Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp gia công chất dẻo, sản phẩm nhựa ngày càng phổ biến và đóng vai trò trọng yếu trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cũng như đời sống. Sự phát triển này thúc đẩy ngành công nghệ khuôn mẫu, đặc biệt là công nghệ ép phun nhựa, phải liên tục cải tiến nhằm nâng cao năng suất, hạ giá thành và đáp ứng các yêu cầu khắt khe về chất lượng sản phẩm. Đối với công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, việc trang bị cho sinh viên năng lực thực hành toàn diện từ khâu thiết kế trên máy tính (CAD), phân tích kỹ thuật số (CAE), lập trình gia công (CAM/CNC) đến chế tạo khuôn và vận hành ép phun thực tế là yêu cầu cấp thiết. Hơn nữa, việc xác định chính xác các chỉ tiêu cơ tính của vật liệu polymer (như độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập) đòi hỏi các mẫu thử phải được chế tạo theo các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế và chế tạo bộ khuôn mẫu thử kéo (ISO 527, ASTM D 638), mẫu thử uốn (ISO 178, ASTM D 6272), mẫu thử va đập (ISO 179, ASTM D 6110)" đã được giao cho nhóm sinh viên thực hiện.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo văn bản giao nhiệm vụ gồm các nội dung cụ thể:

  1. Đọc hiểu nội dung các tiêu chuẩn ISO 527, ASTM D 638, ISO 178, ASTM D 6272, ISO 179, ASTM D 6110; lựa chọn kích thước các mẫu thử phù hợp với công nghệ ép phun.
  2. Tính toán và thiết kế bộ khuôn ép phun (một lòng khuôn theo hệ tiêu chuẩn ISO, một lòng khuôn theo hệ tiêu chuẩn ASTM).
  3. Lựa chọn vật liệu và các chi tiết tiêu chuẩn; lập trình gia công, lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn và tiến hành ép ra mẫu thử thực tế trên máy ép nhựa.
  4. Xây dựng tập bản vẽ thiết kế chi tiết mẫu thử, bộ khuôn và báo cáo tổng kết thực hiện đề tài.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  • Quy trình thiết kế hình học các mẫu thử cơ tính (kéo, uốn, va đập) theo hai hệ tiêu chuẩn ISO và ASTM.
  • Kết cấu bộ khuôn ép phun hai tấm hoàn chỉnh phục vụ tạo hình các mẫu thử trên.
  • Vật liệu chế tạo khuôn và vật liệu nhựa nhiệt dẻo Polypropylen (PP).
  • Ứng dụng phần mềm Autodesk Moldflow trong mô phỏng dòng chảy nhựa và phân tích khuyết tật ép phun.
  • Quy trình công nghệ gia công cơ khí trên máy phay CNC và vận hành ép thử trên máy ép nhựa công nghiệp W-120B (Shine Well 120B).

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian thực hiện: Xưởng thực hành Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Trung tâm Công nghệ cao và Khoa Cơ khí Chế tạo máy thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Thời gian thực hiện: Từ ngày 27 tháng 01 năm 2016 đến ngày 27 tháng 07 năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng lý thuyết dựa trên công nghệ ép phun chất dẻo, quy trình thiết kế khuôn mẫu công nghiệp và hệ thống văn bản tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế dùng trong thử nghiệm vật liệu:

  1. Lý thuyết công nghệ ép phun và chu trình làm việc: Quá trình ép phun diễn ra tuần hoàn qua 4 giai đoạn chính: giai đoạn kẹp khuôn (Clamping phase), giai đoạn phun nhựa điền đầy lòng khuôn (Injection phase), giai đoạn làm nguội định hình sản phẩm (Cooling phase) và giai đoạn mở khuôn đẩy sản phẩm ra ngoài (Ejector phase). Quy trình kỹ thuật tổng thể kết hợp chuỗi công cụ CAD (thiết kế hình học 3D) – CAE (mô phỏng động học dòng chảy) – CAM (lập trình đường chạy dao gia công) – Gia công chế tạo – Ép thử nghiệm.

  2. Tiêu chuẩn kỹ thuật về mẫu thử cơ tính:

  • Mẫu thử va đập ISO 179: Phương pháp Charpy xác định độ bền va đập của nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn không phân lớp. Nhóm nghiên cứu chọn mẫu loại 1 (kích thước $80 \times 10 \times 4\text{ mm}$), vết rãnh khía chữ V loại A ở chính giữa.
  • Mẫu thử uốn ISO 178: Xác định độ bền uốn và mô-đun uốn; mẫu thanh thẳng có kích thước danh nghĩa dài $80 \pm 2\text{ mm}$, rộng $10 \pm 0.2\text{ mm}$, chiều dày $4\text{ mm}$.
  • Mẫu thử kéo ISO 527: Dạng quả tạ kiểu 1A chuyên dùng cho phương pháp đúc/ép phun trực tiếp; chiều dài tổng thể $\ge 150\text{ mm}$, chiều dài phần hẹp song song $80 \pm 2\text{ mm}$, chiều rộng phần hẹp $10 \pm 0.5\text{ mm}$, chiều rộng hai đầu $20 \pm 0.2\text{ mm}$, chiều dày $4\text{ mm}$.
  • Mẫu thử kéo ASTM D 638: Mẫu hình quả tạ Loại I (Type I) khuyên dùng cho vật liệu ép phun có chiều dày đến $7\text{ mm}$; chiều dày lựa chọn thiết kế là $3.2\text{ mm}$.
  • Mẫu thử uốn ASTM D 6272: Thử nghiệm uốn 4 điểm; kích thước khuyến nghị cho vật liệu ép phun dạng thỏi chữ nhật dài $127 \pm 2\text{ mm}$, rộng $12.7\text{ mm}$, chiều dày $3.2\text{ mm}$.
  • Mẫu thử va đập ASTM D 6110: Phương pháp Charpy có rãnh V phay sẵn; mẫu có chiều dài $127 \pm 2\text{ mm}$, rộng $12.7\text{ mm}$, chiều dày chọn $3.2\text{ mm}$ nhằm đảm bảo tính đồng dạng kích thước phôi với mẫu uốn ASTM.
  1. Vật liệu nhựa khảo sát: Vật liệu sử dụng là Polypropylen (PP), công thức phân tử $(C_3H_6)_n$. Nhựa PP có các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn được sử dụng làm biến số đầu vào cho quá trình tính toán và mô phỏng:
Đặc tính vật liệu PP Giá trị thông số
Tỷ trọng trạng thái vô định hình $0.85\text{ g/cm}^3$
Tỷ trọng trạng thái tinh thể $0.92\text{ g/cm}^3$
Độ giãn dài $250 - 700%$
Độ bền kéo $30 - 40\text{ N/mm}^2$
Độ dai va đập $3.9\text{ kJ/m}^2$
Điểm nóng chảy $\approx 165^\circ\text{C}$
Nhiệt độ phá hủy nhiệt $280^\circ\text{C}$
Nhiệt độ cuối trục vít máy ép $220 - 235^\circ\text{C}$
Độ co ngót thể tích $1.0 - 2.5%$

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích tài liệu và dịch thuật tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành.
  • Phương pháp mô hình hóa 3D trên phần mềm PTC Creo Parametric 3.0: Thiết kế biên dạng hình học mẫu thử, tính toán thể tích, khối lượng, gán độ co rút vật liệu và phân tích góc thoát khuôn.
  • Phương pháp mô phỏng số kỹ thuật CAE trên Autodesk Moldflow: Phân tích vị trí cổng phun tối ưu (Best Gate Location), mô phỏng quá trình điền đầy (Fill), duy trì áp suất (Pack), làm nguội (Cool) và biến dạng cong vênh (Warp).
  • Phương pháp công nghệ chế tạo máy: Lập quy trình công nghệ gia công, tính toán chế độ cắt (vận tốc cắt $v$, bước tiến dao $s$, chiều sâu cắt $t$), lập trình CAM xuất mã G-code phay CNC tấm khuôn âm và tấm khuôn dương, kết hợp gia công nguội và đánh bóng bề mặt lòng khuôn.
  • Phương pháp thực nghiệm: Lắp đặt khuôn lên máy ép nhựa công nghiệp W-120B, cài đặt thông số công nghệ nhiệt độ, áp suất, thời gian ép, tiến hành ép ra sản phẩm và đo kiểm kích thước thực tế bằng thước cặp cơ khí.

Thiết kế và triển khai chế tạo khuôn mẫu

Hệ thống kỹ thuật được xây dựng trong đồ án là bộ khuôn ép nhựa hai tấm hoàn chỉnh tích hợp cụm lòng khuôn ép mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO và ASTM. Quá trình thiết kế và triển khai chế tạo trải qua các công đoạn kỹ thuật chặt chẽ:

  1. Thiết kế hình học và định kích thước mẫu thử: Dựa trên các tiêu chuẩn đã nghiên cứu, nhóm tác giả tiến hành dựng hình học 3D của 6 loại mẫu thử trên phần mềm Creo Parametric 3.0. Dữ liệu kiểm tra khối lượng và thể tích được trích xuất tự động với thông số tỷ trọng nhựa PP nhập vào hệ thống là $0.85\text{ g/cm}^3$ ($0.85 \times 10^{-6}\text{ kg/mm}^3$):
Tên mẫu thử Tiêu chuẩn tham chiếu Kích thước cơ bản ($L \times W \times T$) (mm) Khối lượng tính toán (g)
Mẫu thử kéo ISO 527 (Kiểu 1A) $150 \times 20 \times 4.0$ (phần hẹp $80 \times 10$) 6.88
Mẫu thử uốn ISO 178 $80 \times 10 \times 4.0$ 2.72
Mẫu thử va đập ISO 179 (Loại 1) $80 \times 10 \times 4.0$ (rãnh khía V loại A) 2.68
Mẫu thử kéo ASTM D 638 (Loại I) $165 \times 19 \times 3.2$ (phần hẹp $57 \times 13$) 7.21
Mẫu thử uốn ASTM D 6272 $127 \times 12.7 \times 3.2$ 4.38
Mẫu thử va đập ASTM D 6110 $127 \times 12.7 \times 3.2$ (có rãnh V) 4.32
  1. Thiết kế kết cấu bộ khuôn hai tấm: Bộ khuôn được thiết kế với đầy đủ các phân hệ chức năng:
  • Hệ thống tạo hình: Gồm tấm khuôn âm (cavity plate) và tấm khuôn dương (core plate), mặt phân khuôn phẳng thuận tiện cho gia công phay mặt. Hệ số co rút áp dụng cho lòng khuôn là $1.5%$.
  • Hệ thống cấp nhựa: Bạc cuống phun (sprue bushing) có độ côn $2^\circ$, bán kính đầu tiếp xúc $R15\text{ mm}$ phù hợp với đầu phun máy ép Shine Well 120B. Kênh dẫn nhựa chính và kênh dẫn nhánh có tiết diện hình thang nhằm giảm tổn thất áp suất và giữ nhiệt tốt. Miệng phun vào sản phẩm sử dụng dạng miệng phun cạnh (edge gate) hình chữ nhật, dễ cắt bavia sau khi ép. Phía chân cuống phun bố trí giếng chứa đuôi nguội chậm (cold slug well) kết hợp ty giật đuôi keo chữ Z đường kính $\varnothing 6\text{ mm}$.
  • Hệ thống dẫn hướng và định vị: Gồm 4 chốt dẫn hướng và 4 bạc dẫn hướng tiêu chuẩn tôi cứng, vòng định vị $\varnothing 100\text{ mm}$ lắp tại tấm kẹp cố định nhằm định tâm chính xác bạc cuống phun với vòi phun máy ép.
  • Hệ thống đẩy sản phẩm: Gồm tấm đẩy, tấm giữ, dàn ty đẩy hình trụ bố trí tại các vị trí không ảnh hưởng đến bề mặt làm việc của mẫu thử, cụm 4 chốt hồi đường kính lớn có trang bị lò xo hồi vị nhằm bảo vệ hệ thống đẩy khi đóng khuôn.
  • Hệ thống làm nguội: Mạng lưới các đường dẫn nước làm mát dạng khoan thẳng đường kính $\varnothing 8 - \varnothing 10\text{ mm}$ bố trí đều trên cả tấm khuôn âm và tấm khuôn dương, tính toán đảm bảo lưu lượng nước chảy rối để tăng hiệu quả truyền nhiệt.
  1. Gia công chế tạo và xử lý bề mặt: Quy trình chế tạo các tấm khuôn được lập trình CAM trên Creo Parametric 3.0 và gia công trên máy phay CNC. Quá trình phay phân chia thành các bước: phay khỏa mặt đầu, phay thô lòng khuôn bằng dao phay ngón gắn mảnh hợp kim, phay bán tinh và phay tinh biên dạng lòng mẫu bằng dao phay ngón thép gió và dao phay cầu carbide. Chế độ cắt được tra cứu và tính toán phù hợp với độ cứng thép làm khuôn nhằm chống rung động và đảm bảo dung sai kích thước. Sau khi gia công cơ khí, lòng khuôn được xử lý nguội thủ công qua các bước đánh bóng nghiêm ngặt: mài sửa bavia bằng đá mài các cấp hạt, chà nhám nước tăng dần độ mịn bằng các loại giấy nhám từ P400 đến P2000, cuối cùng đánh bóng gương bằng bánh nỉ kết hợp bột mài kim cương chuyên dụng nhằm đạt độ bóng bề mặt cao, giúp mẫu thử sau khi ép có bề mặt nhẵn bóng, không tạo khuyết tật tập trung ứng suất.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về tình hình phát triển của ngành nhựa và công nghệ khuôn mẫu ép phun trong sản xuất công nghiệp. Tác giả nêu rõ tính cấp thiết của việc tự chủ thiết kế, gia công chế tạo khuôn mẫu kim loại phục vụ đào tạo tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Nội dung chương công bố chi tiết mục tiêu, yêu cầu kỹ thuật, đối tượng, phương pháp và dàn ý nghiên cứu của đồ án, xác định phạm vi tạo ra bộ khuôn hoàn chỉnh có khả năng ép ra 6 loại mẫu thử cơ tính đạt chuẩn ISO và ASTM.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết toàn diện về công nghệ ép phun: nguyên lý hoạt động, chu kỳ ép phun 4 giai đoạn, kết cấu chức năng của bộ khuôn hai tấm và quy trình sản xuất khuôn mẫu. Phần trọng tâm của chương là việc khảo sát chi tiết đặc tính hóa lý của nhựa Polypropylen (PP) và đọc hiểu nội dung các bộ tiêu chuẩn cơ tính quốc tế:

  • Tiêu chuẩn ISO 179 và ASTM D 6110 về thử nghiệm độ bền va đập con lắc Charpy.
  • Tiêu chuẩn ISO 178 và ASTM D 6272 về thử nghiệm độ bền và mô-đun uốn.
  • Tiêu chuẩn ISO 527 và ASTM D 638 về thử nghiệm độ bền kéo. Trên cơ sở phân tích cấu trúc vật liệu và phương thức gia công ép phun, chương kết luận việc lựa chọn các kiểu mẫu chuẩn thích hợp: mẫu kéo ISO 527 kiểu 1A, mẫu kéo ASTM D 638 Loại I, mẫu uốn ISO 178 và ASTM D 6272 dạng thanh chữ nhật, mẫu va đập ISO 179 loại 1 vết khía chữ V loại A và mẫu va đập ASTM D 6110.

Chương 3: Quá trình thực hiện

Chương 3 trình bày chi tiết toàn bộ các bước tính toán, thiết kế và gia công thực tế:

  • Thiết kế mô hình 3D của 6 loại mẫu thử trên Creo Parametric 3.0, kiểm tra bề dày thành, tính toán góc thoát khuôn (từ $0.5^\circ$ đến $1^\circ$) và xác định hệ số co rút vật liệu.
  • Phân tích CAE trên Autodesk Moldflow: Khảo sát vị trí đặt miệng phun tối ưu (Best Gate Location), thiết lập thông số dòng chảy, mô phỏng quá trình Fill + Pack và quá trình giải nhiệt Cooling đối với cả hai cụm mẫu ISO và ASTM.
  • Thiết kế kết cấu bộ khuôn 2 tấm: Tính toán kích thước lòng khuôn, bạc cuống phun, hệ thống kênh dẫn nhựa tiết diện hình thang, cổng vào nhựa dạng cạnh, giếng nguội chậm chữ Z, hệ thống chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, tấm kẹp, tấm đẩy, ty đẩy, chốt hồi có lò xo và mạng lưới kênh làm nguội.
  • Lập quy trình công nghệ gia công: Chuẩn bị phôi thép, dao cắt, tính toán chế độ cắt (tốc độ quay trục chính $n$, lượng chạy dao $f$, chiều sâu cắt $t$), lập trình CAM phay CNC lòng khuôn âm và khuôn dương.
  • Quy trình đánh bóng lòng khuôn sử dụng đá mài, giấy nhám và nỉ đánh bóng kết hợp bột mài.

Chương 4: Kết quả đạt được

Chương 4 tập trung trình bày và đối chiếu các kết quả mô phỏng số với kết quả thực nghiệm chế tạo:

  • Dữ liệu mô phỏng Moldflow: Thời gian điền đầy (Fill time), áp suất phun tại điểm chuyển đổi V/P, nhiệt độ đầu dòng chảy, phân bố lực kẹp khuôn (Clamp force), vị trí bẫy khí (Air traps), đường hàn (Weld lines), tỷ lệ co rút thể tích và độ cong vênh (Warpage) của các mẫu thử ISO và ASTM.
  • Kết quả lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh: Kiểm tra độ ăn khớp của các bề mặt phân khuôn, chuyển động trơn tru của hệ thống dẫn hướng và cụm tấm đẩy.
  • Thực nghiệm ép phun: Lắp đặt khuôn trên máy ép nhựa W-120B (Shine Well 120B), cài đặt chu trình nhiệt độ trục vít và áp suất ép thực tế.
  • Đo kiểm sản phẩm: Bảng số liệu kích thước hình học thực tế của 6 loại mẫu thử ép ra từ nhựa PP, so sánh độ sai lệch kích thước giữa thực tế, mô hình thiết kế và tiêu chuẩn cho phép.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 tổng kết toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành: thiết kế thành công mô hình 3D, lập bản vẽ kỹ thuật chi tiết, chế tạo thành công bộ khuôn hai tấm bằng kim loại và ép ra các mẫu thử đạt yêu cầu thẩm mỹ và kỹ thuật. Đồng thời, chương chỉ rõ các kiến nghị và hướng nghiên cứu mở rộng nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ ép phun và đưa các mẫu thử vào thử nghiệm cơ tính thực tế trên máy kéo nén vạn năng.

Kết quả và đóng góp

  1. Kết quả thực nghiệm chính:
  • Chế tạo hoàn chỉnh 01 bộ khuôn ép phun hai tấm bằng kim loại có kết cấu cơ khí chính xác, vận hành đóng mở khuôn và đẩy mẫu trơn tru trên máy ép.
  • Xuất xưởng 02 tập bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh: 01 tập bản vẽ thiết kế khuôn mẫu thử tiêu chuẩn ISO và 01 tập bản vẽ thiết kế khuôn mẫu thử tiêu chuẩn ASTM.
  • Vận hành ép thử nghiệm thành công trên máy ép nhựa W-120B với vật liệu hạt nhựa Polypropylen (PP), thu được đầy đủ 6 loại mẫu thử cơ tính: kéo ISO 527, uốn ISO 178, va đập ISO 179, kéo ASTM D 638, uốn ASTM D 6272 và va đập ASTM D 6110.
  • Kết quả đo đạc kích thước thực tế cho thấy các sản phẩm ép ra đạt độ điền đầy tốt, bề mặt nhẵn bóng, không xuất hiện khuyết tật rỗ khí lớn hay cong vênh vượt ngưỡng dung sai hình học quy định trong các tiêu chuẩn ISO và ASTM.
  • Dữ liệu so sánh giữa tính toán mô phỏng Moldflow và ép thực tế xác nhận tính hợp lý của vị trí đặt cổng phun cạnh và hệ thống kênh làm nguội đã thiết kế.
  1. Đóng góp của đề tài:
  • Về mặt học thuật và đào tạo: Cung cấp bộ công cụ trực quan và sản phẩm thực tế phục vụ trực tiếp cho công tác giảng dạy, thực hành môn học Khuôn mẫu và Công nghệ ép phun tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy; tạo nguồn mẫu thử chuẩn hóa phục vụ các đề tài nghiên cứu cơ tính vật liệu polymer tiếp theo của sinh viên và học viên cao học.
  • Về mặt công nghệ: Xây dựng quy trình khép kín làm chủ công nghệ sản xuất khuôn mẫu từ nghiên cứu tiêu chuẩn, thiết kế CAD, phân tích mô phỏng CAE, lập trình gia công CNC đến xử lý bề mặt và vận hành ép phun công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế, chế tạo khuôn và ép ra mẫu thử đạt kích thước hình học tiêu chuẩn trên vật liệu nhựa Polypropylen (PP); chưa tiến hành đo đạc và thu thập số liệu thực tế về độ bền kéo, độ bền uốn và độ dai va đập của các mẫu đã ép trên các thiết bị thí nghiệm cơ tính chuyên dụng.
  • Đồ án chưa khảo sát sự ảnh hưởng của việc thay đổi các thông số công nghệ ép phun (nhiệt độ nung chảy, áp suất duy trì, thời gian làm nguội) đến mức độ co ngót và cơ tính của sản phẩm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Đưa các mẫu thử đã ép lên máy thử kéo nén vạn năng và máy thử va đập con lắc Charpy để xác định chính xác các chỉ tiêu cơ tính thực tế của nhựa PP, so sánh với thông số kỹ thuật công bố của nhà sản xuất hạt nhựa.
  • Thử nghiệm ép phun bộ khuôn với các chủng loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật khác (như ABS, PC, PA, POM) để đánh giá độ thích ứng của hệ thống khuôn và hệ số co ngót của từng loại vật liệu.
  • Ứng dụng các thuật toán tối ưu hóa nhằm xác định bộ thông số ép phun tối ưu cho từng loại mẫu thử, giảm thiểu tối đa ứng suất dư và biến dạng cong vênh sau khi đẩy khỏi khuôn.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều đối tượng:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu và Kỹ thuật Khuôn mẫu: Tài liệu cung cấp hướng dẫn phương pháp luận từng bước về quy trình thiết kế khuôn ép nhựa hai tấm từ lý thuyết đến chế tạo thực tế.
  • Kỹ sư thiết kế và công nghệ tại các xưởng gia công khuôn mẫu: Cung cấp thông số hình học, dung sai chi tiết và các bảng tra cứu kích thước mẫu thử chuẩn hóa theo 6 bộ tiêu chuẩn quốc tế ISO và ASTM (ISO 527, ISO 178, ISO 179, ASTM D 638, ASTM D 6272, ASTM D 6110).
  • Các phần có giá trị tham khảo cao:
    • Bảng tổng hợp kích thước và phương pháp dựng hình mẫu thử chuẩn trong Chương 2 và Chương 3.
    • Trình tự ứng dụng phần mềm Autodesk Moldflow để tìm vị trí cổng phun tối ưu (Best Gate Location) và phân tích các trường nhiệt độ, áp suất, rỗ khí, đường hàn trong Chương 3 và Chương 4.
    • Bản vẽ kết cấu chi tiết các cụm chi tiết tiêu chuẩn của khuôn (bạc cuống phun, ty giật đuôi keo chữ Z, hệ thống chốt hồi lò xo, kênh dẫn làm mát).

Câu hỏi thường gặp

  1. Nhóm tác giả đã lựa chọn dạng mẫu thử kéo nào theo tiêu chuẩn ISO 527 để đưa vào thiết kế khuôn? Nhóm tác giả lựa chọn mẫu thử kéo hình quả tạ Kiểu 1A (Type 1A). Kiểu mẫu này được quy định chuyên dùng cho phương pháp tạo mẫu trực tiếp bằng khuôn ép phun, có chiều dài tổng thể $\ge 150\text{ mm}$, chiều dài phần hẹp song song $80 \pm 2\text{ mm}$, chiều rộng phần hẹp $10 \pm 0.5\text{ mm}$, chiều rộng hai đầu $20 \pm 0.2\text{ mm}$ và chiều dày $4\text{ mm}$.

  2. Loại vật liệu nhựa nào được sử dụng để phân tích mô phỏng và ép thử nghiệm trong đồ án? Đề tài sử dụng vật liệu hạt nhựa nhiệt dẻo Polypropylen (PP) với công thức phân tử $(C_3H_6)_n$. Trong quá trình tính toán khối lượng trên Creo Parametric 3.0 và mô phỏng trên Autodesk Moldflow, nhóm tác giả sử dụng thông số tỷ trọng ở trạng thái vô định hình là $0.85\text{ g/cm}^3$ ($0.85 \times 10^{-6}\text{ kg/mm}^3$) và hệ số co ngót vật liệu trung bình là $1.5%$.

  3. Những phần mềm kỹ thuật nào được ứng dụng trong chu trình thiết kế và chế tạo bộ khuôn? Nhóm tác giả sử dụng hai phần mềm kỹ thuật chủ đạo:

  • PTC Creo Parametric 3.0: Đảm nhiệm chức năng CAD (dựng hình 3D mẫu thử, tách mặt phân khuôn, thiết kế kết cấu bộ khuôn hai tấm) và CAM (lập trình đường chạy dao phay CNC cho tấm khuôn âm và khuôn dương).
  • Autodesk Moldflow: Đảm nhiệm chức năng CAE (phân tích vị trí cổng phun tốt nhất Best Gate Location, mô phỏng quá trình điền đầy Fill, nén Pack, làm nguội Cool, phân tích bẫy khí, đường hàn và biến dạng cong vênh Warp).

  1. Thiết bị ép phun nào được sử dụng để tiến hành ép thử nghiệm sản phẩm thực tế? Quá trình ép thử nghiệm được tiến hành trên máy ép nhựa công nghiệp mã hiệu W-120B (Shine Well 120B) tại xưởng thực hành của nhà trường. Các kích thước bạc cuống phun và vòng định vị trên khuôn được thiết kế tương thích với đầu phun và tấm gá kẹp của máy ép này.

  2. Bộ khuôn ép được thiết kế theo dạng kết cấu nào và sử dụng loại miệng phun (gate) gì? Bộ khuôn được thiết kế theo kết cấu khuôn hai tấm tiêu chuẩn, sử dụng mặt phân khuôn phẳng. Hệ thống dẫn nhựa sử dụng kênh dẫn có tiết diện hình thang và miệng phun vào sản phẩm là dạng miệng phun cạnh (edge gate). Hệ thống kéo đuôi keo sử dụng ty giật đuôi keo dạng chữ Z đường kính $\varnothing 6\text{ mm}$ đặt tại giếng nguội chậm chân cuống phun.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo bộ khuôn mẫu thử kéo (ISO 527, ASTM D 638), mẫu thử uốn (ISO 178, ASTM D 6272), mẫu thử va đập (ISO 179, ASTM D 6110)" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ kỹ thuật được giao. Nhóm tác giả đã chuẩn hóa kích thước 6 loại mẫu thử cơ tính theo các tiêu chuẩn quốc tế, ứng dụng thành công chuỗi công nghệ CAD/CAE/CAM trên phần mềm Creo Parametric 3.0 và Autodesk Moldflow để thiết kế, mô phỏng và lập trình gia công bộ khuôn hai tấm. Sản phẩm khuôn kim loại hoàn chỉnh đã được chế tạo, lắp ráp chính xác và vận hành ép thử thành công trên máy ép nhựa W-120B bằng vật liệu Polypropylen (PP), cho ra các mẫu thử đạt chuẩn về kích thước hình học và độ bóng bề mặt. Công trình có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp thiết thực cho công tác đào tạo, thực hành chế tạo khuôn mẫu và nghiên cứu cơ tính vật liệu polymer tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.