Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng đế giày thể thao cao su phylon

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng đế giày thể thao cao su phylon khi ép đồng thời trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí.

• Tác giả: Nguyễn Minh Thư
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trọng Hiếu
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thông Số Công Nghệ Đến Chất Lượng Của Đế Giày Thể Thao Cao Su-Phylon Khi Ép Đồng Thời
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Công đoạn sản xuất đế giày tại một số công ty da giày
• 1.3. Xu hướng nghiên cứu tối ưu hóa các thông số trong quá trình ép đế giày
• 1.4. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.5. Mục đích nghiên cứu
• 1.6. Các nghiên cứu liên quan
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.7. Nội dung nghiên cứu
• 1.8. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẾ GIÀY CAO SU-PHYLON
• 2.1. Cấu tạo đế giày
• 2.2. Vật liệu Phylon và EVA (Ethylene Vinyl Acetate Copolymer)
• 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đế giày sau khi ép
• 2.4. Thời gian ép và nhiệt độ ép
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP ĐẾ GIÀY CAO SU – PHYLON ĐỒNG THỜI
• 3.1. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép đế giày cao su-phylon đồng thời
• 3.2. Các thành phần chính của khuôn
• 3.3. Đặt và phân tích hệ thống (đường nước) làm mát
• 3.4. Gia công khuôn ép đế giày cao su-phylon đồng thời trên máy phay CNC
• 3.4.1. Qui trình công nghệ gia công tấm khuôn dưới
• 3.4.2. Qui trình công nghệ gia công tấm khuôn trên
• 3.4.3. Qui trình công nghệ gia công tấm đế khuôn trên
• 3.4.4. Qui trình công nghệ gia công tấm đế khuôn dưới
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ÉP VÀ THỜI GIAN ÉP ĐẾN ĐỘ BỀN UỐN, ĐỘ BỀN KÉO CỦA ĐẾ GIÀY CAO SU - PHYLON
• 4.1. Tiêu chuẩn chất lượng đế giày
• 4.2. Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm
• 4.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
• 4.4. Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian đến độ bền kéo, độ bền uốn
• 4.4.1. Thiết lập thí nghiệm
• 4.4.2. Kết quả thí nghiệm
• 4.4.3. Các phương trình hồi quy
• 4.4.4. Các thông số công nghệ tối ưu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết quả và ý nghĩa của nghiên cứu
• 5.1.1. Kết quả nghiên cứu
• 5.1.2. Ý nghĩa của nghiên cứu
• 5.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• BÀI BÁO TẠP CHÍ CƠ KHÍ

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng đế giày thể thao cao su phylon

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng của đế giày thể thao cao su phylon. Ngành da giày tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với nhu cầu ngày càng cao về sản phẩm chất lượng. Việc tối ưu hóa các thông số công nghệ trong sản xuất đế giày không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong sản xuất giày

Ngành công nghiệp giày dép tại Việt Nam đang áp dụng nhiều công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm. Các công ty đã bắt đầu sử dụng công nghệ ép đồng thời để cải thiện độ bền và tính đồng nhất của đế giày.

1.2. Mục tiêu và ý nghĩa của nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định các thông số công nghệ tối ưu như nhiệt độ và thời gian ép để đạt được chất lượng đế giày cao su phylon tốt nhất. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong sản xuất đế giày thể thao cao su phylon

Mặc dù ngành da giày đang phát triển, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quy trình sản xuất đế giày thể thao cao su phylon. Các vấn đề như chất lượng sản phẩm không đồng nhất, thời gian sản xuất lâu và chi phí cao cần được giải quyết.

2.1. Những nhược điểm trong quy trình sản xuất hiện tại

Quy trình sản xuất đế giày hiện tại chủ yếu dựa vào phương pháp thủ công, dẫn đến sự không đồng nhất về chất lượng và hiệu suất sản xuất thấp.

2.2. Tác động của các yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm

Các yếu tố như nhiệt độ ép và thời gian ép có ảnh hưởng lớn đến độ bền và tính năng của đế giày. Việc kiểm soát các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng đế giày

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng và thực nghiệm để xác định các thông số công nghệ tối ưu. Các thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn và độ cứng của đế giày.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và quy trình thực hiện

Quy trình thí nghiệm bao gồm việc chuẩn bị mẫu, thiết lập các thông số công nghệ và tiến hành kiểm tra độ bền của đế giày sau khi ép.

3.2. Phân tích kết quả và đánh giá chất lượng sản phẩm

Kết quả thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và chất lượng đế giày, từ đó đưa ra các khuyến nghị cải tiến.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong sản xuất đế giày

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số công nghệ có thể cải thiện đáng kể chất lượng đế giày thể thao cao su phylon. Các thông số như nhiệt độ và thời gian ép đã được xác định là yếu tố quyết định.

4.1. Kết quả thực nghiệm và phân tích số liệu

Các thí nghiệm cho thấy rằng nhiệt độ ép cao hơn và thời gian ép dài hơn có thể cải thiện độ bền kéo và độ bền uốn của đế giày.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng vào quy trình sản xuất thực tế, giúp các công ty nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho ngành giày thể thao

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số công nghệ là cần thiết để nâng cao chất lượng đế giày thể thao cao su phylon. Hướng phát triển tương lai cần tập trung vào việc tự động hóa quy trình sản xuất và áp dụng công nghệ mới.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và ý nghĩa

Nghiên cứu đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và tính cạnh tranh của ngành giày Việt Nam.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu mới và công nghệ sản xuất hiện đại để cải thiện hơn nữa chất lượng đế giày thể thao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp da giày giữ vị thế chiến lược trong nền kinh tế Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu không ngừng tăng trưởng mạnh mẽ. Năm 2016, kim ngạch xuất khẩu giày dép sang thị trường Hoa Kỳ đạt 4.478 triệu USD, chiếm 34,5% tổng kim ngạch toàn ngành, trong khi thị trường Liên minh Châu Âu đạt 4.161 triệu USD, chiếm 32,1%. Riêng top 5 thị trường quốc tế lớn nhất đã chiếm tới 81% tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước. Bước sang 4 tháng đầu năm 2017, xuất khẩu toàn ngành tiếp tục tăng 19,1%, tương đương mức tăng ròng 101 triệu USD. Tuy nhiên, phần lớn các doanh nghiệp sản xuất trong nước, tiêu biểu như Công ty Cổ phần Đầu tư Thái Bình, vẫn đang áp dụng quy trình ép đế giày thể thao kết hợp cao su và phylon theo phương pháp thủ công rời rạc. Phương pháp cũ này đòi hỏi công nhân phải lưu hóa cao su riêng, tạo hình phylon riêng, sau đó sử dụng keo dán công nghiệp để ghép nối qua hai giai đoạn ép nóng và ép lạnh. Quy trình thủ công bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng như tiêu tốn nhiều thời gian, nhân công, chất lượng mối dán không đồng đều, hoa văn bề mặt thiếu sắc nét và độ kết dính kém ổn định.

Trước thực trạng đó, đề tài nghiên cứu được thực hiện từ ngày 15/01/2018 đến ngày 17/06/2018 tại Khoa Cơ khí thuộc Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp thực nghiệm cùng Công ty TNHH Cơ khí Tân Hiệp Lực và Công ty Cổ phần Đầu tư Thái Bình. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xác định và tối ưu hóa các thông số công nghệ cốt lõi, bao gồm nhiệt độ ép khuôn và thời gian ép, nhằm đảm bảo các biến đổi hóa lý diễn ra đồng bộ khi ép đồng thời hai vật liệu cao su và phylon trong cùng một bộ khuôn. Kết quả nghiên cứu giúp rút ngắn chu kỳ gia công hơn 30%, loại bỏ hoàn toàn khâu quét keo độc hại, kiểm soát độ biến dạng co rút của đế giày dưới mức 2,01 mm và tối đa hóa độ bền kéo cũng như độ bền uốn của sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của lý thuyết lưu hóa cao su đàn hồi kết hợp với lý thuyết truyền nhiệt và động học dòng chảy polyme trong khuôn ép áp lực cao. Trong quá trình gia nhiệt, mạng lưới liên kết ngang không gian ba chiều của cao su lưu hóa được hình thành đồng thời với quá trình nóng chảy cục bộ và tái cấu trúc bề mặt của vật liệu phylon. Tương tác liên pha này tạo nên liên kết cơ - nhiệt bền vững mà không cần sử dụng bất kỳ lớp màng keo kết dính trung gian nào.

Nghiên cứu tập trung vào ba khái niệm vật liệu và công nghệ chính:

• Vật liệu Phylon: Còn gọi là Twice foam EVA hay 2xEVA, là loại nhựa đồng trùng hợp Ethylene Vinyl Acetate được trải qua quá trình nén gia nhiệt hai lần. Phylon có mật độ phân tử cao, nhẹ hơn gấp 2 lần và khả năng hấp thụ sốc, giảm chấn vượt trội so với vật liệu EVA thông thường.
• Cao su lưu hóa: Polyme đàn hồi có khả năng chịu mài mòn cơ học cao, hệ số ma sát lớn, đóng vai trò tạo lớp đế ngoài tiếp xúc trực tiếp với mặt đường.
• Biến dạng nhiệt và độ co rút thể tích: Hiện tượng thay đổi kích thước hình học của đế giày do sự chênh lệch trường nhiệt độ và tốc độ làm nguội giữa hai loại vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa mô phỏng số trên máy tính và quy hoạch thực nghiệm hiện đại:

• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Tác giả thiết lập 16 tổ hợp mẫu thí nghiệm dựa trên ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng để khảo sát toàn diện dải nhiệt độ ép từ 130°C đến 160°C (gồm 6 mức: 130°C, 140°C, 145°C, 150°C, 155°C, 160°C) và thời gian ép từ 600 giây đến 750 giây (gồm 4 mức: 600 giây, 650 giây, 700 giây, 750 giây).
• Nguồn dữ liệu và công cụ phân tích: Phần mềm Autodesk Moldflow được sử dụng để mô phỏng dòng chảy điền đầy lòng khuôn với thời gian cơ sở 188,84 giây, tính toán áp suất và trường biến dạng đế giày dao động từ 2,006 mm đến 2,011 mm, đồng thời thiết kế hệ thống kênh làm mát đường kính 8 mm ở nhiệt độ nước cấp 25°C. Phần mềm VERICUT hỗ trợ mô phỏng đường chạy dao gia công khuôn trên máy phay CNC 3 trục hệ điều hành Fanuc 11M với tốc độ trục chính 4500 vòng/phút trong 3 giờ phay thô. Quá trình kiểm nghiệm cơ tính sử dụng máy ép thủy lực 100 tấn, máy thử độ bền kéo vạn năng và thiết bị đo độ bền uốn chu kỳ.
• Lý do lựa chọn phương pháp: Việc tích hợp mô phỏng CAE và phương pháp bề mặt đáp ứng RSM trong phần mềm Design-Expert 10 giúp giảm hơn 70% số lượng mẫu thử nghiệm tốn kém, xác lập chính xác mô hình toán học hồi quy phi tuyến và làm rõ tác động tương hỗ giữa các thông số công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích mô phỏng và kiểm định thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

• Thứ nhất, nhiệt độ ép khuôn là nhân tố chi phối mạnh nhất đến tốc độ điền đầy và biến dạng hình học của đế giày. Khi nâng nhiệt độ từ 130°C lên 160°C ở cùng thời gian ép 600 giây, thời gian điền đầy lòng khuôn giảm rõ rệt, giúp hoa văn đế sắc nét hơn nhưng độ biến dạng co rút tăng nhẹ từ 2,006 mm lên 2,011 mm, tương ứng mức tăng khoảng 0,25%.
• Thứ hai, thời gian ép lưu hóa quyết định mức độ hoàn thiện liên kết liên pha giữa hai lớp vật liệu. Ở dải thời gian ép 650 đến 700 giây, độ bám dính giữa cao su và phylon đạt giá trị cực đại. Nếu thời gian ép dưới 600 giây, quá trình lưu hóa chưa triệt để làm giảm độ bền kéo hơn 25%; ngược lại, nếu kéo dài quá 750 giây sẽ gây hiện tượng lão hóa nhiệt cục bộ.
• Thứ ba, mô hình toán học hồi quy thiết lập trên Design-Expert 10 đã định lượng hóa mối quan hệ phi tuyến giữa nhiệt độ khuôn và thời gian ép đối với hàm mục tiêu độ bền uốn Y1 cùng độ bền kéo Y2, chỉ ra miền thông số tối ưu hội tụ quanh mốc nhiệt độ 148°C đến 150°C và thời gian 660 đến 680 giây.
• Thứ tư, hệ thống đường nước làm mát đường kính 8 mm duy trì lưu lượng ổn định ở nhiệt độ 25°C giúp giải phóng ứng suất dư nhanh chóng, giữ độ cứng thành phẩm ổn định trong khoảng 50 đến 55 Shore C.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu này tương thích chặt chẽ với các công bố khoa học quốc tế của Shia-Chung Chen về ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đến độ nhám và độ hoàn thiện của sản phẩm polyme, đồng thời củng cố nhận định của Bucknall về vai trò cốt lõi của nhiệt độ tiếp xúc đối với khả năng chịu kéo của mối hàn nhiệt. So với nghiên cứu trước đây của Trần Thị Nhuần năm 2012 về độ bền dán mũ giày bằng màng keo dán ngoài, giải pháp ép đồng thời tạo ra cơ chế hòa tan và đan xen phân tử trực tiếp giữa mạng lưới cao su lưu hóa và xốp phylon, nâng độ bền chống bóc tách lên hơn 30% mà không phụ thuộc vào tay nghề quét keo của công nhân.

Các kết quả tương tác phức tạp này được thể hiện trực quan thông qua biểu đồ bề mặt đáp ứng không gian ba chiều (3D Response Surface) và biểu đồ đường mức (Contour Plot) xuất từ phần mềm Design-Expert 10. Biểu đồ 3D biểu diễn độ bền kéo Y2 theo hai trục nhiệt độ và thời gian tạo thành một vòm cong lồi rõ nét với đỉnh cực đại tập trung tại vùng nhiệt độ 148°C - 150°C và thời gian ép 670 giây. Khi đối chiếu bảng số liệu thực nghiệm đo trên máy kéo nén với giá trị dự báo từ phương trình hồi quy, hệ số tương quan R-squared đạt trên 0,95, khẳng định mô hình toán học có độ chính xác và độ tin cậy rất cao.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể nhằm triển khai công nghệ vào thực tiễn sản xuất công nghiệp:

• Chuẩn hóa bộ thông số công nghệ ép đồng thời: Thiết lập quy trình vận hành cố định cho hệ thống máy ép thủy lực 100 tấn tại dải nhiệt độ khuôn từ 148°C đến 150°C và thời gian ép 670 giây. Giải pháp này hướng tới mục tiêu nâng độ bền kéo mối ghép đạt trên 45 N/cm và hạ tỷ lệ phế phẩm xuống dưới 1,5% trong quý 4/2018, do Phòng Kỹ thuật Công nghệ của doanh nghiệp sản xuất giày chủ trì thực hiện.
• Tối ưu hóa quy trình thiết kế và gia công khuôn mẫu CNC: Áp dụng công nghệ phay CNC 3 trục tối ưu với dao phay thô EG30R5 ở tốc độ trục chính 4500 vòng/phút kết hợp bố trí đường nước làm mát đa kênh đường kính 8 mm quanh lòng khuôn. Mục tiêu nhằm rút ngắn 25% thời gian chế tạo khuôn và duy trì độ đồng đều nhiệt độ lòng khuôn trong biên độ sai lệch dưới ±2°C, do Công ty TNHH Cơ khí Tân Hiệp Lực triển khai trong vòng 6 tháng.
• Tự động hóa công đoạn cấp phôi và kiểm soát nhiệt: Tích hợp hệ thống cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đa điểm cùng cánh tay robot nạp phôi tự động vào máy ép, nhằm cắt giảm 50% thao tác thủ công và rút ngắn 30% thời gian của một chu kỳ sản xuất từ năm 2019, do Bộ phận Tự động hóa nhà máy đảm trách.
• Ban hành quy chuẩn kiểm định chất lượng vật liệu đầu vào: Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về chỉ số chảy và tỷ trọng của hạt nhựa EVA/phylon cùng độ quánh Mooney của bán thành phẩm cao su trước khi đưa vào ép, đảm bảo 100% các mẻ sản phẩm đạt độ đồng nhất cơ tính, do Bộ phận Đảm bảo chất lượng thực hiện định kỳ hàng tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm, kỹ sư thiết kế khuôn mẫu: Nắm vững phương pháp thiết kế khuôn ép 2 vật liệu phức hợp, kỹ thuật phân tích dòng chảy và hệ thống giải nhiệt trên Moldflow cùng chiến lược lập trình đường chạy dao CNC trên VERICUT để rút ngắn thời gian phát triển khuôn từ 45 ngày xuống còn 30 ngày.
• Giám đốc sản xuất và kỹ sư công nghệ tại các nhà máy da giày: Ứng dụng ngay bộ thông số nhiệt độ và thời gian tối ưu vào dây chuyền máy ép công nghiệp 100 tấn, giúp thay thế hoàn toàn công đoạn dán keo thủ công, tiết kiệm hơn 20% chi phí nhân công và vật liệu kết dính.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu Polyme: Sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Design-Expert kết hợp mô phỏng số CAE để giải quyết bài toán tối ưu hóa công nghệ phức tạp.
• Doanh nghiệp cơ khí chính xác và chế tạo thiết bị phụ trợ: Tham khảo quy trình công nghệ gia công chi tiết khuôn ép phức tạp trên máy phay CNC 3 trục Fanuc 11M, phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý nhằm nâng cao năng suất gia công và kéo dài tuổi thọ dao cụ.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp ép đồng thời cao su và phylon mang lại ưu điểm vượt trội gì so với phương pháp dán keo truyền thống? Phương pháp ép đồng thời giúp hai lớp vật liệu liên kết trực tiếp ở cấp độ phân tử dưới nhiệt độ khoảng 150°C và áp suất ép thủy lực cao. Kỹ thuật này loại bỏ hoàn toàn công đoạn quét keo dán độc hại, nâng cao độ bền kéo chống tách lớp lên hơn 30% và rút ngắn chu trình từ 3 công đoạn riêng biệt xuống còn 1 lần ép duy nhất.

Vì sao nhiệt độ khuôn lại là yếu tố quyết định lớn nhất đến độ biến dạng của đế giày sau khi ép? Nhiệt độ khuôn chi phối trực tiếp tốc độ lưu hóa cao su và độ giãn nở thể tích của xốp phylon. Kết quả mô phỏng Moldflow chỉ ra khi nhiệt độ tăng từ 130°C lên 160°C, độ biến dạng co rút tăng từ 2,006 mm đến 2,011 mm do chênh lệch giãn nở nhiệt, đòi hỏi hệ thống nước làm mát 25°C để ổn định kích thước sản phẩm.

Quy hoạch thực nghiệm bằng phần mềm Design-Expert 10 mang lại lợi ích gì trong đề tài? Phần mềm giúp thiết lập ma trận thực nghiệm trực giao bậc hai với 16 mẫu thử chuẩn mực thay vì hàng trăm phép thử ngẫu nhiên. Mô hình toán học xây dựng phương trình hồi quy chính xác cho độ bền uốn và độ bền kéo với hệ số tương quan R-squared vượt trên 0,95, giúp tiết kiệm hơn 70% chi phí thử nghiệm thực tế.

Vật liệu Phylon khác biệt như thế nào so với nhựa EVA thông thường trong đế giày thể thao? Phylon là sản phẩm của quá trình nung nóng và nén bọt EVA lần thứ hai dưới nhiệt độ cao, giúp tăng gấp đôi độ dẻo dai, nhẹ hơn gấp đôi và nâng cao đáng kể khả năng hấp thụ lực nén giảm chấn. Độ cứng của phylon thành phẩm đạt mức ổn định từ 50 đến 55 Shore C tùy thuộc vào chế độ gia nhiệt trong khuôn ép.

Quy trình gia công phay CNC tấm khuôn ép đế giày dưới đòi hỏi những thông số cắt gọt nào? Gia công phay thô sử dụng dao phay EG30R5 trên máy phay Fanuc 11M với tốc độ trục chính 4500 vòng/phút, bước cắt 20 mm và chiều sâu cắt 0,25 mm trong thời gian 3 giờ. Sau đó, các bề mặt định hình và gân đế phức tạp được phay tinh chính xác bằng dao cầu B10 và dao phá bù F10 với dung sai đạt mức 0,00 mm.

Kết luận

• Đề tài đã làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng tương hỗ của nhiệt độ ép từ 130°C đến 160°C và thời gian ép từ 600 giây đến 750 giây đến độ điền đầy, biến dạng co rút và cơ tính bám dính của đế giày thể thao cao su - phylon.
• Xác lập thành công bộ thông số công nghệ tối ưu tại dải nhiệt độ 148°C đến 150°C và thời gian ép 660 đến 680 giây trên máy ép thủy lực 100 tấn, giúp tối đa hóa độ bền uốn và độ bền kéo của đế giày.
• Hoàn thiện toàn bộ quy trình thiết kế và gia công bộ khuôn ép đồng thời trên máy phay CNC 3 trục, tích hợp hệ thống đường nước làm mát đường kính 8 mm ở 25°C giúp kiểm soát biến dạng co rút dưới 2,01 mm.
• Triệt tiêu hoàn toàn công đoạn quét keo dán truyền thống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường lao động, nâng cao tính đồng nhất của sản phẩm và tạo tiền đề vững chắc cho việc tự động hóa toàn diện dây chuyền sản xuất da giày.
• Định hướng nghiên cứu trong 12 đến 24 tháng tới sẽ tập trung tích hợp hệ thống cảm biến IoT giám sát áp lực khuôn thời gian thực và chế tạo khuôn ép đa khoang tự động hóa phục vụ các dòng giày thể thao xuất khẩu chất lượng cao.

Các kỹ sư công nghệ, nhà quản lý sản xuất và doanh nghiệp ngành da giày hãy ứng dụng ngay giải pháp ép đồng thời cao su - phylon này vào thực tiễn chế tạo để nâng cao năng suất, cắt giảm chi phí và nâng tầm sức cạnh tranh của sản phẩm giày Việt Nam trên thị trường quốc tế!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Quy trình ép thủ công làm mất nhiều thời gian và công sức, đồng thời quá trình ép thủ công tạo ra sản phẩm không đồng nhất về chất lượng. Thời gian ép và nhiệt độ ép không được kiểm soát chặt chẽ và còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người công nhân đứng máy. Xu hướng nghiên cứu tối ưu hóa các thông số trong quá trình ép đế giày Hiện tại trên thị trường có một số công ty gia công giày đã sử dụng kỹ thuật ép đồng thời đế giày cao su – phylon, nhưng vẫn chưa có công bố cụ thể nào về số liệu các thông số ép để giúp thuận lợi trong quá trình tự động quá công đoạn ép đế giày, tạo điều kiện cho sản xuất hàng loạt. Áp dụng tự động hóa công đoạn ép đế giày sẽ giúp nâng cao tính đồng nhất về chất lượng, góp phần tăng tính cạnh tranh cho mặt hàng giày của Việt Nam trên thị trường thế giới.

Tự động hóa công đoạn ép đế giày vào trong sản xuất còn giúp giảm thời gian gia công giày, giảm giá thành sản phẩm. Tính cấp thiết của đề tài Những nhược điểm còn tồn tại trong quá trình ép đế giày cao su – phylon thủ công: - Quá trình ép đế giày chưa được tự động hóa nên tốn nhiều thời gian và công sức. - Sản phẩm tạo ra chưa đồng nhất về chất lượng. - Hoa văn trên sản phẩm không rõ nét.

- Độ kết dính giữa hai lớp không tốt. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng của đế giày thể thao cao su-phylon khi ép đồng thời là rất cần thiết. Mục đích nghiên cứu Xác định giá trị của các thông số công nghệ (nhiệt độ ép, thời gian ép) tối ưu để có đế giày thể thao cao su-phylon có khả năng chịu kéo và uốn tốt nhất. Các nghiên cứu liên quan 1.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước Một số nghiên cứu liên quan trên thế giới: - Nghiên cứu của Nigg và cộng sự [2] về "The effect of material characteristics of shoe soles on muscle activation and energy aspects during running", những phát hiện của 4 Chương 1: Tổng quan nghiên cứu này cho thấy những thay đổi về đặc tính vật liệu đế giày có tác dụng ảnh hưởng lên bàn chân người sử dụng. - Nghiên cứu của Crabtree và cộng sự [3] "Manufacturing methodology for personalised symptom-specific sports insoles": nghiên cứu phương pháp sản xuất tấm lót giày theo nhu cầu cá nhân. - Nghiên cứu của Bucknall và cộng sự [4] cho thấy khả năng chịu kéo mối hàn tấm bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ tấm nóng trước khi hàn, thời gian làm nóng và dòng chảy chảy trong quá trình hàn. - Nghiên cứu của Shia-chung chen và cộng sự [5] cho thấy rằng nhiệt độ bề mặt khuôn ảnh hưởng đến chất lượng (độ nhám bề mặt) của sản phẩm.

Tình hình nghiên cứu trong nước Cho đến thời điểm hiện tại, trong lĩnh vực da giày, các nghiên cứu về giày và các vấn đề liên quan đến độ bền đế giày điển hình có: - “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ bền mối dán phần mũ giầy với phần đế giầy bảo vệ cho công nhân ngành thép”, Luận văn Thạc sĩ - Trần Thị Nhuần, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2012 [6]. Kết quả nghiên cứu này cho thấy độ bền mối dán keo chịu ảnh hưởng của nhiều nhóm yếu tố, trong đó các yếu tố công nghệ (nhiệt độ sấy màng keo, thời gian và áp suất ép dán) có ảnh hưởng quan trọng. - “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ bền đường may mũ giầy bảo vệ cho công nhân ngành thép”, Luận văn thạc sĩ - Cao Thị Kim Chung, ĐHBK Hà Nội, năm 2010 [7]. Kết quả của nghiên cứu đã cho thấy sự ảnh hưởng của 3 thông số công nghệ may: sức căng chỉ kim, mật độ mũi may và độ nén chân vịt đến độ bền đường may mũ giày bảo vệ (độ bền đứt sau may và độ bền mài mòn) sử dụng cho công nhân ngành thép, thiết lập được các thông số công nghệ tối ưu đảm bảo đường may mũ giày bảo vệ có độ bền sau may và độ bền mài mòn cao, đồng thời nâng cao yếu tố thẩm mỹ cho đường may mũ giày.

- Bên cạnh đó thì cũng có một số nghiên cứu về lĩnh vực vật liệu trong sản xuất giày như: “Nghiên cứu lựa chọn vật liệu sản xuất trong nước để làm mũ giầy bảo vệ cho công nhân ngành thép”, Luận văn thạc sĩ - Nguyễn Văn Hưng, ĐHBK Hà Nội, năm 2010 [8] và “Nghiên cứu lựa chọn vật liệu sản xuất trong nước để làm phần đế giầy 5 Chương 1: Tổng quan bảo vệ cho công nhân ngành thép”, Luận văn thạc sĩ - Nguyễn Đăng Anh, ĐHBK Hà Nội, năm 2010 [9]. Nội dung nghiên cứu Hai nội dung khoa học công nghệ cần giải quyết trong đề tài:  Ảnh hưởng của thời gian ép, nhiệt độ ép và lực ép đến tính chất của đế cao su- phylon được ép đồng thời. - Dùng phần mềm chuyên dụng mô phỏng ảnh hưởng của thời gian ép, nhiệt độ ép và lực ép đến tính chất của đế cao su-phylon được ép đồng thời. - Ép thử nghiệm một số đế giày thể thao cao su-phylon đồng thời, sau đó kiểm tra chất lượng của sản phẩm (đế giày).

 Tối ưu hóa các thông số công nghệ ép đế giày cao su-phylon đảm bảo các quá trình hóa lý diễn ra bình thường khi ép đồng thời hai loại vật liệu này. Để đạt được các mục tiêu đề ra, cần thực hiện các nội dung sau: - Tham khảo và chọn lọc các tài liệu liên quan để lấy căn cứ chọn các thông số: nhiệt độ ép, thời gian ép và lực ép để thực hiện thí nghiệm cho từng trường hợp cụ thể. - Dùng phần mềm mô phỏng các trường hợp thí nghiệm ép đồng thời hai vật liệu đế giày. - Thực hiện các thí nghiệm ép đồng thời hai vật liệu đế giày: cao su, phylon.

- Thực hiện các thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo và độ bền uốn cho sản phẩm của các thí nghiệm ép đồng thời hai vật liệu đế giày. So sánh với kết quả mô phỏng. - Sử dụng phần mềm hỗ trợ xử lý kết quả quy hoạch thực nghiệm để tìm ra thông số công nghệ tối ưu ở từng trường hợp thí nghiệm ép đồng thời hai vật liệu đế giày. Cấu trúc luận văn Chương 1.

Tổng quan Chương này trình bày về thực trạng sản xuất, nhu cầu xuất khẩu và tiêu dùng các sản phẩm giày hiện nay. Chỉ ra sự cấp thiết của đề tài và tìm hiểu các nghiên cứu có liên quan đến đề tài ở trong nước và ngoài nước. Từ đó xác định nội dung, hướng nghiên cứu của đề tài. Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng của đế giày cao su-phylon 6 Chương 1: Tổng quan Ở chương này trình bày về đặc tính vật liệu đế giày.

Sử dụng phần mềm mô phỏng để xem ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình ép đến chất lượng của đế giày cao su-phylon khi ép đồng thời. Thiết kế khuôn ép đế giày cao su-phylon đồng thời Chương này trình bày thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ép đế giày cao su- phylon đồng thời. Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến độ bền uốn, độ bền kéo của đế giày cao su-phylon Nội dung chương này giới thiệu các thiết bị và phôi dùng trong quá trình thí nghiệm. Sau đó, thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn của đế giày được ép với các giá trị thông số khác nhau.

Từ kết quả thí nghiệm, tiến hành xử lý qua quy hoạch thực nghiệm và đánh giá kết quả. Kết quả nghiên cứu và hướng phát triển Chương này đánh giá lại kết quả nghiên cứu của luận văn và đưa ra hướng phát triển cho tương lai. 7 Chương 2: Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng đế giày CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA ĐẾ GIÀY CAO SU-PHYLON 2. Cấu tạo đế giày Đế giày (Sole) là phần chịu áp lực lớn nhất của đôi giày.

Nó không chỉ là lớp bảo vệ bàn chân khi tiếp xúc với mặt đất mà còn là vật nâng đỡ, làm tăng đáng kể chiều cao của người sử dụng một cách khéo léo nhất. Đế giày nằm ở phía dưới cùng của chiếc giày, là phần tiếp xúc trực tiếp với mặt đất. Đế giày có thể chỉ đơn giản với một lớp, làm từ một vật liệu duy nhất, hay phức tạp hơn với nhiều lớp, chia ra thành các phần: đế trong (Insole), đế giữa (Midsole) và đế ngoài (Outsole) như Hình 2. Mũ giày Đế trong Đế giữa Đế ngoài Hình 2.

Các lớp của đế giày - Đế trong (Insole): là lớp nằm phía trong của chiếc giày, phía dưới bàn chân, cách một lớp lót giày. Phần đế trong giúp điều chỉnh hình dáng của chiếc giày, tăng sự thoải mái khi sử dụng (dùng vật liệu mềm, khử mùi, khử ẩm). - Đế giữa (Midsole): là lớp nằm giữa lớp đế trong và đế ngoài, có nhiệm vụ hấp thụ sốc và chống lại lực nén. - Đế ngoài (Outsole): là lớp vật liệu tiếp xúc trực tiếp với mặt đất, tạo ma sát với mặt đường, chống trơn trượt.

Đế ngoài có thể là một mảnh (nguyên miếng) hoặc được ghép lại từ nhiều mảnh nhỏ với chất liệu khác nhau. Đế giày thường được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như: da, PVC, PU, EVA, cao su nhiệt dẻo, cao su lưu hóa. 8 Chương 2: Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng đế giày Vòng cổ Thân trước Bảo vệ gót Mũi giày Đế giữa Xương giày Đế ngoài Hình 2. Cấu tạo của đế giày thể thao và các lớp của đế giày 2.

Vật liệu Phylon và EVA (Ethylene Vinyl Acetate Copolymer) 2. Nhựa Phylon Phylon là một loại vật liệu nổi bật với đặc tính: nhẹ, linh hoạt và đàn hồi, khả năng đệm, giảm chấn cực tốt nên hay được gọi là “Twice foam EVA” (tức là 2xEVA) với độ dẻo dai và mềm mại gấp đôi, tính linh hoạt gấp đôi, nhẹ hơn gấp đôi, khả năng chịu lực gấp đôi và giá thành cũng cao hơn đáng kể. Vật liệu 2xEVA này có được ‘2x’ là nhờ vào nhiệt độ. Cũng là các hạt nhựa, các nguyên liệu để làm EVA, tuy nhiên trong quá trình làm nóng, nhiệt độ để sản xuất Phylon được điều chỉnh tăng gấp đôi so với sản xuất EVA.

Độ mềm của vật liệu Phylon có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình làm nóng, nhiệt độ càng cao thì mật độ các phân tử càng cao, vật liệu làm ra càng cứng và ngược lại.