Nghiên cứu hiện tượng mòn do ma sát của ti đẩy trong khuôn ép nhựa

Chuyên khảo phân tích Hcmute nghiên cứu hiện tượng mòn do ma sát của ti đẩy trong khuôn ép nhựa, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Bùi Thị Khôi An
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiện Tượng Mòn Do Ma Sát Của Ti Đẩy Trong Khuôn Ép Nhựa
• Loại tài liệu: Đồ Án Tổng Kết
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3. Kết cấu bài nghiên cứu khoa học
• 1.4. Các đặc trưng cơ bản của ma sát
• 1.5. Định nghĩa và phương pháp tính mòn cổ điển
• 1.6. Tổng quan về mòn
• 1.7. Thông số tính mòn
• 1.8. Các thông số tính đường biên bề mặt tiếp xúc
• 1.9. Tính mòn trên cơ sở hình và năng lượng
• 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG THỬ ĐỘ MÒN MA SÁT CỦA TI ĐẨY TRONG KHUÔN ÉP NHỰA
• 2.1. Quy trình thiết kế
• 2.2. Cơ cấu truyền động toàn hệ thống
• 2.3. Tính toán thiết kế bộ khuôn nghiên cứu hiện tượng mòn
• 2.3.1. Quy trình thiết kế
• 2.3.2. Các phương án đề ra
• 2.3.3. Tính toán thiết kế
• 2.3.4. Hệ thống lỗ cho ti đẩy
• 2.3.5. Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
• 2.3.6. Bạc dẫn hướng
• 2.3.7. Vòng định vị
• 2.3.8. Bản vẽ thiết kế
• 2.3.9. Mô tả mô hình 3D
• 3. CHẾ TẠO VÀ BẢO TRÌ MÁY THỬ MÒN
• 3.1. Tổng quan về khuôn thử độ mòn ma sát của ti đẩy
• 3.2. Gia công các chi tiết
• 3.2.1. Cụm cố định
• 3.2.2. Chọn máy gia công: Máy phay CNC MORISEKI MV50E, thông số máy tra trên trang web [5]
• 3.2.3. Cụm di chuyển
• 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT
• 4.1. Kết quả thí nghiệm
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Các kết quả đạt được
• 5.2. Những vấn đề hạn chế
• 5.3. Hướng phát triển
• Phụ lục bản vẽ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• BÀI BÁO KHOA HỌC

Tóm tắt

I. Nghiên cứu mới mòn

Phần này tập trung vào nghiên cứu mòn do ma sát của ti đẩy trong khuôn ép nhựa tại HCMUTE. Đề tài nghiên cứu hiện tượng mòn, một vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và tuổi thọ khuôn ép. Nghiên cứu khoa học HCMUTE này tập trung vào phân tích ứng suất và ma sát tiếp xúc giữa ti đẩy và các thành phần khác trong khuôn. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm mô phỏng mài mòn, thử nghiệm thực tế, và phân tích số liệu. Mục tiêu là tìm hiểu nguyên nhân gây mòn, đánh giá mức độ mòn, và đề xuất giải pháp giảm thiểu mòn, tăng tính hiệu quả của quá trình sản xuất. Nghiên cứu sinh HCMUTE đã thực hiện thí nghiệm mài mòn để thu thập dữ liệu thực nghiệm. Phân tích số liệu giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến mòn, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế khuôn ép và giảm ma sát. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí sản xuất, và cải thiện chất lượng sản phẩm nhựa.

1.1 Ma sát tiếp xúc

Phần này tập trung vào ma sát tiếp xúc giữa các thành phần trong khuôn ép nhựa, đặc biệt là ti đẩy khuôn ép nhựa. Nghiên cứu mài mòn tập trung vào việc xác định các thông số liên quan đến ma sát tiếp xúc, bao gồm lực pháp tuyến, diện tích tiếp xúc, và hệ số ma sát. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm mô hình hóa ma sát, phân tích ứng suất tiếp xúc, và thử nghiệm thực tế. Phân tích yểu tố hữu hạn được sử dụng để mô phỏng quá trình ma sát và xác định các vùng chịu ứng suất cao. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ thử nghiệm mài mòn và được sử dụng để xác nhận độ chính xác của mô hình. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về ma sát tiếp xúc trong khuôn ép nhựa, góp phần vào việc thiết kế các khuôn ép có độ bền cao và hiệu quả sản xuất tốt. Giảm ma sát là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu này. Các giải pháp được đề xuất bao gồm việc lựa chọn vật liệu thích hợp, tối ưu hóa thiết kế bề mặt tiếp xúc, và sử dụng chất bôi trơn. Việc hiểu rõ về ma sát tiếp xúc trong khuôn ép nhựa là rất cần thiết để tăng cường hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.2 Mòn vật liệu

Phần này đề cập đến hiện tượng mòn vật liệu trong khuôn ép nhựa, đặc biệt là mòn do ma sát của vật liệu khuôn ép. Nghiên cứu mòn vật liệu tập trung vào việc xác định các cơ chế mòn, tốc độ mòn, và các yếu tố ảnh hưởng đến mòn. Vật liệu khuôn ép được nghiên cứu bao gồm các loại polyme, nhựa kỹ thuật, và các hợp kim. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm thử nghiệm mài mòn, phân tích bề mặt, và mô phỏng mài mòn. Phân tích vi cấu trúc được sử dụng để hiểu rõ hơn về cơ chế mòn ở mức độ vi mô. Kết quả nghiên cứu giúp xác định các loại vật liệu khuôn ép có độ bền cao và khả năng chống mòn tốt. Việc lựa chọn vật liệu khuôn ép thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí sản xuất. Giảm hao mòn là mục tiêu quan trọng của nghiên cứu này. Các giải pháp được đề xuất bao gồm việc lựa chọn vật liệu khuôn ép thích hợp, tối ưu hóa thiết kế khuôn, và sử dụng các biện pháp bảo trì thích hợp. Nghiên cứu này đóng góp vào việc nâng cao hiểu biết về mòn vật liệu trong khuôn ép nhựa và cải thiện chất lượng sản phẩm.

II. Ti đẩy khuôn ép nhựa

Phần này tập trung vào ti đẩy trong khuôn ép nhựa, một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất. Khuôn ép nhựa HCMUTE được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu. Thiết kế khuôn ép và cơ cấu truyền động của hệ thống ti đẩy được phân tích chi tiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu suất của ti đẩy, xác định các yếu tố gây mòn, và đề xuất giải pháp cải tiến. Phân tích ứng suất và mô phỏng chuyển động được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế ti đẩy. Thử nghiệm thực tế được thực hiện để xác nhận tính hiệu quả của các giải pháp được đề xuất. Kết quả nghiên cứu giúp cải thiện tuổi thọ của ti đẩy, tăng hiệu quả sản xuất, và giảm chi phí sản xuất. Công nghệ chế tạo khuôn cũng được đề cập đến, nhằm tối ưu hóa quá trình chế tạo và lắp ráp.

2.1 Khuôn ép nhựa HCMUTE

Phần này tập trung vào đặc điểm của khuôn ép nhựa HCMUTE được sử dụng trong nghiên cứu. Thiết kế của khuôn, vật liệu khuôn ép, và quy trình sản xuất được mô tả chi tiết. Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn của ti đẩy trong khuôn được phân tích. Nghiên cứu này sử dụng khuôn ép nhựa HCMUTE như một trường hợp nghiên cứu điển hình. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể áp dụng cho các loại khuôn ép nhựa khác. Quá trình sản xuất nhựa và các thông số kỹ thuật liên quan cũng được đề cập. Ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo khuôn ép nhựa. Kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất khuôn cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là rất lớn, giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm nhựa. Quản lý chất lượng trong sản xuất khuôn ép nhựa cần được chú trọng để đảm bảo độ bền và độ chính xác của khuôn. Cơ sở lý thuyết về khuôn ép nhựa cũng được đề cập đến, nhằm cung cấp nền tảng lý thuyết cho nghiên cứu.

2.2 Mô hình hóa và mô phỏng

Phần này trình bày về mô hình hóa và mô phỏng quá trình mòn của ti đẩy trong khuôn ép nhựa. Mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng quá trình ma sát và mòn. Phần mềm mô phỏng được sử dụng là Autodesk Inventor. Các thông số đầu vào cho mô hình bao gồm các thông số hình học, vật liệu, và điều kiện biên. Kết quả mô phỏng giúp dự đoán mức độ mòn của ti đẩy và xác định các vùng chịu ứng suất cao. Mô hình hóa giúp hiểu rõ hơn về cơ chế mòn và các yếu tố ảnh hưởng đến mòn. Mô phỏng giúp giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thử nghiệm thực tế để xác nhận độ chính xác của mô hình. Tối ưu hóa thiết kế dựa trên kết quả mô phỏng giúp giảm thiểu mòn và tăng tuổi thọ của ti đẩy. Mô hình hóa ma sát là một phần quan trọng của quá trình mô phỏng. Phân tích yểu tố hữu hạn giúp xác định chính xác các vùng chịu ứng suất cao. Mô hình phần tử hữu hạn cho phép phân tích chi tiết quá trình mài mòn.

III. Kết quả và ứng dụng

Phần này trình bày kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của đề tài. Kết quả thí nghiệm về mòn do ma sát của ti đẩy được trình bày chi tiết. Phân tích dữ liệu được thực hiện để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến mòn. Các giải pháp được đề xuất để giảm thiểu mòn và tăng tuổi thọ của ti đẩy. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này bao gồm việc cải thiện thiết kế khuôn ép nhựa, tối ưu hóa quá trình sản xuất, và giảm chi phí. Xu hướng công nghệ trong lĩnh vực khuôn ép nhựa cũng được đề cập. Kết luận tổng quát về nghiên cứu được trình bày. Hướng phát triển trong tương lai cũng được đề cập. Nghiên cứu công nghệ này đóng góp vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Giáo sư hướng dẫn đã đóng góp vào việc hướng dẫn và giám sát nghiên cứu. Báo cáo khoa học này được biên soạn để trình bày kết quả nghiên cứu một cách đầy đủ và rõ ràng.

3.1 Phân tích hiệu quả

Phần này trình bày phân tích hiệu quả của các giải pháp được đề xuất để giảm thiểu mòn. Tăng hiệu quả sản xuất là mục tiêu chính của nghiên cứu này. Giảm chi phí sản xuất cũng là một lợi ích quan trọng. Quản lý chất lượng được cải thiện nhờ việc giảm thiểu mòn. Kết quả phân tích cho thấy các giải pháp được đề xuất mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. So sánh kết quả trước và sau khi áp dụng các giải pháp được đề xuất. Đánh giá tổng thể về hiệu quả của nghiên cứu. Dữ liệu thực tế được sử dụng để chứng minh tính hiệu quả của các giải pháp. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao và có thể áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa. Cải tiến công nghệ được đề xuất giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu lãng phí. Phân tích rủi ro cũng được thực hiện để đánh giá tính khả thi của các giải pháp.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Phần này trình bày ứng dụng thực tiễn của kết quả nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế khuôn ép nhựa. Tối ưu hóa quá trình sản xuất giúp tăng năng suất và giảm chi phí. Nâng cao chất lượng sản phẩm là một lợi ích quan trọng khác. Giảm thiểu lỗi sản xuất nhờ việc giảm thiểu mòn. Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thành công trong một số nhà máy sản xuất nhựa. Phản hồi từ người sử dụng cho thấy sự hài lòng với kết quả nghiên cứu. Đóng góp vào nền kinh tế nhờ việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn và đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nhựa tại Việt Nam. Chuyển giao công nghệ được thực hiện để giúp các doanh nghiệp áp dụng kết quả nghiên cứu. Hỗ trợ doanh nghiệp trong việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Hiện Tượng Mòn Do Ma Sát Của Ti Đẩy Trong Khuôn Ép Nhựa: Cơ Sở Lý Thuyết, Mô Hình Thử Nghiệm Và Ứng Dụng Thực Tiễn

---

Tóm tắt nghiên cứu (200-250 từ)

• Câu hỏi nghiên cứu chính: Quá trình mài mòn do ma sát của hệ thống ti đẩy (chốt đẩy - ejector pin) trong khuôn ép nhựa diễn ra theo quy luật nào dưới điều kiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi liên tục, và làm thế nào để định lượng tốc độ mòn trên các mác vật liệu khuôn mẫu khác nhau nhằm tối ưu hóa tuổi thọ khuôn?
• Phương pháp nghiên cứu: Đề tài kết hợp nghiên cứu lý thuyết ma sát học (Tribology) và tiếp xúc cơ - năng lượng với thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm chuyên dụng. Nhóm tác giả sử dụng phần mềm Autodesk Inventor để mô hình hóa 3D cụm khuôn thử nghiệm, ứng dụng cơ cấu tay quay - con trượt truyền động từ động cơ 3 pha (0,37 kW), gia công chính xác các chi tiết trên máy phay CNC Moriseki MV50E, sau đó tiến hành chạy thử nghiệm chu kỳ khứ hồi và đo đạc biến thiên hình học của ti đẩy cùng các tấm thử nghiệm vật liệu (SKD11, C45, CT3).
• Phát hiện chính: Xác định được cường độ và quy luật mòn theo chu kỳ làm việc của ti đẩy; chỉ ra sự phụ thuộc chặt chẽ giữa độ cứng vật liệu, dung sai khe hở lắp ghép thoát khí và hiện tượng mòn dính, mòn oxy hóa bề mặt (fretting wear). Thép công cụ SKD11 cho thấy khả năng chống mòn vượt trội so với C45 và CT3.
• Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và giải pháp kỹ thuật giúp các kỹ sư khuôn mẫu tối ưu hóa dung sai chế tạo, lựa chọn vật liệu phù hợp và xây dựng quy trình bảo trì, thay thế ti đẩy định kỳ, góp phần giảm tỷ lệ phế phẩm và hạ giá thành sản phẩm ép phun.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (300-350 từ)

Trong bức tranh phát triển mạnh mẽ của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư và sự dịch chuyển chuỗi cung ứng toàn cầu, ngành công nghiệp nhựa Việt Nam đạt tốc độ tăng trưởng ấn tượng từ 16% – 18%/năm. Cốt lõi của dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa chính là công nghệ khuôn mẫu chính xác. Trong một bộ khuôn ép phun, lòng khuôn đóng vai trò định hình sản phẩm nóng chảy, trong khi hệ thống đẩy chịu trách nhiệm tách và đẩy sản phẩm ra ngoài sau khi kết tinh ở mỗi chu kỳ làm việc.

Trong các phương án tháo sản phẩm (ống đẩy, lưỡi đẩy, tấm tháo, khí nén), hệ thống đẩy dùng chốt đẩy (ti đẩy) là kết cấu phổ biến nhất nhờ tính tiêu chuẩn hóa cao và linh hoạt. Tuy nhiên, ti đẩy phải hoạt động trong điều kiện kỹ thuật đặc biệt khắc nghiệt:

• Chuyển động trượt tịnh tiến liên tục với tần suất cao;
• Chịu biến thiên nhiệt độ nhanh và chu kỳ áp lực lớn;
• Thường xuyên thiếu chất bôi trơn định kỳ do yêu cầu tránh nhiễm bẩn sản phẩm nhựa;
• Vừa phải đảm bảo độ khít dẫn hướng, vừa đóng vai trò khe hở thoát khí bẫy (air vent).

Khoảng trống nghiên cứu: Phần lớn các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trước đây tập trung vào dòng chảy nhựa (CAD/CAE), tối ưu hóa hệ thống làm nguội hoặc thiết kế tổng thể bộ khuôn. Rất ít đề tài đi sâu khảo sát định lượng cơ chế mòn do ma sát của từng chi tiết cơ khí riêng lẻ như ti đẩy và bạc dẫn hướng.

Tính thời sự và tác động: Khi ti đẩy bị mòn, khe hở tiếp xúc tăng lên dẫn đến hiện tượng trào nhựa tạo ba-via (flash), kẹt ti đẩy làm dừng dây chuyền đột ngột, hoặc làm biến dạng sản phẩm. Nghiên cứu hiện tượng mòn ma sát của ti đẩy là đòi hỏi cấp thiết nhằm nâng cao năng suất, kéo dài tuổi thọ bộ khuôn và tối ưu hóa chi phí sản xuất công nghiệp.

---

Methodology và approach (350-400 từ)

Nghiên cứu áp dụng quy trình tiếp cận kết hợp chặt chẽ giữa mô hình hóa giải tích và thực nghiệm cơ khí chuyên sâu:

1. Cơ sở lý thuyết và thiết kế nghiên cứu

• Lý thuyết tiếp xúc Hertz & Ma sát học: Ứng dụng các công thức tính mòn đàn hồi (bậc I), mòn dẻo (bậc II) và mòn cắt tế vi (bậc III), cùng phương pháp cân bằng năng lượng ma sát: $$\Delta V_m = \frac{W_{ms}}{e_{ms}}$$ Trong đó $W_{ms}$ là công ma sát và $e_{ms}$ là mật độ năng lượng mòn của cặp vật liệu tiếp xúc.
• Quy chuẩn dung sai: Chọn đối tượng ép thử nghiệm là nhựa ABS, thiết lập dung sai khe hở lỗ ti đẩy từ $+0,02 \text{ mm}$ đến $+0,05 \text{ mm}$ để vừa đảm bảo chuyển động trượt vừa đóng vai trò rãnh thoát khí chống bẫy khí.

2. Thiết kế và chế tạo hệ thống thử nghiệm

• Cơ cấu truyền động: Ứng dụng cơ cấu tay quay con trượt nhằm chuyển đổi chuyển động quay của động cơ điện 3 pha ($P = 0,37\text{ kW}$, $220\text{V}$, $50\text{Hz}$) qua hộp số giảm tốc và hệ puly (tỷ số truyền tổng $1:30$, vận tốc đầu ra $50\text{ rpm}$) thành chuyển động tịnh tiến khứ hồi ổn định.
• Cụm khuôn thử nghiệm: Được module hóa thành hai cụm chính:
  • Cụm cố định: Gồm tấm đế trên, các khối đỡ, và các tấm thử nghiệm làm từ 3 loại thép: SKD11 (thép làm khuôn tôi cứng), C45 (thép carbon kết cấu) và CT3 (thép carbon thông dụng).
  • Cụm di chuyển: Gồm tấm đế dưới, tấm đỡ ti đẩy, 2 chốt dẫn hướng và cụm 5 ti đẩy tiêu chuẩn ($\varnothing 4\text{ mm}$ đến $\varnothing 10\text{ mm}$, chiều dài $150\text{ mm}$, vật liệu T8A/T10A tôi cứng $>50\text{ HRC}$).
• Công nghệ gia công chế tạo: Sử dụng máy phay CNC MORISEKI MV50E, quy trình phay thô/phay tinh bằng dao phay ngón hợp kim chuyên dụng và mũi khoan xoắn EF-Drill DIN 6537K của hãng EMUGE FRANKEN, đảm bảo độ nhám bề mặt gia công đạt $R_a \le 0,8\ \mu\text{m}$.

3. Thu thập và xử lý dữ liệu

• Thử nghiệm được vận hành liên tục qua nhiều chu kỳ đẩy mô phỏng. Định kỳ sau các khoảng thời gian vận hành, hệ thống được dừng để tiến hành đo kiểm đường kính ngoài của ti đẩy, đường kính lỗ dẫn hướng và độ nhám bề mặt bằng panme và thước kẹp điện tử chính xác cao.

---

Phát hiện chính (400-450 từ)

Từ quá trình chạy thực nghiệm và đối chiếu với mô hình lý thuyết, nghiên cứu đã rút ra 4 phát hiện quan trọng:

                      MỨC ĐỘ CHỐNG MÒN CỦA VẬT LIỆU
       0%                       50%                    100%

1. Nhận diện cơ chế mòn chủ đạo: Mòn Fretting và Mòn Dính (Adhesive Wear)

Trong điều kiện làm việc tịnh tiến khứ hồi hành trình ngắn không có màng dầu bôi trơn liên tục, bề mặt tiếp xúc giữa ti đẩy và vách lỗ xảy ra hiện tượng mòn fretting. Sự trượt vi mô lặp đi lặp lại bẻ gãy các đỉnh nhấp nhô tế vi, hình thành các hạt mài oxit kim loại. Các hạt này tiếp tục đóng vai trò tác nhân mài mòn cơ học hạt ba thể (three-body abrasive wear), làm xước dọc thân ti đẩy.

2. Sự phụ thuộc của cường độ mòn vào độ cứng vật liệu

Kết quả đo đạc khẳng định mối quan hệ nghịch đảo giữa độ cứng bề mặt ($H$) và tốc độ mòn ($I_h$), minh chứng cho công thức cổ điển $I_h = \frac{(p_{dn})^m}{H}$:

• Tấm thử nghiệm SKD11 (đã nhiệt luyện đạt $55 - 60\text{ HRC}$): Cho thấy độ biến thiên kích thước lỗ là nhỏ nhất, bề mặt lỗ giữ được độ bóng cao sau hàng chục ngàn chu kỳ.
• Tấm thử nghiệm C45 và CT3: Tốc độ mòn tăng nhanh gấp $3 - 5$ lần so với SKD11; xuất hiện hiện tượng biến dạng dẻo và cày xước rõ rệt tại mép lỗ dẫn hướng.

3. Phân bố mòn bất đối xứng dọc thân ti đẩy

Dưới tác dụng của lực quán tính và sai lệch nhỏ trong lắp ghép dẫn hướng, ti đẩy chịu tải trọng uốn phụ (bending moment). Do đó, lượng mòn không phân bố đều trên toàn bộ chiều dài tiếp xúc mà tập trung cao nhất tại hai vị trí:

1. Đoạn đầu ti đẩy: Vị trí chịu lực đẩy và tiếp xúc trực tiếp với lòng khuôn.
2. Vị trí mép lỗ dẫn hướng: Điểm tựa chịu ứng suất tiếp xúc cực đại khi cụm đẩy bắt đầu hành trình.

4. Quy luật biến thiên 3 giai đoạn của đường cong mài mòn

Thực nghiệm tái hiện chính xác đường cong mòn kinh điển:

• Giai đoạn chạy rà (Break-in stage): Tốc độ mòn diễn ra nhanh chóng do các nhấp nhô bề mặt gia công bị san phẳng.
• Giai đoạn mòn ổn định (Steady-state wear): Quá trình mài mòn diễn ra với tốc độ không đổi, kéo dài trong phần lớn tuổi thọ làm việc.
• Giai đoạn mòn phá hủy (Severe wear): Khi khe hở vượt ngưỡng cho phép, hiện tượng rung lắc và va đập tăng mạnh, dẫn đến cào xước nghiêm trọng và nguy cơ kẹt ti đẩy hoàn toàn.

---

Đóng góp khoa học (250-300 từ)

                            ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

• Đóng góp về mặt lý thuyết: Hệ thống hóa và kiểm chứng mô hình tính toán ma sát mòn ứng dụng riêng cho kết cấu chuyển động tịnh tiến khứ hồi của khuôn ép nhựa. Công trình giúp sáng tỏ cơ chế truyền vật liệu vi mô và tương quan năng lượng mòn trong môi trường nhiệt cơ của cụm đẩy.
• Đổi mới về phương pháp nghiên cứu: Thay vì phải thử nghiệm trực tiếp trên máy ép phun công nghiệp (vốn tốn kém chi phí vận hành và gián đoạn sản xuất), đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công một mô hình máy thử mòn cơ học độc lập, có khả năng mô phỏng chân thực chu kỳ làm việc của hệ thống đẩy với chi phí thấp và độ linh hoạt cao.
• Giá trị ứng dụng công nghiệp: Cung cấp thông số kỹ thuật định lượng về dung sai lắp ghép, khuyến nghị vật liệu chế tạo (ưu tiên mác thép SKD11 tôi cứng cho các tấm dưỡng ti đẩy) và xác lập chu kỳ bôi trơn/thay thế dự phòng cho doanh nghiệp gia công khuôn mẫu.

---

Đối tượng quan tâm (200-250 từ)

Kết quả của đề tài mang lại giá trị trực tiếp cho nhiều nhóm đối tượng:

• Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu (Mold Designers): Có thêm căn cứ khoa học để lựa chọn dung sai lắp ghép giữa ti đẩy và tấm khuôn (đảm bảo thoát khí mà không gây mòn dính), đồng thời bố trí kết cấu chốt dẫn hướng cân bằng nhằm triệt tiêu mô-men uốn.
• Quản trị viên sản xuất & Kỹ thuật viên bảo trì xưởng ép nhựa: Nắm bắt được chu kỳ mòn thực tế để lập kế hoạch bảo dưỡng phòng ngừa (preventive maintenance), kịp thời thay thế ti đẩy trước khi xuất hiện ba-via trên sản phẩm, giảm thiểu thời gian dừng chuyền (downtime).
• Các nhà nghiên cứu và Giảng viên ngành Cơ khí chế tạo máy: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc giảng dạy môn học Thiết kế khuôn mẫu, Công nghệ chế tạo máy và Ma sát học kỹ thuật.

---

FAQ - Các câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu là gì?

Xác định được quy luật mài mòn khứ hồi dọc thân ti đẩy và chứng minh thép SKD11 đạt độ cứng $>55\text{ HRC}$ giúp giảm cường độ mòn gấp nhiều lần so với thép C45/CT3, từ đó kéo dài tuổi thọ hệ thống đẩy.

2. Phương pháp thử nghiệm của đề tài có điểm gì đặc biệt?

Thay vì thử nghiệm đắt đỏ trên máy ép phun, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một hệ thống thử mòn chuyên dụng sử dụng cơ cấu tay quay con trượt, cho phép mô phỏng chính xác tần suất và hành trình đẩy với chi phí tối ưu.

3. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi không?

Có. Kết quả và quy luật mòn này áp dụng tốt cho hầu hết các khuôn ép phun nhiệt dẻo thông dụng (ABS, PP, PE, POM) sử dụng cơ cấu đẩy bằng chốt đẩy tiêu chuẩn.

4. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là gì?

Tích hợp cảm biến đo lực ma sát thời gian thực, khảo sát mài mòn trong môi trường gia nhiệt thực tế ($80^\circ\text{C} - 200^\circ\text{C}$) và thử nghiệm các công nghệ xử lý bề mặt hiện đại như phủ TiN, CrN hoặc DLC (Diamond-like carbon).

5. Ứng dụng thực tế tức thì của đề tài trong sản xuất là gì?

Xác lập quy chuẩn khe hở thoát khí $+0,02 \text{ mm}$ cho nhựa ABS và quy định chu kỳ tra mỡ bôi trơn chịu nhiệt định kỳ để ngăn chặn giai đoạn mòn phá hủy của ti đẩy.

---

Kết luận (150 từ)

Công trình nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn bài toán từ cơ sở lý thuyết ma sát học đến thiết kế, chế tạo máy thử nghiệm và đánh giá thực nghiệm hiện tượng mòn của ti đẩy trong khuôn ép nhựa. Đề tài không chỉ khẳng định vai trò quyết định của việc lựa chọn vật liệu (như thép SKD11) và kiểm soát dung sai khe hở, mà còn mở ra giải pháp thử nghiệm cơ tính khuôn mẫu với chi phí hiệu quả.

Các doanh nghiệp khuôn mẫu và xưởng ép nhựa nên ứng dụng ngay các khuyến nghị về dung sai và chu kỳ bảo trì từ nghiên cứu này để nâng cao tuổi thọ khuôn và chất lượng sản phẩm xuất xưởng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Tính toán và thiết kế - Chương 4: Chế tạo vào bảo trì máy thử mòn - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 3 Luan van CHƯƠNG 2. Các đặc trưng cơ bản của ma sát: 2.1 Định nghĩa: - Ma sát: là sự mất mát năng lượng cơ học trong các quá trình: khởi động, chuyển động, dừng. - Ma sát khởi động: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình khởi động. - Ma sát động: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình chuyển động tương đối tại vùng tiếp xúc.

- Ma sát dừng: là sự mất mát năng lượng cơ học trong quá trình dừng tại vùng tiếp xúc có chuyển động tương đối. - Lực ma sát: lực cản chuyển động tương đối của vật thể này trên vật thể khác, dưới tác dụng của ngoại lực pháp tuyến với đường phân giới giữa hai vật thể. - Ma sát ngoại: là ma sát xảy ra giữa bề mặt tiếp xúc của hai vật thể độc lập với nhau khi có chuyển động tương đối. - Ma sát nội: là ma sát xảy ra của quá trình chuyển động tương đối, trong cùng một vật thể.

- Ma sát vĩ mô: là ma sát được kể đến do ảnh hưởng của các yếu tố trên bề mặt tiếp xúc cơ, lý, hóa, chất lượng bề mặt, bản chất của vật liệu, chế độ làm việc… - Ma sát vi mô: là ma sát được kể đến bản chất vật liệu, tính chuyển động của các phân tử, tính liên kết hóa học và nhiệt động học dẫn đến sự mất mát năng lượng cơ học.2 Các đặc trưng cơ bản của ma sát: ❖ Lực ma sát: Cho đến thế kỷ XX, lực ma sát được tính gần đúng theo công thức: 𝐹𝑚𝑠 = 𝜇𝐹𝑁 (2.1) Trong đó: FN – lực pháp tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối. Ở trạng thái tĩnh (trước khi có chuyển động tương đối), lực ma sát bằng lực tác dụng theo phương tiếp tuyến: 𝐹𝑚𝑠 = 𝐹𝑡 (2.2) ❖ Moment ma sát: Moment ma sát được viết như sau: 𝑀𝑚𝑠 = 𝐹𝑚𝑠 × 𝑅 (2.3) Trong đó: R – cánh tay đòn tương ứng với ực ma sát Fms. Năng lượng ma sát được viết như sau: ➢ Đối với ma sát trượt: 4 Luan van 𝑊𝑚𝑠𝑡 = 𝐸𝑚𝑠𝑡 = ∫𝑠 𝑀𝑚𝑠 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑑𝑆𝑚𝑠 (2.4) 𝑚𝑠 Trong đó: Sms – quãng đường ma sát; ➢ Đối với ma sát lăn: 𝑀𝑚𝑠 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑊𝑚𝑠𝐿 = 𝐸𝑚𝑠𝐿 = ∫𝜑 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑑𝜑𝐿 (2.5) 𝐿 Trong đó: 𝜑𝐿 – góc lăn; ➢ Đối với ma sát xoay: 𝑀𝑚𝑠 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑊𝑚𝑠𝑋 = 𝐸𝑚𝑠𝑋 = ∫𝜑 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑑𝜑𝑥 (2.3 Phân loại ma sát: - Ma sát được phân loại dưới các dạng khác nhau, chủ yếu được chia ra theo đối tượng tiếp xúc (ma sát nội, ngoại, vi mô, vĩ mô), theo quá trình (chuyển động, dừng, khởi động, va đập…), theo dạng chuyển động (trượt, lăn xoay…) và theo trạng thái chất bôi trơn (rắn, lỏng, khí, Plasma…). - Một số loại ma sát cơ bản: - Ma sát trượt: là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt tiếp xúc, khi chuyển động trượt tương đối mà vận tốc tại điểm tiếp xúc khác nhau về giá trị và cùng phương.

- Ma sát lăn: là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt có chuyển động lăn tương đối mà vận tốc tại điểm tiếp xúc cùng giá trị, cùng phương. - Ma sát xoay: là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt tiếp xúc do chuyển động xoay tương đối giữa hai vật thể.4 Tính hệ số ma sát: ❖ Hệ số phủ kín: Mức độ phủ kín của cặp ma sát được viết theo công thức sau: 𝐴𝑚𝑠2 𝑘𝑝𝑘 = (2.7) 𝐴𝑚𝑠1 Trong đó: Ams2 và Ams1 – diện tích ma sát vật thể 2 trên vật thể 1. Nếu chiều rộng ma sát của hai chi tiết như nhau, hệ số phủ kín là: 𝑎𝑚𝑠2 𝑘𝑝𝑘 = (2.8) 𝑎𝑚𝑠1 Trong đó: ams2 và ams1 – chiều dài ma sát của chi tiết 2 và 1. Đối với cặp ma sát trục bạc, ta có: 𝑎𝑚𝑠2 𝑘𝑝𝑘 = (2.9) 𝑎𝑚𝑠1 5 Luan van Trong đó: ams2 – chu vi của trục; ams1 – đoạn tiếp xúc của bạc.

Dẫn trượt [1] b. Ổ trượt [1] Hình 1: Độ lớn hình học của cặp ma sát điển hình [1] ❖ Công thức tính hệ số ma sát: Công ma sát hay năng lượng ma sát: 𝑊𝑚𝑠 = 𝐹𝑚𝑠 = 𝐹𝑚𝑠 × 𝑆𝑚𝑠 (2.10) Lực ma sát: 𝐹𝑚𝑠 = ∑𝑗 𝐹𝑚𝑠𝑗 Trong đó: Fmsj – lực ma sát thành phần. Công suất ma sát: 𝑊𝑚𝑠 𝐹𝑚𝑠 × 𝑣𝑚𝑠 = 𝑀𝑚𝑠 × 𝜑𝑚𝑠 = (2.11) 𝑡𝑚𝑠 Hệ số ma sát: 𝐹 𝑊𝑚𝑠 𝜇 = 𝑚𝑠 = (2. Định nghĩa và phương pháp tính mòn cổ điển: 2.1 Định nghĩa: Mòn là một quá trình thay đổi hình dáng, khối lượng, kích thước của bề mặt vật thể, làm mất mát hoặc thay đổi vị trí tương đối trên bề mặt do biến dạng, mất liên kết, bong tách, chảy dẻo, ion hóa tạo ra vùng vật liệu mới.

Mòn còn là một quá trình thay đổi bản chất vật liệu trên bề mặt tiếp xúc do hiện tượng khuếch tán, hấp thụ, hợp kim hóa, ăn mòn, xâm thực.2 Một số công thức tính mòn cổ điển - theo kinh nghiệm: Trong một thời gian dài, cường độ mòn được tính theo một số công thức kinh nghiệm sau: (𝑝𝑑𝑛 )𝑚 𝐼ℎ = (2.13) 𝐻 Trong đó: pdn - áp lực danh nghĩa trên bề mặt tiếp xúc; H - độ cứng của vật liệu tiếp xúc; m – chỉ số mòn phụ thuộc vào bản chất vật liệu. Công thức này thường được sử dụng khi biến dạng đàn hồi pđh nhỏ gần bằng 0,14 MPa, độ cứng lớn: 𝐻𝐵 ≈ 8500𝑀𝑃𝑎 Theo một số tác giả khác, cường độ mòn được tính theo công thức sau: 𝐼ℎ = 209𝐸 −1,31 (2.14) Trong đó: E - môđun đàn hồi của vật liệu. Đối với một số vật liệu phi kim loại, cường độ mòn được tính như sau: 𝐼ℎ = 8,4 × 10−3 𝐻𝑉 −0,27 (2.15) −1,72 𝐼ℎ = 𝑒𝑏ℎ Đối với polyme: 𝐼ℎ = 1,42 × 10−3 𝐻𝑉 −0,27 (2.16) −1/2 𝐼ℎ = 8,6 × 10−4 𝑒𝑏ℎ Trong đó: HV - độ cứng Vicker; ebh - năng lượng bốc hơi của vật liệu. Tổng quan về mòn: 2.1 Khái niệm chính: - Cặp ma sát: là tập hợp hai chi tiết lắp ghép có chuyển động tương đối.

- Kết cấu ma sát: là kết cấu máy gồm nhiều cặp ma sát. - Cường độ mòn: là tỷ số giữa lượng mòn của chi tiết với quãng đường ma sát thực hiện được, hay một khối lượng công việc thực hiện được. - Tốc độ mòn: là tỉ số giữa lượng mòn với thời gian gây ra lượng mòn đó. - Lượng mòn giới hạn: là lượng mòn cho phép khi sử dụng cặp ma sát đó.2 Cơ chế mòn các bề mặt kim loại: Mòn là một quá trình các lớp bề mặt trượt tương đối dẫn đến sự cắt, bẻ gãy chỗ nhấp nhô tạo thành miền có nhấp nhô mới, làm nhẵn bề mặt ma sát, mòn còn do nén ép các bề mặt nhấp nhô do biến dạng đàn hồi, dẻo, tăng nhiệt, va đập do môi trường không khí, oxi hóa… 2.3 Sự phá hỏng bề mặt ma sát: Do cách để vi tạo vết xước, bong tách, tróc, nứt sâu.4 Sự vận chuyển vật liệu giữa các bề mặt ma sát: Trong quá trình ma sát do mỏi, do nhiệt, các bề mặt có sự dịch chuyển vật liệu làm mất vật liệu, có khi lại làm tăng khối lượng tại vùng tiếp xúc, do có lún hoặc bám dính, các lớp vật liệu mất đi và hình thành không ngừng.5 Các dạng mòn: Các dạng mòn thường xảy ra trên bề mặt ma sát như sau: - Mòn oxy hóa.

- Mòn cơ hóa xảy ra khi: 𝐻𝑘 𝐾𝑇 = > 0,6 (2.17) 𝐻𝑚 Trong đó: Hk - độ cứng của vật liệu ma sát kim loại; Hm - độ cứng của hạt mài. Hình 2: Đường cong mài mòn [1] a) Đường 1: biểu thị đường mòn; Đường 2: biểu thị tốc độ mòn. b) Không có thời kỳ ổn định; c) Không có thời kỳ chạy rà; d) Ứng với các chi tiết chịu ứng suất tiếp xúc, thực tế không bị mòn trong giai đoạn I. - Mòn cơ học xảy ra khi KT<0,6.18) 8 Luan van - Mòn tróc xảy ra khi vận tốc trượt nhỏ, áp lực cao.

- Món tróc nhiệt xảy ra khi bề mặt bị biến dạng nhiệt. - Mòn mỏi do biến dạng biến đổi lặp đi, lặp lại nhiều lần. - Mòn fretting là mòn do chuyển động tịnh tiến khứ hồi nhiều lần làm dịch chuyển vật liệu các bề mặt tiếp xúc khi tải trọng động sinh ra lớp oxy hóa động. - Mòn còn do cơ lún, ăn mòn, xói mòn và nứt tế vi.

Hình 3: Cơ chế mòn [1] Hình 4: Phân loại mòn [1] 9 Luan van 2. Thông số tính mòn: 2.19) 𝑎𝑚 ×𝑏𝑚 Trong đó: Vm – thể tích mòn; am – chiều rộng mòn; bm – chiều dài mòn. Tốc độ mòn: ℎ𝑚 Dạng đường: ℎ𝑚 = 𝑡𝑚𝑠 𝑉𝑚 Dạng thể tích: 𝑉𝑚 = (2.20) 𝑡𝑚𝑠 Cường độ mòn: ℎ𝑚 Dạng đường: 𝐼ℎ = (2.21) 𝑆𝑚𝑠 𝑉𝑚 Dạng thể tích: 𝐼𝑣 = 𝑆𝑚𝑠 Cường độ mòn riêng: 𝐴 𝑝𝑡 𝑖ℎ = 𝐼ℎ 𝑑𝑛 = 𝐼ℎ (2.22) 𝐴𝑡 𝑝𝑑𝑛 Trong đó: Adn và pdn – diện tích tiếp xúc danh nghĩa và áp lực danh nghĩa; At và pt – diện tích tiếp xúc thực và áp lực thực. Năng lượng ma sát đơn vị: 𝑊𝑚𝑠 𝑃 ×𝑡𝑚𝑠 𝑒𝑚𝑠 = = 𝑚𝑠 (2.25) 𝑉𝑚𝑠𝑡𝑛 ℎ𝑚𝑠𝑡𝑛 Trong đó: Vmstn; hmstn – thể tích và chiều cao mòn của mẫu sau thử nghiệm.

Các thông số tính đường biên bề mặt tiếp xúc: Trong vùng tiếp xúc xuất hiện những điểm tiếp xúc tổng kết diện tích này gọi là diện tích tiếp xúc thực At tương ứng các vùng nhỏ gồm tổng hợp diện tích tiếp xúc ta gọi là tiếp xúc theo đường bao Adb và diện tích tiếp xúc tính theo các kích thước danh nghĩa 10 Luan van được gọi là là diện tích tiếp xúc danh nghĩa And tương ứng với các loại diện tích tiếp xúc này ta có các áp lực thực pt, đường bao pdb, danh nghĩa pdn. Các tỉ số tương ứng là: 𝐴𝑡 𝐴đ𝑏 𝐴𝑡 𝜂𝑡/đ𝑏 = ; 𝜂đ𝑏/𝑑𝑛 = ; 𝜂𝑡/𝑑𝑛 = (2.26) 𝐴đ𝑏 𝐴𝑑𝑛 𝐴𝑑𝑛 Từ quy luật tiếp xúc Hertz, Các diện tích tiếp xúc của một số dạng điển hình như sau: Hình dạng bề mặt được biểu thị trên hình: Hình 5: Dạng bề mặt của chi tiết [1] 1. Độ bóng; Ra, Rt độ nhám trung bình và lớn nhất. Tiếp xúc cầu – mặt phẳng: Hình 6:Tiếp xúc cầu – mặt phẳng [1] 2/3 2/3 1/3 𝐹 𝑟𝑠 𝑗𝑠 𝐴đ𝑏 = 2,44 𝑁 1/2 (2.27) 𝐸𝑡đ Tiếp xúc trụ - phẳng : 1/2 1/2 1/2 𝐹𝑁 𝑟𝑠 𝑏 𝑗𝑠 𝐴đ𝑏 = 2,15 1/2 (2.28) 𝐸𝑡𝑑 Tiếp xúc cầu – cầu: Hình 7: Tiếp xúc cầu – cầu [1] 11 Luan van Trong đó: FN – lực pháp tuyến; rs – bán kính song của cầu hoặc trụ; js – số lượng bi, hoặc trụ lăn; b – chiều dài trụ.