Hướng dẫn chi tiết chế tạo khuôn phun ép sản phẩm cần gạt

Khuôn phun ép là công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp nhựa, giúp định hình… 142 trang · Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh · 2022.

• Tác giả: Dương Đức Hà
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trọng Hiếu
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Chế tạo khuôn phun ép sản phẩm cần gạt
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC HÌNH
• MỤC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Lí do chọn đề tài
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Mục tiêu và kết quả đạt được
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan vật liệu chất dẻo polymer
• 2.2. Cơ sở lí thuyết về phun ép nhựa
• 2.3. Tổng quan về khuôn ép phun sản phẩm nhựa
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN
• 3.1. Qui trình thiết kế khuôn
• 3.2. Tổng quan về sản phẩm
• 3.3. Vẽ lại sản phẩm
• 3.4. Đánh giá sản phẩm
• 3.5. Thiết kế hệ thống dẫn nhựa
• 3.6. Phân tích CAE
• 3.7. Thiết kế hệ thống làm mát
• 3.8. Kết cấu khuôn
• 4. CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP
• 4.1. Vật liệu làm khuôn
• 4.2. Dụng cụ cắt
• 4.3. Tra chế độ cắt
• 4.4. Qui trình công nghệ
• 4.5. Làm nguội và đánh bóng khuôn
• 5. CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Thử nghiệm ép thử
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỤC BẢN VẼ

Tóm tắt

I. Tổng quan về khuôn phun ép và sản phẩm cần gạt

Khuôn phun ép là công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp nhựa, giúp định hình sản phẩm với độ chính xác cao. Sản phẩm cần gạt là một chi tiết cơ khí có chức năng chuyển đổi chuyển động, thường được sử dụng trong các thiết bị công nghiệp. Đề tài này tập trung vào việc chế tạo khuôn để sản xuất sản phẩm này một cách hiệu quả. Ngành công nghiệp khuôn mẫu tại Việt Nam đang phát triển mạnh, với giá trị đạt trên 1 tỷ USD/năm và tốc độ tăng trưởng 18%. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của việc nghiên cứu và phát triển khuôn phun ép.

1.1. Giới thiệu đề tài

Đề tài chế tạo khuôn phun ép sản phẩm cần gạt nhằm ứng dụng kiến thức về khuôn mẫu và cơ khí chính xác vào thực tế. Sản phẩm nhựa ngày càng phổ biến trong đời sống và công nghiệp, đòi hỏi các giải pháp sản xuất hiệu quả. Khuôn phun ép đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra sản phẩm với số lượng lớn và chất lượng cao.

1.2. Lý do chọn đề tài

Ngành công nghiệp khuôn mẫu tại Việt Nam đang phát triển mạnh, nhưng các sản phẩm nhựa vẫn chưa đa dạng về mẫu mã và chủng loại. Việc nghiên cứu chế tạo khuôn cho sản phẩm cần gạt không chỉ giúp nâng cao kỹ năng thực tế mà còn góp phần phát triển ngành công nghiệp này.

II. Cơ sở lý thuyết về phun ép nhựa

Phun ép nhựa là quá trình sử dụng máy ép nhựa để đưa nhựa nóng chảy vào khuôn, tạo hình sản phẩm. Quá trình này bao gồm các hệ thống chính: hệ thống kẹp, hệ thống khuôn, hệ thống phun, hệ thống thủy lực và hệ thống điều khiển. Khuôn ép nhựa được thiết kế dựa trên hình dạng và kích thước sản phẩm, với các loại khuôn phổ biến như khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm và khuôn dẫn nóng.

2.1. Tổng quan về vật liệu nhựa

Nhựa là vật liệu polymer tổng hợp, được phân loại theo cấu trúc hình học (vô định hình, bán tinh thể) và cấu trúc mạch (mạch thẳng, mạch nhánh, mạch lưới). Các tính chất cơ học quan trọng của nhựa bao gồm độ dai va đập, module đàn hồi và hệ số co rút.

2.2. Cơ sở lý thuyết về phun ép nhựa

Máy ép nhựa bao gồm các hệ thống chính như hệ thống kẹp, hệ thống khuôn, hệ thống phun và hệ thống điều khiển. Quá trình phun ép nhựa đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các thông số như áp suất, nhiệt độ và tốc độ phun để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Thiết kế và chế tạo khuôn phun ép

Thiết kế khuôn phun ép đòi hỏi sự chính xác cao, từ việc phân tích sản phẩm đến thiết kế hệ thống dẫn nhựa và làm mát. Quy trình thiết kế bao gồm các bước: vẽ sản phẩm, phân tích góc thoát khuôn, thiết lập hệ số co rút và thiết kế kết cấu khuôn. Chế tạo khuôn bao gồm gia công vật liệu, lắp ráp và kiểm tra khuôn trước khi đưa vào sản xuất.

3.1. Quy trình thiết kế khuôn

Quy trình thiết kế khuôn bắt đầu từ việc phân tích sản phẩm, vẽ lại sản phẩm trên phần mềm CAD, và thiết kế hệ thống dẫn nhựa. Phân tích CAE được sử dụng để kiểm tra dòng chảy nhựa, áp suất và nhiệt độ trong khuôn.

3.2. Chế tạo và lắp ráp khuôn

Vật liệu làm khuôn được lựa chọn dựa trên độ bền và khả năng chịu nhiệt. Quy trình gia công bao gồm cắt, mài và đánh bóng khuôn. Sau khi lắp ráp, khuôn được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả sản xuất.

IV. Thử nghiệm và đánh giá khuôn phun ép

Sau khi hoàn thiện, khuôn phun ép được thử nghiệm để kiểm tra khả năng điền đầy nhựa, áp suất phun và nhiệt độ làm nguội. Kết quả thử nghiệm cho thấy khuôn đạt yêu cầu về độ chính xác và hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, quá trình thử nghiệm cũng phát hiện một số sai sót cần khắc phục để tối ưu hóa khuôn.

4.1. Thử nghiệm ép thử

Khuôn được thử nghiệm trên máy ép nhựa HATIAN MA1200. Các thông số như áp suất phun, nhiệt độ và thời gian làm nguội được ghi lại để đánh giá hiệu quả của khuôn.

4.2. Kết luận và hướng phát triển

Kết quả thử nghiệm cho thấy khuôn đạt yêu cầu về độ chính xác và hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, cần cải thiện một số chi tiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thời gian gia công.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp khuôn mẫu và cơ khí chính xác tại Việt Nam đạt giá trị trên 1 tỉ USD mỗi năm với tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 18%/năm, thu hút sự quan tâm đầu tư của nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước. Mặc dù nhu cầu sản xuất khuôn nhựa và cơ khí chính xác rất lớn, cơ cấu sản phẩm nhựa nội địa hiện nay chủ yếu tập trung vào các nhóm hàng tiêu dùng, bao bì và vật liệu xây dựng. Nhóm sản phẩm nhựa kỹ thuật cao phục vụ các ngành ô tô, thiết bị vi tính hay đường ống dẫn dầu còn chiếm tỷ trọng khiêm tốn, chủng loại và mẫu mã chưa thực sự đa dạng. Xuất phát từ bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp mã số DT42 với đề tài "Nghiên cứu chế tạo khuôn ép nhựa sản phẩm Cần gạt" được thực hiện nhằm vận dụng các kiến thức chuyên ngành khuôn mẫu và cơ khí chế tạo vào thực tiễn sản xuất.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là nguyên lý hoạt động, kết cấu cơ khí và các thông số công nghệ của khuôn ép phun nhựa; các đặc tính kỹ thuật của vật liệu nhựa công nghiệp và hệ thống tiêu chuẩn linh kiện khuôn trên thị trường. Sản phẩm nghiên cứu cụ thể là chi tiết "Cần gạt" – một linh kiện cơ khí dạng "càng" có chức năng chuyển đổi và truyền chuyển động giữa các cụm chi tiết trong cụm cơ cấu máy. Chi tiết do khách hàng đặt hàng chế tạo theo yêu cầu bảo mật thông tin, có dạng hình học đối xứng nhưng thiết kế gốc không có góc thoát khuôn và không có đoạn chuyển tiếp giữa các vùng có bề dày khác nhau.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm ba nội dung chính:

1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về vật liệu chất dẻo, công nghệ ép phun và phân tích dòng chảy khuôn ép nhựa.
2. Ứng dụng các phần mềm kỹ thuật chuyên dụng để thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn ép nhựa.
3. Gia công chế tạo bộ khuôn, tiến hành ép thực nghiệm trên máy ép công nghiệp để tạo ra sản phẩm thực tế và đánh giá chất lượng sản phẩm.

Về phạm vi nghiên cứu, không gian thực hiện đề tài đặt tại Xưởng cơ khí và phòng thực hành bộ môn CAD/CAM/CNC, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian nghiên cứu và hoàn thành đồ án diễn ra từ tháng 5/2022 đến tháng 8/2022. Tiêu chí đánh giá chất lượng hoàn thiện của đề tài gồm hai yêu cầu kỹ thuật: sản phẩm ép ra phải được tháo tự động và liên tục khỏi khuôn (không lấy thủ công), đồng thời kích thước hình học của sản phẩm phải đạt dung sai theo đúng bản vẽ thiết kế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về khung lý thuyết vật liệu, đồ án hệ thống hóa bản chất của chất dẻo polyme tổng hợp có thành phần hóa học chủ yếu từ carbon kết hợp với hydro, oxy, nitơ, clo và lưu huỳnh. Phân loại polyme được tiếp cận theo hai hướng:

• Theo cấu trúc hình học: phân chia thành nhóm nhựa vô định hình (như PMMA, PS, PC, PVC, ABS, PEI) có độ trong suốt cao và nhóm nhựa bán tinh thể (như PE, PP, PBT, PET, PEEK) có độ co rút thể tích lớn hơn.
• Theo cấu trúc mạch phân tử: gồm mạch thẳng, mạch nhánh và mạch lưới. Nhựa nhiệt dẻo cấu tạo từ mạch thẳng hoặc nhánh, có khả năng nóng chảy khi gia nhiệt và tái chế được; nhựa nhiệt rắn có cấu trúc mạng lưới không gian, cứng, giòn và không thể tái sinh sau khi đông kết.

Các chỉ tiêu cơ lý được tác giả sử dụng làm cơ sở tính toán khuôn gồm: độ dai va đập (xác định trên thiết bị con lắc Charpy đo công phá hủy trên một đơn vị diện tích mẫu thử, đơn vị kJ/m²), tỷ trọng vật liệu, chỉ số chảy nóng chảy (MFI) thể hiện tính lưu động của polyme lỏng, và hệ số co rút thể tích sau khi định hình.

Về nguyên lý thiết bị ép phun, đồ án phân tích cấu tạo máy ép gồm 5 hệ thống chức năng:

1. Hệ thống kẹp khuôn (Clamping unit): thực hiện chuyển động tịnh tiến đóng/mở khuôn, giữ lực kẹp chống áp lực dòng nhựa và dịch chuyển ty đẩy.
2. Hệ thống khuôn (Mold unit): gồm nửa khuôn cố định gắn với lòng khuôn (cavity) và nửa khuôn di động mang lõi khuôn (core).
3. Hệ thống phun nhựa (Plastification unit): gồm phễu nạp hạt nhựa, xi lanh gia nhiệt bằng điện trở, trục vít ba vùng (vùng nhập liệu đẩy hạt, vùng nén ép làm chảy dẻo, vùng định lượng trộn đồng nhất) và đầu vòi phun bo tròn tiếp xúc với bạc cuống phun.
4. Hệ thống thủy lực (Injection unit): bơm, van, động cơ thủy lực cung cấp năng lượng đóng mở khuôn, quay trục vít và đẩy dàn lói.
5. Hệ thống điều khiển (Driving unit): kiểm soát áp suất, nhiệt độ, vận tốc và hành trình chuyển động.

Hệ thống phân loại khuôn ép phun được tổng hợp dựa trên số tầng lòng khuôn, loại kênh dẫn (kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng), kết cấu tấm khuôn (khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm tự cắt đuôi keo), và mức tải trọng kẹp khuôn:

Phân loại theo lực kẹp	Kích thước máy tương đối
25 – 100 tấn	Nhỏ
100 – 500 tấn	Vừa
500 – 1000 tấn	Lớn
Trên 1000 tấn	Rất lớn

Bên cạnh đó, đồ án so sánh các đặc tính kỹ thuật giữa khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm và khuôn kênh dẫn nóng:

Tiêu chí	Khuôn 2 tấm	Khuôn 3 tấm	Khuôn dẫn nóng
Vị trí đặt cổng phun	Thường nằm trên mặt phân khuôn	Linh hoạt, chọn vị trí dễ dàng	Trung tâm lòng khuôn
Tách kênh dẫn	Sản phẩm và kênh dính liền	Tự động tách rời sản phẩm	Không phát sinh phế liệu kênh
Chu kỳ ép phun	Ngắn	Dài	Ngắn
Giá thành chế tạo	Thấp	Cao hơn khuôn 2 tấm	Rất cao
Độ phức tạp cơ khí	Đơn giản, độ bền cao	Phức tạp, hành trình mở lớn	Hệ thống nhiệt phức tạp

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

• Phương pháp CAD: Sử dụng phần mềm PTC Creo với module Mold Cavity để dựng hình 3D, thiết lập hệ số co rút cho nhựa PP, xác định mặt phân khuôn và tách lòng/lõi khuôn.
• Phương pháp mô phỏng số CAE: Mô phỏng động học điền đầy dòng chảy polyme nhằm kiểm tra khả năng điền đầy, áp suất phun, nhiệt độ dòng chảy, lực kẹp khuôn, bẫy khí nghẹt, vị trí đường hàn và thời gian làm nguội của 2 phương án bố trí miệng phun.
• Phương pháp công nghệ gia công cắt gọt CNC: Tra cứu chế độ cắt chuẩn cho dao phay ngón (endmill) hãng CMTech (cắt rãnh, cắt biên) và mũi khoan thép gió Nachi; lập trình gia công các tấm khuôn và insert.
• Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp khuôn hoàn chỉnh, vận hành thử nghiệm trên máy ép nhựa Haitian MA1200, hiệu chỉnh cơ khí và đo kiểm kích thước thực tế của chi tiết cần gạt sau ép.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm thông số vật lý của nhựa Polypropylene (PP); bản vẽ kỹ thuật 2D của chi tiết Cần gạt; catalogue tiêu chuẩn linh kiện khuôn mẫu (Moldbase, bạc cuống phun, chốt dẫn hướng, ty đẩy); bảng chế độ cắt dao cụ CMTech và Nachi; tài liệu thông số kỹ thuật máy ép Haitian MA1200.

Thiết kế và triển khai

Chi tiết Cần gạt được thiết kế từ vật liệu nhựa PP, có các thông số hình học và vật lý tính toán trên phần mềm: thể tích 0,489 cm³, khối lượng 0,44 g và tỷ trọng 0,9 g/cm³. Hình dạng chi tiết có tính đối xứng hai bên, không có undercut nhưng tồn tại hai nhược điểm gia công: không có góc thoát khuôn và có 3 bậc bề dày thành khác nhau (2 mm và 3,9 mm) mà không có đoạn chuyển tiếp góc lượn.

Nhằm xử lý các sai lệch kích thước sau co ngót, mô hình CAD được đặt gốc tọa độ tại trọng tâm hình học để scale nở đều theo hệ số co rút của nhựa PP. Đối với các vị trí yêu cầu dung sai nghiêm ngặt trên bản vẽ 2D, nhóm tác giả chủ động hiệu chỉnh kích thước phôi gia công: đường kính tiết diện tròn 2,9 mm được giảm 5% còn 2,755 mm; kích thước đùn dày 3,9 mm được gia công thấp hơn 5% (còn 3,85 mm) để dự phòng lượng dư kim loại phục vụ việc mài sửa, hiệu chỉnh insert sau khi ép thử.

Trong bước tách khuôn, đồ án phân tích và so sánh hai phương án kết cấu:

Tiêu chí so sánh	Phương án không dùng tấm ghép	Phương án dùng tấm ghép (Insert)
Chi phí gia công	Thấp hơn	Cao hơn
Bố trí đường nước làm mát	Dễ dàng	Khó hơn, đòi hỏi bố trí đường dẫn qua các khối ghép
Thời gian lắp ráp khuôn	Nhanh chóng	Tốn thêm thời gian định vị và lắp ghép
Bảo trì, sửa chữa khi có sự cố	Rất khó khắc phục nếu hỏng hóc	Dễ dàng tháo rời sửa chữa hoặc thay thế riêng lẻ

Tác giả quyết định lựa chọn phương án khuôn có tấm ghép (Insert âm và Insert dương) để bảo đảm tính linh hoạt khi cần can thiệp mài sửa kích thước hình học sau giai đoạn ép thử nghiệm.

Hệ thống công nghệ của bộ khuôn được thiết kế hoàn chỉnh gồm các cụm bộ phận:

• Hệ thống dẫn nhựa: Sử dụng kênh dẫn nguội với tiết diện hình thang hiệu chỉnh (Modified Trapezoid) kết hợp tiết diện tròn (Full round). Kênh dẫn đi kèm rãnh đuôi nguội chậm và miệng phun (gate) được tối ưu hóa qua phân tích CAE. Bạc cuống phun được chọn loại tiêu chuẩn có đường kính lỗ phi 12 mm.
• Hệ thống định vị và dẫn hướng: Sử dụng vòng định vị đặt tại tấm kẹp trên cùng 4 bộ chốt và bạc dẫn hướng tiêu chuẩn bố trí đối xứng tại 4 góc vỏ khuôn.
• Hệ thống đẩy sản phẩm: Do sản phẩm không có góc thoát khuôn, khuôn được bố trí tăng cường mật độ ty đẩy, sử dụng kết cấu ty đẩy có đầu khắc chữ Z kết hợp ty hồi và lò xo đàn hồi nhằm bảo đảm lực đẩy phân bố đều, tự động bóc tách sản phẩm ra khỏi lòng khuôn mà không làm biến dạng chi tiết. Khe hở giữa các ty đẩy và thân khuôn đồng thời đóng vai trò rãnh thoát khí phụ trợ.
• Hệ thống làm mát: Thiết kế các kênh dẫn nước làm mát dạng mạch tuần hoàn khoan trực tiếp trong vỏ khuôn và kết nối bằng các đầu nối ren tiêu chuẩn.
• Kết cấu vỏ khuôn (Moldbase): Gồm tấm kẹp trên, tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm kẹp dưới, các thanh kê tạo khoang đẩy và hệ thống bulong liên kết độ bền cao.

Quy trình gia công cơ khí sử dụng dao phay ngón CMTech để phay thô, phay tinh rãnh và biên dạng insert theo đúng chế độ cắt khuyến cáo; sử dụng mũi khoan thép gió Nachi để gia công hệ thống lỗ chốt, lỗ bu-lông và kênh làm mát. Sau khi gia công CNC, các bề mặt insert và lòng khuôn được mài rà, dũa kim loại và đánh bóng cơ học nhằm hạ thấp độ nhám bề mặt, giảm ma sát bám dính khi đẩy sản phẩm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu vai trò của ngành vật liệu polyme và khuôn mẫu trong nền sản xuất hiện đại, phân tích số liệu quy mô thị trường khuôn mẫu và cơ khí chính xác tại Việt Nam đạt trên 1 tỉ USD/năm với mức tăng trưởng 18%/năm. Tác giả chỉ ra sự thiếu hụt các sản phẩm nhựa kỹ thuật cao trong nước làm lý do chọn đề tài mã số DT42 "Nghiên cứu chế tạo khuôn ép nhựa sản phẩm Cần gạt". Chương này xác định rõ đối tượng nghiên cứu (khuôn ép nhựa và vật liệu nhựa), công bố 3 mục tiêu cụ thể từ tính toán lý thuyết đến chế tạo thực nghiệm, giới thiệu bản vẽ 2D chi tiết Cần gạt phục vụ truyền động cơ khí và thiết lập hai tiêu chí đánh giá sản phẩm sau ép: ép liên tục tự động và đạt dung sai bản vẽ.

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống lý thuyết về chất dẻo polyme: phân loại polyme vô định hình và bán tinh thể, cấu trúc mạch phân tử (thẳng, nhánh, lưới), sự khác biệt cơ lý giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Tác giả làm rõ các thông số kỹ thuật cốt lõi gồm tỷ trọng, chỉ số nóng chảy MFI, độ co rút và phương pháp đo độ dai va đập bằng con lắc Charpy. Tiếp theo, chương này giải thích chi tiết cấu tạo, nguyên lý vận hành của 5 hệ thống trên máy ép phun nhựa và phân loại các dòng khuôn công nghiệp theo số tầng, số tấm, kênh dẫn và lực kẹp. Các bảng so sánh kỹ thuật giữa khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm và khuôn kênh dẫn nóng được tổng hợp để làm căn cứ luận giải cho việc chọn kết cấu khuôn ở chương tiếp theo.

Chương 3: Thiết kế khuôn

Chương 3 trình bày toàn bộ quy trình thiết kế khuôn trên phần mềm Creo Parametric. Tác giả tiến hành mô hình hóa 3D chi tiết Cần gạt từ bản vẽ 2D, đặt gốc tọa độ tại trọng tâm để scale hệ số co rút cho nhựa PP, đồng thời giảm 5% kích thước tại các vùng dung sai chặt để dự phòng lượng dư sửa nguội. Đánh giá hình học xác định khối lượng sản phẩm đạt 0,44 g, tỷ trọng 0,9 g/cm³, chỉ ra hai điểm bất lợi là thiếu góc thoát khuôn và chênh lệch bề dày (2 mm và 3,9 mm). Tác giả so sánh hai phương án kết cấu và quyết định chọn phương án tách khuôn có tấm ghép (Insert âm và Insert dương). Kênh dẫn nhựa nguội được thiết kế theo tiết diện hình thang hiệu chỉnh kết hợp phân tích mô phỏng CAE để đánh giá khả năng điền đầy, kiểm tra bẫy khí nghẹt, nhiệt độ dòng chảy, áp suất phun, lực kẹp và vị trí hình thành đường hàn trên hai phương án cổng keo. Toàn bộ kết cấu vỏ khuôn Moldbase, bạc cuống phun phi 12 mm, hệ thống 4 chốt/bạc dẫn hướng, ty đẩy chữ Z, ty hồi lò xo và đường nước làm mát được mô hình hóa chi tiết.

Chương 4: Quá trình chế tạo và lắp ráp

Chương 4 tập trung vào quy trình công nghệ gia công cơ khí và chế tạo thực tế bộ khuôn. Tác giả lựa chọn vật liệu thép chế tạo vỏ khuôn và insert, tra cứu thông số chế độ cắt chuẩn xác cho dao phay ngón hãng CMTech (phay rãnh và phay biên) cùng mũi khoan thép gió Nachi. Chương này mô tả các nguyên công phay CNC biên dạng tấm khuôn âm, tấm khuôn dương và các khối insert; tiếp theo là nguyên công khoan lỗ chốt dẫn hướng, lỗ ty đẩy và hệ thống đường nước. Sau khi gia công cắt gọt, tác giả thực hiện các bước gia công nguội cơ khí: dùng các loại dũa kim loại, mài rà sửa bavia và đánh bóng bề mặt lòng khuôn đạt độ bóng yêu cầu trước khi tiến hành lắp ráp các cụm chi tiết thành bộ khuôn hoàn chỉnh.

Chương 5: Thử nghiệm, kết luận và hướng phát triển

Chương 5 trình bày quá trình thực nghiệm ép thử sản phẩm Cần gạt trên máy ép nhựa Haitian MA1200 tại xưởng cơ khí. Tác giả vận hành ép thử nghiệm lần 1, phát hiện các sai số kích thước và tiến hành tháo khuôn mài sửa, hiệu chỉnh lại khối insert. Sau lần ép thử thứ hai, sản phẩm ép ra đạt độ điền đầy, chu kỳ ép diễn ra ổn định và sản phẩm tự động rơi khỏi khuôn nhờ hệ thống ty đẩy chữ Z. Tác giả tiến hành đo kiểm các kích thước hình học quan trọng, lập bảng đối chiếu với dung sai bản vẽ 2D, tổng kết các kết quả đạt được, thừa nhận những thiếu sót dẫn đến việc sửa khuôn nhiều lần và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cho đề tài.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật, đề tài đã thiết kế và chế tạo thành công một bộ khuôn ép phun 2 tấm có tấm ghép insert hoàn chỉnh, đáp ứng việc sản xuất chi tiết Cần gạt từ nhựa PP với các số liệu thực tế được ghi nhận:

• Khối lượng sản phẩm ép ra: 0,44 g, tỷ trọng đạt 0,9 g/cm³.
• Độ chính xác kích thước: Việc chủ động giảm 5% kích thước thiết kế ban đầu (kích thước đường kính 2,9 mm giảm còn 2,755 mm; kích thước đùn dày 3,9 mm giảm còn 3,85 mm) đã cung cấp lượng dư gia công kim loại phù hợp, cho phép nhóm tác giả mài sửa hiệu chỉnh insert thành công sau lần ép thử thứ nhất để sản phẩm lần hai đạt dung sai yêu cầu trên bản vẽ 2D.
• Khả năng tự động hóa: Khuôn vận hành đồng bộ trên máy ép Haitian MA1200, hệ thống ty đẩy đầu chữ Z phối hợp ty hồi lò xo đẩy sản phẩm tự động rớt khỏi lòng khuôn liên tục, thỏa mãn tiêu chí không dùng thao tác bóc gắp thủ công.

Về giải pháp công nghệ, tác giả đề xuất:

• Ứng dụng cấu trúc tách khuôn có tấm ghép (Insert âm và Insert dương), khắc phục nhược điểm khó sửa chữa của kết cấu liền khối, cho phép tháo lắp và mài rà từng chi tiết độc lập khi xảy ra sai lệch kích thước.
• Đề xuất phương án bố trí tăng cường mật độ ty đẩy kết hợp biên dạng đầu ty chữ Z và tận dụng khe hở lắp ghép cơ khí làm đường thoát khí phụ trợ, giải quyết triệt để sự cố kẹt khuôn đối với sản phẩm nhựa không có góc thoát khuôn và không có đoạn chuyển tiếp chiều dày thành.
• Kết hợp công cụ mô phỏng CAE với thiết kế kênh dẫn hình thang hiệu chỉnh để kiểm soát vùng tập trung đường hàn và bẫy khí nghẹt trước khi chuyển mã sang gia công CNC.

Về đóng góp chuyên môn, đồ án đã chuẩn hóa một quy trình khép kín từ khâu tiếp nhận bản vẽ 2D, mô hình hóa và bù trừ co ngót trên phần mềm Creo Parametric, mô phỏng số dòng chảy CAE, lập trình gia công CNC theo chế độ cắt nhà sản xuất dao cụ (CMTech, Nachi), đến kỹ thuật nguội đánh bóng, lắp ráp và thử nghiệm trên thiết bị công nghiệp Haitian MA1200.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về hạn chế, tác giả thẳng thắn thừa nhận trong văn bản rằng do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế trong lĩnh vực khuôn mẫu cơ khí chính xác, quá trình gia công và chế tạo còn gặp nhiều sai sót kỹ thuật. Các chi tiết phải tháo ra mài sửa và căn chỉnh nhiều lần làm kéo dài thời gian hoàn thành đồ án. Bên cạnh đó, do yêu cầu bảo mật và khách hàng không đồng ý thay đổi kết cấu hình học của sản phẩm Cần gạt (không cho phép tạo góc thoát khuôn và bổ sung góc lượn chuyển tiếp chiều dày), hệ thống khuôn phải chịu tải trọng đẩy lớn hơn bình thường và tiềm ẩn rủi ro mỏi đối với hệ thống ty đẩy khi vận hành ở quy mô công nghiệp dài hạn.

Về hướng phát triển tiếp theo, đề tài xác định các nội dung nghiên cứu mở rộng:

• Tối ưu hóa lại hệ thống kênh làm mát tuần hoàn nhằm nâng cao hiệu quả tản nhiệt, rút ngắn thời gian chu kỳ ép và hạn chế tối đa ứng suất dư gây cong vênh sản phẩm.
• Nghiên cứu khả năng chuyển đổi hoặc tích hợp hệ thống kênh dẫn nóng (Hot runner) nhằm loại bỏ hoàn toàn phế liệu cuống phun, tiết kiệm nguyên liệu nhựa PP và nâng cao mức độ tự động hóa dây chuyền.
• Chuẩn hóa quy trình lập trình phay CNC và gia công nguội để hạn chế việc tháo lắp mài sửa khuôn lặp lại.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Chế tạo Máy, Kỹ thuật Cơ khí, Cơ kỹ thuật đang thực hiện đồ án thiết kế khuôn mẫu hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến công nghệ ép phun chất dẻo.
• Kỹ sư thiết kế cơ khí tại các xưởng sản xuất khuôn nhựa cần tài liệu hướng dẫn quy trình thực hành module Mold Cavity trên phần mềm Creo Parametric và kỹ thuật phân tích mô phỏng dòng chảy CAE.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao nhất bao gồm:

• Quy trình tách mặt phân khuôn và tạo khối insert âm/dương cho sản phẩm đối xứng tại Chương 3.
• Phương pháp luận xử lý kích thước dự phòng (giảm 5% kích thước yêu cầu dung sai ngặt) để tạo lượng dư kim loại phục vụ sửa khuôn nguội sau ép thử.
• Bảng chế độ cắt thực tế cho các nguyên công phay rãnh, phay biên của dao phay CMTech và mũi khoan Nachi tại Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao đồ án lựa chọn phương án tách khuôn có tấm ghép (Insert) thay vì khuôn liền khối? Phương án có tấm ghép làm tăng chi phí gia công và thời gian lắp ráp, tuy nhiên tác giả lựa chọn phương án này vì cấu trúc insert âm và insert dương cho phép tháo lắp, mài sửa và bảo trì độc lập. Khi sản phẩm sau ép thử nghiệm bị sai lệch kích thước, người chế tạo chỉ cần tháo khối insert để mài rà lại mà không phải gia công lại toàn bộ tấm khuôn lớn.

Tác giả xử lý như thế nào đối với chi tiết Cần gạt không có góc thoát khuôn và không có đoạn chuyển tiếp độ dày? Do khách hàng không đồng ý sửa thiết kế sản phẩm, tác giả khắc phục bằng giải pháp kết cấu khuôn: bố trí tăng cường số lượng ty đẩy (ty lói) trên diện tích sản phẩm để gia tăng lực đẩy thoát khuôn, sử dụng ty đẩy có chữ Z chống dính, đồng thời tận dụng khe hở giữa các ty đẩy làm đường thoát khí phụ trợ nhằm ngăn ngừa khuyết tật rỗ khí và đường hàn do chênh lệch độ dày (2 mm và 3,9 mm) gây ra.

Các thông số kỹ thuật cơ bản của sản phẩm Cần gạt được xác định như thế nào trong đồ án? Sản phẩm Cần gạt được làm từ nhựa Polypropylene (PP). Qua đo đạc mô hình trên phần mềm Creo, sản phẩm có thể tích 0,489 cm³, khối lượng 0,44 g và tỷ trọng 0,9 g/cm³.

Những dòng thiết bị và dụng cụ cắt chính nào được sử dụng trong quá trình chế tạo và thử nghiệm khuôn? Quá trình gia công cơ khí sử dụng dao phay ngón (endmill) hãng CMTech (tra chế độ cắt phay rãnh, phay biên) và mũi khoan thép gió hãng Nachi. Quá trình ép thử nghiệm khuôn thực tế được tiến hành trên máy ép phun nhựa công nghiệp Haitian MA1200.

Quy trình bù trừ co rút và dung sai sản phẩm được tác giả thiết lập ra sao trên phần mềm CAD? Tác giả đặt gốc tọa độ tại trọng tâm hình học của chi tiết Cần gạt rồi thực hiện lệnh scale phóng kích thước theo hệ số co rút của vật liệu nhựa PP. Để kiểm soát dung sai theo bản vẽ 2D, tiết diện tròn đường kính 2,9 mm được chủ động vẽ giảm 5% còn 2,755 mm; kích thước dày 3,9 mm được đùn thấp hơn 5% (còn 3,85 mm) nhằm giữ lại lượng dư phôi thép cho công đoạn mài sửa khuôn sau lần ép thử đầu tiên.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Dương Đức Hà đã giải quyết trọn vẹn quy trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thực tế bộ khuôn ép phun cho sản phẩm cơ khí Cần gạt từ vật liệu nhựa PP. Thông qua việc ứng dụng công cụ CAD/CAE Creo, phân tích tối ưu hóa cổng keo và lựa chọn kết cấu khuôn 2 tấm có tấm ghép insert, nhóm nghiên cứu đã khắc phục thành công các nhược điểm hình học phức tạp của sản phẩm như thiếu góc thoát khuôn và chênh lệch chiều dày. Kết quả thử nghiệm trên máy Haitian MA1200 khẳng định khuôn hoạt động ổn định, sản phẩm tự động thoát khuôn liên tục và đạt độ chính xác theo dung sai thiết kế sau bước hiệu chỉnh cơ khí. Công trình là nguồn tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn đối với sinh viên chuyên ngành chế tạo máy và kỹ sư công nghệ khuôn mẫu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan đề tài. Chương 2: Cơ sở lí thuyết. Chương 3: Thiết kế khuôn. Chương 4: Quá trình chế tạo và lắp ráp.

Chương 5: Thực nghiệm, kết luận và hướng phát triển. 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan vật liệu chất dẻo polymer.1 Khái niệm Nhựa (Plastic) là một dạng polime tổng hợp (a synthetic polymer) có trọng lượng phân tử cao, được hình thành từ các thành phần như: carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl) và sulfur (S). Carbon là thành phần chính trong hầu hết các loại nhựa, trừ trường hợp nhựa silicone có thành phần chính là silicon (Si). 1 Một số loại nhựa và thành phần hóa học của chúng 2.

Có nhiều cách phân loại nhựa dưới đây sẽ chỉ ra cách phân loại nhựa thường gặp. - Theo cấu trình hình học: + Gồm 2 nhóm: 1. Nhựa vô định hình (amorphous polymer). VD: PMMA, PS, PC, PVC, ABS, PEI… 2.

Nhựa bán tính thể (Semi-crystalline polymer) VD: PE, PP, PBT, PET, PEEK,… 10 Hình 2. 2 Hình ảnh về cấu trúc hình học trong nhựa. [1] + Đặc điểm:  Nhựa có cấu trúc vô định hình thường có độ trong suốt cao hơn nhựa có cấu trúc bán tinh thể  Độ co rút của nhựa bán tính thể cao hơn nhựa vô định hình. - Theo cấu trúc mạch: Mạch thẳng (linear), mạch nhánh (branched), và mạch lưới (cross- linked).

Dựa vào cấu trúc mạch ta chia ra 2 loại cơ bản. 3 Hình ảnh về cấu trúc mạch của nhựa. Bao gồm mạch thẳng, mạch nhánh và mạch lưới (từ trái sang phải). + Gồm 2 loại chính: 1.

Nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc dạng mạch thẳng và mạch nhánh. Nhựa nhiệt rắn có cấu trúc dạng mạch lưới. + Đặc điểm: NHỰA NHIỆT DẺO NHỰA NHIỆT RẮN - Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng - Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp. - Mềm khi nung nóng và cứng khi làm nguội.

- Không mềm khi nung nóng. - Thường mềm và ít giòn. - Thường cứng và giòn. - Không thể tái chế.

=> Dùng phổ biến trong công nghệ phun ép 2. Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: Độ dai va đập, module đàn hồi, hệ số co rút, … - Độ dai va đập: Hiện trạng chống tải trọng động của chất dẻo thường có thể bị phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động để phá vỡ mẫu thử kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2). 12 - Tỷ trọng của nhựa: Tỉ trọng thể hiện một phần tích chất của nguyên liệu nhựa.

VD tỉ trọng tăng thì suy ra lực kép đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hoá chất tăng, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm. Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tính nghĩa là độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao. 1 Tỷ trọng một số nguyên liệu nhựa thông dụng Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) PELD 0.2 - Tỉ số nóng chảy: Chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công.

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 lớn.

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 đề điền đầy khuôn phải cao.