I. Thiết kế khuôn ép Tổng quan và mục tiêu
Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế khuôn ép chi tiết vành bánh xe có khóa, một sản phẩm nhựa. Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép nhựa chính xác, hiệu quả, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Đồ án sử dụng phần mềm thiết kế CAD và CAM để tạo mô hình 3D và lập trình gia công. Thiết kế khuôn ép chính xác là yếu tố then chốt, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao, không lỗi. Việc chế tạo khuôn ép được thực hiện bằng các máy móc hiện đại như máy phay CNC và tiện CNC, đảm bảo độ chính xác cao. Vành bánh xe là trọng tâm thiết kế khuôn ép bánh xe, yêu cầu độ chính xác về kích thước và hình dạng để đảm bảo chức năng của bánh xe. Khuôn ép nhựa được lựa chọn do tính kinh tế và khả năng sản xuất hàng loạt. HCMUTE đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cơ sở vật chất và hỗ trợ nghiên cứu cho sinh viên.
1.1. Phân tích sản phẩm ban đầu và cải tiến
Đồ án bắt đầu bằng việc phân tích sản phẩm vành bánh xe có khóa hiện có. Sản phẩm ban đầu có một số nhược điểm, chủ yếu là về hình dạng phức tạp gây khó khăn trong gia công khuôn ép. Vì vậy, đồ án tiến hành cải tiến sản phẩm, đơn giản hóa hình dạng để giảm chi phí và thời gian chế tạo khuôn. Thiết kế lại sản phẩm được thực hiện bằng phần mềm thiết kế CAD, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong sản xuất. Các thông số kỹ thuật của sản phẩm được tính toán kỹ lưỡng, bao gồm bề dày sản phẩm, hệ số co rút, và các thông số khác liên quan đến quá trình ép nhựa chi tiết. Cải tiến sản phẩm không chỉ hướng đến việc dễ dàng chế tạo khuôn ép mà còn nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm cuối cùng. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về công nghệ chế tạo khuôn ép và các phần mềm chuyên dụng. HCMUTE cung cấp môi trường nghiên cứu và trang thiết bị cần thiết cho quá trình này.
1.2. Lựa chọn vật liệu và phương pháp chế tạo
Việc lựa chọn vật liệu khuôn ép phù hợp là rất quan trọng. Đồ án đã xem xét các yếu tố như độ bền, khả năng chịu nhiệt, và chi phí để lựa chọn vật liệu tối ưu. Vật liệu khuôn ép kim loại được ưu tiên do độ bền cao và khả năng chịu được áp lực lớn trong quá trình ép nhựa. Khuôn ép kim loại đảm bảo độ chính xác cao và tuổi thọ dài. Quy trình chế tạo khuôn ép được lên kế hoạch chi tiết, sử dụng các máy móc hiện đại tại HCMUTE. Các công đoạn chính bao gồm: gia công CNC, gia công điện cực, và đánh bóng bề mặt. Công nghệ chế tạo khuôn ép hiện đại được áp dụng để đảm bảo chất lượng khuôn. An toàn khuôn ép được đặt lên hàng đầu trong suốt quá trình chế tạo. Chi phí thiết kế khuôn được tính toán và tối ưu hóa để đảm bảo tính kinh tế của dự án. Phần mềm thiết kế khuôn chuyên nghiệp được sử dụng để hỗ trợ quá trình này.
II. Thiết kế chi tiết khuôn ép và mô phỏng
Phần này tập trung vào thiết kế chi tiết khuôn ép. Khuôn ép chi tiết được thiết kế dựa trên bản vẽ kỹ thuật của sản phẩm cải tiến. Thiết kế khuôn ép bao gồm các phần chính như: tấm khuôn, hệ thống kênh dẫn, hệ thống đẩy, hệ thống làm nguội, và hệ thống tách khuôn. Khuôn ép có khóa yêu cầu thiết kế hệ thống tách khuôn phức tạp hơn. Thiết kế CAD được sử dụng để tạo mô hình 3D của bộ khuôn. Gia công khuôn ép được mô phỏng bằng phần mềm CAM để tối ưu hóa quá trình gia công. Mô phỏng quá trình ép phun sử dụng phần mềm Moldflow giúp dự đoán các vấn đề có thể xảy ra như hiện tượng thiếu nhựa, rỗ khí, và biến dạng sản phẩm. Phân tích khuôn ép dựa trên kết quả mô phỏng cho phép điều chỉnh thiết kế để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm. Khuôn ép nhựalà trọng tâm nghiên cứu, đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng về các nguyên lý kỹ thuật.
2.1. Thiết kế hệ thống kênh dẫn và hệ thống làm nguội
Thiết kế hệ thống kênh dẫn là một phần quan trọng của thiết kế khuôn ép. Hệ thống này chịu trách nhiệm dẫn nhựa từ vòi phun đến lòng khuôn. Thiết kế kênh dẫn cần đảm bảo dòng chảy nhựa đều và ổn định, tránh hiện tượng thiếu nhựa hoặc rỗ khí. Tính toán kênh dẫn được thực hiện cẩn thận để xác định đường kính và chiều dài của kênh dẫn phù hợp. Chọn loại khuôn cũng ảnh hưởng đến thiết kế kênh dẫn. Thiết kế hệ thống làm nguội cũng rất quan trọng. Hệ thống này giúp làm nguội sản phẩm nhanh chóng sau khi ép, đảm bảo chất lượng và độ bền của sản phẩm. Thiết kế hệ thống làm nguội cần đảm bảo làm nguội đều trên bề mặt sản phẩm, tránh hiện tượng biến dạng. Chọn chất làm nguội phù hợp cũng là một yếu tố cần cân nhắc. Mô phỏng dòng chảy nhựa giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống kênh dẫn và hệ thống làm nguội. Phần mềm mô phỏng cung cấp thông tin chi tiết về dòng chảy nhựa, nhiệt độ, và áp suất trong lòng khuôn. Việc tối ưu hóa thiết kế khuôn ép dựa trên kết quả mô phỏng giúp giảm thiểu các lỗi sản phẩm.
2.2. Mô phỏng và phân tích kết quả
Mô phỏng quá trình ép phun là một công đoạn quan trọng trong thiết kế khuôn ép. Phần mềm Moldflow được sử dụng để mô phỏng quá trình điền đầy lòng khuôn, làm nguội sản phẩm, và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Phân tích khuôn ép dựa trên kết quả mô phỏng giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế và đưa ra các giải pháp tối ưu. Mô phỏng dòng chảy nhựa cho phép đánh giá sự phân bố nhiệt độ và áp suất trong lòng khuôn, từ đó dự đoán các vấn đề có thể xảy ra như hiện tượng thiếu nhựa, rỗ khí, và biến dạng sản phẩm. Kết quả mô phỏng được sử dụng để điều chỉnh thiết kế khuôn ép nhựa và tối ưu hóa các thông số ép phun. Phân tích kết quả mô phỏng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. HCMUTE cung cấp phần mềm và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình mô phỏng này. Cơ sở lý thuyết về ép nhựa chi tiết được áp dụng để hiểu và phân tích kết quả mô phỏng.
III. Chế tạo và thử nghiệm khuôn ép
Sau khi hoàn thành thiết kế khuôn ép, đồ án tiến hành chế tạo khuôn ép. Chế tạo khuôn ép được thực hiện tại xưởng cơ khí của HCMUTE, sử dụng các máy móc hiện đại như máy phay CNC và tiện CNC. Gia công khuôn ép đòi hỏi độ chính xác cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Gia công chính xác các chi tiết của khuôn là rất quan trọng để đảm bảo sự khớp nối giữa các bộ phận. Sau khi chế tạo xong, khuôn được lắp ráp và thử nghiệm. Ép thử được thực hiện để kiểm tra khả năng hoạt động của khuôn và chất lượng sản phẩm. Kiểm tra chất lượng sản phẩm bao gồm các chỉ tiêu về kích thước, hình dạng, và độ bền. An toàn khuôn ép được đảm bảo trong suốt quá trình chế tạo và thử nghiệm. Báo cáo thực hiện đề tài tổng hợp toàn bộ quá trình, từ thiết kế đến thử nghiệm.
3.1. Quá trình gia công và lắp ráp khuôn
Gia công khuôn ép là một quá trình phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao và kinh nghiệm. Đồ án sử dụng các máy móc hiện đại như máy phay CNC và tiện CNC để gia công các chi tiết của khuôn. Gia công CNC đảm bảo độ chính xác cao và hiệu suất gia công. Quy trình gia công được lập kế hoạch chi tiết, đảm bảo sự chính xác và hiệu quả. Kiểm tra chất lượng gia công được thực hiện sau mỗi công đoạn để phát hiện và khắc phục các lỗi kịp thời. Sau khi gia công xong, các chi tiết của khuôn được lắp ráp cẩn thận. Lắp ráp khuôn ép yêu cầu sự khéo léo và chính xác để đảm bảo khuôn hoạt động đúng chức năng. Kiểm tra sự khớp nối giữa các bộ phận của khuôn là rất quan trọng. Khuôn ép hoàn chỉnh được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi tiến hành ép thử. HCMUTE cung cấp cơ sở vật chất và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình gia công và lắp ráp khuôn.
3.2. Thử nghiệm và đánh giá kết quả
Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, bộ khuôn được đưa vào thử nghiệm. Ép thử được thực hiện để kiểm tra khả năng hoạt động của khuôn và chất lượng sản phẩm. Quá trình ép thử được giám sát chặt chẽ để thu thập dữ liệu và đánh giá hiệu quả của khuôn. Đánh giá chất lượng sản phẩm được thực hiện dựa trên các tiêu chí về kích thước, hình dạng, và độ bền. So sánh sản phẩm với thiết kế ban đầu để đánh giá độ chính xác của khuôn. Phân tích nguyên nhân nếu có lỗi sản phẩm để đưa ra giải pháp khắc phục. Báo cáo thử nghiệm tổng hợp kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của khuôn. Kết quả thử nghiệm được sử dụng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của thiết kế khuôn ép và quy trình chế tạo. HCMUTE cung cấp máy móc và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình thử nghiệm này. An toàn khuôn ép được ưu tiên hàng đầu trong suốt quá trình thử nghiệm.
