Đồ án: tốt nghiệp thiết kế chế tạo tủ trưng bày sản phẩm khuôn mẫu

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế chế tạo tủ trưng bày sản phẩm khuôn mẫu, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Trương Xuân Hồng
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ 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 Tủ Trưng Bày Sản Phẩm Khuôn Mẫu
• 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 Tốt nghiệp Thiết kế Chế tạo Tủ Trưng bày

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo tủ trưng bày là một công trình học tập quan trọng của sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Đây là bước cuối cùng trong hành trình đào tạo, tổng hợp các kiến thức về thiết kế, chế tạo máy và công nghệ sản xuất. Tủ trưng bày sản phẩm khuôn mẫu được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của xưởng khuôn, lưu trữ và trưng bày các khuôn ép nhựa một cách an toàn, khoa học. Đồ án này không chỉ là bài tập lý thuyết mà còn là cơ hội để sinh viên ứng dụng thực tiễn trong sản xuất công nghiệp, chuẩn bị tốt cho sự nghiệp sau này.

1.1. Định nghĩa và mục tiêu của đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế, chế tạo một tủ trưng bày sản phẩm khuôn mẫu hiệu quả, an toàn và tiết kiệm chi phí. Sinh viên phải tiến hành khảo sát thực tế, phân tích tải trọng, lựa chọn vật liệu phù hợp và sử dụng phần mềm CAD 3D như Creo Parameter hoặc NX 10 để thiết kế. Qua đó, các sinh viên rèn luyện kỹ năng thiết kế công nghiệp và hiểu biết sâu sắc về quy trình chế tạo máy trong thực tế.

1.2. Tầm quan trọng trong đào tạo kỹ sư cơ khí

Đồ án tốt nghiệp là cơ hội quý báu để sinh viên áp dụng toàn bộ kiến thức đã học về kỹ thuật cơ khí, công nghệ chế tạo, và thiết kế máy. Đây là bước cầu nối giữa lý thuyết và thực hành, giúp sinh viên sẵn sàng cho công việc kỹ sư. Qua dự án này, các kỹ sư trẻ hiểu rõ hơn về chu trình sản xuất, từ thiết kế đến chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm.

II. Quy trình Thiết kế và Phân tích Kỹ thuật

Quy trình thiết kế tủ trưng bày bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng, từ khảo sát nhu cầu thực tế đến tính toán chi tiết kỹ thuật. Sinh viên phải thực hiện đo đạc khuôn mẫu, ghi nhận số lượng, trọng lượng, kích thước dài-rộng của từng bộ khuôn để xác định dung tích tủ. Tiếp theo, họ phải tính toán tải trọng tối đa, xác định loại vật liệu thép phù hợp với cường độ yêu cầu. Sử dụng phần mềm Creo Parameter 3 hoặc NX 10, sinh viên xây dựng mô hình 3D chi tiết của tủ, với các chi tiết như cánh cửa, giá treo, khung chịu lực. Sau đó, tiến hành kiểm tra độ bền, mô phỏng lực tác động để đảm bảo an toàn.

2.1. Khảo sát nhu cầu và tính toán thông số

Bước đầu tiên là khảo sát thực tế tại xưởng khuôn, lập bảng thống kê chi tiết về số lượng khuôn, trọng lượng riêng, và kích thước. Dựa trên dữ liệu này, tính toán tổng tải trọng mà tủ phải chịu đựng. Xác định kích thước tổng thể của tủ sao cho tối ưu hóa không gian lưu trữ mà vẫn đảm bảo an toàn cho nhân viên.

2.2. Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo

Vật liệu chính được lựa chọn là thép không gỉ hoặc thép các bon, tùy thuộc vào môi trường làm việc. Phải xem xét độ ăn mòn, khả năng chịu lực, và chi phí của vật liệu. Công nghệ chính là hàn TIG hoặc hàn điện, kết hợp với cắt, bẻ, khắc để tạo các chi tiết chính xác.

III. Thiết kế 3D và Mô phỏng Máy tính

Sử dụng phần mềm CAD hiện đại, sinh viên tạo bản vẽ 3D đầy đủ của tủ trưng bày với tất cả chi tiết. Creo Parameter 3 và NX 10 cho phép tạo các mô hình chi tiết, chính xác và hỗ trợ xuất bản vẽ 2D để sản xuất. Các kỹ sư sử dụng công cụ phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để mô phỏng ứng suất, biến dạng dưới tải trọng tối đa. Điều này đảm bảo tủ không bị hỏng hóc hay biến dạng quá mức trong quá trình sử dụng. Tối ưu hóa thiết kế cũng được thực hiện để giảm trọng lượng và chi phí mà không mất an toàn.

3.1. Tạo mô hình 3D chi tiết

Sử dụng Creo Parameter hoặc NX 10, xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh bao gồm khung chính, cánh cửa, giá treo khuôn, hệ thống khóa. Mỗi chi tiết được vẽ chính xác theo thông số kỹ thuật, giúp dễ dàng xuất bản vẽ sản xuất. Mô hình 3D cũng giúp nhóm khảo sát xung đột vật lý giữa các bộ phận.

3.2. Mô phỏng và kiểm chứng độ bền

Thực hiện phân tích FEA để kiểm tra ứng suất von Mises, hệ số an toàn, và biến dạng tối đa. Giả lập các tình huống tải trọng như tải đồng đều, tập trung, và động. Kết quả mô phỏng giúp điều chỉnh thiết kế nhằm tối ưu hóa vật liệu và đảm bảo an toàn tuyệt đối.

IV. Quy trình Chế tạo và Hoàn thiện Sản phẩm

Chế tạo tủ trưng bày là giai đoạn chuyển đổi thiết kế thành sản phẩm thực tế. Dựa trên bản vẽ 2D chi tiết, sinh viên thực hiện các công đoạn như cắt vật liệu, bẻ, hàn, và gia công. Kỹ thuật hàn là công nghệ chính, yêu cầu sinh viên có kỹ năng hàn tốt để đảm bảo chất lượng mối hàn. Sau hàn, tiến hành chế biến bề mặt: cạo, mài để loại bỏ ứ, rỉ sét, rồi phủ sơn hoặc mạ để bảo vệ và tăng thẩm mỹ. Cuối cùng, lắp ráp chi tiết, gắn khóa, bản lề, quần thảo, kiểm tra hoạt động và kiểm nghiệm tải trọng trước khi bàn giao sản phẩm cuối cùng cho xưởng sử dụng.

4.1. Công đoạn cắt bẻ và chuẩn bị vật liệu

Cắt tấm thép theo kích thước từ bản vẽ 2D sử dụng máy cắt plasma hoặc oxy-acetylene. Sau cắt, tiến hành bẻ các mép để tạo hình dáng tủ theo thiết kế. Làm sạch bề mặt loại bỏ dầu mỡ, rỉ sét trước hàn để đảm bảo chất lượng mối hàn tốt.

4.2. Hàn hoàn thiện bề mặt và lắp ráp cuối

Thực hiện hàn TIG hoặc hàn điện các chi tiết khung theo thiết kế, đảm bảo mối hàn chắc chắn, không có lỗ. Sau hàn, mài nhẵn, phủ sơn epoxy hoặc mạ kẽm để chống gỉ. Lắp ráp cánh cửa, giá treo, khóa, rồi kiểm nghiệm tải trọng cuối cùng để đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài - AUN-QA là chuẩn kiểm định chất lƣợng dành cho hệ thống các trƣờng đại học thuộc khối ASEAN (ASEAN University Network - Quality Assurance) đƣợc thông qua từ năm 1998 và đƣợc triển khai liên tục năm 1999 đến nay, với khá nhiều hoạt động và thành tựu, trong đó có sự tham gia t ch cực của 2 ĐHQG của Việt Nam. Kể từ khi thành lập Hệ thống các trƣờng đại học ASEAN (AUN), chất lƣợng đƣợc xem là một mục tiêu quan trọng nhằm khẳng định với quốc tế về sự hội nhập của giáo dục đại học Đông Nam Á, mặt khác tạo ra sự liên thông và công nhận lẫn nhau giữa các trƣờng trong AUN. Đại học Quốc gia Hà Nội ch nh thức trở thành thành viên Hội đồng Quản trị của AUN từ năm 1995. AUN-QA có 15 tiêu chuẩn bao gồm 56 tiêu ch đánh giá.

Mỗi tiêu ch sẽ đƣợc chấm điểm theo mức thang từ 1 đến 7, trong đó 7 là mức cao nhất. - Nhằm đáp ứng Tiêu chuẩn 11 – Trang thiết bị và cơ sở hạ tầng. Để phục vụ cho kiểm định AUN của ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ kh , nhóm xin thực hiện đề tài : " Thiết kế và chế tạo tủ đựng trƣng bày bộ Khuôn ở Xƣởng Khuôn mẫu.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, phân t ch cơ cấu cho tủ trƣng bày. - Thiết kế sản phẩm với các phần mềm hỗ trợ.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài này nhóm sinh viên đã tiến hành bằng các phƣơng pháp: - Khảo sát các mẫu sản phẩm trên thị trƣờng và nhu cầu sử dụng, hình thành ý tƣởng thiết kế hình dáng sản phẩm cho phù hợp với mục đ ch sử dụng.

- Tham khảo tài liệu về khuôn mẫu. Kiến thức theo thời gian đã đƣợc t ch l y. Tài liệu tham khảo đƣợc thu thập qua sách vở, giáo trình và Internet. - Sử dụng phần mềm Creo 3.0 để thiết kế sản phẩm.

- Lựa chọn vật liệu phù hợp cho sản phẩm. - Tự nghiên cứu từ nguồn tài liệu tin cậy thu thập đƣợc, chắt lọc những thông tin có giá trị, đồng thời suy nghĩ tìm ra cách giải quyết vấn đề. - Gia công chi tiết ở xƣởng cơ kh .4 Nội dung chính của đề tài - Tìm hiểu vật liệu và công nghệ hàn. - Tìm hiểu các dạng tủ trƣng bày: Yêu cầu chung sản phẩm, yêu cầu kết cấu, hình dạng, thẩm mỹ… - Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Creo 3.

- Thiết kế và gia công tủ trƣng bày. - T nh toán khả năng chịu tải của sản phẩm. 2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA CÔNG NGHỆ HÀN VẬT LIỆU 2.  Cấu tạo chung.

Máy ép phun gồm có các hệ thống cơ bản nhƣ trong hình vẽ: Hình 2.  Hệ thống hỗ trợ ép phun. Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun. Hệ thống này gồm 4 hệ thống con: - Thân máy.

- Hệ thống điện. - Hệ thống thủy lực. - Hệ thống làm nguội.1 Thân máy Liên kết cá hệ thống trên máy lại với nhau.2 Hệ thống thuỷ lƣc Cung cấp lực để đóng và mở khuôn, tao ra và duy trì lực kẹp, làm cho trục v t quay và chuyển động tới lui, tạo lực cho chốt đẩy và sự trƣợt của lõi mặt bên. Hệ thống này bao gồm bơm, van, motor, hệ thống óng, thùng chứa nhiên liệu… 3 Hình 2.

2: Hệ thống thủy lực.3 Hệ thống điện. Cấp nguồn cho motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa vật liệu nhờ các băng nhiệt và đảm bảo sự an toàn điện cho ngƣời vận hành máy bằng các công tắc. Hệ thống này gồm tủ điện và hệ thống dây dẫn. 3: Hệ thống điện.4 Hệ thống làm nguội.

Cung cấp nƣớc hay dung dịch ethyleneglycol… để làm nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phễu bị nóng chảy. Vì khi nhựa ở cuống phễu bị nóng chảy thì phần nhựa thô ph a trên khó chạy vào khoang chứa liệu. 4 Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90 ÷ 1200F. Bộ điều khiển nhiệt nƣớc cung cấp một lƣợng nhiệt, áp suất, dòng chảy th ch hợp để làm nguội nhựa nóng trong khuôn.

4: Hệ thống làm mát.5 Hệ thống phun. Hệ thống phun làm nhiệm vụ đƣa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử kh , làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. 5: Hệ thống phun. Hệ thống này gồm các bộ phận: - Phễu cấp nhiệt: Chứa vật liệu nhƣ dạng viên để cấp vào khoang trộn 5 - Khoang chứa liệu: Chứa nhựa và để v t trộn di chuyển qua lại bên trong nó.

Khoang trộn đƣợc gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt. Nhiệt đô xung quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20 đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy lòng vật liệu nhựa. - Các băng gia nhiệt: Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo. Thông thƣờng, trên một máy ép nhựa có thể có nhiều băng gia nhiệt đƣợc cài đặt với các nhiệt độ khác nhau để tạo ra các vùng nhiệt độ th ch hợp cho quá trình ép phun.

- Trục vít: Có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy dẻo vào lòng khuôn.Trục v t có cấu tạo gồm 3 vùng: Hình 2. - Bộ hồi tự hở: Bộ phận này gồm còng chắn hình nêm, đầu trục v t và seat. Chức năng của nó là tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn. Khi trục v t lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hƣớng vòi phun và cho phép nhựa chảy về ph a trƣớc đầu trục v t.

Còn khi trục v t di chuyển vể ph a trƣớc thì vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về hƣớng phễu đóng k n với seat không cho nhựa chảy ngƣợc về ph a sau 6 Hình 2. 7: Van hồi tự mở. - Vòi phun: Có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình dạng đảm bảo bịt k n khoang trộn và khuôn. Nhiệt độ ở vòi phun nên đƣợc cài đặt lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ chảy của vật liệu.Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên đƣợc lắp k n với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp.

8: Vị trí vòi phun.6 Hệ thống kẹp. Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát ra khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun. 9: Hệ thống kẹp. Hệ thống này gồm các bộ phân: - Cụm đẩy của máy: Gồm xylanh thủy lực, tấm đẩy và cần đẩy.

Chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn. - Cụm kìm: Thƣờng có hai loại ch nh, đó là loại dùng cho cơ cấu khuỷu và loại dùng các xylanh thủy lực. Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng mở khuôn và lực giữ khuôn đóng trong suốt quá trình phun. - Tấm di động: Là một tấm thép lớn có bề mặt có nhiều lỗ thông với tấm di động của khuôn.

Ch nh nhờ các lỗ thông này mà cần đẩy có thể tác động lực vào tấm đẩy trên khuôn. Ngoài ra, trên tấm di động còn có các lỗ trên ren để kẹp tấm di động của khuôn. Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4 thanh nối trong suốt quá trình ép phun. 10: Tấm di động - Tấm cố định: C ng là một tấm thép lớn có nhiều lỗ thông với tấm cố định của khuôn.

Ngoài 4 lỗ dẫn hƣớng và các lỗ có ren để kẹp tấm cố định của khuôn tƣơng tự nhƣ tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị để định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa cần đẩy và cụm phun (vòi phun và bạc cuống phun). 11: Tấm cố định. - Những thanh nối: Có khả năng co giãn để chống lại áp suât phun khi kìm tạo lực. Ngoài ra chúng còn có tác dụng dẫn hƣớng cho tấm di động.7 Hệ thống điều khiển.

Hệ thống điều khiển giúp ngƣời vận hành máy theo dõi và điểu chỉnh các thông số gia công nhƣ: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị tr của trục v t, vị tr của các bộ phận trong hệ thống thủy lực. Quá trình điều khiển có ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng sau cùng của sản phẩm và hiệu quả kinh tế của quá trình.Hệ thống điều khiển giao tiếp với ngƣời vận hành máy qua bảng nút điều khiển và màn hình máy tính. - Màn hình máy tính: Cho phép nhập các thông số gia công, trình bày các giữ liệu của quá trình ép phun, c ng nhƣ các t n hiệu báo động và các thông điệp. - Bảng điều khiển: Gồm các công tắc và các nút nhấn dùng để vận hành máy.

Một bản điều khiển điển hình gồm có: Nút nhấn điều khiển bơm thủy lực, nút nhân tắt nguồn điện hay dừng khẩn cấp và các công tắc điều khiển bằng tay. Bên trong hệ thống điều khiển là bộ vi xử lý các rơle, công tắc hành trình, các bộ phận điều khiển nhiệt độ, áp suất, thời gian… 2.2 Tổng quan về khuôn ép phun sản phẩm nhựa. - Khuôn là một dụng cụ để định hình cho một sản phẩm nhựa. K ch thƣớc và kết cấu khuôn phụ thuộc vào k ch thƣớc và hình dáng của sản phẩm.

- Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, ở đó nhựa đƣợc phun vào, đƣợc làm nguội và đẩy ra sản phẩm. - Sản phẩm đƣợc tạo thành giữa hai phần của lòng khuôn. Khoảng trống giữa hai phần khuôn đƣợc điền đầy bởi nhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm. - Một phần lõm vào xác định hình dạng của sản phẩm gọi là lòng khuôn, còn phần lồi ra xác định hình dạng bên trong của sản phẩm gọi là lõi khuôn.2 Các loại khuôn ép sản phẩm nhựa.3 Khuôn hai tấm.

Khuôn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất. so với khuôn ba tấm thì khuôn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và số chu kỳ ép phun ngắn hơn. - Đối với khuôn hai tấm có một lòng khuôn thì không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuốn phun. - Đối với khuôn hai tấm có nhiềulòng khuôn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khuôn cùng một lúc.