Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu đóng vai trò là ngành công nghiệp phụ trợ nền tảng cho sự phát triển sản xuất hiện đại. Tại Việt Nam, nhu cầu sản xuất các sản phẩm nhựa phục vụ đời sống gia dụng và công nghiệp đang gia tăng nhanh chóng. Cùng với xu hướng biến đổi khí hậu và tốc độ đô thị hóa, tỷ lệ hộ gia đình sử dụng tủ lạnh tại Việt Nam đã tăng từ 48,9% lên 80,5%, trong đó khu vực thành thị đạt 86,2%. Đi kèm với tỷ lệ sở hữu thiết bị này, nhu cầu tạo và tích trữ đá viên hàng ngày trong sinh hoạt gia đình đạt mức xấp xỉ 99%.

Mặc dù các sản phẩm khay làm đá trên thị trường có sự đa dạng về chủng loại và hình dáng, phần lớn nguồn cung thương mại hiện nay có xuất xứ từ Trung Quốc với mức giá rẻ và chất lượng ở mức trung bình. Việc làm chủ quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa hoàn chỉnh trong nước cho các sản phẩm tiêu dùng định hình đặt ra yêu cầu cấp thiết về mặt đào tạo kỹ thuật lẫn ứng dụng thực tế. Đồ án tốt nghiệp thực hiện việc nghiên cứu toàn diện từ khâu thiết kế sản phẩm, mô phỏng dòng chảy, thiết kế kết cấu bộ khuôn cho đến gia công CNC và ép thử nghiệm sản phẩm thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu được nhóm tác giả xác định thông qua các nhiệm vụ cụ thể:

  1. Nghiên cứu thiết kế, gia công, lắp ráp bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh.
  2. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ khuôn ép phun.
  3. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy ép phun.
  4. Nghiên cứu các chủng loại vật liệu nhựa trên thị trường nhằm lựa chọn loại nhựa phù hợp cho sản phẩm khay làm đá.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuôn ép phun 3 tấm, máy ép phun nhựa, máy gia công trung tâm CNC 3 trục, vật liệu kim loại làm khuôn, vật liệu nhựa nhiệt dẻo và công nghệ tích hợp CAD/CAM/CAE.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các dạng kết cấu khuôn ép nhựa và máy ép phun công nghiệp; khảo sát cơ tính và khả năng gia công cắt gọt của vật liệu kim loại chế tạo khuôn; nghiên cứu tính chất nhiệt, cơ lý của nhóm nhựa nhiệt dẻo; ứng dụng quy trình công nghệ CAD/CAM/CNC và mô phỏng CAE chuyên dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết về công nghệ ép phun và vật liệu

Quá trình ép phun là chu trình định hình nhựa nóng chảy trong lòng khuôn thông qua 4 giai đoạn nối tiếp:

  • Giai đoạn kẹp (Clamping): Đóng và duy trì lực kẹp giữa nửa khuôn cố định (Cavity) và nửa khuôn di động (Core).
  • Giai đoạn phun (Injection): Trục vít gia nhiệt nung chảy hạt nhựa và đẩy nhựa lỏng áp suất cao qua vòi phun, bạc cuống phun và hệ thống kênh dẫn vào lòng khuôn.
  • Giai đoạn làm nguội (Cooling): Hệ thống đường nước giải nhiệt hạ nhiệt độ khuôn để nhựa đông đặc và định hình.
  • Giai đoạn đẩy (Ejection): Khuôn mở, hệ thống lói đẩy (pin đẩy) đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.

Cấu tạo bộ khuôn tiêu chuẩn được xác lập từ 17 chi tiết cơ bản: tấm kẹp trên, tấm cố định, bạc cuống phun, vòng định vị, vít lục giác, đường nước làm mát, tấm di động, tấm lót, gối đỡ, tấm kẹp pin, tấm đẩy pin, tấm kẹp dưới, pin đẩy, lò xo hồi, chốt hồi, bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng.

Về mặt vật liệu sản phẩm, nghiên cứu tổng hợp các thông số kỹ thuật đặc trưng của nhóm nhựa Polypropylene (PP) nhiệt dẻo được ứng dụng:

Thông số kỹ thuật nhựa PP Giá trị tiêu chuẩn Đơn vị đo
Tỷ trọng 0,90 – 0,91 $\text{g/cm}^3$
Độ bền kéo 30 – 35 $\text{N/mm}^2$
Độ bền uốn 90 – 120 $\text{N/mm}^2$
Độ bền nén 60 – 70 $\text{N/mm}^2$
Biến dạng dài tương đối 500 – 700 %
Độ cứng Shore 90 – 95 Shore
Độ cứng Brinell 0,60 – 0,65 $\text{N/mm}^2$
Khả năng chịu nhiệt độ thấp -5 đến -15 $^\circ\text{C}$
Nhiệt độ nóng chảy 164 – 170 $^\circ\text{C}$
Nhiệt độ ổn định theo Vicat 105 – 110 $^\circ\text{C}$
Hằng số điện môi (ở $10^6\text{ Hz}$) 2,0 – 2,1 –
Điện thế đánh thủng 30 – 32 $\text{kV/mm}$

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết, khảo sát thực tế và thực nghiệm kỹ thuật:

  • Phương pháp khảo sát: Thu thập số liệu thị trường về các kiểu dáng khay đá (vuông, tròn, elip, hình thú), đánh giá ưu nhược điểm của các vật liệu hiện có (nhựa, silicone, inox, nhôm, composite).
  • Phương pháp tính toán và thiết kế CAD: Ứng dụng phần mềm Siemens NX để dựng hình 3D sản phẩm, phân tích góc thoát khuôn (Draft analysis), tách mặt phân khuôn và thiết kế kết cấu tổng thể bộ khuôn.
  • Phương pháp mô phỏng số CAE: Sử dụng phần mềm Moldex3D Studio 2022 để kiểm nghiệm dòng chảy nhựa, đánh giá thời gian điền đầy, phân bố áp suất, trường nhiệt độ, bọt khí (air trap) và vị trí đường hàn (weld line).
  • Phương pháp lập trình gia công CAM và thực nghiệm CNC: Sử dụng phần mềm Creo Parametric và Cimatron để xuất chương trình G-code gia công chi tiết khuôn trên máy phay CNC 3 trục Makino PS65.

Thiết kế và chế tạo kỹ thuật

Kết cấu bộ khuôn và các cụm chức năng

Dựa trên yêu cầu tạo hình khay đá kích thước lưới $6 \times 3$ (18 ô đá), sản phẩm không có phần lồi lõm ngang (undercut), tác giả lựa chọn kết cấu khuôn 3 tấm (3-plate mold) sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội (cold runner) theo tiêu chuẩn vỏ khuôn Futaba. Kết cấu 3 tấm cho phép tự động tách rời phần đuôi keo và sản phẩm khi mở khuôn.

Các cụm chi tiết tiêu chuẩn hóa được tra cứu và lựa chọn theo tiêu chuẩn Misumi:

  • Bạc cuống phun: Mã hiệu SBBP10 của hãng Misumi với thông số đường kính $P = 3\text{ mm}$, bán kính chỏm cầu $SR = \text{R}16$, đường kính thân $D = 10\text{ mm}$, góc vát $A_0 = 20^\circ$.
  • Hệ thống dẫn hướng và định vị: Chốt dẫn hướng đường kính $\varnothing 22\text{ mm}$, chiều dài $L = 70\text{ mm}$ lắp trên tấm Core dày $50\text{ mm}$, kết hợp bạc dẫn hướng tương ứng và cơ cấu định vị mặt côn nhằm triệt tiêu độ rơ khi đóng khuôn.
  • Hệ thống đẩy và tháo đuôi keo: Sử dụng chốt giật đuôi keo có kết cấu côn ngược, dàn pin đẩy định vị qua tấm kẹp pin và tấm đẩy pin, lò xo hồi và chốt hồi bảo vệ dàn pin đẩy khi chu trình ép lặp lại.
  • Hệ thống làm mát: Bố trí các đường nước làm mát độc lập chạy dọc lòng khuôn Core và Cavity Insert nhằm kiểm soát đồng đều tốc độ giải nhiệt.

Mô phỏng dòng chảy trên Moldex3D Studio 2022

Quy trình mô phỏng số trên Moldex3D Studio 2022 được triển khai nhằm tối ưu hóa vị trí miệng phun (gate) và kiểm tra khả năng điền đầy lòng khuôn. Kết quả phân tích bao gồm:

  • Thời gian điền đầy: Kiểm tra khả năng điền đầy 100% thể tích mà không xuất hiện hiện tượng thiếu liệu (short shot).
  • Vết bọt khí (Air traps): Xác định các vị trí tập trung khí nén cuối dòng chảy để bố trí rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn.
  • Đường hàn (Weld lines): Dự báo các vị trí giao thoa giữa các nhánh dòng chảy nóng chảy để điều chỉnh áp suất và nhiệt độ phun phù hợp.
  • Áp suất và nhiệt độ điền đầy: Kiểm tra biểu đồ suy giảm áp suất và phân bố nhiệt độ dòng nhựa từ đầu phun đến các điểm xa nhất của lòng khuôn.

Quy trình gia công CNC và lắp ráp thực nghiệm

Quy trình chế tạo các tấm Insert (Core Insert và Cavity Insert) được thực hiện trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục Makino PS65:

  • Trang thiết bị và đồ gá: Bàn gá kết hợp Eto chuyên dụng, thiết bị set dao, mũi set tâm cơ khí và đồng hồ so kiểm tra độ song song của hãng Mitutoyo.
  • Hệ thống dao cụ: Dao phay ngón bằng, dao phay ngón có cung R, dao phay cầu, dao phay gắn mảnh hợp kim (chip insert), mũi khoan mồi và mũi khoan đường nước sâu của hãng Arno; đầu kẹp dao, cán lắp collet và mũi taro của hãng Nikken.
  • Gia công cơ khí chính xác: Phay thô phá lượng dư, phay bán tinh, phay tinh lòng khuôn Core và Cavity; khoan và taro các lỗ bắt bu-lông, khoan các lỗ dẫn nước làm mát.
  • Xử lý bề mặt và lắp ráp: Đánh bóng các bề mặt làm việc của lòng khuôn nhằm đạt độ bóng bề mặt theo yêu cầu; lắp ghép Core Insert vào tấm khuôn âm, Cavity Insert vào tấm khuôn dương; kiểm tra sự thẳng hàng của các chốt dẫn hướng và hành trình của hệ thống đẩy.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tính cấp thiết của đề tài

Chương 1 trình bày bối cảnh chung của ngành khuôn mẫu Việt Nam, sự gia tăng nhu cầu sử dụng tủ lạnh và khay làm đá gia dụng, đánh giá thực trạng các dòng sản phẩm hiện có trên thị trường. Từ đó, xác lập tính cấp thiết, mục tiêu nghiên cứu (4 mục tiêu), đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phân định phương pháp luận khoa học xuyên suốt đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về công nghệ ép phun

Nội dung chương 2 hệ thống hóa lý thuyết về chu trình ép phun (kẹp, phun, làm mát, đẩy); phân loại máy ép nhựa theo phương thức truyền dẫn (máy điện dùng động cơ Servo, máy thủy lực), cơ chế vận hành (tự động, bán tự động), vị trí khuôn (ngang, đứng, nghiêng) và dải lực kẹp (50 đến trên 450 tấn). Trình bày khái niệm khuôn ép, 17 chi tiết cấu tạo cơ bản, các hệ thống chức năng và phân loại kết cấu khuôn (khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều tầng, khuôn tháo chốt ngang).

Chương này phân loại 4 nhóm nhựa nhiệt dẻo (hàng hóa, bán hàng hóa, kỹ thuật, đặc biệt) và chi tiết hóa các tính chất cơ lý (tỷ trọng, chỉ số chảy MI theo ASTM D1238, độ hút ẩm, độ co rút, độ bền kéo, độ giãn dài, độ cứng, độ chịu va đập). Khảo sát ưu nhược điểm của 5 loại khay đá thương mại: nhựa, silicone, inox, nhôm và composite.

Chương 3: Thiết kế sản phẩm

Chương 3 giới thiệu sản phẩm khay làm đá kết cấu lưới $6 \times 3$ viên bằng vật liệu nhựa PP nhiệt dẻo. Nêu chi tiết các yêu cầu kỹ thuật: không bavia, không cong vênh, không rỗ khí, không cháy bề mặt, độ bóng đồng đều, điền đầy hoàn toàn không bị lõm. Trình bày quy trình 16 bước dựng hình 3D trên phần mềm Siemens NX:

  1. Dùng lệnh Extrude tạo khối bao ngoài ban đầu.
  2. Dùng lệnh Extrude tạo khối hình thang cơ sở.
  3. Dùng lệnh Extrude tạo viền khay đá.
  4. Dùng lệnh Plane tạo các mặt phẳng tham chiếu.
  5. Dùng lệnh Extrude-Cut cắt cạnh đáy hộc làm đá.
  6. Dùng lệnh Mirror đối xứng cắt 3 cạnh đáy còn lại.
  7. Dùng lệnh LPattern sao chép mảng các hộc đá sang các vị trí $6 \times 3$.
  8. Dùng lệnh Shell tạo thành mỏng đồng nhất cho sản phẩm.
  9. Dùng lệnh Extrude tạo đường viền tăng cứng cho sản phẩm.
  10. Dùng lệnh Draft tạo góc thoát khuôn cho thành viền.
  11. Dùng lệnh Fillet bo cung góc R cho thành trong sản phẩm.
  12. Dùng lệnh Fillet bo cung góc R cho thành ngoài sản phẩm.
  13. Dùng lệnh Fillet bo cung góc R phía trong đáy hộc đá.
  14. Dùng lệnh Fillet bo cung góc R phía ngoài đáy hộc đá.
  15. Dùng lệnh Rib và Draft tạo hệ thống gân tăng cứng đáy và thành.
  16. Dùng lệnh Extrude và Draft tạo chân đế đỡ khay với góc nghiêng $1^\circ$; hoàn thiện bề mặt và kết xuất hình ảnh 3D (Render).

Chương 4: Thiết kế khuôn

Chương 4 thuyết minh việc lựa chọn kết cấu khuôn 3 tấm dùng kênh dẫn nguội theo chuẩn Futaba. Thực hiện tính toán và lựa chọn chi tiết khuôn:

  • Lựa chọn bạc cuống phun Misumi SBBP10 ($P=3\text{ mm}$, $SR=\text{R}16$, $D=10\text{ mm}$, $A_0=20^\circ$).
  • Thiết kế hệ thống chốt dẫn hướng $\varnothing 22\text{ mm}$, $L=70\text{ mm}$ trên tấm Core dày $50\text{ mm}$ kết hợp bạc dẫn hướng.
  • Bố trí cơ cấu định vị mặt côn tăng độ vững chắc.
  • Thiết kế đường nước làm mát cho cụm Core và Cavity.
  • Thiết kế hệ thống đẩy gồm chốt giật đuôi keo côn ngược, chốt đẩy, chốt hồi và lò xo tiêu chuẩn Misumi.
  • Trình bày kết quả phân tích mô phỏng Moldex3D Studio 2022 về điền đầy, bọt khí, đường hàn, áp suất và nhiệt độ dòng nhựa.

Chương 5: Gia công và ép thử

Chương 5 mô tả quy trình công nghệ chế tạo:

  • Lập bảng danh mục chi tiết tận dụng từ khuôn cũ tháo rời và danh mục chi tiết gia công mới.
  • Thiết lập dao cụ hãng Arno, taro Nikken, gá đặt Jig kết hợp Eto và rà gá bằng đồng hồ so Mitutoyo trên máy phay CNC 3 trục Makino PS65.
  • Tiến hành gia công cơ khí các chi tiết: tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm Core Insert và Cavity Insert.
  • Xử lý bề mặt, đánh bóng lòng khuôn, hoàn thiện lắp ráp bộ khuôn lên máy ép nhựa.
  • Thực hiện chế độ ép thử nghiệm với hạt nhựa PP nguyên sinh theo các thông số ép chuẩn; kiểm tra chất lượng hình học và độ hoàn thiện của sản phẩm khay đá sau ép.

Chương 6: Bảo trì khuôn

Chương 6 phân tích tầm quan trọng của công tác bảo dưỡng khuôn định kỳ nhằm duy trì độ chính xác và tuổi thọ khuôn. Tổng hợp các dạng khuyết tật thường gặp trên sản phẩm (bavia, cong vênh, thiếu liệu, cháy bề mặt, vết lõm co ngót, bọt khí, đường hàn rõ nét), phân tích nguyên nhân và giải pháp khắc phục thông qua bảo dưỡng khuôn. Liệt kê các hạng mục bảo dưỡng định kỳ: vệ sinh lòng khuôn, bôi trơn hệ thống dẫn hướng và chốt đẩy, thông rửa cặn hệ thống đường nước làm mát, kiểm tra độ mòn các bề mặt định vị mặt côn.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Chương 7 tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng, chế tạo và thử nghiệm thực tế; đồng thời đề xuất định hướng phát triển nhằm nâng cao năng suất và khả năng tự động hóa của bộ khuôn.

Kết quả thực nghiệm và đóng góp kỹ thuật

Kết quả chế tạo và ép thử nghiệm

  1. Thiết kế kỹ thuật: Hoàn thành bộ bản vẽ thiết kế 3D và 2D chi tiết sản phẩm khay làm đá $6 \times 3$ viên trên Siemens NX và kết cấu bộ khuôn 3 tấm hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn Futaba kết hợp linh kiện Misumi.
  2. Mô phỏng số: Ứng dụng thành công Moldex3D Studio 2022 để kiểm tra dòng chảy, xác định thời gian điền đầy, vị trí bọt khí, kiểm soát nhiệt độ và áp suất phun trước khi tiến hành cắt gọt kim loại.
  3. Chế tạo cơ khí: Gia công hoàn thiện các tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm Core Insert và Cavity Insert trên máy phay CNC Makino PS65 đạt yêu cầu kích thước và độ bóng bề mặt sau đánh bóng.
  4. Ép thử thực tế: Lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh lên máy ép nhựa công nghiệp, thực hiện ép thử với nhựa PP. Sản phẩm khay làm đá tạo thành đạt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra:
    • Điền đầy hoàn toàn các hộc đá, không bị hiện tượng thiếu liệu.
    • Bề mặt sản phẩm bóng đều, không bị rỗ khí, không có vết cháy khét.
    • Không xuất hiện bavia tại mặt phân khuôn; không bị cong vênh biên dạng.
    • Kết cấu gân tăng cứng và chân đế đạt độ cứng vững hình học.

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật chính của đề tài

Hạng mục Thông số kỹ thuật / Đặc tính
Sản phẩm Khay làm đá tủ lạnh loại nhỏ ($6 \times 3 = 18$ viên)
Vật liệu sản phẩm Nhựa Polypropylene (PP) nhiệt dẻo
Kết cấu bộ khuôn Khuôn 3 tấm (3-plate mold), kênh dẫn nguội (cold runner)
Tiêu chuẩn vỏ khuôn Tiêu chuẩn Futaba
Bạc cuống phun Misumi SBBP10 ($P = 3\text{ mm}$, $SR = \text{R}16$, $D = 10\text{ mm}$, $A_0 = 20^\circ$)
Chốt dẫn hướng Đường kính $\varnothing 22\text{ mm}$, chiều dài $L = 70\text{ mm}$ (Misumi)
Máy gia công CNC Makino PS65 (Phay CNC 3 trục)
Hệ thống dao cụ Hãng Arno (dao phay, mũi khoan) và Nikken (mũi taro)
Phần mềm ứng dụng Siemens NX, Moldex3D Studio 2022, Creo Parametric, Cimatron

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Khép kín chu trình kỹ thuật CAD/CAE/CAM/CNC trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu thực tế tại xưởng cơ khí trường đại học.
  • Tận dụng hiệu quả kết cấu vỏ khuôn sẵn có kết hợp gia công mới các tấm Insert (Core/Cavity) chính xác, giúp tiết kiệm chi phí vật tư và rút ngắn chu kỳ chế tạo.
  • Xây dựng quy trình bảo trì, nhận diện khuyết tật và phương pháp xử lý lỗi thực tế phục vụ quá trình vận hành sản xuất ổn định.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên phạm vi nghiên cứu và nội dung thuyết minh đồ án, các hạn chế và hướng mở rộng được xác định:

  • Số lượng lòng khuôn: Bộ khuôn được thiết kế với kết cấu 1 lòng khuôn (single cavity, $6 \times 3$ ô đá) phục vụ thử nghiệm và nghiên cứu, chưa mở rộng sang kết cấu nhiều lòng khuôn (multi-cavity) để tối ưu hóa sản lượng công nghiệp hàng loạt.
  • Hệ thống kênh dẫn: Khuôn sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội (cold runner) có phát sinh đuôi keo sau mỗi chu trình ép. Hướng phát triển tiếp theo có thể nghiên cứu chuyển đổi sang hệ thống kênh dẫn nóng (hot runner) nhằm triệt tiêu phế liệu cuống phun và rút ngắn thời gian chu kỳ ép.
  • Tự động hóa lấy sản phẩm: Nghiên cứu tích hợp cánh tay robot (robot gắp) phối hợp cùng hệ thống đẩy tự động nhằm hoàn thiện dây chuyền sản xuất tự động hóa 100%.

Giá trị tham khảo học thuật và ứng dụng

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ chế tạo máy: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thiết kế khuôn ép nhựa từ mô hình hóa sản phẩm trên Siemens NX, các bước mô phỏng dòng chảy trên Moldex3D, đến quy trình lập trình gia công CAM trên Creo Parametric/Cimatron.
  • Kỹ sư thiết kế và vận hành khuôn: Cung cấp thông số tra cứu linh kiện tiêu chuẩn khuôn (Futaba, Misumi), chế độ cắt gọt trên máy CNC Makino PS65, quy trình rà gá đồ gá - dao cụ và sổ tay xử lý lỗi khuyết tật ép phun kèm quy trình bảo dưỡng khuôn định kỳ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn kết cấu khuôn 3 tấm cho sản phẩm khay làm đá?

Sản phẩm khay làm đá có diện tích trải rộng, cần bố trí nhiều miệng phun để nhựa nóng chảy điền đầy đồng đều toàn bộ 18 hộc đá mà không gây sụt áp hoặc khuyết tật. Kết cấu khuôn 3 tấm cho phép bố trí hệ thống kênh dẫn nhựa trên tấm giữ đuôi keo riêng biệt, tự động bẻ đứt đuôi keo và tách rời sản phẩm khi mở khuôn, giúp tối ưu hóa thao tác lấy sản phẩm mà không cần xử lý cắt cuống phun thủ công.

2. Thông số kỹ thuật của bạc cuống phun được lựa chọn theo tiêu chuẩn nào?

Bạc cuống phun được chọn theo tiêu chuẩn Misumi với mã hiệu SBBP10, bao gồm các thông số kích thước: đường kính miệng vào $P = 3\text{ mm}$, bán kính lõm $SR = \text{R}16$, đường kính thân định vị $D = 10\text{ mm}$ và góc côn thoát $A_0 = 20^\circ$. Kích thước này thỏa mãn điều kiện bán kính chỏm cầu $SR$ và đường kính $P$ lớn hơn thông số đầu vòi phun của máy ép nhựa nhằm tránh rò rỉ dòng nhựa lỏng.

3. Nhựa Polypropylene (PP) có những đặc tính cơ lý nào phù hợp để làm khay đá tủ lạnh?

Nhựa PP có tỷ trọng nhẹ ($0,90 - 0,91\text{ g/cm}^3$), độ bền uốn cao ($90 - 120\text{ N/mm}^2$), độ dẻo dai với biến dạng dài tương đối đạt $500 - 700%$. Đặc biệt, nhựa PP có khả năng chịu nhiệt độ âm tốt (từ $-5^\circ\text{C}$ đến $-15^\circ\text{C}$), không mùi, không vị, kháng ẩm và kháng hóa chất, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và giúp người dùng dễ dàng vặn xoắn nhẹ để tách đá ra khỏi khay mà không làm nứt vỡ sản phẩm.

4. Các phần mềm kỹ thuật nào đã được tích hợp trong chu trình thực hiện đồ án?

Đồ án tích hợp 4 phần mềm kỹ thuật chuyên dụng:

  • Siemens NX: Dựng hình khối 3D sản phẩm, phân tích góc thoát khuôn, thiết kế kết cấu bộ khuôn 3D và xuất bản vẽ kỹ thuật 2D.
  • Moldex3D Studio 2022: Mô phỏng số quá trình điền đầy, phân tích bọt khí, đường hàn, trường áp suất và nhiệt độ dòng chảy.
  • Creo Parametric và Cimatron: Lập trình gia công CAM và xuất mã lệnh G-code cho máy phay CNC Makino PS65.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun (Sản phẩm khay làm đá tủ lạnh loại nhỏ)" đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc làm chủ chu trình công nghệ từ CAD/CAE đến CAM/CNC và thực nghiệm dập ép. Sản phẩm khay làm đá $6 \times 3$ viên bằng vật liệu nhựa PP được chế tạo thành công trên bộ khuôn 3 tấm chuẩn Futaba, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ chính xác hình học, độ bóng bề mặt và độ bền cơ lý. Đề tài cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho công tác đào tạo chuyên ngành cơ khí khuôn mẫu và sản xuất sản phẩm nhựa gia dụng.