa nhiệt rắn rất cao so
với nhựa nhiệt dẻo, nhất là khả năng chịu nhiệt. Nhựa nhiệt rắn tạo thành mạng
không gian ba chiều tạo thành cao phân tử kích thước vô cùng lớn so với nguyên
tử. Do vậy, nhựa nhiệt rắn không tan, không chảy và cũng không tái sinh được.
Ví dụ: PF, PU, nhựa epoxy, silicone ….
+ Dựa vào công dụng
- Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS …
- Nhựa kỹ thuật: PA, PC, POM, Teflon…
- Nhựa chuyên dùng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPD
1.2.3. Đặc tính của một số loại nhựa thông dụng
+ Polyetylen (PE)
i2: chỉ số chảy MFR đo ở điều kiện 190*C, 2160 g (ASTM D124) Trong
ép phun, loại PE dễ chảy (i2 >25) được sử dụng để gia công các sản phẩm khối.

dùng: vỏ acquy, cửa thông gió xe hơi, vô lăng xe hơi, bộ lọc khí, thanh chắn bùn.
Cái hãm phanh.
+ Polystyrene (PS)
Đa số các sản phẩm làm từ họ nhựa styrene gia công ép phun. Nhựa styrene
có độ co rút nhỏ, độ chính xác kích thước cao. Nhựa styrene có biến tính cao su
có ưu điểm tạo sản phẩm lớn do dòng chảy tốt. Các loại nhựa styrene có tính chất
dẫn điện rất tốt, khả năng đúc các chi tiết chính xác cao, giá thành vừa phải.
Chúng dùng cho các áp dụng cách điện, các phần kết cấu của công nghệ điện tử
và truyền thông: như điện thoại (vỏ bọc ABS, các phần bên trong SB và SAN) SB
và ABS kháng va đập ở nhiệt độ thấp tốt nên được dùng để sản xuất các phần vỏ
bọc trong và ngoài trong kỹ nghệ lạnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-23-

Trong ngành phương thiện giao thông, SB và terpolymer dùng làm lớp lót,
vỏ bọc, bảng điều khiển, bộ tải nhiệt, ABS dùng làm thân xe hơi thể thao…
+ Polyvinylchlorire (PVC)
PVC không thể gia công một mình mà phải trộn các phụ gia: chất ổn định
nhiệt quang, chất bôi trơn, chất hoá dẻo. chất trợ gia công…
Tính co rút của PVC trong ép phun phụ thuộc cấu hình khuôn và điều kiện
phun. Giá trị thông thường 2 – 4% theo hướng phun và 1 – 2 % theo phương
ngang, có thể lớn hơn tuỳ trường hợp. PVC cũng thường ép khớp nối ống và các
chi tiết kỹ thuật, PVC dẻo thường ép thảm, mũ trùm bảo vệ, nút bấm, khung bảo
vệ và gắn kính xe, đồ chơi dẻo, xe đạp, thanh hãm vôlăng xe hơi, phích cắm điện,
đế giày, ủng, sandal.
+ Polymethylmethacrylate (PMMA)
Trong ép phun, PMMA khó chảy hơn polystyrene, nên đầu lò hoặc cổng
phun cần có đường kính lớn.Cần thiết sấy khô vật liệu trước khi gia công để bề

trung ứng suất, cấu trúc đồng nhất và độ cứng bề mặt cao. Thường gia nhiệt
khuôn ở 140 – 170*C
1.2.4. Công nghệ điển hình trong gia công nhựa
Các công nghệ chủ yếu được sử dụng trong ngành nhựa:
- Công nghệ ép phun (Injection Technology): là công nghệ truyền thống
của ngành sản xuất nhựa, công nghệ này phục vụ cho các ngành công nghiệp điện
điện tử, điện dân dụng, sản xuất xe hơi, và cao hơn là ngành công nghệ nhựa vi
mạch điện tử.
- Công nghệ đùn thổi (Blowing injection technology): là công nghệ
thổi màng, sản xuất các loại bao bì nhựa từ màng, dùng trong các công nghệ thổi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-25-

túi PE, PP và màng(cán màng PVC) ngành thổi bao bì dạng chai nhựa tiên tiến
như PET, PEN, thùng phuy đều phát triển từ công nghệ đùn thổi.
- Công nghệ đẩy liên tục (Profile): cải tiến từ công nghệ đùn thổi truyền
thống, do nhu cầu tiêu dùng của xã hội ở các nhóm hàng sản phẩm nhựa dạng
ống, từ ống PVC thoát nước đến PE cấp nước, cao cấp là các sản phẩm phức hợp
nhôm nhựa, cáp quang hay là các sản phẩm vật liệu xây dựng, gia công thành
phẩm khung cửa PVC, tấm trần vách ngăn…
- Công nghệ chế biến cao su nhựa: là công nghệ ép sử dụng phổ biến
trong ngành chế biến cao su và các công nghệ ép phun sử dụng cùng lúc 2 loại vật
liệu nhựa và cao su. Đây là ngành có sức thu hút lớn, công nghiệp gia công giày
dép nhựa gắn liền với công nghệ này.
- Các công nghệ khác: Composite, Melamine, Công nghệ EVA, PU, EPS
và các công nghệ phụ.

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC