Đồ án thiết kế, chế tạo khuôn ép phun sản phẩm nắp C-30, EC-28, EC-40 tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đồ án thiết kế và chế tạo khuôn ép phun sản phẩm nắp C-30, EC-28, EC-40 bằng nhựa LDPE tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, ứng dụng mô phỏng Moldex 3D.

• Tác giả: Trần Đăng Khoa
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun sản phẩm nắp C-30, EC-28, EC-40
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế khuôn ép phun nắp C 30 EC 28 EC 40

Đề tài thiết kế và chế tạo khuôn ép phun nắp C-30, EC-28, EC-40 xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong ngành công nghiệp cơ khí. Các loại nắp này đóng vai trò nắp bịt đầu ống thủy lực. Chúng ngăn ngừa bụi bẩn, giữ dầu bôi trơn và bảo vệ ren cơ khí. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM triển khai đề tài này nhằm làm chủ quy trình chế tạo khuôn mẫu chính xác. Quá trình phát triển kết hợp lý thuyết cơ học và thực nghiệm công nghệ hiện đại. Dự án tập trung vào tính tương thích của vật liệu nhựa LDPE. Dây chuyền sản xuất sử dụng máy ép nhựa Haitian MA1200 III sẵn có tại xưởng trường. Toàn bộ chu trình từ lên bản vẽ, mô phỏng động học đến gia công cơ khí đều được kiểm soát chặt chẽ. Kết quả mang lại giải pháp công nghệ hoàn chỉnh cho sản phẩm nhựa kỹ thuật công nghiệp. Đồ án tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng công nghệ ép phun vào thực tế sản xuất tại Việt Nam.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đồ án

Mục tiêu chính là hoàn thiện bộ khuôn ép phun cho ba biến thể nắp bảo vệ C-30, EC-28 và EC-40. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tính toán kết cấu cơ khí, thiết kế lòng khuôn và lập trình gia công CNC. Đề tài tập trung tối ưu hóa các thông số ép trên máy Haitian MA1200 III. Vật liệu gia công khuôn được lựa chọn dựa trên yêu cầu chịu tải và độ bền cơ học. Hệ thống kênh dẫn và miệng phun được bố trí đồng đều nhằm giảm thiểu hao phí phôi nhựa. Nghiên cứu giải quyết bài toán gia công chính xác các chi tiết có ren tiêu chuẩn. Đồ án cung cấp bộ dữ liệu kỹ thuật đầy đủ để phục vụ sản xuất thực tế tại xưởng.

1.2. Đặc tính vật liệu nhựa LDPE trong công nghệ ép phun

Nhựa LDPE là vật liệu chính được ứng dụng cho sản phẩm nắp bịt thủy lực. Loại nhựa nhiệt dẻo này có độ dẻo dai cao, trọng lượng nhẹ và khả năng kháng hóa chất vượt trội. Khả năng chống va đập tốt giúp bảo vệ hoàn hảo các khớp ren kim loại. Tuy nhiên, LDPE có hệ số co rút thể tích tương đối lớn trong quá trình đông đặc. Hiện tượng này đòi hỏi tính toán độ co ngót chính xác ngay từ khâu thiết kế lòng khuôn. Nhiệt độ gia công và áp suất ép cần được kiểm soát nghiêm ngặt. Sự kiểm soát chặt chẽ giúp ngăn ngừa khuyết tật lõm bề mặt và biến dạng hình học. Nhựa LDPE bảo đảm giá thành sản xuất thấp và thân thiện với môi trường tái chế.

II. Phân tích kỹ thuật khuôn ép phun nắp C 30 EC 28 EC 40

Quá trình thiết kế khuôn ép phun đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật cơ bản. Cấu tạo nắp C-30, EC-28 và EC-40 sở hữu các biên dạng ren và gờ phức tạp. Khuyết tật co rút vật liệu nhựa dễ gây sai lệch kích thước ren. Vấn đề này làm mất khả năng lắp ghép chính xác của chi tiết đầu nối thủy lực. Hệ thống đẩy sản phẩm yêu cầu cơ chế phân bố lực đẩy đồng trục. Lực tác động không đều sẽ gây biến dạng thành mỏng hoặc làm xước bề mặt ren nắp. Sự cân bằng nhiệt độ trong lòng khuôn cũng là bài toán nan giải. Nếu giải nhiệt không đồng đều, chi tiết sẽ bị cong vênh nghiêm trọng sau khi tháo khuôn. Hơn nữa, việc bố trí cổng phun không hợp lý sinh ra đường hàn nhựa và hiện tượng bẫy khí. Áp suất ép dư thừa có thể dẫn tới sự cố tràn bavia ở mặt phân khuôn. Các phân tích kỹ thuật đòi hỏi phương pháp mô phỏng số chính xác để ngăn ngừa lỗi trước khi tiến hành gia công cơ khí.

2.1. Thách thức cơ cấu tách khuôn chi tiết ren ngoài

Nắp bịt thủy lực thường chứa ren ngoài hoặc biên dạng gờ giữ ống. Cơ cấu tách khuôn thông thường khó có thể đẩy chi tiết ra ngoài mà không làm hỏng ren. Giải pháp truyền thống sử dụng lõi ren quay phức tạp và tốn kém chi phí chế tạo. Đối với nhựa LDPE có tính đàn hồi cao, cơ cấu giật tháo ren cưỡng bức là một phương án khả thi. Tuy nhiên, góc thoát khuôn và bề mặt lòng khuôn phải có độ bóng rất cao. Lực đẩy cần phân bổ đồng đều qua hệ thống ống đẩy hoặc tấm đẩy vòng. Nếu tính toán sai lệch góc nghiêng, sản phẩm sẽ bị kẹt hoặc đứt gãy ngay trên cối khuôn.

2.2. Kiểm soát khuyết tật điền đầy và cong vênh sản phẩm

Khuyết tật điền đầy thiếu và đường hàn là hai vấn đề phổ biến trong công nghệ ép nhựa. Dòng nhựa LDPE nóng chảy khi gặp các tiết diện thay đổi đột ngột thường giảm tốc độ dòng chảy. Áp suất nén suy giảm dẫn đến bẫy khí tại đỉnh nắp sản phẩm. Hiện tượng co rút không đồng đều còn làm biến dạng hình học nắp hình trụ. Phần đáy nắp có xu hướng cong vênh, gây rò rỉ khi lắp vào đường ống thủy lực. Việc phân tích trường nhiệt độ và áp suất giữ áp trở thành yêu cầu bắt buộc. Nhà thiết kế phải xác định chính xác vị trí miệng phun và kích thước kênh dẫn nhằm triệt tiêu các khuyết tật này.

III. Giải pháp chế tạo khuôn ép phun nắp C 30 EC 28 EC 40

Đồ án áp dụng chuỗi giải pháp kỹ thuật tích hợp phần mềm Creo 9 và Moldex3D. Phần mềm Creo 9 hỗ trợ tạo mô hình 3D, thiết lập lòng khuôn và chia tách mặt phân khuôn. Hệ số co rút của LDPE được tích hợp chính xác vào kích thước phôi tạo hình. Song song đó, công cụ Moldex3D đóng vai trò mô phỏng động học điền đầy nhựa nóng chảy. Mô phỏng giúp nhận diện trước vị trí bẫy khí và kiểm soát thời gian làm nguội tối ưu. Sau khi hoàn thiện thiết kế số, dữ liệu được chuyển sang trung tâm gia công CNC. Các chi tiết cối khuôn và chày khuôn trải qua quy trình phay, tiện và xung điện chính xác. Khuôn hoàn thiện được lắp đặt trực tiếp trên máy ép Haitian MA1200 III tại xưởng cơ khí. Nhóm thực hiện tiến hành ép thử nghiệm qua nhiều chu kỳ liên tục để hiệu chỉnh áp suất ép. Quy trình khép kín này đảm bảo độ chính xác cơ học và giảm thiểu phế phẩm.

3.1. Ứng dụng phần mềm Creo 9 và Moldex3D

Quy trình thiết kế khuôn bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình sản phẩm trên phần mềm Creo 9. Kỹ sư tiến hành phân tích mặt phân khuôn, gán hệ số bù co ngót và tạo thể tích khuôn cố định, di động. Tiếp theo, mô hình hình học được nhập vào Moldex3D để chạy bài toán CAE. Phần mềm mô phỏng trường áp suất phun, nhiệt độ nóng chảy và hướng dòng nhựa điền đầy. Các thông số vận hành như thời gian nén và chu kỳ làm nguội được tối ưu hóa chuẩn xác. Dữ liệu mô phỏng cung cấp cơ sở vững chắc để định vị cổng bơm nhựa và rãnh thoát khí. Nhờ đó, rủi ro khuyết tật sản phẩm được loại trừ hoàn toàn trước khâu sản xuất cơ khí.

3.2. Gia công CNC và thử nghiệm trên máy Haitian MA1200 III

Các linh kiện lòng khuôn và chày khuôn phi tiêu chuẩn được gia công bằng máy phay CNC hiện đại. Đường chạy dao được lập trình chuẩn xác để đạt độ bóng bề mặt yêu cầu. Bộ khuôn hoàn chỉnh được gá đặt lên máy ép nhựa Haitian MA1200 III tại xưởng cơ khí. Quá trình ép thử nghiệm vận hành dưới các chế độ nhiệt và áp lực khác nhau. Nhiệt độ gia nhiệt nòng trục vít được thiết lập phù hợp với hạt nhựa LDPE. Áp suất phun và thời gian giữ áp được tinh chỉnh từng bước qua các mẫu thử. Kết quả tạo ra các nắp C-30, EC-28 và EC-40 sắc nét, không xuất hiện bavia hay bọt khí bên trong kết cấu.

IV. Ứng dụng thực tế khuôn ép phun nắp C 30 EC 28 EC 40

Đề tài tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã chứng minh tính thực tiễn cao của bộ khuôn ép phun. Sản phẩm nắp C-30, EC-28 và EC-40 đáp ứng toàn diện các tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp. Độ bám khít và khả năng chống bụi của nắp bảo vệ hệ thống thủy lực hoạt động ổn định. Bộ khuôn vận hành trơn tru trên máy Haitian MA1200 III với chu kỳ ép ngắn và năng suất cao. Kết quả nghiên cứu khẳng định năng lực tự chủ trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu chính xác tại Việt Nam. Doanh nghiệp phụ trợ cơ khí có thể ứng dụng trực tiếp thiết kế này vào dây chuyền sản xuất thương mại. Chi phí đầu tư khuôn nội địa thấp hơn đáng kể so với việc nhập khẩu khuôn từ nước ngoài. Ngoài ra, đề tài còn đóng góp nguồn tài liệu giảng dạy giá trị cho sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy. Hướng nghiên cứu mở ra tiềm năng tối ưu hóa tự động hóa cho các dòng sản phẩm nhựa kỹ thuật tiếp theo.

4.1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong sản xuất công nghiệp

Việc tự chủ chế tạo khuôn mẫu mang lại lợi thế kinh tế lớn cho các đơn vị sản xuất. Chi phí gia công khuôn trong nước giảm hơn bốn mươi phần trăm so với nhập khẩu nguyên chiếc. Thời gian bảo trì, sửa chữa và thay thế linh kiện khuôn diễn ra nhanh chóng. Năng suất ép nhựa tăng cao nhờ chu kỳ làm nguội tối ưu hóa trên phần mềm Moldex3D. Tỷ lệ lỗi bề mặt và phế phẩm nhựa LDPE giảm xuống mức tối thiểu. Sản phẩm nắp bịt đảm bảo độ kín khít tuyệt đối, chống rò rỉ dầu thủy lực hiệu quả. Đây là tiền đề thuận lợi để mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp hàng loạt.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến bộ khuôn nắp thủy lực

Nghiên cứu mở ra hướng phát triển nâng cao tính tự động hóa cho bộ khuôn. Việc ứng dụng hệ thống kênh dẫn nóng hot runner là giải pháp giảm triệt để cuống phun thừa. Thiết kế khuôn đa lòng ép đồng thời nhiều kích thước nắp giúp tăng gấp đôi năng suất sản xuất. Vật liệu làm lòng khuôn có thể nâng cấp lên các dòng thép hợp kim cao cấp để kéo dài tuổi thọ. Hệ thống cảm biến áp suất và nhiệt độ gắn trực tiếp trong lòng khuôn sẽ hỗ trợ giám sát thông minh theo chuẩn công nghiệp hiện đại. Những cải tiến này sẽ nâng tầm giải pháp khuôn ép phun tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, nền kinh tế của nước ta đang ngày càng phát triển. Các mẫu mã sản phẩm không chỉ phong phú, đa dạng mà còn có nhiều sự sáng tạo, đột phá phục vụ cho nhu cầu cuộc sống của con người. Một trong đó phải kể đến các sản phẩm được sản xuất từ nhựa - một loại sản phẩm phổ biến trong cuộc sống.

Các sản phẩm nhựa đang được ưa chuộng rộng rãi do nhẹ, bền, giá thành rẻ và có thể tái sử dụng lại. Vì thế, chúng ta có thể thấy sản phẩm nhựa ở khắp mọi nơi như trong các dụng cụ gia đình, các linh kiện điện tử, trong sản xuất máy móc, trang thiết bị… với đa dạng về hình dáng và màu sắc khác nhau. Yêu cầu đa dạng về hình dáng và màu sắc và tính hàng loạt dần trở thành trở ngại đối với các máy vạn năng. Trong xu thế ấy, việc phát triển và áp dụng công nghệ ép phun là hết sức cần thiết và thực tế.

Nhờ những xu thế và tiềm năng của ngành công nghiệp nhựa hiện nay và đúng với chuyên ngành mà nhóm đang theo đuổi và học tập, nhóm đã bàn bạc để chọn ra một đề tài liên quan đến công nghệ ép phun mà cụ thể là thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa cũng như áp dụng tất cả các kiến thức mà mình có được để áp dụng vào việc thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh, mang tính thực tế. Trong sự lớn mạnh phát triển của xã hội đòi hỏi ngành công nghiêp phải tạo ra được các sản phẩm nhanh, có tính hàng loạt cao, với mục tiêu vận dụng các môn đã học vào thực tế và tạo ra các loại sản phẩm thiết thực và có tính thương mại hoá sản phẩm. Nhóm đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế chế tạo khuôn ép sản phẩm nắp C-30, EC-28, EC-40” để nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu này mang tính thực tế trong đời sống và sản xuất.

Vì vậy, việc thực hiện đề tài đồ án này sẽ giúp nhóm áp dụng được tất cả các kiến thức, kỹ năng đã tích lũy được vào việc thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép nhựa mang tính thực tế cao, đồng thời trao dồi, bổ sung thêm kiến thức còn thiếu, rèn luyện các kỹ năng cần thiết, để sau này có sự tự tin để bước vào đời và đi làm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Cuộc cách mạng 4.0 nổ ra đã đưa nền công nghiệp Việt Nam phát triển nhanh chóng ở mọi lĩnh vực. Trong đó, ngành nhựa kĩ thuật ở Việt Nam là nhóm ngành sản xuất nhựa có tốc độ tăng trưởng cao nhất và giá trị sản phẩm ngày một lớn. Nắm bắt được tcố định lí đó, việc sản xuất bộ khuôn ép nhựa “nắp C-30, EC-28, EC-40” sẽ góp phần giảm thiểu được chi phí nhập sản phẩm từ nước ngoài và có thể thương mại hoá sản phẩm.

1 Nhóm đã thực hiện đầy đủ các quy tình thiết kế, chế tạo và gia công ra một bộ khuôn hoàn chỉnh. Từ đó: - Tiết kiệm sức lao động, tăng năng suất, chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn. - Góp phần đẩy mạnh và phát triển ngành công nghiệp nhựa kỹ thuật ở Việt Nam. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.

Giới hạn - Đề tài giới hạn phạm vi kiến thức ở việc thiết kế và chế tạo ra bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm “Nắp bịt ống thuỷ lực” với 4 sản phẩm mỗi lần ép khuôn. Vật liệu được sử dụng trong gia công khuôn là thép C45. - Sản phẩm sử dụng vât liệu nhựa LDPE và sản phẩm sau khi ép khuôn sẽ được thử nghiệm dựa trên mẫu có sẵn ngoài thị trường hiện nay.