Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí 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

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng đế giày thể thao cao su phylon. Giải pháp ép đồng thời, tối ưu hóa quy trình sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Minh Thư
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trọng Hiếu
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp.HCM

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Ép Đế Giày Thể Thao

Ngành da giày đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, tạo công ăn việc làm và đóng góp vào kim ngạch xuất khẩu. Trong 4 tháng đầu năm 2017, xuất khẩu ngành Da - Giầy tăng 19,1%. Hoa Kỳ và EU là hai thị trường xuất khẩu lớn nhất của Việt Nam. Tuy nhiên, quy trình sản xuất đế giày cao su-phylon vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt là công đoạn ép đế thủ công, dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều và tốn nhiều thời gian, công sức. Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến chất lượng đế giày, hướng đến tự động hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Vai trò của Ngành Da Giày và Xuất khẩu Giày Thể Thao

Ngành da giày là ngành công nghiệp mũi nhọn, đóng góp đáng kể vào GDP và tạo ra nhiều việc làm. Kim ngạch xuất khẩu tăng trưởng liên tục, với Hoa Kỳ và EU là thị trường chủ lực. Các thương hiệu nổi tiếng như Nike, Bitis chiếm thị phần lớn trong nước. "Trong 4 tháng đầu năm 2017, xuất khẩu toàn ngành Da - Giầy các loại tăng 19,1%, tương ứng tăng 101 triệu USD [1]."

1.2. Thực trạng Sản Xuất Đế Giày Cao Su Phylon Thủ Công

Quy trình ép đế giày cao su-phylon hiện tại chủ yếu dựa vào phương pháp thủ công, như tại Công ty Cổ phần Đầu tư Thái Bình. Các bước bao gồm đặt đế cao su và đế phylon vào khuôn, ép nóng, ép lạnh và lấy thành phẩm. Phương pháp này tốn nhiều thời gian, công sức và tạo ra sản phẩm không đồng nhất. "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."

II. Thách Thức Giải Pháp Ép Đế Giày Cao Su Phylon Tự Động

Mặc dù đã có một số công ty áp dụng kỹ thuật ép đồng thời đế giày cao su-phylon, nhưng thông tin chi tiết về các thông số công nghệ tối ưu còn hạn chế. Việc tự động hóa công đoạn ép đế giày sẽ giúp nâng cao tính đồng nhất về chất lượng, giảm thời gian sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm giày Việt Nam. Nghiên cứu này sẽ xác định các thông số ép tối ưu và đề xuất giải pháp tự động hóa.

2.1. Sự Cần Thiết của Tự Động Hóa Ép Đế Giày Thể Thao

Những nhược điểm của quy trình thủ công bao gồm thời gian sản xuất kéo dài, chất lượng sản phẩm không đồng đều, hoa văn không rõ nét và độ kết dính kém. Tự động hóa sẽ giải quyết các vấn đề này, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng. "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."

2.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Thông Số Công Nghệ Ép Đế

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định giá trị tối ưu của các thông số công nghệ như nhiệt độ ép và thời gian ép để đạt được độ bền kéo và uốn tốt nhất cho đế giày thể thao cao su-phylon. Nghiên cứu cũng sẽ xem xét các yếu tố khác như khuôn ép đế và vật liệu phylon. "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."

III. Phương Pháp Mô Phỏng Thí Nghiệm Ảnh Hưởng Nhiệt Độ Thời Gian

Nghiên cứu này sử dụng kết hợp phương pháp mô phỏng và thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng thông số đến chất lượng đế giày cao su-phylon. Mô phỏng giúp dự đoán và tối ưu hóa các thông số, trong khi thí nghiệm xác nhận kết quả và cung cấp dữ liệu thực tế. Các thông số như nhiệt độ ép và thời gian ép sẽ được thay đổi để quan sát ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và các đặc tính khác của đế giày.

3.1. Mô Phỏng Quá Trình Ép Đế Dự Đoán Biến Dạng và Ứng Suất

Phần mềm mô phỏng được sử dụng để dự đoán biến dạng, ứng suất và thời gian điền đầy trong quá trình ép đế. Kết quả mô phỏng giúp lựa chọn các thông số phù hợp cho thí nghiệm thực tế. "Mô phỏng đường chạy dao khi gia công phay tinh các góc bo tròn."

3.2. Thí Nghiệm Thực Tế Đánh Giá Độ Bền Kéo Uốn của Đế Giày

Thí nghiệm được thực hiện với các thông số khác nhau để đánh giá độ bền kéo, độ bền uốn, độ cứng Shore và các đặc tính khác của đế giày. Dữ liệu thu thập được sử dụng để xây dựng mô hình hồi quy và xác định các thông số tối ưu. "Kết quả thí nghiệm xác định độ bền uốn"

IV. Thiết Kế Gia Công Khuôn Ép Đế Giày Cao Su Phylon Đồng Thời

Thiết kế khuôn ép đế đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình ép. Nghiên cứu này tập trung vào thiết kế khuôn ép cho phép ép đồng thời cả hai vật liệu cao su và phylon. Quá trình gia công khuôn ép sử dụng máy phay CNC để đạt độ chính xác cao và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

4.1. Yêu Cầu Kỹ Thuật và Thành Phần Chính của Khuôn Ép

Khuôn ép cần đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, độ bền và khả năng chịu nhiệt. Các thành phần chính bao gồm tấm khuôn dưới, tấm khuôn trên, tấm đế khuôn trên và tấm đế khuôn dưới. Hệ thống làm mát cũng là một yếu tố quan trọng. "Các thành phần chính của khuôn."

4.2. Quy Trình Gia Công Khuôn Ép Sử Dụng Máy Phay CNC

Quy trình gia công bao gồm phay thô, phay tinh, gia công lỗ định vị và các bề mặt khác. Phần mềm Verycut được sử dụng để mô phỏng quá trình gia công và đảm bảo độ chính xác. "Phôi tấm khuôn dưới đã được thiết lập."

V. Kết Quả Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tiễn Ép Đế Cao Su Phylon

Nghiên cứu này cung cấp các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình ép đế giày cao su-phylon đồng thời. Kết quả này có thể được ứng dụng trong thực tế để cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển cho việc tự động hóa công đoạn ép đế giày.

5.1. Thông Số Công Nghệ Tối Ưu Nhiệt Độ Thời Gian Ép Áp Suất

Kết quả thí nghiệm và mô phỏng cho thấy mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và chất lượng đế giày. Các thông số tối ưu được xác định dựa trên độ bền kéo, độ bền uốn và các tiêu chí khác. "Kết quả thí nghiệm xác định độ bền kéo."

5.2. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Cải Tiến Chất Lượng và Năng Suất

Việc áp dụng các thông số tối ưu và tự động hóa quy trình ép đế giày sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thời gian sản xuất và tăng năng suất. Điều này góp phần nâng cao tính cạnh tranh của ngành da giày Việt Nam. "Kết quả tính toán các phương án tối ưu xuất ra từ."

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.