Nghiên cứu xây dựng quy trình phát triển đồng hồ đeo tay - SV. Trần Minh Hiếu

Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo đồng hồ đeo tay hoàn chỉnh, từ ý tưởng, thiết kế khuôn dập, mô phỏng 3D đến gia công CNC và đánh bóng.

• Tác giả: Trần Minh Hiếu
• Người hướng dẫn: Kỹ Sư Nguyễn Đăng Nam
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Phát Triển Sản Phẩm Đồng Hồ Đeo Tay
• Loại tài liệu: Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy trình chế tạo đồng hồ đeo tay

Quy trình chế tạo đồng hồ đeo tay là một hành trình phức tạp kết hợp giữa thiết kế sáng tạo và công nghệ hiện đại. Từ ý tưởng ban đầu đến sản phẩm hoàn thiện, mỗi bước đều đòi hỏi độ chính xác cao và kỹ thuật chuyên môn. Quy trình phát triển sản phẩm đồng hồ bao gồm nhiều giai đoạn: tiếp nhận ý tưởng, phân tích thị trường, lựa chọn vật liệu, thiết kế khuôn dập, gia công CNC và đánh bóng bề mặt. Lịch sử ngành đồng hồ cho thấy sự phát triển từ những chiếc đồng hồ cơ học đơn giản đến những sản phẩm cao cấp sử dụng các vật liệu như thép không gỉ, titanium hay sợi carbon. Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Lịch sử và sự phát triển ngành đồng hồ

Ngành đồng hồ có lịch sử phát triển hàng trăm năm với những bước tiến vượt bậc trong công nghệ. Từ những chiếc đồng hồ nạm kim cương của hoàng gia cho đến các sản phẩm hiện đại của các thương hiệu nổi tiếng như Citizen và Hublot. Sự phát triển này phản ánh tiến bộ của khoa học kỹ thuật và nhu cầu thẩm mỹ của con người. Các nhà sản xuất liên tục đổi mới với các vật liệu mới và thiết kế độc đáo.

1.2. Xác định thị trường phát triển

Xác định thị trường phát triển là bước quan trọng trong quá trình thiết kế phương án chế tạo. Cần phân tích nhu cầu người tiêu dùng, xu hướng thị trường và khả năng cạnh tranh. Thiết kế sản phẩm đồng hồ phải cân bằng giữa estetika, chức năng và giá thành. Việc tiếp nhận ý tưởng từ thị trường giúp định hướng rõ ràng cho giai đoạn phát triển sản phẩm tiếp theo.

II. Thiết kế và lựa chọn vật liệu

Thiết kế sản phẩm là nền tảng của toàn bộ quy trình chế tạo đồng hồ đeo tay. Giai đoạn này bao gồm việc phác thảo ý tưởng, vẽ bản thiết kế chi tiết và xác định kích thước chính xác. Lựa chọn vật liệu làm đồng hồ phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật như độ bền, khả năng chống ăn mòn và các điều kiện làm việc. Thép không gỉ là vật liệu phổ biến nhất do chi phí hợp lý và tính năng tốt. Titanium được sử dụng cho các sản phẩm cao cấp nhờ độ nhẹ và bền cao. Lựa chọn phương pháp tạo phôi cũng rất quan trọng, quyết định hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật

Điều kiện làm việc của đồng hồ đeo tay rất khắc nghiệt, phải chịu được va chạm, độ ẩm, thay đổi nhiệt độ. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ chính xác kích thước, độ bề mặt và khả năng chống oxy hóa. Vật liệu chế tạo phải có độ cứng cao, khả năng chịu mỏi tốt, dễ gia công và vô hại với sức khỏe người dùng.

2.2. Lựa chọn phương pháp tạo phôi

Phương pháp dập nóng là lựa chọn hiệu quả nhất cho sản xuất hàng loạt. Dập trên khuôn hở hoặc khuôn kín tùy theo hình dạng chi tiết. Ép chảy được sử dụng cho các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao. Phương pháp tạo phôi ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sản xuất, khối lượng vật liệu thừa và chất lượng sản phẩm.

III. Thiết kế khuôn dập và gia công CNC

Thiết kế khuôn dập là bước then chốt trong quy trình chế tạo đồng hồ, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Khuôn dập được thiết kế trên phần mềm CAD chuyên nghiệp như PTC Creo Parametric. Quá trình thiết kế bao gồm xác định lòng khuôn thô, lòng khuôn tinh, chày-cối cắt biên và rãnh thoát biên. Vật liệu làm khuôn thường là thép SKD61, được xử lý nhiệt để đạt độ cứng và độ bền tối ưu. Mô phỏng quá trình dập trên phần mềm Deform 3D giúp dự đoán kết quả trước khi sản xuất thực tế. Sau khi dập nóng, sản phẩm được chuyển sang gia công CNC để hoàn thiện chi tiết, đánh bóng bề mặt và đạt độ chính xác cao.

3.1. Thiết kế và mô phỏng khuôn dập

Khuôn dập nóng được thiết kế chi tiết với các lòng khuôn theo từng nguyên công. Lòng khuôn thô định hình ban đầu, lòng khuôn tinh hoàn thiện chi tiết. Xác định vị trí mặt phân khuôn, độ nghiêng thành khuôn, lượng dư gia công là những yếu tố quyết định. Mô phỏng Deform 3D cho phép kiểm tra độ bền khuôn, phân bố áp suất, độ biến dạng vật liệu trước sản xuất.

3.2. Gia công CNC và đánh bóng bề mặt

Gia công CNC tối ưu hóa hình dạng, kích thước chi tiết sau dập nóng. Lập trình chi tiết trên máy CNC với chế độ cắt phù hợp. Đánh bóng bề mặt là giai đoạn cuối, tạo độ mịn và thẩm mỹ cho sản phẩm. Công nghệ đánh bóng sử dụng các loại mài nhũn khác nhau, từ mài thô đến mài mịn, đạt độ mịn bề mặt Ra ≤ 0.4µm.

IV. Tối ưu hóa quy trình và kiểm định chất lượng

Tối ưu hóa quy trình chế tạo đồng hồ là yêu cầu cấp thiết để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Chế độ nhiệt cho phôi, chế độ làm nguội, lựa chọn máy dập phù hợp đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Máy ép trục khuỷu như JCS-60 được lựa chọn dựa trên khối lượng vật dập và yêu cầu năng suất. Kiểm định chất lượng phải được thực hiện ở mỗi công đoạn: kiểm tra kích thước, độ bề mặt, độ bền, chức năng. Ứng dụng đồ gá kết hợp bàn xoay nghiêng trong gia công CNC giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian lắp đặt. Sự thích hợp của công nghệ CNC đối với các nước đang phát triển giúp tạo ra những sản phẩm đồng hồ cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

4.1. Lựa chọn thiết bị và chế độ gia công

Lựa chọn máy dập dựa trên khối lượng vật dập, lực dập cần thiết. Quan hệ giữa vận tốc và thời gian công tác của máy ép ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng. Chế độ cắt CNC được tính toán chi tiết cho từng nguyên công, tối ưu hóa giữa tốc độ cắt, tiến dao và độ bề mặt.

4.2. Kiểm định chất lượng sản phẩm

Kiểm định chất lượng bao gồm kiểm tra kích thước, độ bề mặt Ra, độ cứng, khả năng chịu mỏi. Mô phỏng kết quả so sánh với mẫu thực tế giúp phát hiện sai lệch sớm. Toàn bộ quy trình chế tạo đồng hồ từ thiết kế đến CNC đều phải tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Thiết kế phương án chế tạo. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Thiết kế khuôn dập và mô phỏng dự đoán kết quả.

Chương 5: Thiết kế quy trình CNC và đánh bóng bề mặt. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. 3 Chương 2: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO 2.1 Tìm hiểu lịch sử và sự phát triển của ngành đồng hồ: 2.1 Lịch sử ngành đồng hồ: a. Sự ra đời của đồng hồ đeo tay: - Theo các chuyên gia trong ngành đồng hồ thì chiếc đồng hồ đeo tay đầu tiên được sở hữu bởi nữ hoàng Anh Elizabeth I.

Đó là chiếc đồng hồ có hình chiếc lắc đeo tay được nạm đầy kim cương, gắn chặt vào một đồng hồ nhỏ do bá tước Leicester tặng vào năm 1571.1 Chiếc đồng hồ nạm kim cương của nữ hoàng Elizabeth - Mãi cho đến năm 1880 chiếc đồng hồ đeo tay thực sự lần đầu ra mắt công chúng, mang thương hiệu Girard-Perregaux của đất nước Thụy Sỹ được sản xuất với quy mô lớn và chất lượng, nhưng đều được dùng cho các lực lượng hải quân, quân đội Đức sử dụng. - Trong nửa sau của thế kỷ 18, các phát triển khác cho phép đồng hồ mỏng hơn, chính xác hơn và phức tạp hơn trong thiết kế bên trong của chúng. Năm 1912, chiếc đồng hồ đeo tay đầu tiên thể hiện được ngày tháng ra đời.2 Sự phát triển của ngành đồng hồ: a. Sự thay đổi trong thiết kế của đồng hồ đeo tay: - Kích thước đồng hồ: + Kể từ khi ra đời, kích thước mặt kính đồng hồ đeo tay đã không ngừng thay đổi theo thời gian khi được thu gọn dần sau đó lại tăng dần kể từ thập niên 70 của thế kỉ 20 4 đến nay.

Nếu như trước năm 60, trung bình kích thước mặt kính đồng hồ đeo tay nam chỉ từ 28 - 32 mm thì ngày nay con số đó là 38 - 42mm thậm chí lên đến 50 mm.2 Kích thước vỏ đồng hồ b. Vật liệu làm vỏ đồng hồ: - Theo truyền thống, vàng là vật liệu tiêu chuẩn được sử dụng cho đồng hồ, nhưng qua nhiều năm kiểu dáng và thiết kế đã thay đổi. Các vật liệu mới được ứng dụng rộng rãi từ các ngành công nghiệp ô tô, y tế đến hàng không vũ trụ đã thấm nhuần tư tưởng và truyền cảm hứng cho các nhà sản xuất đồng hồ thử nghiệm thông qua các yếu tố nhẹ, bền và mang tính kinh tế hơn như: + Thép không gỉ: Được làm bằng hợp kim sắt – cacbon trộn với crom và niken. Thép không gỉ dùng trong sản xuất đồng hồ thường là loại 361L.

Ưu điểm của loại vật liệu này đó là: giá thành rẻ, dễ kiếm, bền bỉ, ít trầy xước và không gỉ. Về ưu điểm ít trầy xước của thép không gỉ không phải là tuyệt đối, tuy nhiên, khi bị trầy xước có thể đánh bóng lại mới như ban đầu.3 Đồng hồ Citizen làm bằng thép không gỉ + Titan: Đây là loại hợp kim nhẹ, màu sáng, có độ bền cực cao và thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Khả năng chống trầy xước của Titan không phải quá hoàn hảo mà chỉ dừng ở mức độ trung bình. 5 + Sợi cacbon: Sợi cacbon là loại cacbon phân huỷ bởi nhiệt tạo thành sợi và được bao bọc bởi nhựa.

Đây là một loại vật liệu được sử dụng nhiều trong việc chế tạo đồng hồ thể thao. Nó giúp tạo ra những chiếc đồng hồ cứng cáp, bền, nhẹ và cực kì thoải mái cho người đeo. Tuy nhiên sợi cacbon rất khó kiếm, nên đồng hồ làm từ vật liệu này thường khá đắt tiền.4 Đồng hồ Citizen làm bằng Titanium Hình 2.5 Đồng hồ Hublot làm bằng sợi cacbon + Silicon: Slicon được sử dụng làm vật liệu đồng hồ để khắc phục tất cả những nhược điểm của vật liệu kim loại. Nó chịu được nhiệt độ cao cũng như nhiệt độ thấp tốt, không bị ảnh hưởng bởi từ trường, chống thấm nước và độ bền rất cao.3 Xác định thị trường phát triển: a.

Tổng quan thị trường: - Năm 2018 theo nghiên cứu của Công ty CP vàng bạc đá quý Phú Nhuận (PNJ) công bố nghiên cứu thị trường đồng hồ ở Việt Nam. Theo đó ước tính giá trị thị trường lên đến 750 triệu USD, tương đương gần 17.000 tỷ đồng tuy nhiên vẫn chưa có nhà 6 phân phối nào chiếm hơn 20% thị phần trở lên. Giải thích cho vấn đề trên là do tình trạng hàng giả hàng nhái với thiết kế tinh vi giống đến 99% hàng thật, theo ông Hồ Quang Thái (Phó Chánh Văn Phòng thường trực BCĐ 389 quốc gia) cho biết sau khi thẩm định trong 20.000 chiếc đồng hồ thì đến 8.600 chiếc là hàng giả tương đương 43%. - Theo bản đánh giá thị trường của Curnon (Thương hiệu đồng hồ chính hãng tại Việt Nam) tỷ suất lợi nhuận ở thị trường này đạt từ 60-70% cũng là nguyên nhân hấp dẫn các nhà bán lẽ tham gia vào thị trường.

- Hiện nay thị trường hiện nay phân mãnh và nhiều phức tạp có thể chia thành 2 phân khúc gồm: đồng hồ thời trang và đồng hồ thông thường. Nhóm khách hàng hướng đến: - Để tránh sử cạnh tranh với các ông lớn ở Việt Nam hiện nay, nhóm hướng tới thị trường đồng hồ thể thao với đối tượng khách chính là những vận động viên, gymer,… những người có size cổ tay to (50mm). Tuy nhiên với lựa chọn size cổ tay như vậy mà chỉ để cung cấp cho mỗi khách hàng trong nước thì cũng còn hạn chế vì thường tay của khách hàng trong nước vốn nhỏ và mỏng do đó có thể mở rộng nhóm khách hàng đến những người nước ngoài sang học tập và làm việc ở nước ta. - Theo thống kế của Bộ Lao động - Thương binh và xã hội, số lượng lao động nước ngoài ở Việt Nam năm 2017 là 81.359 người chủ yếu là các nước: Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ, Nga,…mở ra một thị trường tiềm năng để phát triển.2 Thiết kế phương án chế tạo: 2.1 Tiếp nhận ý tưởng: - Mặc dù đối tượng hướng tới của đề tài là tương đối mới mẻ song không phải không một nhà đầu tư nào chú ý tới nó ngược lại một số hãng đồng hồ đã tiến hành khai thác thị trường này cũng như trở thành ông lớn trong mặc hàng đồng hồ dành cho các đối tượng khách hàng đặc biệt này.

Vì thế sau khi đã xác định thị trường sẽ tiến hành tìm hiểu một số nhà sản xuất đồng hồ hiện đang có mặt trên thị trường và lên ý tưởng thiết kế cho sản phẩm. Lên ý tưởng thiết kế sản phẩm: - Đề tài “ Nghiên cứu xây dựng quy trình phát triển sản phẩm đồng hồ đeo tay” tuy nhiên nội dung chính của đề tài là tập trung chủ yếu vào case đồng hồ (vỏ đồng hồ). Case đồng hồ theo đúng nghĩa đen là bộ phận dùng để bảo vệ đồng hồ, với chức 7 năng chính là bảo vệ động cơ máy khỏi các tác nhân bên ngoài (nước, độ ẩm, bụi bẩn,.) ngoài ra còn là điểm nhấn tạo nên tính thẩm mỹ cho cỗ máy thời gian. Tùy vào thiết kế mà case đồng hồ có hình dạng, kích thước khác nhau như hình tròn, lục giác, oval, hình chữ nhật, hình vuông,.

Một số còn có hình dáng phá cách, độc đáo. - Sau khi đã xác định, định hướng được thị trường và nhóm khách hàng hướng tới, tiến hành thiết kế sản phẩm từ đó đưa sản phẩm ra thực tế. Song việc đi từ thiết kế đến đưa ý tưởng trở thành thực tế không hề đơn giản, để cụ thể hóa và có cái nhìn khái quát hơn cần có quy trình cụ thể từ việc tiếp nhận ý tưởng đến khi hoàn thiện được sản phẩm, quy trình đó gọi là quy trình công nghệ chế tạo: Hình 2.6 Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm - Từ việc tiếp nhận ý tưởng thiết kế sẽ tiến hành vẽ phác cho ý tưởng nhằm có cái nhìn khái quát sơ bộ được hình dáng, vị trí làm việc của case đồng hồ trong kết cấu chung: Hình 2.7 Hình vẽ phác ý tưởng cho case đồng hồ 8 - Khi đã có hình vẽ phác cho chi tiết kết hợp với một số yêu cầu về kích thước, điều kiện lắp ráp các bộ phận cố định ở đây là movement theo dạng chronograph 3 nút điều chỉnh model Cal.6S50 được cung cấp bởi công ty sản xuất động cơ đồng hồ Miyota (hình 2. Với các yêu cầu về kích thước của động cơ ở đây là đường kính bao ∅34600 ± 30( μm) cùng với yêu cầu về thiết kế cho khách hàng có vòng tay size 50mm kết hợp một số yếu tố về bề dầy sản phẩm: + Độ chống nước nếu từ 10ATM phải dầy trên 12mm.

+ Đồng hồ sử dụng động cơ Chornograph sẽ dầy từ 10mm. + Đồng hồ được coi là dầy khi độ dầy sẽ từ 11-14mm đối với đồng hồ sử dụng pin. →Từ các yếu tố đó sẽ xác định được các kích thước quan trọng nhất của vỏ đồng hồ, từ đó tính toán thiết kế sao cho thích hợp vừa đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật vừa có tính thẩm mỹ Hình 2.8 Bản vẽ kích thước đông cơ Cal.com/) 9 - Cuối cùng dựa vào yêu cầu về kích thước của động cơ cal.6S50 và hình dáng khi vẽ phác tiến hành thiết kế sản phẩm trên phầm mềm thiết kế 3D như ở Hình 2. Kết cấu tổng thể của toàn bộ sản phẩm có thể chia thành 5 cụm chi tiết chính, bao gồm: (1) Cụm chi tiết phía dưới; (2) Động cơ (movement); (3) Mặt đồng hồ; (4) Case đồng hồ; (5) Cụm chi tiết phía trên; (6) Cụm nút điều chỉnh.9 Kết cấu tổng thể đồng hồ - Với thời gian hạn chế của đề tài nghiên cứu khoa học này, nhóm tác giả chỉ tập trung vào thiết kế quy trình gia công Case đồng hồ (2).

Một số kích thước chính của chi tiết này được thể hiện (Hình 2. Trong quy trình sản xuất thực tế, ngoại trừ movement được chọn mua từ những nhà cung cấp uy tín và có thương hiệu lâu đời trong lĩnh vực đồng hồ cơ, các chi tiết khác đều có thể chọn mua từ các nhà cung cấp khác chuyên về từng lĩnh vực chứ không nhất thiết phải gia công mọi thứ.10 Bản vẽ thân đồng hồ 2.2 Tiến hành phân tích và lựa chọn phương án chế tạo: Cùng với sự phát triển của ngành đồng hồ thì công nghệ chế tác đồng hồ cũng ngày càng đa dạng và phong phú hơn, tùy theo yêu cầu, vật liệu, khả năng công nghệ, kinh tế mà nhà sản xuất sẽ lựa chọn công nghệ phù hợp nhất vừa đảm bảo yêu cầu vừa mang lại hiệu quả kinh tế.