Nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men bằng phương pháp ép nhựa

Chuyên khảo phân tích Researching the manufacturing capability of moment compliant soft structures using plastic, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

• Tác giả: Mai Dang Khoa
• Người hướng dẫn: Ph. Nguyen Trong Hieu
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Fundamentals of Machine Design
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men bằng phương pháp ép nhựa
• Loại tài liệu: graduation thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• MISSION OF THE GRADUATION THESIS
• ASSESSMENT FORM OF INSTRUCT LECTURER
• ASSESSMENT FORM OF DECIPATION LECTURER
• GUARANTEE
• ACKNOWLEDGEMENT
• SUMMARY
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATION
• 1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW
• 1.1. Overview of moment-resisting soft structure
• 1.2. Overview of the Constant-Torque Joint Mechanism (CTJM)
• 1.3. Reasons for choosing the topic
• 1.3.1. Why choose the CTJM structure
• 1.3.2. Why choose moment-resisting soft structures using the plastic injection molding method
• 1.4. Topic objective
• 1.5. Research methods
• 1.6. Research scope
• 2. CHƯƠNG 2: THEORETICAL BASIS
• 2.1. Choose soft structures
• 2.2. Overview of mold
• 2.3. Overview of plastic injection molding
• 2.3.1. Plastic injection molding technology
• 2.3.2. Overview of plastic injection machines
• 2.3.3. Classification of plastic injection molds
• 2.3.3.1. Two-plate mold
• 2.3.3.2. Three-plate mold
• 2.4. Overview of PP plastic (Polypropylene)
• 3. CHƯƠNG 3: DESIGN AND FABRICATION OF MOLDS
• 3.1. Shrinkage coefficient of the product
• 3.2. Manufacturing the mold
• 3.2.1. Mold release angle
• 3.2.2. Calculate the number of mold cavities
• 3.2.3. Plastic runner design
• 3.2.3.1. Sprue bushing design
• 3.2.3.2. Calculate runner diameter
• 3.2.4. Designing the ejection system
• 3.2.5. Designing the cooling system
• 3.2.6. Analysis of simulation results
• 3.2.7. Selecting standard components
• 4. CHƯƠNG 4: THE MANUFACTURING AND ASSEMBLY PROCESS
• 4.1. Manufacturing process of core plate
• 4.1.1. Routing 1: Milling bottom surface, the side surface and machining holes
• 4.1.2. Rough 2: Milling top surface, 2 sides left, insert cavity
• 4.2. Manufacturing process of cavity plate
• 4.2.1. Deburring and polishing
• 4.2.2. Parameters of the molding machine used
• 4.3. Limitations of the project
• 4.4. Development and orientation
• 4.5. Milling mold cavity and machining holes
• 4.6. Manufacturing process of top clamp plate
• 4.6.1. Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes
• 4.6.2. Rough 2: Milling top surface and another sides surface
• 4.7. Manufacturing process of spacer block
• 4.7.1. Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes
• 4.7.2. Rough 2: Milling top surface and another sides surface
• 4.8. Manufacturing process of retainer plate
• 4.8.1. Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes
• 4.8.2. Rough 2: Milling top surface and another sides surface
• 4.9. Manufacturing process of ejector plate
• 4.9.1. Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes
• 4.9.2. Rough 2: Milling top surface and another side surfaces
• 4.10. Manufacturing process of bottom plate
• 4.10.1. Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes
• 4.10.2. Rough 2: Milling top surface and another sides

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô men

Nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men bằng phương pháp ép nhựa đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ chế tạo hiện đại. Cấu trúc mềm có khả năng biến đổi hình dạng và lực thông qua sự thay đổi hình dạng của chính nó. Điều này mang lại nhiều lợi ích so với các cơ cấu truyền thống, như giảm thiểu ma sát và độ mòn. Việc áp dụng công nghệ ép nhựa trong sản xuất các cấu trúc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.1. Ứng dụng của cấu trúc mềm trong công nghiệp

Cấu trúc mềm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y tế đến cơ khí. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cho khớp, giúp duy trì mô-men xoắn ổn định mà không cần cảm biến phức tạp.

1.2. Lợi ích của phương pháp ép nhựa trong sản xuất

Phương pháp ép nhựa cho phép sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao. Điều này giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và thời gian chế tạo, đồng thời đảm bảo rằng các sản phẩm có kích thước đồng nhất và chất lượng cao.

II. Thách thức trong nghiên cứu cấu trúc mềm tuân theo mô men

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là việc thiết kế và chế tạo khuôn mẫu cho quá trình ép nhựa. Khuôn mẫu cần phải được thiết kế chính xác để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng.

2.1. Khó khăn trong thiết kế khuôn mẫu

Thiết kế khuôn mẫu cho cấu trúc mềm yêu cầu sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý cơ học và vật liệu. Việc lựa chọn nguyên liệu nhựa phù hợp cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính chất cơ học của sản phẩm.

2.2. Thách thức trong quy trình ép nhựa

Quy trình ép nhựa cần được tối ưu hóa để giảm thiểu lỗi sản phẩm. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và thời gian ép đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Phương pháp nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm

Để nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men, một số phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng phần mềm thiết kế như NX để mô phỏng và phân tích quy trình ép nhựa. Ngoài ra, việc thử nghiệm thực tế cũng rất quan trọng để đánh giá hiệu suất của sản phẩm.

3.1. Sử dụng phần mềm thiết kế NX

Phần mềm NX cho phép thiết kế và mô phỏng khuôn mẫu một cách chính xác. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

3.2. Thử nghiệm và đánh giá sản phẩm

Sau khi sản xuất, sản phẩm cần được thử nghiệm để đánh giá tính năng và độ bền. Các bài kiểm tra này giúp xác định khả năng chịu lực và độ ổn định của cấu trúc mềm.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cấu trúc mềm tuân theo mô men

Các cấu trúc mềm tuân theo mô-men có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị y tế, thiết bị hỗ trợ di chuyển, và nhiều lĩnh vực khác. Việc áp dụng công nghệ ép nhựa trong sản xuất các cấu trúc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong y tế

Trong lĩnh vực y tế, các cấu trúc mềm có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cho khớp, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

4.2. Ứng dụng trong cơ khí

Trong ngành cơ khí, các cấu trúc mềm có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị tự động hóa, giúp tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu cấu trúc mềm

Nghiên cứu khả năng sản xuất cấu trúc mềm tuân theo mô-men bằng phương pháp ép nhựa mở ra nhiều cơ hội mới trong công nghệ chế tạo. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ

Công nghệ ép nhựa sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều cải tiến trong quy trình và vật liệu, giúp nâng cao khả năng sản xuất các cấu trúc mềm.

5.2. Tương lai của ứng dụng cấu trúc mềm

Các ứng dụng của cấu trúc mềm trong y tế và cơ khí sẽ ngày càng mở rộng, mang lại nhiều lợi ích cho xã hội và nền kinh tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS FUNDAMENTALS OF MACHINE DESIGN RESEARCHING THE MANUFACTURING CAPABILITY OF MOMENT-COMPLIANT SOFT STRUCTURES USING PLASTIC INJECTION MOLDING METHOD LECTURER: Ph. NGUYEN TRONG HIEU STUDENT: MAI DANG KHOA NGUYEN ANH KHOA MAI TRAN XUAN PHONG SKL012640 Ho Chi Minh City, March 2024 Ministry of Education and Training HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ F ACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION THESIS RESEARCHING THE MANUF ACTURING CAPABILITY OF MOMENT-COMPLIANT SOF T STRUCTURES USING PLASTIC INJ ECTION MOLDING METHOD Instructor: Ph. NGUYEN TRONG HIEU Students: MAI DANG KHOA ID: 19143086 NGUYEN ANH KHOA ID: 19144087 MAI TRAN XUAN PHONG ID: 19144073 Ho Chi Minh City, March 2024 Ministry of Education and Training HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ F ACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION THESIS RESEARCHING THE MANUF ACTURING CAPABILITY OF MOMENT-COMPLIANT SOF T STRUCTURES USING PLASTIC INJ ECTION MOLDING METHOD Instructor: Ph. NGUYEN TRONG HIEU Students: MAI DANG KHOA 19144086 NGUYEN ANH KHOA 19144087 MAI TRAN XUAN PHONG 19144073 Ho Chi Minh City, March 2024 HCMC UNIVERSITY OF THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – F reedom – Hapiness F aculty of International Education ----o0o---- Ho Chi Minh City, March 21, 2024 MISSION OF THE GRADUATION THESIS Advisor: Ph.

NGUYEN TRONG HIEU Athor’s name: MAI DANG KHOA ID: 19144086 NGUYEN ANH KHOA ID: 19144087 MAI TRAN XUAN PHONG ID: 19144073 1. Thesis ID: CTM-48 - Researching the manufacturing capability of moment-compliant soft structures using plastic injection molding method. Initial data, documents, and sources: - Size and structure: Refer to previous studies. - Injection mold specifications: According to the mold design curriculum and injection molding machine specifications at the University of Technology and Education.

The main content of the thesis: - Overview of plastic injection molding technology. - Overview of the moment-compliant soft musculature. - Mold design for soft structures. - Mold manufacturing, assembly and testing.

Expected outcomes or products: - Product model. Date of assignment for the thesis: 1/10/2023 6. Deadline for submitting the thesis: 7. Languages used: Report: English  Vietnamese Defense presentation: English  Vietnamese Head of Department Head of Major F aculty Advisor (Signature, clearly stating (Signature, clearly (Signature, clearly stating full name) stating full name) full name) i HCMC UNIVERSITY OF THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – F reedom – Hapiness F aculty of International Education ----o0o---- Ho Chi Minh City, March 21, 2024 ASSESSMENT F ORM OF INSTRUCT LECTURER Full name of student 1: MAI DANG KHOA Student ID: 19144086 Full name of student 2: NGUYEN ANH KHOA Student ID: 19144087 Full name of student 3: MAI TRAN XUAN PHONG Student ID: 19144073 Full name Instructor: Ph.

NGUYEN TRONG HIEU Thesis: Researching the manufacturing capability of moment-compliant soft structures using plastic injection molding method. Regarding the topic content and implementation volume:. Recommend for defend graduation thesis or not?. ) INSTRUCTORS (Sign and write full name) ii HCMC UNIVERSITY OF THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – F reedom – Hapiness F aculty of International Education ----o0o---- Ho Chi Minh City, March 21, 2024 ASSESSMENT F ORM OF DECIPATION LECTURER Full name of student 1: MAI DANG KHOA Student ID: 19144086 Full name of student 2: NGUYEN ANH KHOA Student ID: 19144087 Full name of student 3: MAI TRAN XUAN PHONG Student ID: 19144073 Full name Instructor: Ph.

NGUYEN TRONG HIEU Thesis: Researching the manufacturing capability of moment-compliant soft structures using plastic injection molding method. Regarding the topic content and implementation volume:. Recommend for defend graduation thesis or not?. Score:………(In words:…………………………………………………………….) INSTRUCTORS (Sign and write full name) iii HCMC UNIVERSITY OF THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – F reedom – Hapiness F alcuty of International Education ----o0o---- Ho Chi Minh City, March 21, 2024 GUARANTEE Guarantee: “I hereby declare that this thesis is my own research work.

I do not copy from any published article without citing the source. If there is any violation, I take full responsibility." Project Executor Student 1 Student 2 Student 3 Mai Dang Khoa Nguyen Anh Khoa Mai Tran Xuan Phong iv ACKNOWLEDGEMENT We could not have successfully completed our graduation project without the support of everyone around us. Thanks to the dedicated and passionate teaching of our instructors, who imparted knowledge and supported us throughout our learning journey. With deep appreciation, we sincerely thank: ✓ Assoc.

Pham Son Minh - our main project supervisor, who patiently guided and provided favorable conditions for us during the project implementation. He always took the time to make detailed corrections and give instructions to achieve the best results. Nguyen Trong Hieu - project leader for his dedicated guidance in the process of researching, designing and manufacturing plastic injection molds to create soft moment structure models. Tran Minh The Uyen - for providing equipment and tools that made our graduation project more efficient.

✓ We would also like to acknowledge the faculty members at Ho Chi Minh City University of Technology and Education for their dedication to teaching and their contributions to our academic development. ✓ Lastly, we extend our gratitude to the Board of Directors of the university for creating a conducive environment that supports students and learners in their research and projects. In conclusion, we wish to express our heartfelt appreciation to all the instructors for their dedication and tireless efforts. We wish them good health, happiness, and youthful spirits as they continue to educate future generations.

Author v SUMMARY Topic: “Researching the manufacturing capability of moment-compliant soft structures using plastic injection molding method”. Summary: Continuing the research process of previous students. In this topic, the team focuses on designing and manufacturing plastic molding dies for soft moment- resistant structures, laying the groundwork for subsequent groups to use the molds to create products for future research and storage purposes. Target: Apply and maximize the knowledge learned in the field molds in particular and mechanics in general.

The group has researched, designed and manufactured a set of plastic injection molds for soft moment structures. Content: • Knowledge of injection molds. • Knowledge of moment-compliant soft structures. • Fabrication and assembly.

• Testing injection mold. Conclusion: After completing the project. The resulting product is a complete set of injection molds and can be used in research and production with high automation. Besides, our team has gained more practical knowledge in the mold making process, thereby helping us to have more confidence when entering the actual work later.

However, in the process of making, there are many mistakes due to lack of experience, leading to repeated corrections and time consuming. vi TABLE OF CONTENTS MISSION OF THE GRADUATION THESIS. i ASSESSMENT F ORM OF INSTRUCT LECTURER .ii ASSESSMENT F ORM OF DECIPATION LECTURER. vi TABLE OF CONTENTS.

vii LIST OF TABLES. xi LIST OF F IGURES. xiii LIST OF ABBREVIATION. xvi CHAPTER 1: OVERVIEW .1 Overview of moment-resisting soft structure.2 Overview of the Constant-Torque Joint Mechanism (CTJM) .3 Reasons for choosing the topic .1 Why choose the CTJM structure .2 Why choose moment-resisting soft structures using the plastic injection molding method? .5 CHAPTER 2: THEORETICAL BASIS .5 Choose soft structures .1 Overview of mold .2 Overview of plastic injection molding .1 Plastic injection molding technology .2 Overview of plastic injection machines .3 Classification of plastic injection molds .1 Two-plate mold.2 Three-plate mold.4 Overview of PP plastic (Polypropylene) .18 CHAPTER 3: DESIGN AND F ABRICATION OF MOLDS .2 Shrinkage coefficient of the product.3 Manufacturing the mold .1 Mold release angle.2 Calculate the number of mold cavities [6].4 Plastic runner design .1 Sprue bushing design.2 Calculate runner diameter .5 Designing the ejection system .6 Designing the cooling system .7 Analysis of simulation results.8 Selecting standard components.52 CHAPTER 4: THE MANUF ACTURING AND ASSEMBLY PROCESS .2 Manufacturing process of core plate.1 Routing 1: Milling bottom surface, the side surface and machining holes .2 Rough 2: Milling top surface, 2 sides left, insert cavity .3 Manufacturing process of cavity plate .3 Deburring and polishing .6 Parameters of the molding machine used .79 Limitations of the project: .79 Development and orientation.

Error! Bookmark not defined. 81 ix Milling mold cavity and machining holes .83 Manufacturing process of top clamp plate.86 Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes .86 Rough 2: Milling top surface and another sides surface .90 Manufacturing process of spacer block .91 Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes .91 Rough 2: Milling top surface and another sides surface .93 Manufacturing process of retainer plate .94 Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes .94 Rough 2: Milling top surface and another sides surface .98 Manufacturing process of ejector plate.99 Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes .99 Rough 2: Milling top surface and another side surfaces .101 Manufacturing process of bottom plate .102 Rough 1: Milling bottom surface, 2 sides surface and machining holes .102 Rough 2: Milling top surface and another sides .105 x LIST OF TABLES Table 2.1: The physical characteristics of PP plastic .2: The mechanical properties of PP plastic .3: Compare 2 type of soft structure .2: Table caculate number mold cavities.3: Create workpiece and separate mold .4: Designing cooling system using NX software.1: Dimensions of the mold parts .2: Manufacturing process of core plate in rough 1 .3: Manufacturing process of core plate in rough 2 .4: Manufacturing process of core plate in rough 3 .5: Manufacturing of cavity plate in rough 1 .8: Manufacturing of cavity plate in rough 2 .9: Manufacturing of top clamp plate in rough 1 .10: Manufacturing of top clamp plate in rough 2 .11: Manufacturing of spacer block in rough 1 .12: Manufacturing of spacer block in rough 2 .13: Manufacturing of retainer plate in rough 1 .14: Manufacturing of retainer plate in rough 2 .15: Manufacturing of ejector plate in rough 1 .16:Manufacturing of ejector plate in rough 2 .17: Manufacturing of bottom plate in rough 1 .18: Manufacturing of bottom plate in rough 2 .105 xii LIST OF F IGURES Figure 1.1: Applications of CTJMs .3: Plastic injection molding machine [3] .5: Basic two-plate mold [4].6: Three-plate mold [5].1: The mass and volume of the detail .2: Calculate the dimensions of the sprue .3: Table of common cross-sectional types of plastic runners.5: Caculate fan gate [7]. Error! Bookmark not defined.9: The importance of mold cooling time [7].10: Design cooling system .12: Filling Melt Front Time .17: Filling volumetric shrinkage .18: The temperature of the product after the cooling process .19: The efficiency of the cooling system.20: The product's curvature due to temperature and shrinkage.21: The parameters for evaluating the curvature of the product .22: Sprue bushing according to Misumi standard [8].23: Locating ring according to Misumi standard [8].24: Return pin according to Misumi standard [8].25: Guide pin according to Misumi standard [8].26: Guide bushing according Misumi standard [8].27: Ejector pin according to Misumi standard [8].1: Installation of rough 1.10: Ejector retainer plate .14: Locating ring and sprue bushing .15: Two mold plate and product .16: Haitian plastic molding machine .17: Product defects during injection testing .78 xv LIST OF ABBREVIATION CTJM: Constant-torque joint mechanism CMs: Compliant mechanisms CAE: Computer aided engineering CAD Computer aided design CAM Computer aided manufacturing PP: Polypropylene PE Polyethylene ABS Acrylonitrin Butadien Styren PET Polyethylene Terephthalate PMMA Poly Methyl Methacrylate HDPE Hight Density Poli Etilen POM Polyoxymethylene PA6 Nylon PPO Polyphenylene Ether PA66 PolyAmide – Nylon LDPE low density Polyethylene PC Polycarbonate FEP Fluorinated Ethylene Propylene xvi PLA Polylactic Acid TPU Thermoplastic Polyurethane xvii CHAPTER 1: OVERVIEW 1.1 Overview of moment-resisting soft structure. Compliant mechanisms are devices which can transform motion or force by the shape change of its self-structure.

As compared with conventional mechanisms, the advantages of compliant mechanisms are prominent. They can avoid the harmful effects of backlash, friction and wear, which are the inherent defects of conventional mechanisms.