Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp chế biến chất dẻo tại Việt Nam đang duy trì tốc độ tăng trưởng doanh thu hàng năm từ 10% – 12% trước khi đạt mốc hơn 25 tỷ USD vào năm 2022. Tuy nhiên, một trong những điểm nghẽn kỹ thuật lớn nhất của hơn 4.000 doanh nghiệp sản xuất nhựa nội địa (trong đó 90% là doanh nghiệp vừa và nhỏ) nằm ở việc phụ thuộc tới gần 100% máy móc công nghệ cao và 70% – 80% hạt nhựa nguyên sinh nhập khẩu. Trong phân khúc nhựa bao bì gia dụng và đóng gói thực phẩm – chiếm tỷ trọng tiêu thụ ổn định nhất – áp lực tối ưu hóa chu kỳ ép phun (Cycle Time), giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm dưới 2%, đồng thời nâng cao độ chính xác hình học của khuôn mẫu đang là yêu cầu cấp thiết để giảm chi phí biên.

Dự án "Thiết kế khuôn ép nhựa và lập trình gia công lòng khuôn cho chi tiết nắp hộp đựng gia vị trên nền tảng Siemens NX 12.0" được thực hiện bởi Kỹ sư Hoàng Văn Thiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Công Nguyên (Khoa Cơ khí – Trường Đại học Thủy Lợi). Đồ án tập trung giải quyết trọn vẹn chuỗi công nghệ từ mô hình hóa hình học 3D, tính toán thông số công nghệ nhiệt – thủy lực ép phun, tích hợp tự động hóa tách khuôn bằng Module chuyên dụng NX Mold Wizard, cho đến lập trình gia công nhiều trục (CAM Milling) cho cụm lòng khuôn (Cavity) và lõi khuôn (Core).

                              QUY TRÌNH KỸ THUẬT TỔNG THỂ
+-------------------+      +--------------------+      +--------------------+
|  3D CAD Modeling  | ---> |   Mold Wizard NX   | ---> |  CAM Manufacturing |
|  - Chi tiết ABS   |      |  - Futaba SC Base  |      |  - Cavity Mill     |
|  - Rút khuôn Z    |      |  - DME/HASCO Parts |      |  - Rest / Contour  |
+-------------------+      +--------------------+      +--------------------+
         |                           |                           |
         v                           v                           v
[KT: 36x27mm, t=1mm]       [Chu kỳ: 20-25s/shot]       [Dung sai: ±0.015mm]

Mục tiêu kỹ thuật cốt lõi

  1. Thiết kế hình học sản phẩm nắp hộp gia vị: Xây dựng mô hình 3D chính xác với đường kính miệng $\varnothing 36\text{ mm}$, chiều cao $27\text{ mm}$, chiều dày thành $t = 1.0\text{ mm}$, khối lượng danh định $m = 6.545\text{ g}$.
  2. Lựa chọn và chuẩn hóa vật liệu: Sử dụng nhựa nhiệt dẻo Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) nguyên sinh với độ co ngót thể tích được bù trừ từ $0.5% - 0.7%$.
  3. Tính toán đồng bộ công nghệ ép phun: Xác định số lòng khuôn tối ưu ($n = 2$), tính toán lực kẹp khuôn ($F_{clamping} = 1000\text{ kN}$), áp suất ép ($P_{inj} = 700 - 1700\text{ kgf/cm}^2$) tương thích với máy ép phun thủy lực servo JSW J100ADS 110U.
  4. Tự động hóa thiết kế kết cấu khuôn 2 tấm: Ứng dụng Siemens NX Mold Wizard xây dựng hệ thống cấp nhựa kênh dẫn nguội (Cold Runner), hệ thống thoát khí (Air Venting), hệ thống làm mát đối xứng (Direct Cooling Channels) và tiêu chuẩn hóa bộ vỏ khuôn FUTABA SC.
  5. Lập trình đường chạy dao CNC (CAM): Xây dựng quy trình gia công thô (Cavity Mill), gia công vét lượng dư (Rest Milling) và gia công tinh bề mặt (Contour Area) cho lòng khuôn, kiểm soát lượng dư sau gia công thô ở mức $0.3 - 0.5\text{ mm}$ và độ nhám bề mặt hoàn thiện $Ra \le 0.8,\mu\text{m}$.

Phạm vi và giới hạn đề tài

  • Phạm vi: Nghiên cứu lý thuyết thiết kế khuôn mẫu công nghiệp, tính toán nhiệt động lực học dòng chảy nhựa ABS, thiết kế CAD/CAM trên phần mềm NX 12.0 cho sản lượng mục tiêu $120,000\text{ sản phẩm/năm}$.
  • Giới hạn: Nghiên cứu dừng lại ở cấp độ mô phỏng hình học, kiểm tra DFM (Design for Manufacturing) và mô phỏng đường chạy dao kiểm tra va chạm (Toolpath Verification), chưa thực hiện đúc mẫu thực nghiệm vật lý tại xưởng do giới hạn thời gian thực hiện trong 6 tuần.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trong ngành gia công khuôn ép nhựa, việc lựa chọn kết cấu khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) và chi phí vận hành (OPEX). Dưới đây là bảng so sánh các giải pháp kết cấu khuôn cho chi tiết nắp hộp gia vị:

Tiêu chí kỹ thuật Khuôn 2 tấm Kênh dẫn nguội (Đề tài chọn) Khuôn 3 tấm Kênh dẫn nguội Khuôn Kênh dẫn nóng (Hot Runner)
Độ phức tạp kết cấu Đơn giản, độ tin cậy cao, 1 mặt phân khuôn chính Trung bình, 2 khoảng mở tách đuôi keo riêng Rất phức tạp, đòi hỏi bộ điều khiển nhiệt đa kênh
Chi phí chế tạo vỏ khuôn Thấp nhất (Cơ sở so sánh: 100%) Tăng 35% - 50% so với khuôn 2 tấm Tăng 120% - 180% do hệ thống gia nhiệt
Bảo trì và vận hành Dễ tháo lắp, căn chỉnh pin đẩy Phức tạp hơn do tấm giữ cuống keo và chốt giật Yêu cầu kỹ sư chuyên trách, rủi ro nghẹt cổng phun
Phù hợp sản lượng $100,000 - 300,000\text{ pcs/năm}$ $300,000 - 1,000,000\text{ pcs/năm}$ $> 1,000,000\text{ pcs/năm}$
Thời gian chu kỳ (Cycle Time) $20 - 25\text{ giây}$ $22 - 28\text{ giây}$ $12 - 16\text{ giây}$

Phân loại yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW

  • Must-have (Bắt buộc): Bề mặt sản phẩm không có ba via (Flash), góc thoát khuôn (Draft Angle) từ $0.5^\circ - 1.5^\circ$, độ dày thành đồng đều $1.0\text{ mm} \pm 0.05\text{ mm}$, bố trí mặt phân khuôn phẳng tại đáy nắp.
  • Should-have (Cần có): Hệ thống làm mát trực tiếp quanh Cavity/Core đạt chênh lệch nhiệt độ bề mặt khuôn $\Delta T \le 5^\circ\text{C}$, thời gian điền đầy (Filling Time) cân bằng giữa các lòng khuôn.
  • Could-have (Nên có): Tích hợp cảm biến áp suất lòng khuôn, tự động cắt cổng phun ngầm (Submarine Gate).
  • Won't-have (Chưa áp dụng): Hệ thống van đóng mở kim phun thủy lực (Valve Gated Hot Runner), cơ cấu trượt mặt bên phức tạp (Side-action sliders do nắp không có undercut).

Thiết kế hệ thống

Bảng thông số vật liệu nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

Chi tiết nắp hộp gia vị tiếp xúc trực tiếp với môi trường nhà bếp, yêu cầu cơ tính cao, độ cứng vững và an toàn vệ sinh thực phẩm:

$$\begin{array}{|l|l|l|} \hline \textbf{Thông số kỹ thuật} & \textbf{Giá trị tiêu chuẩn} & \textbf{Đơn vị đo} \ \hline \text{Nhiệt độ nóng chảy (Melting Point)} & 105 & ^\circ\text{C} \ \text{Nhiệt độ ép phun điển hình (Melt Temperature)} & 204 - 238 & ^\circ\text{C} \ \text{Nhiệt độ biến dạng nhiệt (HDT tại 0.46 MPa)} & 98 & ^\circ\text{C} \ \text{Độ bền kéo đứt (Tensile Strength)} & 46 & \text{MPa} \ \text{Độ bền uốn (Flexural Strength)} & 74 & \text{MPa} \ \text{Tỷ trọng danh nghĩa (Specific Gravity)} & 1.06 & \text{g/cm}^3 \ \text{Độ co ngót đẳng hướng (Linear Shrinkage)} & 0.5 - 0.7 & % \ \text{Dải áp suất ép phun khuyến nghị} & 700 - 1700 & \text{kgf/cm}^2 \ \hline \end{array}$$

Thông số kỹ thuật máy ép phun JSW J100ADS 110U (Japan Steel Works)

  • Đường kính trục vít ($D$): $35\text{ mm}$
  • Hành trình trục vít ($S_{stroke}$): $120\text{ mm}$
  • Thể tích phun danh nghĩa: $115\text{ cm}^3$
  • Khối lượng phun tối đa (cho PS/ABS): $105\text{ g}$
  • Áp suất phun cực đại ($P_{max}$): $225\text{ MPa}$ ($2294\text{ kgf/cm}^2$)
  • Lực kẹp khuôn định mức ($F_{clamp}$): $1000\text{ kN}$ ($100\text{ tấn}$)
  • Hành trình mở khuôn tối đa: $910\text{ mm}$
  • Khoảng chiều cao khuôn cho phép: $150\text{ mm} - 550\text{ mm}$
  • Tốc độ phun cực đại: $350\text{ mm/s}$

Methodology (Phương pháp luận thực hiện)

Dự án áp dụng quy trình phát triển kỹ thuật CAD/CAE/CAM tuần tự theo chuẩn DFM (Design for Manufacturing):

Tuần 1-2: Nghiên cứu vật liệu, khảo sát máy ép, dựng hình 3D Solid Model
Tuần 3: Tính toán số lòng khuôn, hệ thống làm mát, áp lực ép
Tuần 4: Thiết kế khuôn trên NX Mold Wizard (Tách mặt phân khuôn, vỏ FUTABA)
Tuần 5: Thiết kế chi tiết tiêu chuẩn (DME Sprue, HASCO Ejector Pin, Lò xo Z60)
Tuần 6: Lập trình gia công CAM lòng khuôn, mô phỏng kiểm tra va chạm & Xuất bản vẽ A0

Implementation và kết quả

Development process

1. Tính toán số lòng khuôn kỹ thuật ($n$)

Số lòng khuôn tối thiểu được tính toán dựa trên sản lượng $L = 120,000\text{ sản phẩm}$, thời gian hoàn thành $t_m = 25\text{ ngày}$, số giờ làm việc $20\text{ giờ/ngày}$, thời gian chu kỳ ước tính $t_c = 25\text{ s}$, hệ số bù phế phẩm $k = 2%$ ($K = 1.02$):

$$n_{progress} \ge \frac{L \times K \times t_c}{t_m \times 20 \times 3600} = \frac{120000 \times 1.02 \times 25}{25 \times 20 \times 3600} = \frac{3060000}{1800000} = 1.7$$

Số lòng khuôn tối đa dựa trên công suất phun định mức của máy JSW ($S = 105\text{ g}$, trọng lượng sản phẩm $W = 6.545\text{ g}$):

$$n_{capacity} \le \frac{0.8 \times S}{W} = \frac{0.8 \times 105}{6.545} \approx 12.83$$

$$\Rightarrow \text{Lựa chọn phương án kết cấu: } n = 2 \text{ lòng khuôn (bố trí đối xứng song song, cân bằng dòng chảy)}.$$

def calculate_injection_mold(part_weight_g, annual_output, cycle_time_s, working_days):
    """
    Tính toán số lòng khuôn và kiểm tra công suất máy ép JSW J100ADS
    """
    K_waste = 1.02  # Tỷ lệ phế phẩm 2%
    total_seconds = working_days * 20 * 3600
    n_min = (annual_output * K_waste * cycle_time_s) / total_seconds
    
    machine_shot_capacity_g = 105.0
    n_max = (0.8 * machine_shot_capacity_g) / part_weight_g
    
    selected_cavities = 2
    total_shot_weight = selected_cavities * part_weight_g * 1.3 # 30% runner
    
    return {
        "n_min_calculated": round(n_min, 2),
        "n_max_capacity": round(n_max, 2),
        "selected_cavities": selected_cavities,
        "total_shot_weight_g": round(total_shot_weight, 2),
        "capacity_utilization_percent": round((total_shot_weight / machine_shot_capacity_g) * 100, 2)
    }

# Kết quả kiểm toán:
# n_min = 1.70, n_max = 12.83, Chọn n = 2 -> Tải trọng phun = 16.17% (Rất an toàn)

2. Quy trình tách khuôn chi tiết trên NX 12.0 Mold Wizard

  1. Initialize Project: Tải mô hình nắp 3D, gán vật liệu ABS, thiết lập hệ số co rút $S_r = 0.6%$ theo trục tọa độ tổng thể.
  2. Mold CSYS: Đặt gốc tọa độ khuôn tại tâm mặt phân khuôn đáy, khóa hướng rút khuôn dọc trục $+Z$.
  3. Workpiece Definition: Khởi tạo phôi thép tự động, tùy chỉnh kích thước bao khối lõi $L \times W \times H = 150 \times 120 \times 70\text{ mm}$.
  4. Cavity Layout: Bố trí 2 lòng khuôn đối xứng qua tâm với khoảng cách $D_{pitch} = 65\text{ mm}$.
  5. Check Region & Parting Line: Phân tích góc nghiêng (Draft Angle Analysis), phần mềm tự động phân tách vùng tạo hình khuôn âm (Cavity Region - Màu xanh lục) và khuôn dương (Core Region - Màu tím).
  6. Parting Surface Generation: Tạo mặt phân khuôn tự động bằng công cụ Auto Create Parting Surfaces kết hợp Traverse Parting Lines, triệt tiêu hoàn toàn khe hở tiếp xúc.
  7. Mold Base Selection: Lắp ráp vỏ khuôn tiêu chuẩn FUTABA hệ SC kích thước $250\text{ mm} \times 300\text{ mm}$.
  8. Standard Components Integration:
    • Vòng định vị (Locating Ring): Thư viện DME_MM loại có lỗ bắt vít định vị.
    • Bạc cuống phun (Sprue Bushing): DME DHR76/DHR78 góc côn $2^\circ$, bán kính đầu tiếp xúc vòi phun $R = 15\text{ mm}$.
    • Pin đẩy (Ejection Pins): Tiêu chuẩn DME Straight Ejection Pin bố trí 4 vị trí đối xứng quanh chu vi gờ nắp.
    • Hệ thống hồi dao & Lò xo: Thư viện HASCO HASACO_MM_NX11 lò xo nén nạp tải Z60.
    • Kênh làm mát (Cooling Channel): Đường kính $\varnothing 8\text{ mm}$, bố trí dạng mạch kín (Cooling Circuits) cách bề mặt tạo hình $15\text{ mm}$.
+-------------------------------------------------------------------------+
|                    KẾT CẤU BỘ KHUÔN 2 TẤM FUTABA SC                    |
+-------------------------------------------------------------------------+
| [Tấm kẹp trên (Top Clamping Plate)]                                     |
| [Tấm khuôn âm (Cavity Plate)] <---> Bạc cuống phun DME DHR76             |
| ------------------- Mặt Phân Khuôn Chính (Parting Line) --------------- |
| [Tấm khuôn dương (Core Plate)] <---> Lõi định hình Nắp x2               |
| [Tấm đệm (Support Plate)]                                               |
| [Khối kê (Spacer Blocks)] <---> Không gian di trượt giàn pin đẩy        |
| [Tấm giữ pin & Tấm đẩy (Ejector Plates)] <---> Pin đẩy + Lò xo HASCO Z60|
| [Tấm kẹp dưới (Bottom Clamping Plate)]                                  |
+-------------------------------------------------------------------------+

3. Lập trình gia công CAM CNC lòng khuôn (Manufacturing)

       QUY TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT LÒNG KHUÒN TRÊN NX CAM
===================================================================
1. Phay thô (CAVITY_MILL)
   - Dao: Endmill D16R0.8 (Hợp kim Carbide)
   - Stepover: 65% D (10.4mm), Stepdown: 0.5mm
   - Feedrate: 1800 mm/min, Spindle: 3200 RPM
   - Lượng dư còn lại: 0.35mm
   -----------------------------------------------------------------
2. Phay vét lượng dư (REST_MILLING)
   - Dao: Bull-nose Endmill D8R0.5
   - Feedrate: 1400 mm/min, Spindle: 4500 RPM
   - Lượng dư còn lại: 0.15mm
   -----------------------------------------------------------------
3. Phay bán tinh & Tinh (CONTOUR_AREA & ZLEVEL_PROFILE)
   - Dao: Ball-nose Endmill D6R3.0 (Dao cầu)
   - Scallop height: 0.003mm, Stepdown: 0.12mm
   - Feedrate: 2200 mm/min, Spindle: 7500 RPM
   - Dung sai gia công (Tolerance): In/Out = 0.005mm
===================================================================

Đoạn mã G-code xuất qua bộ Post-Processor chuẩn Fanuc 0i-MF:

(PROGRAM NAME: CAVITY_CORE_FINISH)
(TOOL: BALL_ENDMILL_D6R3)
G21 G90 G40 G80 G49
G28 G91 Z0.
T03 M06
S7500 M03
G54 G00 G90 X-32.5 Y0.
G43 H03 Z20. M08
Z2.
G01 Z-0.12 F800
G17 G03 X-32.5 Y0. I32.5 J0. F2200
G01 X-32.38 Z-0.24
...
(REST MILLING TRANSITION)
G00 Z50. M09
M05
G28 G91 Z0.
G28 Y0.
M30

Testing và validation

                KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG MÔ HÌNH VÀ GIA CÔNG
+-------------------------------------------------------------------------+
| Tiêu chuẩn DFM / Phân tích CAM     | Kết quả kiểm định | Trạng thái      |
+------------------------------------+-------------------+-----------------+
| 1. Kiểm tra góc thoát khuôn (Draft)| Không có Undercut | ĐẠT (Passed)    |
| 2. Kiểm tra giao cắt mặt khuôn     | 0 Self-intersection| ĐẠT (Passed)   |
| 3. Độ dày thành (Thickness Check)  | Đồng đều 1.0mm    | ĐẠT (Passed)    |
| 4. Kiểm tra va chạm cán dao (Gouge)| 0 Gouge detected  | ĐẠT (Passed)    |
| 5. Lượng dư bề mặt tinh (Rest)     | Delta <= 0.005mm  | ĐẠT (Passed)    |
+-------------------------------------------------------------------------+
  1. Phân tích dòng chảy và góc thoát khuôn: Kiểm tra toàn diện trên NX Draft Analysis xác nhận góc nghiêng thành bên $1.0^\circ$ đảm bảo lực đẩy sản phẩm khỏi Core không gây biến dạng nứt chân viền.
  2. Kiểm soát va chạm đường chạy dao (Gouge & Collision Detection): Mô phỏng cắt gọt 3D Verify phát hiện 0 va chạm giữa đầu kẹp dao (Holder) với lòng khuôn ở tốc độ trục chính $7500\text{ RPM}$.
  3. Độ ổn định kích thước hình học: Hệ số co rút $0.6%$ được áp dụng bù trừ trực tiếp vào kích thước lòng khuôn giúp sản phẩm sau làm nguội đạt kích thước miệng $\varnothing 36.02\text{ mm}$ (nằm trong dung sai lắp ghép với thân lọ $\pm 0.05\text{ mm}$).

Đổi mới và đóng góp

  1. Ứng dụng quy trình tự động hóa khuôn mẫu với NX Mold Wizard: Rút ngắn thời gian thiết kế kết cấu khuôn từ $10 - 14\text{ ngày}$ (theo phương pháp CAD 2D/3D thủ công truyền thống) xuống còn $3 - 4\text{ ngày}$, tương đương mức giảm $65% - 70%$ thời gian thiết kế kỹ thuật.
  2. Chuẩn hóa hệ thống chi tiết phụ trợ theo tiêu chuẩn quốc tế DME và HASCO: Cho phép dễ dàng thay thế linh kiện hao mòn (Pin đẩy, bạc cuống phun, lò xo) mà không cần gia công đơn chiếc, giảm $45%$ chi phí bảo trì định kỳ cho nhà máy.
  3. Chiến lược chạy dao CAM tích hợp (Rest Milling + Contour Area): Tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động dao, giảm $28%$ thời gian gia công cắt gọt CNC so với phương pháp phay Z-Level thông thường, triệt tiêu hiện tượng gãy dao nhỏ tại các hốc bo chân ren.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản sản xuất công nghiệp

Bộ khuôn nắp lọ gia vị được thiết kế hoàn toàn tương thích để lắp đặt trực tiếp trên các dòng máy ép phun thủy lực hoặc chạy điện từ $80 - 120\text{ tấn}$ lực kẹp, điển hình như Sumitomo SE100EV, Toshiba EC100SX, hoặc JSW J100ADS.

+------------------------------------------------------------------------+
|                      PHÂN TÍCH TÀI CHÍNH & HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ            |
+------------------------------------------------------------------------+
| Hạng mục chi phí                                    | Giá trị dự toán  |
+-----------------------------------------------------+------------------+
| 1. Chi phí thép khuôn (SKD61/P20 đã tôi 48-52 HRC)  | 28,000,000 VNĐ   |
| 2. Bộ vỏ khuôn FUTABA SC tiêu chuẩn                 | 22,000,000 VNĐ   |
| 3. Linh kiện DME/HASCO (Bạc, pin, lò xo, đầu nối)   | 8,500,000 VNĐ    |
| 4. Chi phí gia công CNC phay, xung EDM, đánh bóng   | 35,000,000 VNĐ   |
| TỔNG CHI PHÍ CHẾ TẠO BỘ KHUÔN (CAPEX)               | 93,500,000 VNĐ   |
+-----------------------------------------------------+------------------+
| - Giá thành sản xuất hạt nhựa ABS + Điện/Shot (2 nắp)| 420 VNĐ/chiếc    |
| - Giá bán buôn bao bì gia vị mục tiêu               | 1,200 VNĐ/chiếc  |
| - Lợi nhuận gộp biên trên mỗi sản phẩm              | 780 VNĐ/chiếc    |
| - Thời gian hoàn vốn đầu tư khuôn (Payback Period)  | ~1.2 tháng       |
|   (Dựa trên quy mô lô đặt hàng 120,000 chiếc)       |                  |
+-----------------------------------------------------+------------------+

Lộ trình nhân rộng công nghệ

  • Giai đoạn 1 (Tháng 1): Gia công bộ khuôn thử nghiệm, đánh bóng lòng khuôn đạt độ bóng gương (Mirror Polish $Ra \le 0.2,\mu\text{m}$).
  • Giai đoạn 2 (Tháng 2): Chạy thử khuôn (T0/T1 Trial), đo kiểm CMM kiểm tra kích thước co ngót thực tế và cân chỉnh nhiệt độ dầu giải nhiệt.
  • Giai đoạn 3 (Tháng 3 trở đi): Bàn giao sản xuất hàng loạt, tích hợp cánh tay robot gắp sản phẩm tự động (Take-out Robot) để tối ưu chu kỳ ép dưới $18\text{ s}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  1. Thiếu mô phỏng phân tích dòng chảy nâng cao (CAE Moldflow): Chưa khảo sát chi tiết hiện tượng đường hàn (Weld Line), bẫy khí (Air Trap) cục bộ và ứng suất dư (Residual Stress) bằng phần mềm chuyên sâu như Autodesk Moldflow Adviser.
  2. Kênh dẫn nguội tạo phế liệu cuống keo: Hệ thống Cold Runner tiêu tốn khoảng $15% - 20%$ thể tích nhựa mỗi lần bắn cho kênh dẫn và cuống phun, đòi hỏi công đoạn nghiền tái sinh.

Hướng phát triển đề xuất

  • Ứng dụng hệ thống kênh dẫn nóng Hot Runner Valve Gate để triệt tiêu hoàn toàn cuống keo, tiết kiệm nguyên liệu ABS và giảm thời gian chu kỳ xuống $12\text{ s}$.
  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống làm mát biên dạng (Conformal Cooling Channels) chế tạo bằng công nghệ in 3D kim loại SLM (Selective Laser Melting) giúp tăng $40%$ hiệu suất truyền nhiệt.

Đối tượng hưởng lợi

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  GIÁ TRỊ MANG LẠI CHO CÁC NHÓM ĐỐI TƯỢNG                |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  SINH VIÊN KỸ THUẬT                                                     |
|  - Cung cấp tài liệu quy chuẩn từng bước thiết kế khuôn trên NX 12.0     |
|  - Làm chủ công thức tính toán lực kẹp, số lòng khuôn, chọn máy ép phun |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  KỸ SƯ THIẾT KẾ & GIA CÔNG (CAD/CAM ENGINEERS)                          |
|  - Template thiết lập dao, bước tiến, chiều sâu cắt phay lòng khuôn CNC |
|  - Thư viện thông số chuẩn vỏ khuôn FUTABA và linh kiện tiêu chuẩn DME   |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  DOANH NGHIỆP SẢN XUẤT NHỰA                                            |
|  - Cắt giảm 65% thời gian R&D sản phẩm nắp hộp gia vị mới              |
|  - Bản dự toán kinh tế chi tiết, kiểm soát chi phí làm khuôn dưới 100tr |
+-------------------------------------------------------------------------+

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để chế tạo và vận hành bộ khuôn này là gì?

Nhà xưởng cần trang bị máy phay CNC 3 trục có tốc độ trục chính tối thiểu $8,000 - 10,000\text{ RPM}$, máy xung điện EDM để xử lý các góc hẹp lòng khuôn, máy ép phun nhựa từ $80 - 100\text{ tấn}$ lực kẹp (ví dụ JSW J100ADS) và hệ thống máy làm mát Chiller kiểm soát nước giải nhiệt ở $15 - 20^\circ\text{C}$.

2. Tại sao đồ án chọn kết cấu khuôn 2 tấm thay vì khuôn 3 tấm?

Chi tiết nắp hộp gia vị có kết cấu hở một đầu, không có ren trong phức tạp hay rãnh cắt ngầm (Undercut), miệng phun được bố trí trực tiếp từ mặt phân khuôn bên hông (Side Edge Gate). Do đó, khuôn 2 tấm tối ưu nhất về mặt chi phí đầu tư, dễ chế tạo, độ bền cơ học cao và ít phát sinh sự cố kẹt tấm trung gian như khuôn 3 tấm.

3. Làm thế nào để giải quyết hiện tượng sản phẩm bị co ngót không đều dẫn đến méo miệng nắp?

Cần áp dụng các giải pháp công nghệ: (1) Cài đặt hệ số bù co ngót $0.6%$ trên NX khi thiết kế lõi Core; (2) Duy trì áp suất bảo áp (Packing Pressure) ở mức $50% - 60%$ áp suất phun chính trong thời gian $3.5\text{ s}$; (3) Bố trí đường nước làm mát bao quanh Core để giải nhiệt đồng đều từ trong ra ngoài.

4. Chi phí bảo dưỡng định kỳ của bộ khuôn này ước tính như thế nào?

Nhờ sử dụng $100%$ linh kiện tiêu chuẩn hóa DME và HASCO, chi phí bảo trì sau mỗi $100,000\text{ shots}$ chỉ bao gồm: thay thế phớt làm mát, vệ sinh bavia mặt phân khuôn, tra mỡ dẫn hướng chốt đẩy và thay lò xo nén Z60 với tổng chi phí ước tính dưới $3,000,000\text{ VNĐ/lần}$.

5. Khả năng mở rộng nâng số lòng khuôn lên 4 hoặc 8 cavity khi nhu cầu thị trường tăng đột biến?

Máy ép phun JSW J100ADS cho phép công suất phun tối đa lên tới $105\text{ g/shot}$, trong khi 2 sản phẩm + cuống keo hiện tại chỉ chiếm $\sim 17\text{ g}$ ($16.17%$ công suất máy). Hoàn toàn có thể nâng cấp lên khuôn 4 lòng khuôn trên cùng cỡ máy này mà vẫn đảm bảo an toàn áp suất và lực kẹp, nâng sản lượng hàng năm lên $250,000 - 300,000\text{ sản phẩm/năm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế khuôn ép nhựa chi tiết nắp hộp đựng gia vị" của Kỹ sư Hoàng Văn Thiện (Trường Đại học Thủy Lợi) đã giải quyết triệt để bài toán tích hợp CAD/CAM trong công nghệ gia công khuôn mẫu hiện đại. Bằng việc ứng dụng module chuyên sâu Siemens NX 12.0 Mold Wizard, tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh bộ kết cấu khuôn 2 tấm tiêu chuẩn hóa theo hệ vỏ FUTABA SC và phụ kiện DME/HASCO, đồng thời lập trình gia công CNC chính xác cao cho cụm lòng khuôn Core/Cavity.

Kết quả nghiên cứu không chỉ chứng minh tính khả thi vượt trội về mặt kỹ thuật (chu kỳ ép $20 - 25\text{ s}$, dung sai lắp ghép $\pm 0.015\text{ mm}$, tải trọng phun an toàn $16.17%$ công suất máy JSW J100ADS 110U) mà còn đem lại giá trị thương mại rõ nét với thời gian hoàn vốn đầu tư dự tính chỉ $1.2\text{ tháng}$. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, kỹ sư khuôn mẫu và các doanh nghiệp sản xuất nhựa bao bì định hướng số hóa sản xuất.