Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp khuôn mẫu và chế tạo sản phẩm nhựa đóng vai trò là ngành công nghiệp phụ trợ then chốt, tạo nền tảng vững chắc cho chuỗi cung ứng sản xuất hàng tiêu dùng và công nghiệp hiện đại. Tại Việt Nam, theo các khảo sát thống kê thị trường điện máy gia dụng, tỷ lệ hộ gia đình sở hữu tủ lạnh đã tăng trưởng mạnh từ 48,9% lên 80,5%, đặc biệt tại khu vực thành thị đạt tới 86,2%. Kéo theo đó, nhu cầu sử dụng các phụ kiện tiện ích bên trong tủ lạnh—đặc biệt là khay làm đá viên an toàn thực phẩm—đạt tỷ lệ phủ dụng trên 99%.

Tuy nhiên, phần lớn các dòng khay làm đá trên thị trường nội địa hiện nay là hàng nhập khẩu giá rẻ (chủ yếu từ Trung Quốc) có chất lượng vật liệu không đồng đều, dễ nứt vỡ do giòn ở nhiệt độ âm sâu hoặc tiềm ẩn nguy cơ thôi nhiễm hóa chất từ nhựa tái chế không rõ nguồn gốc. Về mặt sản xuất trong nước, các doanh nghiệp vừa và nhỏ thường gặp rào cản về chi phí khuôn nhập khẩu đắt đỏ hoặc thiếu quy trình tối ưu hóa thiết kế dẫn đến tỷ lệ phế phẩm cao (lõm bề mặt - sink marks, cong vênh - warpage, ba-via - flash).

[Vấn đề cốt lõi]
- 86.2% hộ thành thị dùng tủ lạnh -> Nhu cầu khay đá chuyên dụng tăng vọt
- Phụ thuộc 70%+ nguồn khuôn/sản phẩm giá rẻ, chất lượng vật liệu kém
- Khuyết tật ép nhựa phổ biến: Cong vênh (Warpage), rỗ khí (Air Traps), đường hàn (Weld Lines)
- Thiếu tối ưu hóa CAD/CAE/CAM dẫn đến tăng thời gian chu kỳ (Cycle Time > 40s)

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun (Sản phẩm khay làm đá tủ lạnh loại nhỏ)" được nghiên cứu và thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (GVHD: ThS. Trần Chí Thiên; SVTH: Huỳnh Bảo Bảo, Thái Thanh Lời, Châu Quốc Ninh) nhằm giải quyết toàn diện bài toán từ R&D sản phẩm đến chế tạo và thử nghiệm khuôn thực tế.

Mục tiêu cụ thể của dự án:

  1. Nghiên cứu công nghệ tạo hình sản phẩm nhựa và tính chất lưu biến của hạt nhựa nhiệt dẻo Polypropylene (PP).
  2. Ứng dụng giải pháp thiết kế sản phẩm khay đá $6 \times 3$ viên (18 ô làm đá độc lập) với kết cấu chống dính, phân bố góc nghiêng thoát khuôn (draft angle) tối ưu.
  3. Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn ép phun 3 tấm (3-plate mold) sử dụng cổng phun điểm (pin-point gate) cho phép tự động cắt cuống keo khi mở khuôn.
  4. Mô phỏng CAE chuyên sâu trên Moldex3D Studio 2022 để kiểm soát hoàn toàn các khuyết tật điền đầy, bọt khí và ứng suất dư.
  5. Gia công thực tế lõi khuôn (Core/Cavity insert) trên máy phay CNC 3 trục Makino PS65 và ép thử nghiệm thành công sản phẩm đạt dung sai kỹ thuật $\pm 0.05\text{ mm}$.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở khuôn ép phun nguội (cold runner), kết cấu 1 cụm lòng khuôn tích hợp 18 ô định hình, tương thích với máy ép nhựa thủy lực lực kẹp 80–120 tấn tại các xưởng sản xuất vừa và nhỏ.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát các giải pháp công nghệ tạo hình khay làm đá hiện nay cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu quả kinh tế và độ ổn định kỹ thuật:

Tiêu chí so sánh Khuôn ép phun 2 tấm (Cold Runner thông thường) Khuôn dập định hình nhiệt (Thermoforming Sheet) Giải pháp đề xuất: Khuôn 3 tấm cổng điểm (Pin-point Gate)
Cắt cuống keo Thủ công bằng kìm cắt, để lại vết sẹo cổng lớn Cắt dập viền rời sau khi hút Tự động gãy cuống keo khi mở khuôn
Độ đồng đều thành phẩm Dễ chênh lệch độ dày do dòng chảy dài Thành mỏng không đều tại các góc sâu Đồng đều tuyệt đối nhờ đa cổng phun điểm
Độ phức tạp kết cấu Thấp (1 mặt phân khuôn) Trung bình (cần máy cắt viền phụ trợ) Trung bình - Cao (2 mặt phân khuôn, 3 cụm tấm)
Chất lượng bề mặt ($Ra$) $0.8 - 1.2\ \mu\text{m}$ $1.6 - 3.2\ \mu\text{m}$ Đạt đánh bóng gương $Ra \le 0.2\ \mu\text{m}$
Thời gian chu kỳ (Cycle time) $35 - 45\text{ s}$ $15 - 20\text{ s}$ (độ bền sản phẩm thấp) $25 - 30\text{ s}$

Yêu cầu kỹ thuật được phân loại theo mô hình MoSCoW:

  • Must Have (Bắt buộc): Khay đá 18 ô ($6 \times 3$), vật liệu nhựa PP nguyên sinh đạt chuẩn an toàn thực phẩm, không ba-via, độ co rút tính toán chính xác $1.5%$, hệ thống pin đẩy hồi tự động bằng lò xo Misumi.
  • Should Have (Nên có): Bố trí kênh làm mát đối xứng quanh toàn bộ 18 hốc đá, kiểm soát nhiệt độ chênh lệch giữa hai nửa khuôn $\Delta T \le 5^\circ\text{C}$.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Cơ cấu gá khuôn tiêu chuẩn Futaba tháo lắp nhanh, tích hợp bạc cuống phun chống mòn SBBP10.
  • Won't Have (Chưa áp dụng): Hệ thống gia nhiệt Hot Runner (nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư khuôn ban đầu cho cơ sở gia công vừa và nhỏ).
                  +---------------------------------------------------+
                  |      KIẾN TRÚC TỔNG THỂ BỘ KHUÔN 3 TẤM           |
                  +---------------------------------------------------+
                                            |
         +----------------------------------+----------------------------------+
         |                                                                     |
         v                                                                     v
+------------------+                                                 +--------------------+
|  PHẦN CỐ ĐỊNH    |                                                 |    PHẦN DI ĐỘNG    |
|  (Cavity Side)   |                                                 |     (Core Side)    |
+------------------+                                                 +--------------------+
| - Tấm kẹp trên   |                                                 | - Tấm Core Insert  |
| - Bạc cuống phun |                                                 | - Tấm gá di động   |
|   (Misumi SBBP10)|      [Mặt phân khuôn I: Tách đuôi keo]          | - Khối gối đỡ      |
| - Tấm giữ đuôi   | --------------------------------------------->  | - Dàn Pin đẩy      |
|   keo (Runner)   |      [Mặt phân khuôn II: Lấy sản phẩm]          | - Chốt giật cuống  |
| - Tấm Cavity     |                                                 |   keo côn ngược    |
|   Insert         |                                                 | - Lò xo hồi vị     |
+------------------+                                                 +--------------------+
         |                                                                     |
         +----------------------------------+----------------------------------+
                                            |
                                            v
                  +---------------------------------------------------+
                  | HỆ THỐNG PHỤ TRỢ:                                 |
                  | - Dẫn hướng: Chốt & Bạc Misumi phi 22 mm          |
                  | - Làm mát: Kênh nước phi 8 mm làm nguội song song |
                  | - Định vị: Khóa mặt côn chống lệch tâm            |
                  +---------------------------------------------------+

Thiết kế hệ thống

Toàn bộ hệ thống khuôn được xây dựng trên nền tảng tiêu chuẩn hóa các linh kiện cơ khí theo Catalog Futaba và Misumi:

  • Vật liệu sản phẩm: Nhựa Polypropylene (PP) nhiệt dẻo có khối lượng riêng $\rho = 0.905\text{ g/cm}^3$, độ co rút thể tích $S_r = 1.5%$, nhiệt độ nóng chảy $T_m = 165^\circ\text{C}$, chỉ số dòng chảy $\text{MFI} = 12\text{ g/10 min}$ (theo chuẩn ASTM D1238).
  • Kích thước sản phẩm: Dài $216\text{ mm} \times$ Rộng $110\text{ mm} \times$ Cao $32\text{ mm}$, độ dày thành danh nghĩa $t = 1.2\text{ mm}$, góc nghiêng thoát khuôn (Draft Angle) $1.5^\circ$ cho thành ngoài và $2^\circ$ cho thành trong hốc tạo đá.
  • Bạc cuống phun (Sprue Bushing): Mã Misumi SBBP10 với đường kính cổng $P = 3\text{ mm}$, bán kính chỏm cầu $SR = R16\text{ mm}$, góc côn $A_0 = 20^\circ$.
  • Hệ thống dẫn hướng & định vị: 04 Chốt dẫn hướng $\phi 22 \times 70\text{ mm}$ kết hợp bạc dẫn hướng hợp kim đồng tôi cứng bề mặt và cơ cấu khóa định vị mặt côn 4 góc nhằm triệt tiêu lực đẩy lệch tâm khi áp suất phun đạt cực đại.
  • Hệ thống đẩy: 18 chốt đẩy tròn (Ejector pins) đường kính $\phi 5\text{ mm}$ đặt tại các góc đáy của từng viên đá, kết hợp 4 chốt hồi vị $\phi 16\text{ mm}$ gắn lò xo Misumi tải trọng trung bình.

Công thức tính toán lực kẹp khuôn yêu cầu ($F_{clamping}$): $$F_{clamping} = \frac{P_{injection} \times A_{projected} \times K}{1000}$$ Trong đó:

  • $P_{injection}$: Áp suất phun trong lòng khuôn ($\approx 350\text{ kG/cm}^2 \approx 34.3\text{ MPa}$).
  • $A_{projected}$: Diện tích hình chiếu của sản phẩm và kênh dẫn keo ($A_{projected} \approx 216 \times 110 + 2500 = 26260\text{ mm}^2 \approx 262.6\text{ cm}^2$).
  • $K$: Hệ số an toàn ($K = 1.25$). $$\Rightarrow F_{clamping} = \frac{350 \times 262.6 \times 1.25}{1000} \approx 114.88\text{ tấn}$$ Bộ khuôn hoàn toàn tương thích và vận hành an toàn trên máy ép nhựa 120 tấn.

Methodology

Quy trình phát triển được triển khai tuần tự theo mô hình tích hợp CAD/CAE/CAM khép kín:

[Khảo sát & CAD Sản phẩm] (NX 2212)
       |
       v
[Thiết kế Kết cấu Khuôn 3D] (NX Mold Wizard)
       |
       v
[Mô phỏng Động học Dòng chảy CAE] (Moldex3D Studio 2022) <---+ (Nếu phát hiện khuyết tật)
       |                                                    |
       +--(Đạt chuẩn: Không rỗ khí, điền đầy 100%)---------+
       |
       v
[Lập trình CAM & Xuất G-Code] (Cimatron E15 / Creo 9.0)
       |
       v
[Gia công CNC & Đánh bóng Lòng khuôn] (Makino PS65)
       |
       v
[Lắp ráp, Cân chỉnh & Ép thử Thực tế] (Vật liệu PP)
  1. Giai đoạn 1 (Milestone M1 - Tuần 1-3): Khảo sát thị trường, thiết kế sản phẩm trên Siemens NX 2212, phân tích draft analysis và gán hệ số bù co ngót $1.015$.
  2. Giai đoạn 2 (Milestone M2 - Tuần 4-6): Thiết kế bộ khuôn 3 tấm 3D, tính toán kết cấu cơ khí, bố trí kênh dẫn và hệ thống làm mát baffle/cooling line $\phi 8\text{ mm}$.
  3. Giai đoạn 3 (Milestone M3 - Tuần 7-9): Chạy mô phỏng lưu biến dòng chảy trên Moldex3D Studio 2022, tinh chỉnh vị trí cổng phun điểm để triệt tiêu đường hàn (weld lines).
  4. Giai đoạn 4 (Milestone M4 - Tuần 10-13): Lập trình gia công phay CNC trên Cimatron E15, gia công phôi thép SKD61/P20 trên máy Makino PS65, mài rà và đánh bóng gương.
  5. Giai đoạn 5 (Milestone M5 - Tuần 14-16): Lắp ráp bộ khuôn, thử nghiệm ép phun tại xưởng, đo kiểm kích thước bằng đồng hồ so Mitutoyo và nghiệm thu sản phẩm khay đá hoàn chỉnh.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình mô hình hóa hình học khay đá trên Siemens NX được kiểm soát nghiêm ngặt bằng cây lịch sử tính năng (Feature Tree):

// Thuật toán dựng hình học khay làm đá trên Siemens NX (Parametric CAD Logic)
Step_01: Create_Base_Block(Length=216.0, Width=110.0, Height=32.0);
Step_02: Extrude_Trapezoid_Pockets(Count_X=6, Count_Y=3, Draft_Angle=2.0);
Step_03: Apply_Shell_Feature(Wall_Thickness=1.2, Open_Face=Top);
Step_04: Add_Rim_Flange(Offset=3.5, Thickness=1.5);
Step_05: Apply_Draft_Angle(Target_Faces=Outer_Walls, Angle=1.5, Pull_Direction=Z_Positive);
Step_06: Apply_Fillet_Radius(Inner_Bottom_R=2.0, Outer_Edge_R=1.5, Cavity_Corner_R=1.0);
Step_07: Generate_Reinforcement_Ribs(Thickness=0.8, Height=6.0, Pattern=Rectangular);
Step_08: Export_STEP_to_CAE_and_CAM(Tolerance=0.001);

Đối với quy trình gia công cơ khí chính xác các tấm lòng khuôn Cavity Insert và lõi khuôn Core Insert (sử dụng thép P20 độ cứng $32 - 35\text{ HRC}$), mã chương trình NC được xuất từ phần mềm CAM Cimatron E15 cho máy phay Makino PS65:

(PROGRAM: CAVITY_FINISH_POCKETS)
(TOOL: ARNO BALL NOSE R3.0 CARBIDE 4-FLUTE)
(SPINDLE SPEED: 7500 RPM, FEEDRATE: 1800 MM/MIN, STEP-OVER: 0.15 MM)
G21 G90 G40 G80 G49
G54 G00 X-95.500 Y-45.000
G43 H05 Z50.000 S7500 M03
M08 (COOLANT ON)
Z5.000
G01 Z-2.500 F600
G17 G03 X-90.500 Y-40.000 I0.0 J5.0 F1800
G01 X90.500
G02 X95.500 Y-45.000 I5.0 J0.0
G01 Y-45.000
... (Chạy biên dạng 3D 18 hốc đá với dung sai gia công 0.01 mm)
G00 Z50.000
M09 (COOLANT OFF)
M05
G91 G28 Z0.
G28 X0. Y0.
M30

Testing và validation

Quá trình kiểm chứng được tiến hành theo 2 bước: Mô phỏng lưu biến kỹ thuật số (CAE) và ép phun thực nghiệm trên máy ép thủy lực.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MOLDEX3D STUDIO 2022                  |
+-------------------------------------------------------------------------+
| Thông số kiểm thử             | Giá trị đạt được  | Tiêu chuẩn kỹ thuật |
+-------------------------------+-------------------+---------------------+
| Thời gian điền đầy (Fill time)| 1.28 s            | <= 1.50 s           |
| Áp suất phun cực đại          | 68.4 MPa          | <= 90.0 MPa         |
| Nhiệt độ nhựa nóng chảy       | 220 °C            | 210 - 240 °C        |
| Nhiệt độ bề mặt khuôn         | 45.2 °C           | 40 - 50 °C          |
| Khả năng điền đầy thể tích    | 100.0%            | 100.0%              |
| Độ co rút thể tích trung bình | 4.12%             | 3.8 - 4.5%          |
| Bẫy khí (Air traps)           | Đưa về đường phân | Không nằm ở hốc đá  |
| Đường hàn (Weld lines)        | Ẩn tại gân đáy    | Không xuất hiện mặt |
+-------------------------------------------------------------------------+

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  THÔNG SỐ ÉP THỰC NGHIỆM VỚI NHỰA PP                    |
+-------------------------------------------------------------------------+
| Nhiệt độ vòi phun (Nozzle Temp):       | 225 °C                         |
| Nhiệt độ vùng gia nhiệt 1 - 2 - 3:     | 215 °C - 205 °C - 190 °C       |
| Áp suất phun sơ cấp (1st Injection P): | 72 bar                         |
| Áp suất giữ áp (Packing Pressure):     | 45 bar (thời gian giữ: 3.5 s)  |
| Thời gian làm nguội (Cooling Time):    | 14.0 s                         |
| Chu kỳ ép hoàn chỉnh (Total Cycle):    | 26.8 s                         |
+-------------------------------------------------------------------------+

Kết quả đạt được

Bộ khuôn chế tạo đã hoàn thiện và ép thử thành công mẫu khay đá 18 viên đáp ứng trọn vẹn các yêu cầu thiết kế ban đầu:

  • Chất lượng ngoại quan: Bề mặt khay sáng bóng đồng đều, không xảy ra hiện tượng cháy nhựa, rỗ khí bề mặt hay khuyết tật lõm chân gân (sink marks).
  • Độ chính xác kích thước: Kích thước bao ngoài đo kiểm thực tế đạt $216.08 \times 110.05 \times 32.02\text{ mm}$, nằm hoàn toàn trong dung sai cho phép $\pm 0.1\text{ mm}$.
  • Hoạt động cơ khí: Hệ thống trượt 3 tấm đóng mở êm mượt, cơ cấu gãy cuống keo điểm hoạt động 100% tự động, dàn 18 pin đẩy sản phẩm đều lực, không làm móp méo hay biến trắng chân pin trên khay đá.
  • Thời gian chu kỳ sản xuất: Rút ngắn xuống còn $26.8\text{ s}$ (so với dự tính ban đầu là $35\text{ s}$), nâng cao năng suất sản xuất hàng loạt.

Đổi mới và đóng góp

  1. Tối ưu hóa hệ thống cấp nhựa 3 tấm cổng điểm: Khắc phục nhược điểm của các loại khuôn 2 tấm thông thường (phải cắt tỉa bavia cuống keo thủ công). Cổng pin-point gate đường kính $\phi 0.8\text{ mm}$ tự đứt gãy gọn gàng ngay khi mở mặt phân khuôn thứ nhất, để lại dấu vết cổng gần như vô hình trên thân sản phẩm.
  2. Thiết kế kênh làm mát đồng bộ hai nửa khuôn: Đường nước $\phi 8\text{ mm}$ được bố trí lượn sát theo biên dạng từng hàng hốc làm đá, giảm $22%$ thời gian làm nguội so với hệ thống kênh nước thẳng thông thường.
  3. Tỷ lệ nội địa hóa và chuẩn hóa cao: 100% các chi tiết phụ trợ (bạc cuống phun, chốt dẫn hướng, bạc dẫn, chốt hồi, lò xo, bulong vòng) sử dụng chuẩn công nghiệp Misumi, giúp việc bảo trì, thay thế phụ tùng định kỳ trở nên dễ dàng với chi phí tối thiểu.
  4. Hiệu quả kinh tế vượt trội: Toàn bộ quy trình thiết kế, mô phỏng và gia công khuôn được thực hiện trong nước với tổng chi phí chế tạo giảm hơn $40%$ so với việc đặt mua khuôn thương mại cùng cấu hình từ nước ngoài.

Ứng dụng thực tế và triển khai

  • Khả năng ứng dụng: Bộ khuôn sẵn sàng tích hợp trực tiếp vào dây chuyền sản xuất của các nhà máy nhựa gia dụng, xưởng ép nhựa vừa và nhỏ phục vụ cho chuỗi cung ứng tủ lạnh hoặc bán lẻ đồ gia dụng trên các sàn thương mại điện tử.
  • Năng lực sản xuất dự tính:
    • Sản lượng: ~134 sản phẩm/giờ (với chu kỳ $26.8\text{ s}$).
    • Quy mô 2 ca làm việc ($16\text{ giờ/ngày}$): ~2,140 sản phẩm/ngày.
    • Sản lượng hàng tháng: $> 55,000$ sản phẩm/tháng.
  • Phân tích Chi phí & ROI (Tỷ suất hoàn vốn):
    • Chi phí chế tạo bộ khuôn hoàn chỉnh (phôi thép, linh kiện Misumi, gia công CNC, đánh bóng): $\approx 42,000,000\text{ VNĐ}$.
    • Giá thành sản xuất 1 khay nhựa PP (hạt nhựa 42g + điện năng + nhân công): $\approx 2,400\text{ VNĐ/sản phẩm}$.
    • Giá bán buôn dự kiến: $5,500\text{ VNĐ/sản phẩm}$ (Lợi nhuận gộp: $3,100\text{ VNĐ/sản phẩm}$).
    • Thời gian hòa vốn khuôn (Break-even volume): $\approx 13,550$ sản phẩm ($\approx 7$ ngày sản xuất liên tục).
Lộ trình triển khai thương mại hóa (Roadmap):
- Tháng 01: Thử nghiệm ép ổn định 10,000 chu kỳ đầu tiên, kiểm tra độ mài mòn mặt phân khuôn.
- Tháng 02: Tối ưu hóa tự động hóa - Lắp thêm cánh tay robot gắp sản phẩm tự động.
- Tháng 03-06: Chuyển giao công nghệ và thương mại hóa sản phẩm ra thị trường gia dụng.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế kỹ thuật hiện tại:
    • Khuôn sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội (cold runner) nên vẫn phát sinh đuôi keo thừa cần thu gom tái chế nghiền lại.
    • Số lượng lòng khuôn giới hạn ở 1 cụm khay ($1 \times 18$ ô) phù hợp quy mô vừa và nhỏ; chưa đáp ứng được các đơn hàng siêu lớn đòi hỏi khuôn 2 cụm ($2 \times 18$ ô).
  • Hướng phát triển đề xuất:
    • Nâng cấp sang hệ thống van kim Hot Runner điều khiển điện từ (Valve Gate) nhằm triệt tiêu hoàn toàn phế liệu cuống keo, tiết kiệm $8%$ khối lượng hạt nhựa trên mỗi phát bắn (shot).
    • Xử lý nhiệt luyện thấm Nitơ (Nitriding) bề mặt lòng khuôn để nâng cao tuổi thọ khuôn từ 300,000 shots lên 1,000,000 shots.
    • Tích hợp cảm biến áp suất và nhiệt độ không dây bên trong lòng khuôn phục vụ giám sát sản xuất thông minh theo tiêu chuẩn Smart Factory / IoT.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Cơ khí/Chế tạo máy: Đồ án cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết từ thiết kế CAD, tính toán cơ khí, mô phỏng CAE trên Moldex3D đến quy trình xuất mã G-code gia công CNC thực tế.
  • Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu (Mold Designers): Cung cấp giải pháp kết cấu khuôn 3 tấm cổng điểm chuẩn hóa, kinh nghiệm xử lý góc thoát khuôn và thiết kế hệ thống đẩy cho sản phẩm có thành vách sâu.
  • Doanh nghiệp sản xuất nhựa gia dụng: Tiếp cận phương án chế tạo khuôn nội địa giá rẻ, chất lượng tương đương hàng nhập khẩu, rút ngắn thời gian thu hồi vốn xuống dưới 1 tháng sản xuất.
  • Nhà nghiên cứu công nghệ vật liệu & Ép phun: Nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về thông số ép lưu biến nhựa Polypropylene (PP) nhiệt dẻo làm tiền đề tối ưu hóa các nghiên cứu kế tiếp.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu của máy ép nhựa để vận hành bộ khuôn này là gì?

Máy ép nhựa cần có lực kẹp khuôn tối thiểu từ $120\text{ tấn}$ trở lên, khoảng cách giữa 4 thanh giằng (tie-bar spacing) lớn hơn $350 \times 350\text{ mm}$, dung tích ép (shot weight) tối thiểu đạt $80\text{ g/shot}$ (sản phẩm nặng $42.6\text{ g}$ cộng cuống keo $\approx 15\text{ g}$) và trang bị hệ thống điều khiển gia nhiệt vòi phun từ $180 - 250^\circ\text{C}$.

2. Tại sao đồ án chọn khuôn 3 tấm thay vì khuôn 2 tấm truyền thống?

Khay đá có diện tích bề mặt lớn với 18 ô độc lập. Nếu dùng khuôn 2 tấm với cổng cạnh (edge gate), dòng nhựa điền đầy sẽ không đồng đều, dễ gây cong vênh và phải tốn nhân công cắt cuống keo thủ công. Khuôn 3 tấm cho phép đặt cổng phun điểm (pin-point gate) trực tiếp trên đáy khay, giúp điền đầy cân bằng và tự động cắt rời cuống keo khi mở khuôn.

3. Giải pháp nào được áp dụng để ngăn ngừa sản phẩm bị dính vào nửa khuôn cố định (Cavity)?

Góc nghiêng thoát khuôn (Draft Angle) của nửa khuôn di động (Core) được thiết kế $2^\circ$, lớn hơn góc nghiêng của nửa khuôn cố định (Cavity là $1.5^\circ$), kết hợp cùng việc gia công độ nhám bóng gương $Ra \le 0.2\ \mu\text{m}$ cho Cavity và chốt giật đuôi keo côn ngược bố trí bên phần di động để giữ sản phẩm luôn dính về phía Core trước khi hệ thống pin đẩy kích hoạt.

4. Quy trình bảo dưỡng định kỳ bộ khuôn được khuyến nghị như thế nào?

Sau mỗi $20,000$ chu kỳ ép, cần vệ sinh sạch sẽ mặt phân khuôn bằng dung dịch tẩy cặn nhựa chuyên dụng, tra mỡ bôi trơn chịu nhiệt vào 4 chốt dẫn hướng và dàn pin đẩy. Định kỳ $100,000$ chu kỳ cần thông rửa cặn canxi trong đường nước làm mát và kiểm tra độ đàn hồi của 4 lò xo hồi vị.

5. Nếu thay đổi nguyên liệu từ PP sang nhựa kháng va đập ABS thì khuôn có cần sửa đổi không?

Độ co rút của nhựa PP là $1.5%$, trong khi nhựa ABS có độ co rút thấp hơn ($0.4 - 0.7%$). Nếu ép nhựa ABS trên bộ khuôn này, kích thước khay đá sẽ lớn hơn kích thước thiết kế ban đầu khoảng $0.8 - 1.1%$. Đồng thời, nhiệt độ khuôn và áp suất phun cần điều chỉnh tăng lên do nhựa ABS có độ nhớt cao hơn PP.

Kết luận

Đề tài "Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun (Sản phẩm khay làm đá tủ lạnh loại nhỏ)" đã hiện thực hóa thành công chu trình khép kín của kỹ thuật cơ khí hiện đại: từ nghiên cứu tính chất vật liệu nhựa PP, mô hình hóa 3D trên Siemens NX, mô phỏng kiểm soát khuyết tật trên Moldex3D Studio 2022, lập trình CAM gia công trên Makino PS65 cho đến lắp ráp và ép thử nghiệm thành công. Bộ khuôn 3 tấm cổng điểm đạt độ chính xác cao, tự động hóa khâu tách đuôi keo, thời gian chu kỳ ép đạt $26.8\text{ s}$ và cho ra sản phẩm khay đá 18 ô thẩm mỹ, không khuyết tật. Đây là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi của việc làm chủ công nghệ khuôn mẫu chính xác phục vụ ngành công nghiệp phụ trợ Việt Nam.