Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa sản phẩm bộ cờ vua

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa bộ cờ vua chi tiết. Bao gồm phân tích vật liệu, mô phỏng dòng chảy Moldflow và quy trình gia công.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Trị
• Người hướng dẫn: Th.S. Dương Thị Vân Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Khuôn Ép Nhựa (Sản Phẩm: Bộ Cờ Vua)
• Loại tài liệu: Graduation project
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan về Đồ Án Thiết Kế Khuôn Ép Nhựa Bộ Cờ Vua

Đồ án thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa bộ cờ vua là một công trình khoa học kỹ thuật đáng kể, được thực hiện bởi nhóm sinh viên khoa Cơ khí – Chế tạo máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề tài này kết hợp giữa công nghệ hiện đại và ứng dụng thực tiễn, nhằm tạo ra sản phẩm có tính hàng loạt cao. Khuôn ép nhựa được thiết kế để sản xuất các quân cờ vua với độ chính xác cao và hiệu suất tối ưu. Mục tiêu chính của đồ án là vận dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, đồng thời tạo ra sản phẩm thiết thực phục vụ đời sống. Bộ cờ vua không chỉ có tính giải trí mà còn rèn luyện trí tuệ cho người sử dụng. Công trình này thể hiện sự kết hợp hoàn hảo giữa thiết kế kỹ thuật và ứng dụng công nghiệp.

1.1. Mục Tiêu và Ý Nghĩa của Đồ Án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa hiệu quả cho sản phẩm bộ cờ vua. Đồ án tập trung vào việc áp dụng công nghệ ép phun nhựa hiện đại, sử dụng máy ép SW-120B với các thông số kỹ thuật tối ưu. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài nằm ở khả năng sản xuất hàng loạt sản phẩm chất lượng cao, giảm chi phí sản xuất và tăng năng suất. Bên cạnh đó, đồ án cung cấp kinh nghiệm quý báu trong thiết kế khuôn mẫu cho các sinh viên chuyên ngành kỹ thuật.

1.2. Phạm Vi và Nội Dung Chính

Nội dung của đồ án bao gồm: tìm hiểu vật liệu nhựa và công nghệ ép phun, lịch sử phát triển cờ vua, thiết kế sản phẩm trên Creo Parametric 2. Nhóm thực hiện mô phỏng dòng chảy nhựa qua Moldflow Insight 2013 để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh sử dụng Expert Moldbase Extension 8.0 đảm bảo độ chính xác cao. Cuối cùng, nhóm tiến hành lắp ráp khuôn và ép thử nghiệm để xác minh tính khả thi của thiết kế.

II. Quy Trình Thiết Kế Khuôn Ép Nhựa Sản Phẩm Cờ Vua

Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa cho bộ cờ vua tuân theo các bước kỹ thuật nghiêm ngặt và tiêu chuẩn công nghiệp. Đầu tiên, nhóm phải phân tích chi tiết hình dạng và kích thước các quân cờ vua, từ vua, hậu đến tốt binh. Sau đó, thiết kế sản phẩm được thực hiện trên phần mềm Creo Parametric 2, cho phép tạo mô hình 3D chính xác. Bước tiếp theo là mô phỏng dòng chảy nhựa bằng Moldflow Insight 2013 để dự đoán các vấn đề có thể xảy ra như lạnh, hóa học hoặc biến dạng. Các kết quả mô phỏng giúp điều chỉnh thiết kế khuôn sao cho tối ưu. Cuối cùng, thiết kế khuôn hoàn chỉnh được tạo ra với tất cả các chi tiết liên quan như hệ thống tấc, cốt lõi và cơ cấu mở đóng.

2.1. Thiết Kế Chi Tiết Trên Phần Mềm CAD

Sử dụng Creo Parametric 2, nhóm tạo mô hình 3D chi tiết cho từng quân cờ vua. Phần mềm này cho phép thiết kế tham số, giúp dễ dàng điều chỉnh kích thước và hình dạng. Thiết kế khuôn bao gồm các chi tiết như rongôn, sâu khoét, và hệ thống lắp ráp. Mô hình CAD được xác thực kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Mô Phỏng Dòng Chảy Nhựa

Moldflow Insight 2013 được sử dụng để mô phỏng quá trình chảy của nhựa trong khuôn. Phần mềm này phân tích áp suất, nhiệt độ, và thời gian đổ để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn. Mô phỏng cho phép tối ưu hóa vị trí cổng đấu và kích thước để đạt kết quả tốt nhất, giảm thiểu khiếm khuyết sản phẩm.

III. Vật Liệu và Công Nghệ Ép Phun Nhựa

Công nghệ ép phun nhựa là phương pháp sản xuất phổ biến cho các sản phẩm nhựa phức tạp. Quá trình này bắt đầu bằng việc nấu chảy vật liệu nhựa ở nhiệt độ cao, sau đó ép vào khuôn dưới áp suất lớn. Máy ép nhựa SW-120B sử dụng trong đồ án có công suất và áp lực phù hợp để sản xuất bộ cờ vua. Lựa chọn loại nhựa đúng cách rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến chất lượng, độ bền và thẩm mỹ của sản phẩm. Các loại nhựa phổ biến trong ứng dụng này bao gồm ABS, PP và PVC. Mỗi loại có đặc tính riêng: ABS có độ cứng cao, PP có khả năng chịu tác động tốt, còn PVC có tính dẻo và giá rẻ. Quy trình ép phun đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, áp suất và thời gian đổ để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng.

3.1. Đặc Điểm Vật Liệu Nhựa

Các loại vật liệu nhựa được lựa chọn dựa trên yêu cầu sản phẩm bộ cờ vua. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) mang lại độ cứng cao và khả năng chịu xung tốt. Polypropylene (PP) cung cấp tính linh hoạt và độ bền hóa học. Thông số kỹ thuật của từng loại nhựa được nghiên cứu kỹ lưỡng để chọn lựa phù hợp nhất cho sản phẩm cuối cùng.

3.2. Thông Số Máy Ép SW 120B

Máy ép SW-120B có công suất và áp lực tối ưu cho sản xuất bộ cờ vua. Thông số kỹ thuật bao gồm: lực ép tối đa, nhiệt độ hoạt động, tốc độ ép, và khoảng cách mở khuôn. Các thông số này đảm bảo rằng khuôn ép nhựa hoạt động hiệu quả, sản xuất sản phẩm chất lượng cao với khiếm khuyết tối thiểu.

IV. Kết Quả và Ứng Dụng Thực Tiễn của Đồ Án

Sau khi hoàn thành đồ án, nhóm đã lắp ráp khuôn ép nhựa và thực hiện các lần ép thử nghiệm. Kết quả cho thấy sản phẩm bộ cờ vua được sản xuất với độ chính xác cao, các quân cờ có hình dáng đúng chuẩn và bề mặt nhẵn mịn. Đồ án cung cấp kinh nghiệm quý báu trong toàn bộ quy trình từ thiết kế đến sản xuất. Nhóm đã tích lũy kiến thức sâu rộng về công nghệ khuôn mẫu và quá trình ép phun nhựa. Các kinh nghiệm này sẽ hỗ trợ rất nhiều khi các sinh viên bước vào công việc thực tế. Ngoài ra, bộ cờ vua sản xuất có giá trị thương mại, có thể được sản xuất hàng loạt nếu có nhu cầu thị trường.

4.1. Sản Phẩm Cuối Cùng và Kiểm Định Chất Lượng

Bộ cờ vua hoàn thành bao gồm tất cả các quân cờ từ vua, hậu đến tốt binh. Kiểm định chất lượng bao gồm đo kích thước, kiểm tra bề mặt, và thử độ cứng. Sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật đề ra, với độ chính xác cao và tính thẩm mỹ tốt. Tuy nhiên, do yêu cầu thẩm mỹ cao, nhóm phải áp dụng kỹ thuật hoàn thiện bổ sung để đạt kết quả tốt nhất.

4.2. Giá Trị Ứng Dụng và Hướng Phát Triển

Khuôn ép nhựa được thiết kế có thể sử dụng lâu dài với bảo dưỡng thích hợp. Công nghệ ép phun này có thể ứng dụng cho các sản phẩm nhựa khác với hình dạng phức tạp. Tương lai có thể phát triển thêm các loại sản phẩm giải trí khác bằng khuôn mẫu tương tự, mở rộng giá trị thương mại của công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của để tài  Thế giới Trong cuộc sống thường nhật hiện nay có thể nhận thấy các sản phẩm xung quanh mình được làm từ nhựa rất nhiều. Từ những sản phẩm đơn giản như cái thau, cái rổ, cái lược… đến các sản phẩm tinh xảo như vỏ điện thoại di động, vỏ xe máy, linh kiện máy tính…. Với sự phát triển không ngừng của ngành nhựa thì sự ra đời của ngành công nghiệp khuôn mẫu để hỗ trợ cho nó là tất yếu. Một khi nền công nghiệp khuôn mẫu phát triển thì sẽ làm đa dạng hóa sản phẩm nhựa trên thị trường, hạ giá thành sản phẩm làm tăng tính cạnh tranh của doanh nghiệp, đồng thời giúp người tiêu dùng có nhiều phương án lựa chọn khi mua một sản phẩm.

 Trong nước Hòa nhập cùng xu hướng phát triển trên thế giới, ở nước ta ngành sản xuất và gia công vật liệu chất dẻo đang bắt đầu được chú trọng và phát triển. thành tựu đầu tiên mà được đánh giá là sự ra đời hàng loạt các sản phẩm đa dạng phong phú, chất lượng và độ phức tạp của sản phẩm ngày càng được nậng cao và hoàn thiện. hệ thống máy móc, thiết bị ngày càng được cải tiến. hiện nay và trong tương lai, ngành công nghiệp vật liệu chất dẻo có xu hướng ngày một phát triển, đây là một chiến lược lâu dài và nhiều triển vọng.

Chính vì những lí do trên nên nhóm đã quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA ( SẢN PHẨM: BỘ CỜ VUA)” Thông qua đề tài này nhóm sinh viên mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế chế tạo, góp một phần nhỏ vào việc phát triển nền công nghiệp khuôn mẫu nhựa.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: vận dụng các kiến thức về khuôn ép nhựa, đi sâu vào nghiên cứu để thiết kế bộ khuôn một cách hiệu quả. - Ý nghĩa thực tiễn: đề tài góp phần tạo ra sản phẩm có giá thành thấp, kiểu mẫu mới đồng thời giúp người tiêu dùng có nhiều phương án lựa chọn khi mua một sản phẩm, tăng tính cạnh tranh của doanh nghiệp.3 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phân tích dòng chảy trong khuôn ép nhựa. - Thiết kế sản phẩm và bộ khuôn ép nhựa với các phần mềm hỗ trợ. - Chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm thiết kế.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài này nhóm sinh viên đã tiến hành bằng các phương pháp: - Khảo sát các mẫu sản phẩm nhựa trên thị trường và nhu cầu sử dụng, hình thành ý tưởng thiết kế hình dáng sản phẩm cho phù hợp với mục đích sử dụng.

- Tham khảo tài liệu về khuôn mẫu. Kiến thức theo thời gian đã được tích lũy. Tài liệu tham khảo được thu thập qua sách vở, giáo trình và Internet. Dương Thị Vân Anh Trang 1 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP - Sử dụng phần mềm Creo 2.0 để thiết kế sản phẩm, từ đó tiến hành các bước tiếp theo như tách khuôn, phân tích… - Lựa chọn vật liệu cho sản phẩm và vật liệu làm khuôn cho phù hợp.

- Sử dụng phần mềm Moldflow Insight 2013 để phân tích quá trình ép phun. - Tự nghiên cứu từ nguồn tài liệu tin cậy thu thập được, chắt lọc những thông tin có giá trị, đồng thời suy nghĩ tìm ra cách giải quyết vấn đề. - Lập trình gia công chi tiết ở xưởng khoa cơ khí.5 Kết cấu của ĐATN - Tìm hiểu vật liệu và công nghệ ép phun. - Tìm hiểu các dạng khay bằng nhựa: yêu cầu chung sản phẩm, yêu cầu kết cấu, hình dạng, thẩm mỹ… - Tìm hiểu về cờ vua và lịch sử cờ vua - Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Creo Parametric 2.

- Mô phỏng dòng chảy nhựa cho khuôn ép nhựa với phần mền Moldflow Insight 2013. - Thiết kế khuôn ép nhựa cho sản phẩm bộ cờ vua. - Gia công khuôn ép nhựa cho sản phẩm bộ cờ vua. - Lắp ráp và ép thử - Kết luận GVHD ThS.

Dương Thị Vân Anh Trang 2 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CHẤT DẺO POLYMER CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 2. Tổng quan về vật liệu chất dẻo Polymer [2],[3] 2. Khái niệm Chất dẻo hay còn gọi là nhựa (Plastic) hay Polymer, là các hợp chất cao phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một hay nhiều loại nguyên tử hay nhóm nguyên tử (Monome, đơn vị cấu tạo của Polymer) liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt các tính chất mà chúng không thay đổi đáng kể khi lấy đi hay thêm vào một vài đơn vị cấu tạo. Nó có thể được phun vào khuôn, được nghiền vụn lại và lập lại quá trình đó một số lần.

Tuy nhiên vật liệu dẻo sẽ bị mất phẩm chất (độ bền, cơ tính,…) khi quá trình đó lặp đi lặp lại nhiều lần. Phân loại Có nhiều cách phân loại Polymer dưới đây ta chỉ ra các cách thường dùng. - Theo nguồn gốc: + Polymer tự nhiên: Cao su, xenlulo, protein. + Polymer nhân tạo: PE, PP, PS… - Theo cấu trúc hình học: + Polymer mạch thẳng.

+ Polymer mạch nhánh: Polymer mạch nhánh dạng lưới, Polymer mạch nhánh dạng không gian. - Theo ứng dụng: + Polymer thông dụng: Dùng để sản xuất các chi tiết khối kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý hóa cao hơn. Ví dụ như: PP, PE, PMMA… + Polymer kỹ thuật: Dùng để sản xuất các chi tiết kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý hóa cao hơn. Ví dụ như: PA, PC, PF(teflo)… - Theo tính chất chịu nhiệt: + Polymer nhiệt dẻo: Polymer mạch thẳng dưới tác dụng của nhiệt độ nó bị chảy dẻo ra, khi làm nguội nó rắn lại, quá trình này được lặp đi lặp lại.

Loại Polymer này có ưu điểm tái sinh được, nên người ta dùng làm đồ gia dụng. + Polymer nhiệt rắn: Hay còn gọi là Polymer đặc nhiệt là loại Polymer mạng không gian, dưới tác dụng của nhiệt độ hay chất đóng rắn, nó trở nên cứng, quá trình này không lặp lại. Ưu điểm của loại này là có cơ tính tốt, nên được dùng nhiều trong kỹ thuật. Tính chất cơ bản của Polymer Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng, độ dai va đập, chống mài mòn, module đàn hồi…  Độ bền cơ học Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học.

Dương Thị Vân Anh Trang 3 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu Polymer phụ thuộc nhiều yếu tố như: - Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia… - Phương pháp gia công. - Kết cấu hình dạng sản phẩm…  Thông số cơ bản phản ánh độ bền Polymer Giới hạn bền ( b) là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hoại trong những điều kiện đã cho. Giới hạn bền có thể được xác định theo một số loại biến dạng khác nhau như biến dạng kéo đứt, biến dạng nén, biến dạng uốn,… tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn…. Độ bền kéo đứt là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bằng một lực xác định ở tốc độ kéo dãn xác định cho đến lúc đứt.

Độ bền uốn là khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu uốn. Độ bền nén là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén. Giới hạn bền của Polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác dụng của lực nên khi so sánh độ bền các Polymer với nhau phải so sánh ở cùng điều kiện thử nghiệm. Độ biến dạng tương đối (e) là giá trị biến dạng tăng đến cực đại tại thời điểm đứt.

Độ biến dạng cực đại tương đối cũng phụ thuộc loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ. Nói phép suy luận vật liệu đang ở trạng thái nào khi đứt. Ví dụ: khi vật thể dòn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài %, còn trạng thái mềm cao từ hàng trăm phần trăm đến phần ngàn. Trong trường hợp kéo đơn trục, độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt.

 Độ dai va đập Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2).  Module đàn hồi Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất.

Hệ số tỷ lệ chính là module đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm2). Một số tính chất vật lý của nhựa: tỷ trọng, chỉ số nóng chảy, độ nhớt, co rút, tính cách điện, truyền nhiệt…  Tỷ trọng của nhựa Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa, đơn vị: (g/cm3). Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0. Dương Thị Vân Anh Trang 4 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP Tỷ trọng tăng: lực kéo đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hóa chất tăng, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm.

Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tinh: độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao. Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) PELD 0.1: Tỷ trọng một sống nguyên liệu nhựa thông dụng  Chỉ số nóng chảy Là chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công. Đơn vị tính: g/10 phút (ở điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định theo tiêu chuẩn đo).

Tiêu chuẩn đo chỉ số nóng chảy là ASTM D1238. Chỉ số chảy cao: - Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy. - Dùng nhiệt độ, áp suất gia công thấp. - Chu kỳ sản xuất ngắn.

- Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng hơn. Chỉ số chảy thấp: - Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật. - Làm tăng thời gian điền đầy khuôn. - Làm tăng thời gian duy trì áp.

- Áp suất cần thiết để điền đầy khuôn phải cao. - Đòi hỏi nhiệt độ gia công cao.