Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp nhựa Việt Nam trong giai đoạn 2018–2022 duy trì tốc độ phát triển nhanh với mức tăng trưởng hàng năm đạt từ 16% đến 18%/năm, chỉ đứng sau ngành viễn thông và dệt may. Năm 2022, toàn ngành sản xuất và tiêu thụ gần 5 triệu tấn sản phẩm, nâng mức tiêu thụ sản phẩm nhựa bình quân đầu người lên 41 kg/người/năm, tăng gấp hơn 10 lần so với mức 3,8 kg/người/năm vào năm 1990. Hệ thống doanh nghiệp ngành nhựa bao gồm hơn 2.000 đơn vị trải dài từ Bắc vào Nam, trong đó hơn 84% tập trung tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và hơn 99,8% thuộc khối kinh tế tư nhân. Đồng thời, các sản phẩm nhựa của Việt Nam xuất khẩu sang thị trường Châu Âu chịu mức thuế thấp hơn sản phẩm cùng loại từ Trung Quốc tối thiểu 10% do không bị áp thuế chống bán phá giá, tạo sức hút lớn đối với các nguồn vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI).

Mặc dù nhiều doanh nghiệp đã đầu tư các dòng máy đúc phun hiện đại, năng lực công nghệ thiết kế và chế tạo bộ khuôn đúc trong nước vẫn còn nhiều bất cập. Phần lớn khuôn mẫu kỹ thuật có độ phức tạp cao phải nhập khẩu từ Thành phố Hồ Chí Minh hoặc Trung Quốc. Nhiều cơ sở sản xuất có khả năng gia công trên máy phay điều khiển số (CNC) theo mẫu có sẵn nhưng chưa làm chủ công nghệ thiết kế kết cấu khuôn và bản chất động học của dòng chảy nhựa trong lòng khuôn. Tình trạng này dẫn đến việc phải thử nghiệm ép khuôn và sửa đổi nhiều lần, làm phát sinh chi phí chế thử và đẩy giá thành sản phẩm lên cao. Nhằm góp phần hạ giá thành, nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp và đưa kỹ thuật khuôn mẫu vào đào tạo tại Vĩnh Phúc, đề tài "Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo" được thực hiện.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được tác giả xác định cụ thể như sau:

  • a. Nắm chắc các đặc tính của vật liệu nhựa sử dụng trong sản xuất hàng dân sinh; nắm vững kết cấu bộ khuôn, nguyên lý máy đúc phun và quy trình vận hành máy.
  • c. Sử dụng phần mềm SolidWorks để mô hình hóa hình học 3D, phần mềm Moldflow Plastics Insight để mô phỏng dòng chảy nhựa và ứng dụng phần mềm MasterCAM, PowerMill Pro 10 để lập trình gia công.
  • d. Nắm vững công nghệ thiết kế khuôn và tối ưu hóa các thông số hình học lòng khuôn.
  • e. Xây dựng phương pháp lập trình gia công và điều khiển tối ưu quá trình cắt gọt trên máy CNC.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Khuôn đúc phun nhựa nhiệt dẻo dành cho sản phẩm cánh quạt Senko 400; vật liệu nhựa Acrylonitrin – Butadien – Styren (ABS); các công cụ phần mềm CAD/CAM/CAE phục vụ thiết kế, mô phỏng dòng chảy và lập trình gia công CNC.
  • Phạm vi không gian và dữ liệu: Sản phẩm cánh quạt nhựa Senko 400 thương mại trên thị trường Việt Nam; dữ liệu thực trạng phát triển ngành nhựa cả nước và định hướng ứng dụng công nghệ tại Vĩnh Phúc.
  • Phạm vi thời gian: Khảo sát hiện trạng công nghiệp giai đoạn 2018–2022 và định hướng quy hoạch ngành đến năm 2025 theo phê duyệt của Bộ Công thương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Đề tài xây dựng trên nền tảng lý thuyết chu trình công nghệ đúc phun và cơ học dòng chảy chất dẻo. Chu trình đúc phun bao gồm 4 công đoạn chính:

  1. Hóa dẻo và chuyển hóa vật liệu nhựa sang trạng thái nóng chảy dưới tác dụng của nhiệt và áp lực trục vít.
  2. Nhựa hóa và định lượng thể tích vật liệu đúc.
  3. Điền đầy lòng khuôn, duy trì áp suất nén định hình và làm nguội sản phẩm.
  4. Mở khuôn, đẩy sản phẩm ra ngoài và bắt đầu chu trình tiếp theo.

Về kết cấu khuôn mẫu, đề tài khảo sát cụm kết cấu khuôn ép phun hoàn chỉnh gồm 14 bộ phận: sản phẩm, tấm khuôn dưới, tấm khuôn trên, miệng phun, cuống phun, lòng khuôn, ti đẩy, trục vít, lò xo đẩy, vít kẹp di động, tấm kẹp phía sau, tấm đỡ ty đẩy, tấm kẹp phía trước và đường làm mát. Tác giả đối chiếu các yêu cầu an toàn và kích thước theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5699-2-80:2007 (tương đương chuẩn quốc tế IEC 60335-2-80:2005) quy định đối với quạt điện.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu chuyên khảo về đặc tính nhiệt dẻo, nhiệt cơ học của dòng polyme, kết cấu cơ khí của máy đúc phun và các giải pháp điều khiển thủy lực.
  • Phương pháp đo đạc thực nghiệm: Do không có máy đo tọa độ ba chiều (CMM), tác giả thực hiện đo đạc thủ công kích thước mẫu cánh quạt Senko 400 bằng thước kẹp cơ khí và thước đo góc. Để triệt tiêu sai số ngẫu nhiên, mỗi vị trí hình học được đo lặp lại 10 lần và lấy giá trị trung bình làm dữ liệu dựng hình.
  • Phương pháp mô phỏng số (CAE): Sử dụng phần mềm Moldflow Plastics Insight (MPI) phân tích phần tử hữu hạn để đánh giá quá trình điền đầy (Fill time), phân bố áp suất (Pressure), tốc độ trượt (Shear rate), ứng suất tiếp xúc, thời gian đông đặc (Time to freeze), vị trí bẫy khí (Air traps), đường hàn (Weld lines) và lực kẹp khuôn (Clamp force).
  • Phương pháp thiết kế và lập trình chế tạo (CAD/CAM): Sử dụng SolidWorks và MoldWorks để dựng mô hình 3D, thiết kế lòng khuôn, lõi khuôn và kết cấu bộ khuôn; sử dụng PowerMill Pro 10 để lập tiến trình công nghệ và xuất mã lệnh điều khiển số (NC code) gia công lòng khuôn trên máy CNC.

Nguồn dữ liệu của đề tài gồm số liệu quy hoạch ngành nhựa từ Bộ Công thương, cơ sở dữ liệu vật liệu kỹ thuật của phần mềm Moldflow, thông số đo đạc thực tế từ cánh quạt Senko 400 và thông số cơ lý chuẩn của nhựa ABS.

Thiết kế kỹ thuật và quy trình công nghệ

Đồ án tập trung nghiên cứu thiết kế khuôn cho sản phẩm cánh quạt Senko 400 – một chi tiết nhựa kỹ thuật có bề mặt cong không gian phức tạp. Chi tiết sau gia công phải đáp ứng yêu cầu không rỗ khí, không ba via, không cong vênh nứt nẻ; bề mặt lòng khuôn đòi hỏi độ nhám Ra = 0,08 μm (cấp độ bóng 12–13); sản phẩm yêu cầu đạt độ cân bằng tĩnh và cân bằng động cao.

Vật liệu được lựa chọn là nhựa ABS (Acrylonitrin – Butadien – Styren), công thức hóa học $(C_8H_8 \cdot C_4H_6 \cdot C_3H_3N)_n$. Các thông số kỹ thuật và chế độ công nghệ đúc phun của vật liệu được tổng hợp trong bảng sau:

Thông số kỹ thuật Giá trị quy định
Khối lượng riêng 1,03 – 1,08 g/cm³
Giới hạn bền kéo 40 – 60 MPa
Độ giãn dài khi đứt 20 – 60 %
Môđun đàn hồi kéo / uốn 2500 MPa
Độ dai va đập Charpy 500 N/cm/mm²
Nhiệt độ hóa mềm Vicat (TV) 105 °C
Nhiệt độ biến dạng nhiệt TFC (ở 1,85 MPa) 90 – 105 °C
Độ co ngót khuôn 0,4 – 0,9 %
Hệ số điện trở $10^{16}$ $\Omega \cdot \text{cm}$
Nhiệt độ sử dụng tối đa (20.000 giờ) 70 °C
Nhiệt độ nhựa nóng chảy khi đúc phun 220 – 280 °C
Nhiệt độ bề mặt khuôn 60 – 80 °C
Áp suất phun 600 – 1800 bar

Quy trình thiết kế mô hình 3D cánh quạt trên phần mềm SolidWorks được triển khai qua 9 bước kỹ thuật:

  • Bước 1: Vẽ phác thảo 2D kích thước cơ bản của một cánh trên mặt phẳng Front Plane.
  • Bước 2: Vẽ biên dạng 2D cho phần củ (óc) quạt trên mặt phẳng Front Plane bằng công cụ Line.
  • Bước 3: Tạo khối 3D cho óc quạt bằng lệnh Revolve xoay quanh trục một góc 360 độ.
  • Bước 4: Tạo đường cắt Split Line trên mặt trụ của óc quạt từ cung cong phác thảo trên Front Plane.
  • Bước 5: Kéo giãn đường cong theo phương mặt phẳng Top Plane tạo mặt cong sơ bộ bằng lệnh Surface Radiate.
  • Bước 6: Mở sketch trên mặt đáy dưới, dùng lệnh Convert Entities để lấy lại biên dạng mép ngoài.
  • Bước 7: Tạo chiều dày sơ bộ cho thân cánh quạt bằng lệnh Surface Extrude.
  • Bước 8: Dùng mặt đùn làm công cụ cắt (Trim) mặt thứ nhất; tạo chiều dày thân cánh 2 mm bằng lệnh Thicken (hủy chọn tùy chọn Merge Result); dùng lệnh Draft tạo độ dốc thoát khuôn 1 độ về phía gờ cho cả hai mặt cánh để khử khe hở ghép nối; bo mép cánh với bán kính R3.
  • Bước 9: Dùng lệnh sao chép xoay vòng (Array/Circular Pattern) quanh trục để tạo thành cụm 3 cánh quạt hoàn chỉnh.

Quy trình công nghệ gia công cơ khí lòng khuôn bằng phần mềm PowerMill Pro 10 được xác lập riêng cho hai nửa khuôn:

  • Tấm khuôn trên (khuôn âm/lòng khuôn): Thực hiện phay khỏa mặt đầu, phay thô lòng khuôn, phay bán tinh mặt cong chày cối và phay tinh bề mặt biên dạng phức tạp bằng dao chuyên dụng trước khi chuyển mã NC lên máy phay CNC.
  • Tấm khuôn dưới (khuôn dương/chày): Phay thô và phay tinh mặt sau tấm khuôn dưới; phay thô, phay bán tinh và phay tinh mặt trước lòng khuôn dưới; đánh bóng bề mặt bằng vật liệu mài mịn từ cấp hạt 800 đến 900 để đạt độ nhẵn bóng Ra = 0,08 μm.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA

Chương này phân tích tình hình phát triển của ngành công nghiệp nhựa Việt Nam giai đoạn 2018–2022. Tốc độ tăng trưởng toàn ngành đạt 16%–18%/năm, sản lượng năm 2022 đạt gần 5 triệu tấn, lượng tiêu thụ bình quân đạt 41 kg/người/năm. Khối doanh nghiệp tư nhân chiếm hơn 99,8% với trên 2.000 cơ sở, tập trung 84% tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả nêu rõ hạn chế cốt lõi của ngành là sự thiếu liên kết và chuyên môn hóa giữa các đơn vị, tình trạng đầu tư dàn trải dẫn đến cạnh tranh nội bộ gay gắt. Chương 1 cũng trình bày mục tiêu phát triển ngành nhựa đến năm 2025 theo quy hoạch của Bộ Công thương: phấn đấu tăng trưởng giá trị sản xuất công nghiệp đạt 17,5%, tỷ trọng ngành nhựa chiếm 5,5% toàn ngành công nghiệp, từng bước tự chủ nguồn nguyên liệu trong nước.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN

Tác giả hệ thống hóa các cụm chức năng chính của máy đúc phun (cụm hóa dẻo/ép đẩy, cụm kẹp khuôn cơ học hoặc thủy lực, hệ thống van và bơm thủy lực) cùng 4 công đoạn của chu trình ép phun. Nội dung chương cung cấp bảng ký hiệu phân loại các vật liệu nhiệt dẻo và nhiệt rắn (CA, CP, CAB, PS, SAN, ABS, PELD, PEHD, PP, PVC, PMMA, PC, PA, POM, PET). Về kết cấu, chương phân tích chi tiết ưu nhược điểm của các dạng khuôn công nghiệp:

Loại kết cấu khuôn Ưu điểm chính Nhược điểm chính
Khuôn 2 tấm kênh nguội Cấu trúc đơn giản, chi phí chế tạo thấp, dễ gia công. Khó tự động hóa việc ngắt miệng phun, phát sinh phế liệu rãnh dẫn.
Khuôn 2 tấm kênh nóng Tiết kiệm vật liệu, không để lại vết cổng phun, giảm chu kỳ ép. Chi phí cao, khó thay đổi màu vật liệu, hệ thống điều khiển nhiệt phức tạp.
Khuôn 3 tấm Giá thành thấp hơn kênh nóng, tự ngắt cuống phun khi mở khuôn. Chu kỳ ép tăng do hành trình dài, lãng phí vật liệu, cần áp suất phun lớn.
Khuôn nhiều tầng Tăng sản lượng trên một chu kỳ, giữ lực kẹp máy ở mức thấp. Kết cấu phức tạp, đòi hỏi hệ thống đẩy ở cả hai phía của các tấm khuôn.

Bên cạnh đó, chương đưa ra các yêu cầu thiết kế định lượng: đường kính cuống phun bằng 2–3 lần chiều dày chi tiết; đường kính chốt đẩy không nhỏ hơn 3 mm; chiều dài lỗ doa chốt đẩy $L = 4D$ (trước nhiệt luyện) hoặc $L = 3D$ (sau nhiệt luyện), giới hạn từ 6 mm đến 20 mm; khoảng đẩy vượt 5–10 mm so với chiều cao chi tiết; thời gian làm mát chiếm 50%–60% chu kỳ ép phun; đường kính kênh làm mát phải lớn hơn 8 mm và khoảng cách giữa các kênh tối thiểu 3 mm (khoảng cách 5 mm đối với kênh dài trên 150 mm).

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CAD/CAM GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 3D TRONG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ GIA CÔNG KHUÔN

Chương 3 trình bày chu trình tích hợp CAD/CAM/CNC dựa trên mô hình hình học số (CGM) và cơ sở dữ liệu kỹ thuật chuẩn (dung sai, lượng dư, vật liệu, máy công cụ). Quy trình chế tạo bộ khuôn gồm 6 bước: (1) Thiết kế sản phẩm; (2) Thiết kế khuôn; (3) Mô phỏng dòng chảy nhựa; (4) Xây dựng dữ liệu CAM; (5) Gia công trên máy CNC/EDM; (6) Đánh bóng, nhiệt luyện, mạ crom và lắp ráp.

Chương giới thiệu sâu ba phần mềm nòng cốt:

  • SolidWorks: Thiết kế 3D tham số hóa với 3 môi trường làm việc Part, Assembly, Drawing.
  • Moldflow Plastics Insights (MPI): Phần mềm CAE phân tích dòng chảy dựa trên lưới phần tử hữu hạn. Tác giả diễn giải các tiêu chí đánh giá kết quả: áp suất giới hạn trong giai đoạn điền đầy đối với khuôn nhiều lòng khuôn là 100–150 MPa, khuôn phun trực tiếp phải dưới 70 MPa; thời điểm đẩy sản phẩm thích hợp khi kênh đông đặc 50% (chi tiết dày là 80%); lực kẹp lớn nhất không được vượt quá 80% lực kẹp danh định của máy ép.
  • PowerMill Pro 10 (Delcam): Giới thiệu các module chức năng Model Import & Repair (Solid Doctor sửa lỗi mô hình), Re-Engineering (thiết kế ngược từ dữ liệu quét 3D), Modelling for Manufacture (tối ưu hóa bán kính fillet và góc thoát khuôn), Tooling Design và bộ hậu xử lý xuất file mã lệnh NC.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT CAD/CAM

Chương này hiện thực hóa thiết kế chi tiết cánh quạt Senko 400 bằng nhựa ABS. Tác giả trình bày các thông số đo đạc thực tế, quá trình dựng hình 3D qua 9 bước trên SolidWorks với độ dày thành cánh quạt 2 mm, góc nghiêng draft 1 độ, vê tròn mép R3. Sử dụng module MoldWorks để thiết kế kết cấu bộ khuôn đúc hoàn chỉnh. Chương 4 ứng dụng Moldflow Plastics Insight để chạy thuật toán mô phỏng khảo sát dòng chảy, tiến hành so sánh đối chứng giữa hai phương án cấp nhựa: phương án phun trực tiếp từ cuống phun và phương án phun sử dụng 2 miệng phun đối xứng, từ đó đánh giá sự cân bằng dòng chảy, áp suất điền đầy và bố trí điểm thoát khí trước khi hoàn thiện bản vẽ lắp ráp cụm khuôn.

CHƯƠNG V: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN

Chương cuối cùng xây dựng tiến trình công nghệ gia công cơ khí chính xác cho bộ phận lòng khuôn và lõi khuôn (chày và cối). Tác giả phân tích chức năng chịu lực ép, ma sát mài mòn và chu kỳ truyền nhiệt của lòng khuôn; xác định dạng sản xuất đơn chiếc/loạt nhỏ phục vụ chế tạo khuôn; lựa chọn phôi thép hợp kim dạng khối. Chương lập trình đường chạy dao chi tiết trên PowerMill Pro 10 cho tấm khuôn trên và tấm khuôn dưới: phân chia các nguyên công phay thô phá lượng dư, phay bán tinh và phay tinh các bề mặt phân khuôn, lòng khuôn, hốc trượt; mô phỏng kiểm tra va chạm dao và xuất mã G-code sang máy phay CNC. Cuối cùng là công đoạn xử lý nguội bề mặt đạt độ nhẵn Ra = 0,08 μm và lắp ráp tổng thành.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể sau:

  • Hoàn thiện mô hình hình học 3D của chi tiết cánh quạt Senko 400 trên SolidWorks với độ dày cánh 2 mm, góc dốc thoát khuôn 1 độ và bán kính bo mép R3 đảm bảo độ bền khí động học và khả năng tháo khuôn.
  • Thiết lập đầy đủ bộ thông số công nghệ đúc ép cho vật liệu nhựa ABS: dải nhiệt độ nóng chảy 220–280 °C, nhiệt độ lòng khuôn 60–80 °C, áp suất phun 600–1800 bar.
  • Thiết kế kết cấu bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh: xác lập hệ thống cấp nhựa, hệ thống đẩy sử dụng chốt có hành trình lớn hơn chiều cao sản phẩm 5–10 mm, hệ thống làm mát đường kính kênh > 8 mm với khoảng cách 3–5 mm đảm bảo kiểm soát tốt 50%–60% thời gian chu kỳ làm nguội.
  • Ứng dụng thành công phần mềm Moldflow Plastics Insight để mô phỏng dòng chảy, so sánh phương án phun trực tiếp và phương án 2 miệng phun đối xứng, kiểm soát áp suất điền đầy dưới ngưỡng giới hạn cho phép và dự báo trước các vị trí bẫy khí, đường hàn.
  • Xây dựng quy trình công nghệ gia công lòng khuôn trên PowerMill Pro 10, phân định rõ các bước phay thô, bán tinh, tinh và xuất mã chương trình NC cho máy phay CNC để đạt độ bóng bề mặt Ra = 0,08 μm (cấp bóng 12–13).

Về mặt đóng góp kỹ thuật, đồ án làm chủ quy trình khép kín từ khâu đo kiểm, dựng hình 3D, thiết kế kết cấu khuôn, mô phỏng số dòng chảy đến lập trình gia công CNC. Đề tài chứng minh việc ứng dụng CAE (Moldflow) giúp loại bỏ phương pháp thử sai truyền thống, giảm thiểu số lần đúc thử nghiệm khuôn, tiết kiệm chi phí chế tạo phôi và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Việc thu thập dữ liệu hình học ban đầu của cánh quạt mẫu Senko 400 hoàn toàn dựa trên phương pháp đo thủ công bằng thước kẹp và thước đo góc (đo 10 lần lấy trung bình) do không có thiết bị đo tọa độ không gian 3 chiều (máy đo CMM hoặc máy quét 3D laser), điều này tiềm ẩn sai số đối với các biên dạng mặt cong tự do.
  • Đồ án dừng lại ở mức độ thiết kế mô hình, mô phỏng số và lập trình gia công CAM; chưa có điều kiện chế tạo thử nghiệm phôi thực tế và ép thử trên máy đúc phun nhựa để đo kiểm độ co ngót và cong vênh thực tế của sản phẩm ngoài xưởng.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Ứng dụng công nghệ quét 3D (3D scanning) hoặc máy CMM để số hóa chính xác biên dạng mặt cong của cánh quạt mẫu.
  • Chế tạo thực tế bộ khuôn trên trung tâm gia công CNC theo bộ mã NC đã lập trình, tiến hành lắp ráp và ép thử nghiệm trên máy đúc phun công nghiệp để kiểm chứng độ chính xác hình học và cơ lý tính của cánh quạt.
  • Nghiên cứu ứng dụng hệ thống kênh dẫn nóng (hot runner) nhằm triệt tiêu hoàn toàn phế liệu cuống phun và tối ưu hóa thời gian chu kỳ sản xuất hàng loạt.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho sinh viên, giảng viên các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu và Kỹ thuật Khuôn mẫu, cũng như các kỹ thuật viên thiết kế CAD/CAM/CNC trong các doanh nghiệp sản xuất nhựa kỹ thuật.

Nội dung đồ án có giá trị tham khảo ứng dụng cao ở các phần:

  • Trình tự 9 bước dựng hình chi tiết cánh quạt mặt cong phức tạp bằng công cụ Surface trên SolidWorks.
  • Hệ thống dữ liệu tính toán kết cấu khuôn đúc phun: tiêu chuẩn đường kính cuống phun, kích thước kênh làm mát, công thức xác định chiều dài lỗ doa chốt đẩy ($L=3D$, $L=4D$) và hành trình đẩy.
  • Các tiêu chí định lượng khi đọc kết quả mô phỏng dòng chảy trên Moldflow Plastics Insight (áp suất điền đầy, lực kẹp khuôn, thời gian đông đặc).
  • Phương pháp lập trình phay thô, bán tinh và tinh lòng khuôn phức tạp trên PowerMill Pro 10.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài lựa chọn loại vật liệu nào để đúc sản phẩm cánh quạt Senko 400 và dựa trên những căn cứ nào?
Tác giả lựa chọn nhựa ABS (Acrylonitrin – Butadien – Styren), công thức $(C_8H_8 \cdot C_4H_6 \cdot C_3H_3N)_n$. Căn cứ lựa chọn dựa trên Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5699-2-80:2007 (IEC 60335-2-80:2005) về yêu cầu đối với quạt điện; yêu cầu kỹ thuật của cánh quạt Senko 400; và cơ lý tính của ABS với sự kết hợp giữa tính bền nhiệt/hóa của Acrylonitrile, độ dẻo dai/chịu va đập của Butadiene (độ dai va đập Charpy đạt 500 N/cm/mm²) và tính bóng đẹp dễ định hình của Styrene.

2. Vì sao tác giả phải đo đạc kích thước cánh quạt mẫu bằng tay 10 lần?
Cánh quạt Senko 400 là chi tiết có nhiều bề mặt cong không gian phức tạp. Phương pháp tối ưu nhất là sử dụng máy đo 3 tọa độ (CMM), nhưng do điều kiện thực tế tại cơ sở nghiên cứu không có thiết bị này, tác giả phải đo đạc thủ công bằng thước kẹp và thước đo góc. Việc đo lặp lại 10 lần tại mỗi vị trí và lấy giá trị trung bình là giải pháp thực nghiệm nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên và nâng cao độ chính xác của số liệu thiết kế.

3. Các yêu cầu kỹ thuật định lượng đối với hệ thống làm mát và hệ thống đẩy trong khuôn được quy định ra sao?
Đối với hệ thống làm mát (chiếm 50%–60% chu kỳ ép), đường kính kênh làm mát phải lớn hơn 8 mm; khoảng cách giữa các kênh tối thiểu là 3 mm (và 5 mm đối với các kênh dài trên 150 mm). Đối với hệ thống đẩy, khoảng đẩy phải lớn hơn chiều cao sản phẩm từ 5–10 mm tính từ mặt phân khuôn; đường kính chốt đẩy không nhỏ hơn 3 mm; chiều dài lỗ doa dẫn hướng chốt đẩy là $L = 4D$ đối với lỗ nhiệt luyện trước gia công và $L = 3D$ đối với lỗ đã nhiệt luyện, giới hạn kích thước từ 6 mm đến 20 mm.

4. Khi mô phỏng dòng chảy trên Moldflow Plastics Insight, những thông số áp suất và lực kẹp nào cần được kiểm soát?
Áp suất phân bố trong lòng khuôn trong giai đoạn điền đầy không được sai khác quá lớn: khuôn nhiều lòng khuôn giới hạn áp suất ở mức 100–150 MPa, khuôn phun trực tiếp từ cuống phun phải dưới 70 MPa. Đối với lực kẹp khuôn (clamp force), giá trị lực kẹp lớn nhất tính toán từ diện tích hình chiếu chi tiết lên mặt phân khuôn và áp suất phun không được vượt quá 80% lực kẹp giới hạn danh định của máy đúc phun để đảm bảo an toàn.

5. Lòng khuôn chày và cối sau khi gia công CNC cần đạt yêu cầu hoàn thiện bề mặt như thế nào?
Lòng khuôn sau khi hoàn tất các nguyên công phay thô, bán tinh và tinh trên máy phay CNC phải trải qua công đoạn cạo nguội và đánh bóng bề mặt bằng các cấp hạt mài mịn (giấy giáp từ số 800 đến 900) để đạt độ nhám bề mặt Ra = 0,08 μm (tương đương cấp độ bóng 12–13), đảm bảo cánh quạt sau khi đúc không bị dính khuôn, bề mặt nhẵn bóng và không xuất hiện khuyết tật cạnh sắc.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo" của tác giả Nguyễn Duy Long đã giải quyết bài toán ứng dụng chuỗi công nghệ CAD/CAM/CAE vào quá trình chế tạo khuôn ép phun cho chi tiết cánh quạt nhựa Senko 400. Đề tài đã xây dựng thành công mô hình 3D tham số hóa, tính toán kết cấu bộ khuôn 2 tấm chuẩn xác cho vật liệu nhựa ABS, mô phỏng số để kiểm soát động học dòng chảy trên Moldflow và lập tiến trình công nghệ gia công CNC lòng khuôn trên PowerMill Pro 10. Đây là công trình kỹ thuật có cấu trúc chặt chẽ, kết hợp hài hòa giữa cơ sở lý thuyết nhiệt dẻo, phương pháp mô phỏng số và thực tiễn gia công cơ khí chính xác tại Việt Nam.