Nghiên cứu và thiết kế khuôn cho sản phẩm bảo hộ linh kiện tại công ty GPMI

Nghiên cứu thiết kế khuôn cho sản phẩm bảo hộ linh kiện tại công ty GPMI, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Hồ Thanh Phong
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn 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 Thiết Kế Khuôn Bảo Hộ Linh Kiện Tại Công Ty GPMI
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Giới thiệu sản phẩm
• 2.2. Những yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm ép và khuôn “Nút bảo hộ”
• 2.3. Tầm quan trọng của “nút bảo hộ” so với các sản phẩm bảo hộ khác
• 2.4. Khả năng bảo vệ
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHỰA PA6 30%GF, CAO SU SILICONE, CÔNG NGHỆ ÉP PHUN VÀ KHUÔN
• 3.1. Tìm hiểu về nhựa Polyamide 6 + 30% Glass Fiber (PA6 30%GF)
• 3.2. Tính chất của nhựa PA6 30%GF
• 3.3. Tính an toàn của nhựa PA6 30%GF
• 3.4. Ưu điểm và nhược điểm của nhựa PA6 30%GF
• 3.5. Ứng dụng của nhựa PA6 30%GF trong thực tế
• 3.6. Tìm hiểu về cao su silicone (chịu nhiệt 200°C)
• 3.7. Tính chất của cao su silicone (chịu nhiệt 200°C)
• 3.8. Tính an toàn của cao su silicone (chịu nhiệt 200°C)
• 3.9. Ưu điểm và nhược điểm của cao su silicone (chịu nhiệt 200°C)
• 3.10. Ứng dụng của cao su silicone (chịu nhiệt 200°C) trong thực tế
• 3.11. Tổng quan về công nghệ ép phun và đúc cao su
• 3.11.1. Giới thiệu chung
• 3.11.2. Các bước của quy trình ép phun và đúc cao su
• 3.12. Tổng quan về máy ép nhựa và máy ép thủy lực
• 3.12.1. Giới thiệu chung
• 3.12.2. Cấu tạo của máy ép nhựa và máy ép thủy lực
• 3.13. Cơ sở lý thuyết về khuôn ép nhựa
• 3.13.1. Khái niệm về khuôn ép nhựa
• 3.13.2. Kết cấu cơ bản của bộ khuôn ép nhựa
• 3.13.3. Các loại khuôn ép phun
• 3.13.4. Yêu cầu kỹ thuật với khuôn ép phun
• 3.14. Tổng quan về khuôn đúc cao su
• 3.14.1. Giới thiệu về khuôn đúc cao su
• 3.14.2. Cấu tạo khuôn đúc cao su
• 3.14.3. Các loại khuôn đúc cao su
• 3.14.4. Ưu điểm và nhược điểm của khuôn đúc cao su
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SẢN PHẨM “NÚT BẢO HỘ” VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUÔN
• 4.1. Phân tích ý tưởng
• 4.2. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
• 4.3. Công dụng của sản phẩm
• 4.4. Thiết kế sản phẩm
• 4.4.1. Thiết kế sản phẩm “Nút bảo hộ nhựa” và “nút bảo hộ cao su”
• 4.4.2. Kiểm tra khối lượng, tỉ trọng của sản phẩm
• 4.5. Các phương án và lựa chọn phương án thiết kế khuôn
• 4.6. Trình tự công việc
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KHUÔN
• 5.1. Thiết kế bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm “nút bảo hộ nhựa PA6 30%GF”
• 5.2. Kiểm tra sản phẩm và nhập hệ số co rút
• 5.3. Tính toán số lòng khuôn
• 5.4. Chọn loại khuôn
• 5.5. Bố trí các lòng khuôn
• 5.6. Tính toán hệ thống kênh dẫn
• 5.7. Mô phỏng phân tích (CAE) dòng chảy nhựa sản phẩm trong khuôn
• 5.8. Tách khuôn sơ bộ
• 5.9. Thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh
• 5.10. Thiết kế khuôn đúc cao su
• 5.11. Tính toán số lòng khuôn
• 5.12. Tính lực ép khuôn
• 5.13. Lựa chọn kiểu khuôn
• 5.14. Tính toán thiết kế rãnh bavia
• 6. CHƯƠNG 6: ÉP THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM
• 6.1. Thông số máy ép
• 6.1.1. Máy ép nhựa NamRong TNR-110
• 6.1.2. Máy ép nhiệt hút chân không HSI 1RT AH-HYDRAULIC
• 6.2. Ép thử mẫu và đánh giá sản phẩm
• 6.2.1. Sản phẩm “Nút bảo hộ nhựa”
• 6.2.2. Sản phẩm “Nút bảo hộ cao su”
• 7. CHƯƠNG 7: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 8. CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài

Đề tài 'Nghiên cứu thiết kế khuôn bảo hộ linh kiện tại công ty GPMI' tập trung vào việc thiết kế và sản xuất các khuôn bảo hộ cho linh kiện trong quá trình sơn và đóng gói. Công ty GPMI chuyên gia công linh kiện xe trượt tuyết và xe địa hình, yêu cầu bảo vệ các vị trí lắp ráp khỏi sơn để đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp. Nút bảo hộ được thiết kế từ vật liệu nhựa PA6 30%GF và cao su silicone, giúp bảo vệ linh kiện khỏi các tác động cơ học trong quá trình vận chuyển. Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp giảm thiểu tỉ lệ hư hỏng và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quy trình sản xuất tại công ty GPMI, việc bảo vệ các vị trí lắp ráp khỏi sơn là yêu cầu quan trọng để đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp. Nút bảo hộ được thiết kế để ngăn sơn lọt vào các vị trí này, đồng thời bảo vệ linh kiện khỏi va đập trong quá trình đóng gói. Đề tài này giải quyết vấn đề thực tế trong sản xuất, giúp tăng hiệu quả và giảm chi phí.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Về mặt khoa học, đề tài áp dụng kiến thức về công nghệ ép phun và khuôn mẫu, sử dụng các phần mềm như PTC Creo Parametric, SolidWorks, và MolDex3D để thiết kế và mô phỏng. Về thực tiễn, nút bảo hộ giúp bảo vệ linh kiện, giảm tỉ lệ hư hỏng và nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó tăng uy tín và khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.

II. Cơ sở lý thuyết và vật liệu

Đề tài sử dụng hai loại vật liệu chính là nhựa PA6 30%GF và cao su silicone. Nhựa PA6 30%GF có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt, và độ co rút thấp, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Cao su silicone có khả năng chịu nhiệt lên đến 200°C, độ đàn hồi tốt, và khả năng chống mài mòn, thích hợp cho các ứng dụng bảo vệ linh kiện. Cả hai vật liệu đều được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc thực tế tại công ty GPMI.

2.1 Nhựa PA6 30 GF

Nhựa PA6 30%GF là vật liệu tổng hợp với 30% sợi thủy tinh, mang lại độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt, và độ co rút thấp. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng chịu lực tốt, phù hợp cho việc sản xuất nút bảo hộ.

2.2 Cao su silicone

Cao su silicone có khả năng chịu nhiệt lên đến 200°C, độ đàn hồi tốt, và khả năng chống mài mòn. Vật liệu này được sử dụng để sản xuất nút bảo hộ cho các linh kiện cần bảo vệ khỏi tác động cơ học và nhiệt độ cao trong quá trình sơn và đóng gói.

III. Thiết kế khuôn và quy trình sản xuất

Quy trình thiết kế khuôn bảo hộ bao gồm các bước: phân tích yêu cầu kỹ thuật, thiết kế sản phẩm, tính toán và thiết kế khuôn, mô phỏng quá trình điền đầy khuôn, và ép thử sản phẩm. Các phần mềm như PTC Creo Parametric, SolidWorks, và MolDex3D được sử dụng để thiết kế và mô phỏng. Kết quả là bộ khuôn ép phun và khuôn đúc cao su hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu sản xuất tại công ty GPMI.

3.1 Thiết kế khuôn ép phun

Quy trình thiết kế khuôn ép phun bao gồm việc tính toán số lòng khuôn, bố trí hệ thống kênh dẫn, và mô phỏng quá trình điền đầy nhựa. Phần mềm MolDex3D được sử dụng để phân tích dòng chảy nhựa, đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao.

3.2 Thiết kế khuôn đúc cao su

Khuôn đúc cao su được thiết kế để sản xuất nút bảo hộ từ cao su silicone. Quy trình bao gồm tính toán lực ép, thiết kế rãnh bavia, và lựa chọn kiểu khuôn phù hợp. Kết quả là sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật và có khả năng tái sử dụng cao.

IV. Kết quả và đánh giá

Sau quá trình thiết kế và ép thử, nút bảo hộ từ nhựa PA6 30%GF và cao su silicone đã được đánh giá trên linh kiện thực tế. Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, bảo vệ hiệu quả các vị trí lắp ráp khỏi sơn và va đập. Đề tài đã thành công trong việc tạo ra bộ khuôn bảo hộ hoàn chỉnh, mang lại giá trị thiết thực cho công ty GPMI.

4.1 Đánh giá sản phẩm

Nút bảo hộ được đánh giá dựa trên khả năng bảo vệ linh kiện, độ chính xác khi lắp ráp, và khả năng chịu lực. Kết quả cho thấy sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật và có khả năng ứng dụng cao trong thực tế.

4.2 Hướng phát triển

Đề tài mở ra hướng phát triển mới trong việc ứng dụng công nghệ ép phun và khuôn mẫu để sản xuất các sản phẩm bảo vệ linh kiện. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng cho các ngành công nghiệp khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Nêu lên tính cấp thiết của đề tài, giới hạn và phương pháp nghiên cứu và mục tiêu cần đạt được.  Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Giới thiệu sơ lược về tài như: đối tượng nghiên cứu, các sản phẩm liên quan đến đề tài trên thị trường trong nước và quốc tế.  Chương 3: Cơ sở lý thuyết về nhựa PA6 30% GF, cao su silicone và thiết kế khuôn.

Giới thiệu nhựa PA6 30% GF, cao su silicone và các ứng dụng. Trình bày cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn nhứ kết cấu, quy trình thiết kế.  Chương 4: Thiết kế sản phẩm “Nút bảo hộ” lựa chọn phương án thiết kế khuôn.  Chương 5: Thiết kế khuôn cho sản phẩm “Nút bảo hộ”.

 Chương 6: Ép thử và đánh giá sản phẩm.  Chương 7 : Hướng phát triển của đề tài.  Chương 8 : Kết luận. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.

Giới thiệu sản phẩm. Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu và phát triển một sản phẩm nút bảo hộ đáp ứng được yêu cầu về tính chất cơ học, khả năng chịu lực, chống ẩm và chống ô nhiễm, đồng thời linh hoạt và dễ sử dụng trong các quy trình sản xuất. Bằng cách này, sản phẩm có thể giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng của quá trình sơn và lắp ráp, đồng thời giảm thiểu tổn thất và chi phí. Những yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm ép và khuôn “Nút bảo hộ”.

 Đối với sản phẩm: Đạt yêu cầu về lắp ráp và đạt yêu cầu bảo hộ cho linh kiện khỏi bụi sơn.  Đối với khuôn: Tối ưu chi phí chế tạo, dễ dàng tháo lắp và bảo trì, hoạt động tốt trong quá trình ép, sản phẩm ép ra đảm bảo được dung sai, kích thước và bavia sau khi ép ra. Tầm quan trọng của “nút bảo hộ” so với các sản phẩm bảo hộ khác. Trong quá trình sơn và lắp ráp các linh kiện, việc bảo vệ những khu vực không cần sơn là một công đoạn quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng (vì những vị trí đó là những vị trí lắp ráp để tạo ra sản phẩm cuối cùng nếu có sơn ở vị trí đó bề mặt sẽ bị dày và cần lắp ráp).

Nhiều phương pháp và vật liệu đã được sử dụng như vải, giấy, băng keo,… tuy nhiên mỗi loại đều có những hạn chế nhất định vì chúng không thể chịu nỗi nhiệt độ cao và tốn nhiều thời gian để gắn vào vị trí cần bảo hộ. Trong bối cảnh đó, việc sử dụng nút nhựa, cao su bảo hộ nổi lên như một giải pháp ưu việt. Sau đây sẽ phân tích tầm quan trọng của nút nhựa, cao su bảo hộ khi so sánh với các vật liệu khác trong quá trình sơn và lắp ráp, từ đó đưa ra những lợi ích và ứng dụng thực tiễn của chúng. Nút cao su có độ bền cao, chịu được nhiệt độ và hóa chất trong quá trình sơn.

Chúng có thể tái sử dụng nhiều lần mà không bị biến dạng hay hư hỏng. Ngược lại, vải thường không chịu được hóa chất và nhiệt độ cao, dễ thấm sơn và khó làm sạch để tái sử dụng. Giấy dễ bị rách và không bền dưới tác động của hóa chất và nhiệt độ, không thể tái sử dụng. Băng keo có độ bền vừa phải, nhưng sau khi sử dụng thường để lại keo dính và khó làm sạch, thường là loại chỉ sử dụng được một lần.

Đối với nút nhựa được sử dụng trong công đoạn lắp ráp đóng gói cũng có độ bền cao và khả năng bảo vệ tốt cho linh kiện trong quá trình vận chuyển. So với các vật liệu như vải và giấy, nút nhựa không dễ bị hư hỏng và có thể tái sử dụng nhiều lần. Khả năng bảo vệ Nút cao su được thiết kế đặc biệt để vừa khít với các linh kiện, đảm bảo che chắn hoàn toàn và bảo vệ các phần không cần sơn, không để sơn hoặc bụi bám vào các chi tiết quan trọng. Vải có khả năng che chắn không cao, có thể để lại bụi vải hoặc không che phủ hoàn toàn các chi tiết nhỏ.

Giấy dễ bị rách và không thể che chắn tốt các chi tiết phức tạp hoặc có hình dạng không đều. Băng keo tốt trong việc che chắn các mép hoặc bề mặt phẳng, nhưng không hiệu quả cho các chi tiết phức tạp hoặc các khu vực cần bảo vệ ba chiều. Nút nhựa cũng được thiết kế để bảo vệ linh kiện khỏi va đập và các yếu tố bên ngoài trong quá trình đóng gói và vận chuyển. Chúng đảm bảo an toàn và giữ nguyên trạng thái của sản phẩm.

Chi phí Mặc dù chi phí ban đầu của nút cao su và nút nhựa có thể cao hơn, nhưng vì có thể tái sử dụng nhiều lần nên tổng chi phí dài hạn sẽ thấp hơn. Nút cao su và nút nhựa ít tạo ra rác thải, thân thiện với môi trường. Vải có chi phí thấp, nhưng không bền và không thể tái sử dụng, tạo ra nhiều rác thải. Giấy cũng có chi phí thấp, nhưng không bền và không thể tái sử dụng, tạo ra nhiều rác thải.

Băng keo có chi phí tương đối thấp, nhưng không thể tái sử dụng và khó tái chế, tạo ra nhiều rác thải. Ứng dụng Nút cao su dễ sử dụng, có thể lắp đặt và tháo ra nhanh chóng, đặc biệt hiệu quả cho các chi tiết nhỏ và phức tạp trong quá trình sơn, không cần công đoạn làm sạch sau khi sơn. Nút nhựa cũng dễ sử dụng và rất hiệu quả trong việc bảo vệ các linh kiện trong quá trình đóng gói, giúp giảm thiểu hư hỏng. Với vải thì khó sử dụng và không chắc chắn, cần cố định bằng băng keo hoặc dây, dễ bị xô lệch.

Giấy dễ sử dụng nhưng dễ bị rách, không linh hoạt trong việc che chắn các chi tiết phức tạp. Băng keo dễ sử dụng, nhưng mất thời gian để dán và tháo ra, cần làm sạch keo sau khi sử dụng. Kết luận Nút cao su bảo hộ cho công đoạn sơn và nút nhựa bảo hộ cho công đoạn đóng gói mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các vật liệu khác như vải, giấy, và băng keo. Chúng cung cấp độ bền, khả năng bảo vệ, và tính kinh tế tốt hơn trong dài hạn, đồng thời thân thiện với môi trường hơn.

Điều này làm cho nút cao su và nút nhựa trở thành lựa chọn tối ưu cho việc bảo hộ trong công đoạn sơn và lắp ráp đóng gói linh kiện. 5 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHỰA PA6 30%GF, CAO SU SILICONE, CÔNG NGHỆ ÉP PHUN VÀ KHUÔN 3. Tìm hiểu về nhựa Polyamide 6 + 30% Glass Fiber (PA6 30%GF). Hạt nhựa Polyamide 6 + 30% Glass Fiber (PA6 30%GF – Tufnyl SGF30 E black) được gia cố 30% thủy tinh (GF) màu đen dùng cho ép phun.

Nhờ có 30% sợi thủy tinh trong PA6, các tính chất cơ lý của nó, độ ổn định, hiệu suất chống lão hóa đã được cải thiện đáng kể. PA6 30% do có độ liên kết cao nên khả năng chống chịu va đập cực tốt, có độ bền hóa học cao, chống mài mòn. Ngoài ra nó còn chịu được nhiệt thấp, cách điện rất tốt và có khả năng kháng dung môi hữu cơ và nhiên liệu, không độc hại. Nhựa PA6 30%GF thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính chịu nhiệt cao và tính cơ học vững chắc, như bộ phận cơ khí, linh kiện ô tô, vỏ máy móc, bộ phận điện tử và các sản phẩm công nghiệp khác.

Nhựa Black PA6 30%GF 3. Tính chất của nhựa PA6 30%GF: Các tính chất vật lý của nhựa PA6 30%GF bao gồm:  Độ cứng: Nhựa PA6 30%GF thường có độ cứng cao hơn so với PA6 không gia cố, nhờ sự tăng cường từ sợi thủy tinh. Điều này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và độ bền cao.  Độ dẻo: Mặc dù được gia cố bằng sợi thủy tinh, nhựa PA6 30%GF vẫn giữ được tính linh hoạt và độ dẻo, cho phép nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng yêu cầu tính chất linh hoạt.

 Độ bền kéo: Gia cố bằng sợi thủy tinh cải thiện đáng kể độ bền kéo của nhựa PA6, khiến cho nó có khả năng chịu lực kéo tốt hơn so với PA6 thông thường.  Tính ổn định về kích thước: Sợi thủy tinh cung cấp sự ổn định kích thước cho vật liệu, giúp giảm thiểu co ngót và giãn nở do thay đổi nhiệt độ và độ ẩm, làm cho nhựa PA6 30%GF phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao. 6  Khả năng chịu nhiệt: Polyamide tổng quát có khả năng chịu nhiệt tốt, và sự gia cố bằng sợi thủy tinh cũng tăng cường khả năng này. Nhựa PA6 30%GF thường có thể chịu được nhiệt độ cao hơn so với PA6 không gia cố.

 Khả năng chống va đập và chịu mài mòn: sợi thủy tinh cũng làm tăng khả năng chống va đập và chịu mài mòn của nhựa PA6, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống lại các tác động vật lý. Tóm lại, nhựa PA6 30%GF kết hợp giữa tính linh hoạt của polyamide và tính cứng rắn, độ bền của sợi thủy tinh, tạo ra một vật liệu có tính chất vật lý đa dạng và phù hợp cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Tính an toàn của nhựa PA6 30%GF: Tính an toàn của nhựa PA6 30%GF có thể được đánh giá dựa trên một số yếu tố sau:  An toàn với thức ăn: khi gia cố bằng sợi thủy tinh, việc đảm bảo tính an toàn với thức ăn cần phải được xem xét kỹ lưỡng, vì sợi thủy tinh có thể tạo ra các vấn đề an toàn nếu không được xử lý đúng cách.  Không chứa chất độc hại: Polyamide (PA6) và sợi thủy tinh đều là các vật liệu không chứa chất độc hại khi sử dụng trong điều kiện bình thường.

Tuy nhiên, quá trình sản xuất và gia công cần được thực hiện theo quy trình an toàn để đảm bảo không có chất phụ gia hoặc tác nhân độc hại nào được thêm vào.  Khả năng chống cháy: Sự thêm vào sợi thủy tinh có thể cải thiện khả năng chịu lửa của vật liệu.  Xử lý và tái chế: Trong quá trình xử lý và tái chế, cần phải đảm bảo rằng các biện pháp an toàn được thực hiện để ngăn chặn sự phát tán các hạt thủy tinh hoặc các sản phẩm phụ khác có thể gây hại cho môi trường hoặc sức khỏe con người. Ưu điểm và nhược điểm của nhựa PA6 30%GF:  Về ưu điểm:  Nhờ có 30% sợi thủy tinh trong PA6, các tính chất cơ lý của nó, độ ổn định, hiệu suất chống lão hóa đã được cải thiện đáng kể.