Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải.doc

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
TRẦN TÚ ANH
NGIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING TRONG THIẾT
KẾ KHUÔN MẪU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ,
CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ĐÙN GIOĂNG CAU SU
CHO XE TẢI
THÁI NGUYÊN,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn
i

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering
trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su
cho xe tải” được hoàn thành bởi tác giả Trần Tú Anh, học viên lớp cao học chuyên
ngành Kỹ thuật Cơ khí, lớp 16, khóa học 2013-2015, khoa Cơ khí,Trường Đại học
Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan đây là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, tất cả các số
liệu đều trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016
Tác giả luận văn
Trần Tú Anh
ii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS.Trần Minh Đức, 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 khoa Cơ khí – Trường
Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo
khoa Cơ khí của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyênđã tạo
điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơnban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
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.
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016
Tác giả luận văn
Trần Tú Anh
iii

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
- CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy
tính. (CAD còn được định nghĩa là Computer Aided Design: Công cụ trợ
giúp vẽ trên máy tính).
- CAM (Computer Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính
để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển
các thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật.
- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển
số có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công.
- CMM (Coordinate Measuring Machine): Các thiết bị vạn năng có
thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ, còn
được gọi là máy quét hình.
- RE (Reverse Engineering): Kỹ thuật ngược hay công nghệ chép
mẫu.
- RP (Rapid Propotyping): Tạo mẫu nhanh, bao gồm các phương pháp
tạo mẫu nhanh.
iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su ..............................................37
Bảng 3.2. Các bước lập trình gia công nửa khuôn dưới trên máy phay CNC 56
Bảng 3.4. Thành phần hợp kim của thép SKD61. ..........................................61
Bảng 3.5. Quy đổi mác thép theo các tiêu chuẩn trên thế giới. ......................61
Bảng 3.6. Mức hưởng của các biến đầu vào ...................................................68
Bảng 3.7. Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào....68
Bảng 3.8. Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm ...................................69
Bảng 3.9. Bảng kết quả thí nghiệm.................................................................69
Bảng 3.10: Bảng số liệu thông qua xử lý........................................................71
v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm. ....................................................6
Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD. ..............................6
Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE. ........................................................7
Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược..............8
Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật. 10
Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu hoa văn thủ công. .. 10
Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm.....................11
Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm.........11
Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm. .............................12
Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não dùng trong y
học. ..................................................................................................................12
Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu mặt người và động
vật....................................................................................................................13
Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game............................13
Hình 2.1. Cấu tạo máy CMM..........................................................................17
Hình 2.2. Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser. ................................18
Hình 2.3. Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng ............................20
Hình 2.4. Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic....................................22
Hình 2.5. Quy trình làm việc của Rapidform..................................................23
Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform.........................24
Hình 2.7. Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M).........................................26
Hình 2.8. Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M). .............................28
Hình 2.9. Khả năng linh hoạt của máy............................................................29
Hình 2.10. Hệ thống máy. ...............................................................................30
Hình 2.11. Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3..........................................30
Hình 2.12. Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3......................31
Hình 2.13. Kết quả quét mẫu thu được. ..........................................................31
Hình 2.14. Nhập dữ liệu quét vào phần mềm .................................................32
Hình 2.15. Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard. ..................................32
Hình 2.16. Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent..........................34
vi

Hình 2.17. Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh..........................34
Hình 2.18. Phác thảo biên dạng Sketch1. .......................................................35
Hình 2.19. Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude. ..........35
Hình 2.20. kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude ............36
Hình 2.21. Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế ..............................36
Hình 2.22. Dây truyền đùn gioăng cao su [6]. ................................................39
Hình 2.23. Máy đùn gioăng cao su .................................................................42
Hình 2.24. Chuyển đổi dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Rapidform sang
Inventor ...........................................................................................................43
Hình 2.25. Kích thước nửa khuôn dưới tiêu chuẩn.........................................44
Hình 2.26. Kích thước nửa khuôn trên tiêu chuẩn..........................................45
Hình 2.27. Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm Inventor................46
Hình 3.1. Bản vẽ kỹ thuật của nửa khuôn trên................................................49
Hình 3.2. Giao diện phần mềm MasterCam....................................................50
Hình 3.3. Mũi khoan và các thông số hình học...............................................50
Hình 3.4. Thông số về chế độ cắt mũi khoan..................................................51
Hình 3.5. Các thông số trên phần mềm MasterCam.......................................51
Hình 3.6. Mô phỏng gia công khoan nửa khuôn trên .....................................52
Hình 3.7. Tạo mã điều khiển máy phay CNC.................................................52
Bảng 3.1. Các bước lập trình gia công 31 lỗ Ф5 trên máy phay CNC ...........53
Hình 3.8. Bản vẽ kỹ thuật nửa khuôn dưới .....................................................53
Hình 3.9. Mở dữ liệu nửa khuôn dưới.............................................................54
Hình 3.10. Thông số hình học dao phay ngón ................................................55
Hình 3.11. Chế độ cắt dao phay ngón.............................................................55
Hình 3.12. Các thông số trên phần mềm MasterCam.....................................55
Hình 3.13. Nguyên lý gia công tia lửa điện ....................................................57
Hình 3.14. Máy cắt dây GOLDSUN GS.........................................................60
Hình 3.15. Các thông số trên bảng điều khiển của máy cắt dây.....................67
Hình 3.16. Ứng dụng phần mềm Minitab để tính toán ...................................71
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab ........72
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn S/N giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab . 73
vii

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
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. Và ngành công nghiệp ô tô đaSng được Đảng và
Chính phủ hết sức quan tâm, tuy nhiên theo lộ trình cắt giảm thuế đến năm 2018 của
Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA), từ năm 2018, thuế suất thuế
nhập khẩu ô tô nguyên chiếc (CBU) từ các nước Đông Nam Á sẽ giảm về 0%. do
đó gây áp lực lớn cho ngành công nghiệp ô tô trong nước.
Mặt khác tỷ lệ sản xuất nội địa hóa của các doanh nghiệp ô tô trong nước rất
thấp chỉ đạt từ 10 đến 30% tùy theo dòng xe. Và các linh kiện được sản xuất tại Việt
Nam chủ yếu là các loại phụ tùng đơn giản giá trị thấp.
Quy hoạch phát triển ngành được Thủ tướng phê duyệt đã chỉ rõ mục tiêu tổng
quát là phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp
quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải,
xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng.
Do đó việc nghiên cứu, thiết kế,chế tạo khuôn để tạo ra những thiết bị, phụ
tùng của các dòng xe tải là rất cần thiết, làm tăng khả năng nội địa hóa các sản
phẩm, tăng khả năng cạnh tranh và tự chủ công nghệ của các doanh nghiệp sản xuất
ô tô trong nước.
Dựa trên những nhu cầu và thực trạng đã nêu ở trên và cơ sở những kiến
thức được trang bị trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ thuật công
nghiệp, Đại học Thái Nguyêntác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng
dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết
kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”.
2. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu:
Giải pháp nâng cao độ chính xác khi thiết kế biên dạng mặt cắt ngang của
gioăng cao su nhờ ứng dụng công nghệ Reverse Engineering.
1

Nghiên cứucác lý thuyết liên quan đến khuôn đùn để từ đó có thể thiết kế và chế
tạo được một bộ khuôn đùn.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt lòng
khuôn đùn khi gia công trên máy cắt dây CNC để từ đó tối ưu hóa được các thông
số khi gia công trên máy cắt dây CNC
3. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Tác giả kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu, khuôn đùn gioăng cao su. Nghiên cứu lý
thuyết về công nghệ kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý
thuyết về công nghệ CAD/CAM và các phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết
về máy cắt dây, các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt của khuôn đùn, nghiên
cứu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các thông số gia công.
Thực nghiệm đo các mẫu sử dụng máy đo 3D và xử lý kết quả. Thực nghiệm
gia công các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC và cắt dây CNC, trong đó thí
nghiệm các mẫu trên máy cắt dây và xử lý số liệu để tìm ra được thông số tối ưu khi
gia công.
4. Tóm tắt nội dung đề tài
Nội dung luận văn gồm 4 chương cơ bản:
Chƣơng 1. Tổng quan về công nghệ Reverse Engineering: Chương này
tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering)
trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm của công nghệ, tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướng nghiên cứu cho đề
tài của mình.
Chƣơng 2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering để thiết
kế bộ khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả đã trình bày các cơ sở lý
thuyết về vật liệu, công nghệ gia công và cơ sở thiết kế khuôn đùn gioăng cao su.
Từ đó, tác giả đã ứng dụng phần mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từ
biên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệ
Reverse Engineering.
2

Chƣơng 3. Thiết kế vàchế tạo khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác
giả trình bày việc ứng dụng phần mềm Mastercam, một phần mềm CAM thông
dụng có để lập trình gia công các chi tiết của khuôn. Tác giả cũng tiến hành thí
nghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi
gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC. Sử dụng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm Taguchi để tìm ra các thông số tối ưu để từ đó ứng dụng vào gia công lòng
khuôn trên máy cắt dây.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
5.1 Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ
RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến. Tài liệu chuyên sâu về
lĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài. Các công ty sản xuất
trong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn đơn giản, chất lượng thấp. Vì
vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế
khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”có
đóng góp mới và ý nghĩa khoa học nhất định.
Đề tài cũng đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng của khuôn như: Nâng
cao độ chính xác biên dạng mặt cắt ngang của gioăng bằng việc ứng dụng công
nghệ Reverse Engineering và nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến
độ nhám bề mặt khi gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC trong điều kiện sản
xuất cụ thể, ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tối ưu hóa
thông số chế tạo từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả đề tài có thể ứng dụng và có thể kết hợp để chuyển giao công nghệ
cho các cơ sở sản xuất thực tế, do đó đề tài có giá trị thực tiễn.
Kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật
và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế chế tạo khuôn đùn.
3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING.
1.1.Giới thiệu về công nghệ Reverse Engineering
1.1.1. Sự cần thiết của công nghệ RE.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con
người ngày càng được nâng cao, kéo theo đó là nhu cầu của con người cũng ngày
càng nhiều và liên tục thay đổi từng ngày, từng giờ. Do vậy càng ngày thì vòng đời
của một sản phẩm (tức là thời gian từ khi nó xuất hiện trên thị trường đến khi không
còn được ưa chuộng bị thay thế bằng một sản phẩm khác) càng giảm. Điều đó đòi
hỏi các nhà sản xuất nếu muốn tồn tại và phát triển thì phải liên tục cải tiến mẫu mã
và sản phẩm, phải nhanh chóng đưa ra thị trường được sản phẩm mới. Trong thời
buổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản xuất luôn phải tìm
kiếm phương thức sản xuất mới nhằm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đáp ứng
nhu cầu của người tiêu dùng. Nhưng phương thức sản xuất được áp dụng từ bao thế
kỷ nay là một chu trình sản xuất truyền thống. Theo phương pháp này thì thông
thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó,
phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra,
hoàn thiện phác thảo, để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản
xuất ra sản phẩm. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận
(Forward Engineering). Từ những năm 90 cho tới nay, với sự phát triển của khoa
học công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất mới theo một chu trình mới, đi ngược
với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm
có sẵn. Vì vậy nên quy trình này có tên gọi là công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse
Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu. Hiện tại công nghệ kỹ
thuật ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm.
Công nghệ kỹ thuật ngược ra đời từ một nhu cầu rất thường gặp trong sản
xuất thực tế đó là: chúng ta cần phải chế tạo những chi tiết, sản phẩm mà không có
bản vẽ hay mô hình CAD của chúng do các chi tiết đã được chế tạo từ rất lâu không
4

còn bản vẽ, các sản phẩm không rõ xuất xứ, những mẫu vật thể được làm bằng tay,
phù điêu hoặc các bộ phận cơ thể con người, động vật được thay thế như xương,
mảnh sọ não… Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã
khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến
sản phẩm đó theo hướng mới. Trong khi theo chu trình thuận thì để tạo được mẫu
của những sản phẩm này, người ta phải đo đạc rồi phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao
để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian
và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp.
1.1.2. Định nghĩa về công nghệ RE.
Công nghệ kỹ thuật ngược là: quá trình phân tích, thu thập được thông tin về
sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết
cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó sử dụng dữ liệu thu được như là cơ sở
tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm
mới, thông qua việc sử dụng CAD/RP/CNC để ứng dụng chế thử mẫu, hoàn thiện
và chế tạo sản phẩm mới. Thiết kế này có thể là bản sao của thiết kế ban đầu hoặc là
thiết kế hoàn toàn mới.
- theo định nghĩa của công ty SCANSITE -
Như vậy công nghệ kỹ thuật ngược thực chất là quá trình tạo mô hình 3D từ
một sản phẩm đã có sẵn. Là bước đầu tiên cho quá trình tái thiết kế chế tạo sản
phẩm. Vật mẫu sẽ được quan sát, đo đạc, thu thập các thông tin về chức năng, hình
dáng, điều kiện làm việc…sau đó sẽ mô hình hóa trên máy tính tiến tới thiết lập quy
trình chế tạo sản phẩm.
Trong lĩnh vực chế tạo máy, công nghệ RE được định nghĩa là hoạt động tạo
ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bị
mất hay không rõ ràng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn
hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu.
5

Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm.
Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD.
1.1.3. Quá trình ứng dụng công nghệ RE.
Sau đây là một số lý do giải thích cho việc phải sử dụng công nghệ RE:
- Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế tạo, sản xuất bản gốc không tồn tại
nữa.
- Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗi
thời, quá cũ.
- Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất hoặc không bao giờ tồn tại.
- Tạo dữ liệu để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc dữ
liệu CAD đã lỗi thời hoặc bị mất.
- Kiểm tra hoặc so sánh - quản lý chất lượng chi tiết đã chế tạo với mô hình
- Loại trừ một số đặc điểm không tốt của sản phẩm.
- Làm mạnh thêm những đặc tính tốt của một sản phẩm dựa trên việc sử dụng
lâu dài.
- Phân tích tính năng tốt và xấu của sản phẩm bên phía đối thủ cạnh tranh.
6

- Khám phá con đường mới để cải thiện hiệu suất sản phẩm và tính năng.
- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc một sản phẩm điêu khắc để
tạo, lấy tỷ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật.
- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc tác phẩm điêu khắc cho
hoạt hình trong các trò chơi game hoặc phim ảnh.
- Kiến trúc công trình, các tài liệu hướng dẫn xây dựng và đo lường.
- Tạo bằng chứng và xây dựng hiện trường phạm tội.
- Thiết kế và chế tạo những sản phẩm mà vật mẫu là những thứ không phải là
nhân tạo như xương, răng để thay thế trong kỹ thuật y học chỉnh hình hoặc để lập kế
hoạch phẫu thuật.
Công nghệ kỹ thuật ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
như chế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang, y học …
Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật ngược được chỉ ra ở sơ đồ dưới đây:
MÔ HÌNH VẬT LÝ
SỐ HÓA VẬT THỂ
MÔ HÌNH TRÊN
MÁY TÍNH
Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE.
Từ vật mẫu, bằng các thiết bị số hóa 3 chiều như máy đo tọa độ 3 chiều như
CMM, máy quét laser hoặc camera số hóa bề mặt chúng ta sẽ có dữ liệu 3 chiều về
vật thể. Sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và
cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D với độ chính xác cao. Ngoài ra mô hình 3D
này có thể được chỉnh sửa nếu cần để thay đổi hình dạng và kích thước cho phù hợp
với yêu cầu thực tế.
7

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước tới nay, kỹ thuật công nghệ
RE ngày càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn
được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên
nhiều lĩnh vực sản xuất. Reverse Engineering trở thành một bộ phận quan trọng của
sản xuất hiện đại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất
thành công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một quốc gia điển hình.
Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ô tô, hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản
xuất dựa trên sự sao chép, cải tiến các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi
tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota.
Sản phẩm thực
Mô hình quét 3D sản phẩm Sản phẩm được sơn trắng
và dán điểm để quét mẫu
Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược.
Ở Việt Nam, trong một số năm trở lại đây công nghệ kỹ thuật ngược cũng
được áp dụng vào sản xuất; một số công ty, nhà máy cơ khí đã được trang bị các
máy CMM nhằm đo lường kiểm tra sản phẩm cơ khí như Honda Việt Nam,
Vikyno... Tuy nhiên phần lớn vẫn chưa mang tính chuyên nghiệp. Ví dụ như các
8

công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận các
đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì
đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ bằng
tay. Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm
thiết kế ngược được sử dụng vẫn chưa nhiều. Chỉ có ở một số ít công ty có thể làm
theo hợp đồng như Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị
công nghệ và giáo dục tân tiến (AIE), công ty Hoàng Quốc, hay các viện, các
trường đại học như Học viện Kỹ Thuật Quân Sự, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đại
học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh trang bị máy CMM Beyond A504 của hãng
Mitutoyo, Đại học Cần Thơ có máy quét 3D hiện đại của hãng Konica, Đại học Kỹ
Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên có máy đo CMM 544 và máy tạo mẫu nhanh
Spectrum Z510 nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ cho học tập và nghiên cứu.
1.2. Các ứng dụng phổ biến của công nghệ RE.
Với tính ưu việt của mình, là mô hình hóa được nhiều loại chi tiết (kể cả chi
tiết có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ RE đáp
ứng tối đa được các nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực:
- Trong lĩnh vực nghệ thuật, công nghệ RE được thể hiện ở việc sao chép hay
phân tích các đặc điểm nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc. Thông thường với
những chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi các
nhà mỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như gỗ, chất dẻo, đất sét…Tuy nhiên các tác
phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ có một và là ý tưởng duy nhất của một nhà
nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởng
thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có một số lượng lớn theo
một vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã
được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được mô
hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công nghệ
đảo chiều. Với các thiết bị máy móc hiện đại cùng sự trợ giúp của máy tính, chúng
ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do các nhà mỹ
thuật tạo ra với dung sai rất nhỏ.
9

Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật.
Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu hoa văn thủ công.
- Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu cầu
về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo một mẫu mã mới có thể bắt đầu
chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra,
kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất. Vì vậy quá trình trên tốn rất nhiều thời gian và
công sức. Do vậy mà chúng ta phải thiết kế sản phẩm từ các mẫu đã được tối ưu, đạt
các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có
được một mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian
đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất. Với
nhu cầu thị trường thay đổi liên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra
được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành lợi nhuận cao nhất. Còn công ty
nào đưa ra được sản phẩm chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận. Do
vậy mà công nghệ kỹ thuật ngược sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm
trong tương lai.
10

Mô hình quét mẫu sản phẩm. Mô hình CAD thu được khi thiết kế lại.
Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm.
Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận mà nhà
sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề có bản
vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo một mẫu mã tối ưu trên thị trường mà nhà
thiết kế ra chúng đã làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế.
Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình dạng
người, hình dạng con vật…
Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm.
- Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của các
sinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng
mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. Thiết kế ngược còn cho
phép chúng ta tạo dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc,
nghệ thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử.
11

Hình 1.9. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctrong khảo cổ học.
- Trong y học công nghệ kỹ thuật ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra các
bộ phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế cho các
khuyết tật, các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm
sinh như xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não…
Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm.
Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm
Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctạo mảnh sọ não dùng trong y học.
- Trong thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết
kế tạo các trang phục, các mẫu mã theo hình dáng con người.
12

Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu mặt người và động vật.
- Công nghệ kỹ thuật ngược còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải
trí, mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong thiết kế game 3D, tạo các môi trường
giao diện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá trình
nào đó phục vụ cho một mục đích nào đó.
Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game.
Công nghệ RE còn được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nữa. Nói
chung cứ ở đâu cần thiết kế lại đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công
nghệ RE. Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In –
Time: là tiêu chí rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm). Với tiêu chí này khoảng thời
gian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rất
nhiều, có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo tháng hay theo tuần
như trước kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác của mình công nghệ
thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất.
13

1.4. Ƣu và nhƣợc điểm của công nghệ RE.
a. Ƣu điểm của công nghệ RE.
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản
phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt
yêu cầu.
- Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết
kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp … rồi quét hình để
tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn.
- Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.
- Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
b. Nhƣợc điểm của công nghệ RE.
- Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.
- Giá thành cao.
1.4. Khái quát về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ
RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến. Tài liệu chuyên sâu về
lĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài. Các công ty sản xuất
trong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn với biên dạng đơn giản.Nghiên
cứu hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn gioăng cao su[8]. Tác giả thực hiện
nghiên cứu phương pháp tìm hệ số điều chỉnh khuôn đùn cao su bằng quy hoạch
thực nghiệm. Trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, nhóm tác giả đề xuất xây dựng
phần mềm tính toán hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn cao su để tìm hệ số điều
chỉnh và biên dạng điều chỉnh của khuôn và tác giả có sử dụng máy đo 3 chiều
CMM để đo các biên dạng gioăng cao su dạng đơn giản.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Cùng với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật ngược, Trong những năm gần
đây các đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược vào trong lĩnh vực
14

khuôn mẫu và cơ khí chính xác ngày càng có nhiều các nhà nghiên cứu thực hiện
[10],[11],[12],[13],[14]. Một số tác giả thì nghiên cứu tối ưu dòng chảy trong khuôn
đùn [15]. Đặc biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu thì rất nhiều các đề tài nghiên cứu ứng
dụng cho lĩnh vực khuôn ép nhựa và chưa có đề tài ứng dụng cho lĩnh vực khuôn
đùn cao su.
1.5. Kết luận chƣơng 1
Chương này tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược
(Reverse Engineering)trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm
của công nghệ, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn
hướng nghiên cứu cho đề tài của mình.
15

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING ĐỂ THIẾT KẾ BỘ KHUÔN ĐÙN CAO SU
2.1. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering
2.1.1.Ứng dụng phƣơng pháp đo tiếp xúc
a. Cấu tạo.
Điển hình của thiết bị được sử dụng cho phương pháp này là máy đo tọa độ
CMM (Coordinate Measuring Machine). Máy CMM là tên gọi chung của các thiết
bị vạn năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp tọa
độ. Thông số cần đo được tính từ các tọa độ điểm đo. Các loại máy này còn được
gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét hình dáng của vật thể.
Máy đo tọa độ thường là các máy đo 3 phương chuyển vị X, Y, Z. Bàn đo
được làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thanh trượt theo
phương Z.
Máy đo CMM thường thiết kế với 4 phần chính:
- Thân máy.
- Đầu dò.
- Hệ thống điều khiển hoặc máy tính.
- Phần mềm đo.
.
16

Hình 2.1. Cấu tạo máy CMM.
Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết
kế trước cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đề có viết
riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có
nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.
b. Nguyên lý hoạt động.
Các máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển một đầu dò
để xác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể. Dạng tiếp xúc mũi dò tiếp
xúc trực tiếp với vật thể, mỗi vị trí tiếp xúc cho ta tọa độ một điểm. Quét hết bề mặt
cho ta một tập hợp mây điểm hay một contour. Khi đầu đo được điều chỉnh đến một
điểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chính
xác có thể lên đến 0.1 micromet. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là
các hành trình đo theo trục X, Y, Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo.
2.1.2. Ứng dụng phƣơng pháp đo không tiếp xúc.
a. Phƣơng pháp quét bằng laser.
Laser là từ viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser là
loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có
thể nhìn thấy được. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bước
sóng rất ngắn và góc phân kỳ rất nhỏ. Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia
laser.
Không giống như máy CMM thường là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy
CMM cầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét
laser lại có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng
25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét.
Độ chính xác và tốc độ đo của máy quét Laser là điểm khác biệt khi so sánh
với các thiết bị đo tọa độ CMM. Người sử dụng có thể nhanh chóng thực hiện các
17

phép đo với ít nguyên công nhất, nên máy quét laser là một trong những thiết bị đo
được sử dụng phổ biến nhất.
Độ nhạy của thiết bị luôn là nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình
3D bằng laser. Nếu quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không
ảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường.
 Ưu và nhược điểm:

+ Ưu điểm:
- Máy laser có thể thu thập dữ liệu toạ độ với tốc độ cao và yêu cầu vận hành
đơn giản. Đối với các vât thể lớn như xe máy, ô tô … có thể dễ dàng, nhanh chóng
đo đạc với máy quét laser. Có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ
chính xác khoảng 25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét.
- Phương pháp này có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như chất
dẻo, xốp, sáp …hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy
mẫu cần đo.
- Nói chung dùng phương pháp laser cơ động và linh hoạt hơn rất nhiều so với
phương pháp CMM đặc biệt là tốc độ quét rất nhanh.Các thiết bị quét laser rất gọn
gàng và đơn giản, các máy cầm tay có thể quét được ở những góc ngách, chỗ
cao..mà các máy khác không quét được.
Hình 2.2. Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser.
- Quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không ảnh hưởng
gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường.
Có khả năng phát hiện màu sắc.
18

+ Nhược điểm:
- Độ chính xác không cao bằng các loại máy CMM.
- Hạn chế bởi bề mặt trong suốt hoặc phản chiếu.
b. Phƣơng pháp quét bằng ánh sáng trắng.
Bằng phép đạc tam giác dùng ánh sáng trắng, là hệ thống để quét các bộ phận
nhỏ tinh vi, các mô hình điêu khắc bằng tay, các chi tiết chính xác và xe cộ.
 Nguyên lý hoạt động:
Máy quét bằng ánh sáng trắng số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ
(làm giảm bớt các điểm ở các vị trí không cần thiết). Bằng kĩ thuật chiếu patented
fringe (cho ánh sáng giao thoa) tạo ra đám mây điểm dữ liệu chính xác và dày đặc.
Sau quá trình quét, các vùng được sắp xếp lại 1 cách tổng thể bởi phần mềm theo
máy để tạo nên 1 dải mây điểm 3 chiều. Không cố định, kích thước của dải mây này
có thể lên đến hàng triệu điểm. Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính toán
và kết quả thu được là đám mây điểm dày đặc, mặt cắt nhiều đường hay mô hình đa
giác.
Việc quét dù là dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên nguyên lý
phép đạc tam giác. Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm
quan sát của máy quay đặt ở đỉnh. Các góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy
quay không đổi, hướng của tia sáng là xác định. Trong hình trên nếu cửa xe di
chuyển gần hơn, máy quay sẽ nhìn thấy điểm được đánh dấu nằm ở dưới nữa.
Mỗi lần chiếu đo được hàng nghìn điểm/1giây. Với những vật lớn hay vật có
hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều được
đo. Không có hạn chế về số lần chiếu cũng như các vùng để đo với mỗi vật.
Chức năng của phần mềm theo máy bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ
cao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và cho
báo cáo về biểu mầu, nhập dữ liệu cho bất kì hệ thống CAD nào.
Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL.
Phần mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình thiết kế bằng
máy tính (CAD) và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu.
19

 Phân loại:
Có hai loại: máy cầm tay và máy cố định
Hệ thống máy quét điển hình cho phương pháp này gồm có hệ thống máy
COMET 250, hệ thống máy GOM…
a) COMET Measuring System b)Máy ATOS I (2M)
Hình 2.3. Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng
 Ưu và nhược điểm:
+Ưu điểm:
- Có khả năng bao phủ cả một vùng mỗi lần quét, có thể thu được hàng trăm
nghìn điểm.
- Tốc độ quét cao.
- Chính xác hơn hệ thống quét bằng laser.
- Có thể quét những vật kích thước lớn nhỏ, có hình dạng phức tạp.
+ Nhược điểm:
- Không chính xác bằng máy đo tiếp xúc.
- Giá thành chi phí cao.
2.2. Giới thiệu một số phần mềm thông dụng trong công nghệ RE
Hiện nay có rất nhiều các phần mềm ứng dụng cho việc thiết kế ngược sản
phẩm từ dữ liệu được quét trên các máy laser, máy quét ánh sáng trắng, và trên các
máy đo CMM.
Các phần mềm chuyên nghiệp có Geomagic, Rapidform, VX CAD/CAM,
Catia, SolidWork..., bán chuyên có MeshWorks, FlexScan3D, BioBuild, 3D Shop
20

ModelDesign... (các phần mềm này chỉ có môdun xử lý đám mây điểm, và tạo lưới
còn các bước tạo bề mặt phải chuyển sang làm trên các phần mềm khác), và không
chuyên (không có modun thiết kế đảo chiều) như: Mastercam, [13].
Mỗi phần mềm trên đều có những ưu, nhược điểm riêng như: có phần mềm
mạnh về xử lý bề mặt (surface) nhưng lại yếu về khối (solid) hay phần mềm có đầy
đủ công cụ hỗ trợ cho việc xử lý thiết kế phần mềm kia thì lại không có...
Việc tìm hiểu được hết và sử dụng được hết tất cả các phần mềm này là công
việc đòi hỏi phải có nhiều thời gian và công sức, trong quá trình làm luận vănvới tài
liệu và thời gian có hạn do vậy số lượng phần mềm tìm hiểu được của tác giảcòn
hạn chế.
Sau đây tác giả xin trình bày giới thiệu sơ qua về một số phần mềm thiết kế
này sau đây:
2.2.1. Phần mềm Geomagic Studio
Đây là một trong các phần mềm xử lý dữ liệu nhanh chóng và rất tiện lợi. Là
hệ thống thiết kế cơ khí dẫn đầu trong nghành công nghiệp với những công cụ vượt
trội để tạo mẫu và chỉnh sửa các dữ liệu 3D. Với quy trình làm việc khép kín tạo mô
hình cao cấp và là một trong những giải pháp thiết kế chính xác.
Geomagic Studio là một trong những phần mềm hàng đầu về chỉnh sửa và tái
tạo ra các kiểu CAD với tham số trực tiếp từ các dữ liệu quét 3D. Là một giải pháp
phần mềm mới mà nó cho phép tạo ra đầy đủ các tham số của vật thể CAD và các
bề mặt không mẫu từ dữ liệu quét 3D và dữ liệu mạng lưới đa giác với giao diện
dùng cấp độ tốt nhất. Công nghệ quét 3D kết hợp với Geomagic studio cung cấp
cho nhà sản xuất tự do, linh hoạt và đạt được hiệu quả cao nhất. Geomagic rất nổi
tiếng về khả năng tạo bề mặt, nó có các công cụ rất mạnh cho việc tái tạo và xử lý
bề mặt.
Dụng cụ được dùng để tạo ra các mô hình trong sẽ được nhân ra ngay lập tức
để tương thích với các ứng dụng của CAD.Các đặc trưng thiết kế thông thường
cung cấp hỗ trợ cực kì hiệu quả và mang lại nhiều tính năng ưu việt.
Quy trình chỉnh sửa dữ liệu quét của Geomagic studio:
21

Hình 2.4. Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic.
Ngoài ra Geomagic studio còn một số các ưu điểm nổi bật khác như: phần
mềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các
phần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các công một cách có hệ
thống và hợp lý.
2.2.2. Phần mềm Rapidform Redesign XOR
RapidformXO Redesign cũng là một trong các phần mềm được dùng nhiều
trong công nghệ đảo chiều. Tạo mô hình tham số từ dữ liệu quét scan rất hiệu quả,
cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú thiết kế và các tham số thiết kế của các
22

chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị mất các định nghĩa features trong quá trình
xử lý sản xuất hoặc không có mô hình CAD. Công nghệ quét 3D và Rapidform
Redesign XOR cho phép các nhà sản xuất có được các tham số thiết kế của bất kỳ
chi tiết nào của thế giới thực một cách dễ ràng, bao gồm các features hình trụ hoặc
các bề mặt cong tự do. Vì các mô hình CAD đã tạo trong Rapidform Redesign XOR
có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính toán có thể hiệu chỉnh lại các
tham số thiết kế của chi tiết của thế giới thật để hoàn chỉnh mô hình của sản phẩm
bằng Rapidform Redesign XOR.
Quy trình làm việc trên Rapidform được minh họa trên hình sau:
Hình 2.5. Quy trình làm việc của Rapidform
Ta sẽ thấy rõ trên sơ đồ sau:
23

Dữ liệu quét 3D
Nhập dữ liệu quét 3D
dạng lưới tam giác hoặc
đám mây điểm
Phân vùng cho đối tƣợng.
Tự động hoặc tác động chia
mô hình lưới thành các
miền trên cơ sở các
vùng.feature.
Làm sạch lƣới Làm sạch
các khuyết tật và tạo mô
hình lưới kín.
Khai triển thông số thiết
kế
Nhận dạng và định nghĩa
các tham số mô hình hóa
Feature.
Mô hình hóa Feature
Thiết kế mô hình CAD
từ mô hình lưới.
Điều chỉnh các
bề mặt lƣới
Tự động tao
nhanh các bề
mặt.
Mô hình hóa và
tối ƣu hóa lƣới
Tạo các mô hình
tối ưu cho CAE
Tạo mẫu nhanh,
gia công CAM, RP,
Milling
Kiểm tra độ chính
xác.Phân tích sai số
của toàn bộ quá trình
sử lý,thiết kế.
Chuyển đổi sang các hệ CAD
Xuất các mô hình Solid tham
số sang nhiều định dạng đuôi
CADkhác nhau.
Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform.
Một số đặc tính của phần mềm:
- Một phần mềm thiết kế ngược thuộc thế hệ thứ 3 rất mạnh.
24

Rapidform XOR là một ứng dụng phần mềm hoàn chỉnh cho phép tạo những
mô hình CAD từ dữ liệu quét 3D. Với Rapidform XOR ta có thể mở dữ liệu từ bất
kỳ máy quét 3D nào và có thể chỉnh sửa một cách nhanh chóng, các mô hình tham
số solid của hầu như bất kì đối tượng vật lý nào. Những mô hình này có thể được
chuyển từ XOR thành các ứng dụng CAD phổ biến như SolidWorks, Siemens NX
và Pro/ENGINEER với đầy đủ những tính năng. Không giống như các thế hệ phần
mềm thiết kế ngược thuộc thế hệ thứ 2, XOR có thể chính sửa và thiết kế chi tiết
giống như một phần mềm CAD khác. XOR có thể xuất dữ liệu mô hình dưới dạng
Parasolid, STP, IGS và STL để sử dụng trong các ứng dụng CAD/CAM/CAE.
- Tham số những mô hình CAD từ dữ liệu Scan 3D.
Rapidform XOR sử dụng kỹ thuật mô hình hóa bề mặt để tạo ra các mô hình
CAD từ các đám mây điểm và lưới đa giác. XOR sẽ tối ưu hóa dữ liệu quét vào
gồm các tính năng chỉnh sửa sau đó có thể trực tiếp sử dụng cho gia công, thay đổi
thiết kế, mô phỏng, phân tích... Các mô hình tạo ra trong XOR không chỉ dừng ở
dạng bề mặt NURBS, mà bề mặt đó còn được thao tác, chỉnh sửa, cập nhật và thay
đổi bất cứ lúc nào. Và mỗi mô hình tạo ra trong Rapidform XOR có mức độ chính
xác rất cao nhờ công cụ Analyzer luôn kiểm tra độ sai lệnh so với dữ liệu gốc qua
mỗi giai đoạn thiết kế.
- Nắm bắt được ý tưởng thiết kế.
Rapidform tự động dò tìm các tính năng 3D của đối tượng như: revolves (tròn
xoay), extrude, sweep hay fillet trên dữ liệu quét và nó có thể tạo ra bề mặt của
những tính năng này.
- Chức năng truyền dữ liệu động với đầy đủ lịch sử thiết kế của mô hình sang
hệ thống CAD khác.
Sau khi quét dữ liệu 3D của đối tượng, sau khi thiết kế một phần trong
Rapidform XOR ta có thể truyền mô hình đó với đầy đủ tham số và lịch sử thiết kế
của nó qua công cụ LiveTransfer XOR tới SolidWorks, Siemens NX và Pro /
ENGINEER . Các ứng dụng khác có thể mở các mô hình 3D được tạo ra trong XOR
bằng cách sử dụng định dạng chuẩn công nghiệp như Parasolid, STP và IGS.
25

- Giảm thời gian cho việc thiết kê một sản phẩm.
Với Rapidform XOR ta có thể tiếp cận nhanh chóng với các công cụ xử lý
thông minh, các lệnh được thực thi nhanh chóng, hơn nữa ta không cần phải dành
nhiều thời gian làm sạch hoặc chỉnh sửa các đám mây điểm hoặc lưới đa giác. XOR
thiết kế dựa trên dữ liệu quét của đối tượng, ta có thể dễ dành tạo ra các biên dạng
sketch sau đó thao tác các lệnh extrude, sweep...để tạo ra đối tượng hình học của nó,
hơn thế nữa với chức năng phân vùng tự động ta có thể dùng các vùng này vào việc
tạo ra các đối tượng hình học... Nhờ đó mà ta có thể tiết kiệm được rất nhiều thời
gian cho việc thiết kế.
2.3. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngƣợc để thiết kế biên dạng gioăng cao su
2.3.1. Thiết bị sử dụng đo mẫu
Tác giả sử dụng hệ thống máy ATOS I (2M) của hãng GOM (Đức) tại Trung
tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tân
tiến AIE. Hệ thống máy này được thể hiện trong hình dưới đây:
Hình 2.7. Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M).
26

Tốc độ và độ chính xác là 2 yếu tố quan trọng đối với thiết bị scan 3D. Thiết
bị scan 3D tốc độ cao ATOS I là kết quả của hơn 10 năm nghiên cứu, phát triển và
tích lũy kinh nghiệm thực tế. Dựa trên phiên bản ATOS Standard, ATOS I được
thiết kế lại và hoàn toàn sử dụng những công nghệ mới nhất. ATOS I tiếp tục chứng
minh là thiết bị scan dựa trên công nghệ 2 camera của GOM có tốc độ cao, độ chính
xác cao và là hệ thống scan 3D quang học di động.
+ Thông số kỹ thuật của máy:
- Độ phân giải camera:
- Khoảng cách từ máy đến sp:
- Số điểm đo/1 lần scan:
- Thời gian/1 lần scan:
- Diện tích đo nhỏ nhất:
- Diện tích đo lớn nhất:
- Khoảng cách giữa các điểm đo:
- Kích thước máy quét:
- Khối lượng máy quét:
- Nhiệt độ làm việc:
- Nguồn điện:
- Kích thước vali chứa máy khi di chuyển:
- Tổng trọng lượng khi di chuyển:
- Máy tính kết nối:
2.000.000 pixels.
350 mm.
2.000.000 điểm.
1,3 giây.
120 x 96 mm2.
1000 x 800 mm2.
0,06 ÷ 0,25 mm.
440 x 140 x 200 mm3.
4kg.
0o ÷ 40o C.
110 hoặc 240V AC.
550 x 800 x 300 mm3.
22 kg.
Laptop hoặc Midi Tower PC
Cũng như các hệ thống scan ATOS khác của GOM, ATOS I là thiết bị scan
quang học linh hoạt. Với hơn 2000 hệ thống ATOS được lắp đặt trên toàn thế giới,
thiết bị scan ATOS là một phương pháp đo được sử dụng rộng rãi bên cạnh các thiết
bị đo cơ khí khác.
+ Tính công nghệ:
Chỉ trong 1,3 giây 2 camera của ATOS có thể thu được toàn bộ vân sáng
phản xạ từ bề mặt sản phẩm đo. ATOS I có khả năng đặc biệt thiết kế nhanh nhưng
rất chính xác quét 3 chiều đối tượng. Máy scan ATOS hoạt động dựa trên nguyên lý
phép đo tam giác. Đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật scan, 2
27

camera sẽ ghi lại ánh sáng phản xạ, dựa trên dữ liệu này và các công thức quang
học, phần mềm sẽ tính toán và dựng lại bề mặt 3D của vật scan dưới dạng lưới tam
giác. Dữ liệu này có thể xuất sang nhiều định dạng khác nhau. Trong quá trình scan,
các thông số liên quan như rung động, cường độ ánh sáng, tình trạng của đầu project
đều được quản lý và điều chỉnh bằng phần mềm. Tất cả các hệ thống ATOS I trước
khi cũng cấp cho khách hàng phải đạt chứng chỉ VDI 2634.
Dưới đây là hình ảnh các bộ phận làm việc chính của hệ thống ATOS I:
1. Camera trái và phải.
2. Đèn chiếu
3. Bộ kết nối.
3
2
Hình 2.8. Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M).
+ Khả năng di động:
ATOS I là thiết bị nhỏ và nhẹ. Kích thước của đầu đo và thiết bị điều khiển
đều được giảm kích thước so với các thế hệ trước. ATOS I có thể kết nối với máy
tính xách tay hoặc máy tính để bàn có hiệu năng cao. Toàn bộ hệ thống được đặt
28

trong 1 vali để thuận lợi trong di chuyển. ATOS I có thể dễ dàng thiết lập và sẵn
sàng sử dụng trong vài phút. Cải thiện khả năng di động và giảm thời gian scan nên
ATOS I đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng hàng ngày của các kỹ sư thiết kế và
quản lý chất lượng sản phẩm.
+ Khả năng linh hoạt:
ATOS I có thể đặt cố định, gắn trên giá di động hoặc lắp ráp trên robot cho
các ứng dụng kiểm tra tự động. Khi scan các sản phẩm nhỏ, có thể thay môđun tiêu
chuẩn bằng môđun SO (Small Object) chỉ trong vài phút.
Hình 2.9. Khả năng linh hoạt của máy.
+ Ứng dụng:
Thiết kế gọn và khả năng scan rất nhanh nên ATOS I là một hệ thống di động
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Kiểm tra sản phẩm: hàng không, ôtô, tuabin, tấm kim loại, khuôn mẫu, đồ
gia dụng.
- Thiết kế ngược: thiết kế 3D theo mẫu sản phẩm, thiết kế mô hình tính toán
phần.
- Gia công nhanh: các mẫu vật hội họa, kiến trúc, các mô hình theo mẫu.
- Scan 3D: scan các sản phẩm trong đồ họa máy tính, y học, giáo dục…Tạo
mô hình số cho các mẫu vật.
2.3.2. Quét mẫu chi tiết gioăng cao su.
Quá trình quét mẫu chi tiết vỏ máy khoan phá bằng máy scan hình ATOS I
+ Bƣớc 1: Chuẩn bị hệ thống máy quét.
29

Lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống đường cáp truyền, khởi động máy tính.
Đặt chi tiết lên bàn quét, nếu cần thiết có thể dùng đất sét (theo máy) để gá đặt chi
tiết sao cho có thể quét được nhiều bề mặt, khe hốc.
+ Bƣớc 2: Chuẩn bị chi tiết mẫu.
Phủ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn trắng, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi
tiết các điểm tham chiếu (hình tròn màu đen có chấm trắng ở giữa) và đặt chi tiết lên
bàn quét (bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được để có thể quét được ở
mọi góc độ, quét nhiều lần).
Hình 2.10. Hệ thống máy.
+ Bƣớc 3: Khởi động máy scan ATOS I:
- Khởi động máy tính sau đó khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3
Hình 2.11. Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3
30

Hình 2.12. Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3.
+ Bước 4: Tiến hành scan chi tiết mẫu.
Hình 2.13. Kết quả quét mẫu thu được.
Như vậy đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, tiếp theo Export sang
file STL và thiết kế lại mô hình CAD cho chi tiết.
2.3.3. Xử lý dữ liệu quét trên phần mềm Rapidform.
- Nhập dữ liệu quét (Import file):
Nhập mô hình quét: từ màn hình làm việc, chọn Insert/Import rồi chọn file
quét mô hình từ vị trí đã đặt.
31

Hình 2.14. Nhập dữ liệu quét vào phần mềm
- Chỉnh sửa dữ liệu lưới điể (Mesh Editing):
Kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar hoặc vào Tools/Mesh Tools, xuất
hiện các biểu tượng trên thanh công cụ Toolbar như hình dưới đây:
Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới, tùy từng mẫu quét mà sử
dụng các công cụ chỉnh sửa thích hợp.
Để sửa lỗi do quá trình quét trên bề mặt lưới kích vào biểu tượng hoặc
kích theo đường dẫn Tools/Mesh Tools/Healing wizard, kích OK ở góc phải màn
hình hoặc nhấn Enter để phần mềm tự động chỉnh sửa.
Hình 2.15. Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard.
32

Các lỗi trên bề mặt tiếp tục được chỉnh sửa một cách tự động. Chọn
Tools/Mesh Tools/Fill Holes hoặc kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar để điền
đầy những lỗ hổng trên mô hình. Kích vào nút(Don`tClose Controls) để lựa
chọn lỗ liên tục và kích lần lượt vào các lỗ hổng đó. Các lỗ hổng sẽ được điền đầy
theo lựa chọn đi kèm: theo bề mặt phẳng, cong hay bề mặt trơn.
Có thể dùng để nhận dạng và di chuyển tới các lỗ hổng.
Ta có thể sử dụng công cụ Tools/Mesh Tools/Global Remesh để tam giác
hóa các bề mặt và nâng cao chất lượng cho các bề mặt. Kích hoạt tùy chọn Make
Clean And Manifold Solid Mesh để máy tự động tạo một lưới sạch kín. Chỉ dùng
tùy chọn này cho các lưới kín. Kích OK thu được các lưới tam giác có kích cỡ vừa
phải và đều đặn.
Kích chọn Tools/Mesh Tools/Decimate hoặc kích biểu tượng để giảm bớt
số lượng các mặt bằng việc hợp nhất các đỉnh. Lựa chọn mức độ giảm là 50%.
Kích chọn Tools/Mesh Tools/Enhance hoặc kích vào biểu tượng để
loại bỏ các nhiễu (làm min bề mặt).
Kích chọn vào biểu tượng hay Tools/Mesh Tools/Optimize Mesh để tối
ưu dữ liệu lưới.
Sau cùng là kích vào nút OK ở góc dưới bên phải màn hình để thoát
khỏi chế độ Mesh. Tiếp tục chuyển sang bước thứ hai: Xây dựng bề mặt.
Phân mảng vùng dữ liệu.
Kích vào biểu tượng Region Group trên thanh Toolbar hoặc theo đường
dẫn Tools/Region Tools, trên thanh Toolbar xuất hiện các biểu tượng sau, tương
ứng với các công cụ cho việc phân vùng.
33

Để phân vùng một cách tự động như các vùng màu dưới đây , kích hoạt biểu
tượng (Auto Segment ) và nhấn nút OK .
Hình 2.16. Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent.
Việc phân vùng tự động chưa hoàn chỉnh vì có nhiều mặt tự do, khó cho việc
thực hiện các bước sau này, do đó tiếp tục việc phân vùng bằng tay.
Chọn ToolsMesh toolsSpilt. Chuyển con trỏ chuột sang chế độ Paint
Brush (kích hoạt SelectModePain Brush). Giảm kích cỡ của chổi rồi phân những
vùng lớn thành vùng nhỏ hơn, theo những định dạng cơ bản: mặt phẳng, phần mặt
trụ, mặt tự do có hình dạng đơn giản nhất. Kết hợp với các công cụ Remove,
Append để chỉnh sửa, được kết quả cuối cùng.
Hình 2.17. Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh.
34

2.3.4. Xây dựng mô hình CAD cho gioăng cao su
Tạo Sketch1 (Mesh) bằng cách vào chế độ làm việc Mesh Sketch: kích vào
biểu tượng trên thanh Toolbar hoặc theo đường dẫn Insert/Mesh Sketch.
Chọn mặt phẳng tham chiếu (phác thảo cơ bản) trong mục Base Plane là Plane1.
Sử dụng các lệnh sau trên thanh công cụ để vẽ lại biên dạng Sketch1:
Hình 2.18. Phác thảo biên dạng Sketch1.
Tiếp theo dùng lệnh Extrude để tạo khối solid từ sketch1 vừa phác thảo. Kích
vào biểu tượng (Extrude) trên thanh công cụ Chọn khối cơ bản trong mục
Base Sketch là Sketch1 Chọn phương pháp đùn ở mục Method là Up toRegion
Kích chọn bề mặt cần đùn tới Kích chuột trái kết thúc câu lệnh. Tạo được
khối solid bao quanh chi tiết.
Hình 2.19. Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude.
35

.
Hình 2.20. kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude
Hình 2.21. Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế
Hình ảnh trên cho ta thấy độ chính xác của chi tiết thiết kế so với dữ
liệu quét 3D . Màu xanh hiển thị độ chính xác trong miền dung sai cho phép.
2.4. Vật liệu và công nghệ chế tạo gioăng cao su
2.1.1. Vật liệu cao su
Cao su là vật liệu Polyme có tính chất biến dạng đàn hồi, nó có các tính chất
của hợp chất cao phân tử. Vật liệu cao su ứng dụng ở thời kỳ ban đầu (từ thế kỷ 17)
có nguồn gốc tự nhiên. Do đòi hỏi ngày càng cao của sản xuất và nhờ sự phát triển
của hoá học hiện đại, từ sau những năm 1930, nhiều loại cao su tổng hợp ra đời,
chiếm lĩnh một phần thị trường cao su. Hiện nay tỷ lệ cao su tự nhiên so với cao su
36

tổng hợp trên thị trường thế giới ổn định mở mức (30 34)% cao su tự nhiên và (70
 66)% cao su tổng hợp.
Ngày nay có khoảng 30.000 mặt hàng cao su trong đời sống, theo số liệu
1999 đạt khoảng 17 triệu tấn
Mức tiêu thụ cao su Năm 1999
Cao su tự nhiên NR 5.594.000 tấn
Cao su tổng SR 11.501.000 tấn
Tổng số 17.095.000 tấn
Bảng 2.1. Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su
Số liệu này tăng nhanh hàng năm là 4% 6 %.
Phạm vi ứng dụng được phân bố như sau:
Xăm, lốp 40% 60%
Cao su kỹ thuật 15% 23%
Giày dép 6%  20%
Cao su xốp 3,5% 4%
Bọc và cách điện 5%  5,5%
Các sản phẩm khác7% 11%
37

Hình 2.22. Đường cong ứng suất – biến dạng lý tưởng cho kim loại,
chất dẻo thông thường và vật liệu đàn hồi (elastome).
Độ dãn dài đàn hồi cao của cao su thường được kết hợp với độ cứng vững và
độ bền thấp. Kim loại và chất dẻo thông thường sẽ có độ cứng vững cao hơn, độ bền
cao hơn cao su. Đường cong ứng suất lý tưởng cho kim loại, chất dẻo thông thường
và cao su được minh họa trong Hình 2.22[6].
Các yêu cầu của sản phẩm gioăng kính ô tô tải:
- Sản phẩm phải có độ bóng đẹp .
- Chi phí pha trộn nguyên liệu thấp, hiệu quả cao.
- Có khả năng bịt kín tốt.
- Có khả năng chịu thời tiết và chịu nhiệt tốt.
- Với chức năng cố định kính, duy trì hình dạng tốt.
Vật liệu gia công gioăng cao su: sử dụng loại nguyên liệu EPDM hoặc
EPDM/SBR. Có thể mua nguyên vật liệu như cao su, bột than, chất xúc tiến và các
chất khác để tự pha trộn, nhưng mua cao su trộn sẵn (CMB) là thuận tiện nhất. §é
cứng phải đạt 90 ( Shore A), độ dãn dài tối thiểu là 100(%).
2.4.2. Công nghệ gia công các sản phẩm gioăng cao su
Gia công sản phẩm gioăng cao su thông thường sử dụng phương pháp đùn liên
tục.Phương pháp đùn được áp dụng để sản xuất các sản phẩm cao su có chiều dài
lớn. Trong đó vật liệu cao su ở trạng thái chảy nhớt được máy đùn trục vít đẩy liên
tục qua một khe hở có tiết diện nhất định gọi là đầu tạo hình (khuôn đùn sản phẩm).
Bằng cách thay đổi đầu tạo hình hoặc kết hợp với các bộ phận xử lý phôi đùn khác
nhau, máy đùn có thể sản xuất ra nhiều mặt hàng khác nhau như: màng mỏng, tấm
phẳng, sợi, thanh, ống, bọc cáp và dây dẫn điện, các sản phẩm ống rỗng, lưới,
gioăng kính ô tô, gioăng kính dân dụng...
38

Hình 2.23. Dây truyền đùn gioăng cao su [6].
Máy đùn trục vít được chế tạo theo tiêu chuẩn, còn đầu tạo hình (khuôn đùn)
thường xuyên thay đổi, được thiết kế rất đa dạng theo yêu cầu của sản phẩm.
a. Máy đùn trục vít.
Máy đùn trục vít có nhiều loại, tuỳ theo công dụng và vật liệu gia công mà
người ta chọn loại máy thích hợp. Phân loại máy đùn trên cơ sở sau:
- Theo số trục vít hoạt động.
Máy đùn trục vít có thể có một hay nhiều trục vít (thường là 2 hoặc 3 vít). Đối
với máy đùn nhiều trục vít, các trục vít có thể quay ăn khớp hoặc không ăn khớp,
cùng chiều hoặc ngược chiều. Do cấu tạo phức tạp, nhất là bộ truyền động nên máy
đùn nhiều trục vít ít được sử dụng trong công nghiệp đùn tạo hình mà thường dùng
để trộn và nhựa hoá hỗn hợp nhiều cấu tử.
- Theo công dụng.
Theo công dụng thì được chia nhiều loại như: Máy đùn gia công chất dẻo, máy
đùn gia công cao su, máy đùn sản xuất màng mỏng, ống... Đối với mỗi loại công
dụng, đòi hỏi phải có 1 cấu tạo thích hợp để đảm bảo tính gia công tốt nhất. Việc
dùng lẫn lộn nhau, không những không có hiệu quả kinh tế mà đôi khi không thực
hiện được các quá trình kỹ thuật theo yêu cầu .
b. Đầu đùn tạo hình.
+ Định nghĩa đầu tạo hình:
Đầu tạo hình là một bộ phận được lắp vào phía trước của máy đùn để tạo hình
cho sản phẩm.
+ Các yêu cầu cơ bản của đầu tạo hình:
39

- Yêu cầu quan trọng của đầu tạo hình là trên bất kỳ mặt cắt ngang nào dòng
vật liệu dịch chuyển với một tốc độ không đổi và các vị trí thay đổi không được
phép đột ngột. Tại các vị trí này dòng chảy có thể bị ngưng trệ gây ra sự phân huỷ
nhiệt.
- Để tăng thêm áp lực trong máy, ở giữa đầu tạo hình và trục vít phải lắp thêm
chi tiết tạo ra sức cản.
- Các giai đoạn cơ bản diễn ra trong đầu tạo hình:
- Giai đoạn chuyển dòng: Trong giai đoạn này chất dẻo được chuyển từ mặt
cắt ngang hình vành khăn sang mặt cắt ngang gần với biên dạng bề ngoài của sản
phẩm.
- Giai đoạn tạo hình: Làm cho hình dạng dòng chảy chất dẻo tiếp nhận hình
dạng mặt cắt ngang của sản phẩm cần sản xuất .
- Giai đoạn là phẳng (chuốt): Làm cho hình dạng của dòng chất dẻo ổn định.
+ Phân loại đầu tạo hình:
- Đầu đùn ống và các sản phẩm định hình rỗng, người ta sử dụng các đầu tạo
hình bên trong có lõi. Các chi tiết cố định lõi sẽ tách dòng chảy gây ra sự bất đẳng
hướng dòng chảy. Để khắc phục tình trạng này người ta thiết kế khe hở của chi tiết
định vị lõi lớn hơn khe hở tạo ra chiều dày của ống hoặc chi tiết rỗng. Đầu tạo hình
được thiết kế có đường để không khí được thổi vào giữa lõi với áp lực cao để tạo
đường kính trong.
- Đầu đùn màng mỏng.
- Đầu tạo hình có lớp phủ.
- Đầu tạo hình các loại gioăng kính ô tô, gioăng kính dân dụng.
+ Một số điểm quan trọng cần chú ý khi thiết kế đầu tạo hình:
- Đối với đa số vật liệu Polyme có một giá trị ứng suất trượt tới hạn khoảng
4.105
pa, nếu vượt quá giá trị này sẽ có những hiệu ứng xấu đối với chất lượng sản
phẩm như nứt nẻ bề mặt, sản phẩm bị xoắn hay đứt đoạn.... Do đó, khi thiết kế đầu
tạo hình, tốt hơn hết là giữ cho ứng suất trượt < 4.105
pa. Ngoài ra để tránh tạo ra
những điểm dừng của dòng chảy và giảm ứng suất trượt khi gia công, đầu vào của
bộ phận dẫn cao su lỏng không nên để vuông góc mà phải gia công theo dòng chảy,
thường là với một góc 200
.
40

- Hiệu ứng chảy rối có thể kéo dài từ đầu vào đến đầu ra, gây ra hiện tượng
xấu đối với sản phẩm, nên chiều dài bộ phận này phải đủ lớn để dòng chảy ổn định
lại trước khi đến đầu ra.
- Khi nhựa đi qua đầu tạo hình (khuôn đùn) thì phần áp năng sẽ chuyển (20
25)% cho việc tiêu tốn sự giãn nở, phần còn lại sẽ bị tiêu hao dưới dạng nhiệt ma sát
nội, khoảng 1,60
C cho 70 kg/cm2
. Phần lớn năng lượng này tiêu tốn ở vùng có vận
tốc trượt cao, tức ở gần thành đầu khuôn đùn. Hậu quả là nhiệt độ vùng này cao hơn
phần còn lại dẫn đến hiệu suất giảm và năng suất đùn tăng lên. Người ta định lượng
khoảng 7% cho sự giảm áp 70kg/cm2
. Sự gia nhiệt do ma sát của cao su lỏng, ngoài
việc tăng năng suất máy đùn, nó còn làm giảm áp suất trong đầu tạo hình (áp suất ở
đầu vít). Để có số liệu cho việc tính toán ban đầu chế độ hoạt động của máy đùn,
người ta thường sử dụng phương trình dòng chảy chất lỏng của Newton để mô tả
đặc tuyến của đầu tạo hình [17],[18].
 K.P 
Q
D W.D
Trong đó:
K: Hằng số đầu tạo hình, phụ thuộc hình dạng hình học đầu tạo hình.
W: Trở lực của đầu tạo hìnhW K
1
đối với đầu tạo hình đơn giản.
D : Độ nhớt biểu kiến (Độ nhớt Mooney) của nhựa lỏng trong đầu tạo
hình.
Ví dụ:
- Đối với đầu tạo hình hình trụ:.R4
8L
- Đối với đầu tạo hình khe hẹp:
W .H 3
12.L
- Đối với đầu tạo hình sản xuất ống:(R
0 R
1
)(R
0 R
1
)3
12.L
Để tính toán, ta xác định D ở nhiệt độ và vận tốc trượt thích hợp khi chảy qua
bộ phận đầu tạo hình. Đối với đầu tạo hình phức tạp thì việc tính toán hệ số K rất
khó khăn và làm cho bài toán mang tính kinh nghiệm nhiều hơn.
41

c. Thiết bị đùn gioăng cao su














Hình 2.24. Máy đùn gioăng cao su

Máy đùn cao su đường kính , băng tải gia nhiệt 300mmx24m, hộp

làm lạnh và hộp thu băng tải , khối gia nhiệt 300mmx300mmx360mmx24m ( 4
khối)

- Lõi máy : 1200mm
- Động cơ truyền động chính : 6Px55KW/75KWx50 Hz
- Phương pháp gia nhiệt/ làm lạnh : Bằng hơi và nước
- Áp lực nước : 1,5KG/cm 2
- Áp lực hơi nước : khoảng 3,04,5 KG /cm 2
- Kích thước máy : 3500mm x 2500mm
- Trọng lượng cả bì : 6500kg
- Công suất vận hành : 300kg/h350kg/h( Max)
- Đường kính trục vít :120mm
- Tỷ lệ chiều dài/đường kính :15 :1
- Tốc độ quay của trục vít: 6 60 Vòng/phút
- Đường kính ống xi lanh: 260mm 30mm
- Bộ phận gia nhiệt ống bọc xi lanh : 3 vùng

2.5. Thiết kế khuôn đùn

2.5.1. Chuyển đổi dữ liệu thiết kế

- Sau khi thiết kế chi tiết dựa trên dữ liệu mây điểm . Kết quả chúng ta có
được là chi tiết dạng mô hình 3D (Khối hoặc bề mặt). Sau đó chúng ta cần chuyển
đổi dữ liệu sang các phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp để có thể thiết kế khuôn
hoàn chỉnh và hoàn thành các bản vẽ kỹ thuật.

42
120mm

- Thông thường thì các phầm mềm 3D khi chuyển đổi dữ liệu với nhau phải
qua các định dạng trung gian. Việc chuyển đổi dữ liệu theo phương pháp này sẽ gây
sai số [16], và ảnh hưởng đến chất lượng thiết kế và chất lượng sản phẩm sau khi
gia công.
- Phương pháp nổi trội của RapidForm đó là chuyển đổi dữ liệu thiết kế trực
tiếp, trong đó vẫn đảm bảo dữ nguyên dữ liệu vẽ phác, hay các lệnh hình thành và
chỉnh sửa mô hình 3D
Hình 2.25. Chuyển đổi dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Rapidform sang Inventor
2.5.2. Thiết kế khuôn đùn
Sau khi đã có dữ liệu 3D của chi tiết gioăng cao su. Ta tiến hành thiết kế
khuôn đùn.Các kích thước, thông số hình học cơ bản của khuôn được lấy từ kinh
nghiệm của các chuyên gia từ nhà máy chế tạo. Các kích thước của khuôn cơ bản
như sau:
43

Hình 2.26. Kích thước nửa khuôn dưới
Điểm đáng chú ý trong thiết kế nửa dưới của khuôn đùn là góc dẫn liệu dòng
chảy 20o
để tránh tạo ra những điểm dừng của dòng chảy và giảm ứng suất trượt khi
gia công, đầu vào của bộ phận dẫn cao su lỏng không nên để vuông góc mà phải gia
công theo dòng chảy.
Phần bề dày của đáy (phần tạo hình sản phẩm) không được thiết kế quá mỏng
hay quá dầy, đây cũng chính là phần sẽ quyết định chất lượng của sản phẩm. Theo
kinh nghiệm phần này được thiết kế khoảng 10 mm là giá trị phù hợp. Ngoài ra để
thuận tiện cho việc bảo trì khuôn sau khi sử dụng tác giả có thiết kế thêm hai rãnh
sâu 2 mm được phay hai bên.
Điểm đáng chú ý khi thiết kế nửa khuôn trên của khuôn đùn cao su đó là hệ
thống các lỗ trên tấm khuôn. Các lỗ này là nơi dòng chảy sẽ đi qua và nó cũng có
ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Theo kinh nghiệm thực tế thì sự bố trí và
kích thước các lỗ được thể hiện dưới hình sau.
44

Hình 2.27. Kích thước nửa khuôn trên
- Từ các dữ liệu cho ở trên, Tác giả sẽ xây dựng mô hình 3D của nửa khuôn
trênkết hợp các lệnh vẽ phác, tạo khối, vát mép khối trên phần mềm Inventor.
Hình 2.28. Thiết kế nửa khuôn trên
Quá trình thiết kế nửa khuôn dưới được bắt đầu từ việc thiết kế khuôn cơ bản
như đã đề cập ở Hình 2.25 và quan trọng nhất là việc lấy biên dạng đã được thiết kế
bởi kỹ thuật ngược vào trong môi trường thiết kế khuôn để hoàn thiện nửa khuôn
dưới.
45

Hình 2.29. Thiết kế nửa khuôn dưới
Sau khi thiết kế hai nửa khuôn tác giả tiến hành lắp ráp và kiểm tra các lỗi
lắp ghép trên phần mềm và tiến hành tạo các bản vẽ kỹ thuật để phục vụ gia công.
Kết qủa chúng ta có thể thiết kế được bộ khuôn như sau [1], [2].[5]:
Hình 2.29. Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm Inventor
2.6. Kết luận chƣơng 2
Chương này tác giả đã trình bày các cơ sở lý thuyết về vật liệu, công nghệ gia
công và cơ sở thiết kế khuôn đùn gioăng cao su. Từ đó, tác giả đã ứng dụng phần
mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từ biên dạng mặt cắt ngang của gioăng
cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệ Reverse Engineering.
46

CHƢƠNG 3: CHỂ TẠO BỘ KHUÔN ĐÙN

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải.doc

Similar to Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải.doc