Đồ án: tốt nghiệp thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa sản phẩm bộ cờ tướng 3418466

Tài liệu nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa sản phẩm bộ cờ với phương pháp khoa học, ứng dụng thực tiễn hiệu quả

• Tác giả: Lê Hùng Cường
• Người hướng dẫn: ThS. Dương Thị Vân Anh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí - Chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa (Sản phẩm: Bộ cờ tướng)
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Thiết kế Chế tạo Khuôn ép Nhựa

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa là một công trình học tập toàn diện, kết hợp lý thuyết và thực hành trong lĩnh vực công nghệ sản xuất hiện đại. Đề tài này tập trung vào thiết kế khuôn ép nhựa để sản xuất bộ cờ tướng – một sản phẩm vừa có tính giải trí, vừa rèn luyện trí tuệ. Với sự phát triển không ngừng của nền công nghiệp, ngành công nghệ khuôn mẫu đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm hàng loạt với chất lượng cao. Đồ án này được thực hiện bởi nhóm sinh viên khoa Cơ khí – Chế tạo máy, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dưới sự hướng dẫn tỉnh tế của ThS. Dương Thị Vân Anh. Mục tiêu chính là vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn, tạo ra sản phẩm thiết thực cho cuộc sống.

1.1. Mục tiêu và Ý nghĩa của Đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo một khuôn ép nhựa hoàn chỉnh cho sản xuất bộ cờ tướng. Đồ án nhằm giúp sinh viên vận dụng kiến thức về công nghệ ép phun, thiết kế khuôn mẫu và mô phỏng dòng chảy nhựa. Ý nghĩa của công trình này không chỉ nằm ở việc sản xuất một sản phẩm hữu ích mà còn tích lũy kinh nghiệm thực tế trong gia công, lắp ráp và bảo trì khuôn ép.

1.2. Phạm vi Thực hiện Đồ án

Đồ án bao gồm nhiều giai đoạn: tìm hiểu vật liệu nhựa và công nghệ ép phun, nghiên cứu lịch sử cờ tướng, thiết kế sản phẩm trên phần mềm Creo Parametric, mô phỏng dòng chảy bằng Moldflow Insight, thiết kế khuôn ép chi tiết, gia công khuôn bằng máy CNC, lắp ráp khuôn hoàn chỉnh và thực hiện các phép thử ép.

II. Quy Trình Thiết kế Khuôn ép Nhựa

Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa là một công trình kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Để tạo ra một khuôn ép nhựa chất lượng cao, nhóm sinh viên đã thực hiện nhiều bước quan trọng. Trước tiên, họ tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng về các loại vật liệu nhựa và đặc tính của chúng, đặc biệt là khả năng chảy, độ co ngót và độ bền của vật liệu. Tiếp theo, thiết kế 3D sản phẩm được thực hiện trên phần mềm Creo Parametric, cho phép tạo ra các chi tiết chính xác của bộ cờ tướng. Sau đó, công việc mô phỏng dòng chảy nhựa bằng phần mềm Moldflow Insight giúp dự báo cách vật liệu sẽ chảy trong khuôn, từ đó tối ưu hóa thiết kế.

2.1. Lựa chọn Vật liệu và Công nghệ ép Phun

Việc lựa chọn vật liệu nhựa phù hợp là bước đầu tiên quan trọng. Nhóm đã phân tích thông số kỹ thuật của máy ép nhựa SW-120B và các loại nhựa khác nhau. Công nghệ ép phun được chọn vì khả năng sản xuất hàng loạt cao, độ chính xác tốt và hiệu suất kinh tế tối ưu. Vật liệu nhựa được chọn phải có độ chảy tốt, độ co ngót thấp để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.2. Thiết kế Chi tiết Khuôn ép

Thiết kế khuôn ép chi tiết bao gồm thiết kế các thành phần chính như: tấm trên, tấm dưới, cốc và buồng ẩm. Mỗi thành phần phải được tính toán chính xác để đảm bảo sự khớp nối hoàn hảo. Hệ thống cắt sản phẩm, hệ thống thoát khí và hệ thống làm mát cũng được thiết kế kỹ lưỡng để đạt hiệu suất sản xuất tối đa.

III. Ứng dụng Phần mềm trong Thiết kế và Mô phỏng

Trong thời đại công nghệ số, ứng dụng phần mềm CAD/CAM đã trở thành công cụ không thể thiếu trong thiết kế khuôn ép nhựa. Nhóm sinh viên đã sử dụng Creo Parametric 3 để tạo ra các mô hình 3D chính xác của sản phẩm bộ cờ tướng, cho phép kiểm tra kích thước, hình dáng và các chi tiết fine. Phần mềm này còn hỗ trợ trong việc tạo các bản vẽ kỹ thuật phục vụ gia công. Tiếp theo, phần mềm Moldflow Insight 2013 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy nhựa trong khuôn, giúp dự báo các vấn đề như chảy không đều, bong tách, hay co ngót không đều. Những thông tin này cho phép nhóm tối ưu hóa thiết kế, điều chỉnh vị trí cổ phun, đường chảy nhựa, và các yếu tố khác để đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình sản xuất.

3.1. Thiết kế 3D với Creo Parametric

Creo Parametric 3 cho phép nhóm tạo ra mô hình 3D chi tiết của từng quân cờ trong bộ cờ tướng. Phần mềm hỗ trợ thiết kế tham số, giúp dễ dàng chỉnh sửa kích thước và hình dáng. Các mô hình này được sử dụng để tạo bản vẽ kỹ thuật, tính toán khối lượng và diện tích, phục vụ cho quá trình gia công khuôn.

3.2. Mô phỏng Dòng chảy với Moldflow Insight

Moldflow Insight 2013 là công cụ mô phỏng dòng chảy nhựa hiệu quả, cho phép nhóm phân tích cách vật liệu nhựa chảy trong khuôn. Mô phỏng này giúp phát hiện các vấn đề tiềm ẩn như điểm bong tách, vết sẹo hoặc co ngót không đều, từ đó tối ưu hóa thiết kế để đạt chất lượng sản phẩm cao nhất.

IV. Gia công Lắp ráp và Kết quả Thực hiện Đồ án

Sau hoàn thành giai đoạn thiết kế, nhóm sinh viên tiến hành gia công khuôn ép nhựa bằng máy CNC hiện đại. Quá trình gia công yêu cầu độ chính xác cao, đảm bảo các chi tiết khớp nối chính xác theo thiết kế. Lắp ráp khuôn hoàn chỉnh là bước quan trọng tiếp theo, yêu cầu sự cẩn thận và kỹ năng cao. Tất cả các thành phần được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi lắp ráp để đảm bảo độ chính xác. Sau lắp ráp, nhóm tiến hành các phép thử ép nhựa để kiểm tra hiệu suất của khuôn, điều chỉnh các thông số máy ép như nhiệt độ, áp suất và thời gian ép để đạt chất lượng sản phẩm tối ưu. Kết quả cuối cùng là một bộ cờ tướng hoàn chỉnh được sản xuất từ khuôn ép nhựa chuyên dụng, vừa thực dụng vừa có giá trị nghệ thuật.

4.1. Quá trình Gia công Khuôn bằng CNC

Gia công CNC là công đoạn chuyển đổi bản vẽ kỹ thuật thành sản phẩm thực tế. Nhóm sử dụng máy tiện CNC và máy phay CNC để gia công các thành phần khuôn với độ chính xác ± 0.05mm. Quá trình này bao gồm chuẩn bị nguyên liệu, lập trình CNC, gia công các bề mặt chính, và hoàn thiện các chi tiết nhỏ. Mỗi chi tiết được kiểm tra chiều kích ngay sau gia công để đảm bảo chất lượng.

4.2. Lắp ráp Thử ép và Kết quả Cuối cùng

Sau gia công, các thành phần khuôn được lắp ráp theo thiết kế, tạo thành một khuôn hoàn chỉnh sẵn sàng sản xuất. Thử ép nhựa được thực hiện trên máy ép SW-120B để kiểm tra hiệu suất khuôn. Kết quả là một bộ cờ tướng chất lượng cao được sản xuất thành công, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của thiết kế.

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 TƯỚNG)” 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.

Dương Thị Vân Anh Trang 1 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP - 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. - 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 tướng và lịch sử cờ tướng - Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Creo parametric 3.

- 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 tướng. - Gia công khuôn ép nhựa cho sản phẩm bộ cờ tướng. - 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 GVHD ThS.

Dương Thị Vân Anh Trang 3 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học. 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 (𝜎b) 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). Dương Thị Vân Anh Trang 4 ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0.

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.