Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu đóng vai trò là ngành công nghiệp phụ trợ mang tính nền tảng cho sự phát triển của nền sản xuất hiện đại. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng khuôn mẫu trong các ngành sản xuất hàng loạt, đặc biệt là ngành nhựa gia dụng và công nghiệp, ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, số lượng các cơ sở giáo dục đại học và cao đẳng có chương trình đào tạo chuyên sâu, bài bản về công nghệ khuôn mẫu vẫn còn hạn chế; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh là một trong số ít đơn vị giảng dạy chuyên ngành này cho sinh viên cơ khí chế tạo máy.

Về bối cảnh thực tiễn tiêu dùng, sự phát triển của đời sống xã hội và thời tiết nóng bức đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng thiết bị lạnh gia đình tăng nhanh. Tỷ lệ hộ gia đình sử dụng tủ lạnh tại Việt Nam đã tăng từ 48,9% lên mức 80,5%, trong đó khu vực thành thị chiếm đến 86,2%. Đi kèm với tỷ lệ sở hữu tủ lạnh, nhu cầu làm và lưu trữ đá viên phục vụ sinh hoạt hàng ngày chiếm tới 99%. Mặc dù các sản phẩm khay làm đá trên thị trường hiện nay có sự đa dạng về kiểu dáng và vật liệu, phần lớn các mặt hàng thương mại giá rẻ đều có xuất xứ từ Trung Quốc với chất lượng chỉ dừng ở mức trung bình. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài "Thiết kế, chế tạo lõi khuôn ép phun (Sản phẩm Khay làm đá tủ lạnh loại vừa)" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế sản phẩm gia dụng, tính toán kết cấu khuôn, mô phỏng dòng chảy nhựa và gia công thực nghiệm bộ khuôn hoàn chỉnh.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định qua 4 nhiệm vụ trọng tâm:

  1. Nghiên cứu thiết kế, gia công và lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn ép phun.
  2. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ khuôn ép phun.
  3. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông số công nghệ của máy ép phun.
  4. Nghiên cứu các chủng loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo phổ biến trên thị trường để lựa chọn vật liệu ép thử nghiệm phù hợp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuôn ép phun nhựa, máy ép phun nhựa, máy phay CNC 3 trục, vật liệu kim loại làm khuôn, vật liệu nhựa gia công và chu trình công nghệ CAD/CAE/CAM/CNC.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát và thiết kế sản phẩm khay làm đá tủ lạnh loại vừa gồm 24 ngăn (kết cấu 8 x 3 viên dạng hình thang đứng); thiết kế bộ khuôn ép nhựa 2 tấm sử dụng linh kiện tiêu chuẩn Misumi; mô phỏng dòng chảy nhựa trên Moldex3D Studio 2022; lập trình gia công CNC cụm lõi khuôn (Core/Cavity Insert) trên máy phay Makino PS65; thử nghiệm ép sản phẩm bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo đàn hồi TPU trên máy ép phun thủy lực 120 tấn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun (Injection Molding) là quá trình nung chảy nhựa nhiệt dẻo hoặc vật liệu đàn hồi dưới tác dụng của nhiệt và áp suất, sau đó phun nhựa nóng chảy vào lòng khuôn kín để điền đầy và định hình sản phẩm sau khi làm nguội. Chu trình ép phun bao gồm 4 giai đoạn nối tiếp diễn ra trong khoảng thời gian từ 2 giây đến 2 phút:

  • Giai đoạn kẹp khuôn: Cụm kẹp khuôn đóng chặt hai nửa khuôn (khuôn tĩnh và khuôn động) dưới một lực kẹp lớn nhằm chống lại áp lực phun của dòng nhựa nóng chảy.
  • Giai đoạn tiêm (phun nhựa): Trục vít tiến về phía trước để đẩy dòng nhựa nóng chảy qua vòi phun và hệ thống kênh dẫn đi vào lòng khuôn, duy trì áp lực nén để bù co ngót.
  • Giai đoạn làm mát: Hệ thống đường nước làm mát tuần hoàn quanh lòng khuôn hạ nhiệt độ của nhựa xuống dưới nhiệt độ hóa rắn để định hình sản phẩm.
  • Giai đoạn đẩy sản phẩm: Hệ thống thủy lực mở nửa khuôn di động, kích hoạt hệ thống pin đẩy để đẩy sản phẩm hoàn chỉnh ra ngoài.

Kết cấu khuôn ép nhựa hoàn chỉnh bao gồm 17 chi tiết cơ bản: tấm kẹp trên, tấm cố định (tấm khuôn cái), bạc cuống phun, vòng định vị, vít lục giác cố định, đường nước làm mát, tấm di động (tấm khuôn đực), 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. Các chi tiết này hợp thành các hệ thống chức năng chính: hệ thống dẫn hướng - định vị, hệ thống dẫn nhựa, hệ thống đẩy sản phẩm, hệ thống thoát khí và hệ thống làm nguội.

Tổng quan vật liệu nhựa nhiệt dẻo

Văn bản hệ thống hóa các nhóm nhựa nhiệt dẻo chính trên thị trường, bao gồm nhựa hàng hóa (PE, PP, PS), nhựa bán hàng hóa và kỹ thuật (ABS, PC, POM, PA) và nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPU). Đối với sản phẩm khay làm đá, vật liệu nhựa TPU (Thermoplastic Polyurethane) được lựa chọn nhờ độ bền cơ học, tính dẻo dai, khả năng uốn gấp giúp lấy đá viên dễ dàng mà không làm nứt vỡ khay.

Thông số kỹ thuật Giá trị tiêu chuẩn
Độ cứng 70 – 95 ± 2 Shore A
Mật độ (tỷ trọng) 1,18 g/cm³
Cường độ kéo giãn 150 – 250 kgf/cm²
Hiệu suất kéo (độ giãn dài tới hạn) 850%
Nhiệt độ làm mềm 90 – 110 °C
Chỉ số tan chảy (MFI) 20 – 40 ± 5 g/10 phút

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp khảo sát: Phân tích nhu cầu sử dụng thực tế của người tiêu dùng đối với khay đá tủ lạnh, so sánh các biên dạng khay trên thị trường (hình vuông, hình tròn, elip, hình thú) để quyết định kích thước và kết cấu khay dạng hình thang đứng 8 x 3 ngăn.
  • Phương pháp CAD/CAE: Sử dụng phần mềm SolidWorks để dựng mô hình hình học 3D của sản phẩm và thiết kế kết cấu bộ khuôn ép; ứng dụng phần mềm Moldex3D Studio 2022 để phân tích dòng chảy, kiểm tra thời gian điền đầy, áp suất phun, đường hàn và bẫy khí.
  • Phương pháp CAM/CNC: Lập trình đường chạy dao trên phần mềm Creo Parametric và Cimatron; thiết lập chế độ cắt và gia công phay CNC trên máy Makino PS65 3 trục.
  • Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp bộ khuôn, gá đặt lên máy ép nhựa 120 tấn và tiến hành ép thử nghiệm với vật liệu TPU để hiệu chỉnh thông số vận hành.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Quy trình thiết kế sản phẩm khay làm đá

Quy trình tạo hình khay làm đá 24 ngăn trên phần mềm SolidWorks được tác giả thực hiện tuần tự qua 28 bước công nghệ:

  1. Tạo khối hộp bao ban đầu bằng lệnh Extrude.
  2. Tạo khối hình thang đại diện cho khoang chứa nước đá bằng lệnh Extrude.
  3. Dựng biên dạng viền khay bằng lệnh Extrude.
  4. Khởi tạo các mặt phẳng tham chiếu phụ trợ bằng lệnh Plane.
  5. Cắt vát cạnh đáy khoang chứa bằng lệnh Extrude-Cut.
  6. Sao chép đối xứng biên dạng cắt đáy sang các cạnh đối diện bằng lệnh Mirror.
  7. Nhân bản các khoang chứa nước đá thành mảng 8 x 3 bằng lệnh LPattern.
  8. Tạo độ dày thành đồng nhất cho toàn bộ sản phẩm bằng lệnh Shell.
  9. Mở rộng gờ viền quanh thân khay bằng lệnh Extrude.
  10. Tạo góc nghiêng thoát khuôn cho thành khay bằng lệnh Draft.
  11. Bo tròn góc trong thành khoang chứa bằng lệnh Fillet.
  12. Bo tròn góc ngoài thành khoang chứa bằng lệnh Fillet.
  13. Bo cung lượn phía trong đáy khay bằng lệnh Fillet.
  14. Bo cung lượn phía ngoài đáy khay bằng lệnh Fillet. 15–24. Lần lượt tạo các cung lượn âm và dương tại các vị trí tiếp giáp giữa các ngăn chứa bằng chuỗi lệnh Fillet liên tiếp.
  15. Tạo mặt phẳng tham chiếu đáy bằng lệnh Plane. 26–28. Dựng các gân gia cường dưới đáy khay bằng lệnh Extrude kết hợp vát cạnh bằng lệnh Chamfer để tăng độ cứng vững và trợ lực khi vặn xoắn.

Thiết kế kết cấu bộ khuôn và phân tích CAE

Bộ khuôn được thiết kế theo dạng kết cấu khuôn 2 tấm, sử dụng cụm lõi ghép (Insert) để tối ưu hóa thời gian gia công và chi phí vật liệu:

  • Hệ thống dẫn hướng và định vị: Sử dụng 4 chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng tiêu chuẩn Misumi, kết hợp cơ cấu định vị mặt côn tại mặt phân khuôn nhằm đảm bảo độ đồng tâm giữa nửa khuôn âm (Cavity) và nửa khuôn dương (Core) dưới áp lực ép lớn.
  • Hệ thống cấp nhựa: Bạc cuống phun Misumi tiếp nhận nhựa từ vòi phun máy ép, dẫn qua kênh dẫn chính và miệng phun vào lòng khuôn; đuôi keo được giữ và giật ra nhờ chốt giật đuôi keo côn ngược.
  • Hệ thống làm nguội: Bố trí các rãnh dẫn nước làm mát tuần hoàn khép kín bao quanh tấm Core Insert và Cavity Insert, duy trì nhiệt độ khuôn đồng đều nhằm rút ngắn chu kỳ làm mát và chống cong vênh sản phẩm.
  • Hệ thống đẩy: Sử dụng dàn pin đẩy tiêu chuẩn Misumi gắn trên tấm kẹp pin và tấm đẩy pin, hồi vị bằng lò xo và chốt hồi dẫn hướng.
  • Phân tích mô phỏng dòng chảy (Moldex3D Studio 2022): Tiến hành mô phỏng số để kiểm tra quá trình điền đầy nhựa TPU vào lòng khuôn 24 ngăn. Kết quả phân tích xác định phân bố đường hàn (weld lines), các vị trí tập trung bọt khí (air traps) để mở rãnh thoát khí phù hợp, biểu đồ phân bố áp suất phun và trường nhiệt độ của nhựa trong suốt quá trình điền đầy và làm mát.

Gia công chế tạo và thử nghiệm ép phun

Quy trình gia công cơ khí chính xác được thực hiện trên máy phay CNC 3 trục Makino PS65 kết hợp đồ gá chuyên dụng (Jig gá kết hợp E-tô):

  • Hệ dao cụ và dụng cụ đo kiểm: Sử dụng dao phay ngón bằng, dao phay ngón gắn cung bo R, dao phay cầu, dao phay khỏa mặt gắn mảnh chip insert và mũi khoan của hãng Arno; mũi taro hãng Nikken; đầu kẹp dao, collet tiêu chuẩn; thiết lập chuẩn phôi bằng mũi set tâm và đồng hồ so cơ khí Mitutoyo.
  • Gia công các chi tiết kết cấu khuôn: Gia công phay khỏa mặt, phay hốc, khoan lỗ bu lông và doa lỗ chốt dẫn hướng cho tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm giữ và 2 gối đỡ.
  • Gia công cụm lõi tạo hình: Lập trình phay thô, phay bán tinh và phay tinh bề mặt phức tạp của tấm Core Insert và tấm Cavity Insert trên máy CNC Makino PS65.
  • Xử lý bề mặt và lắp ráp: Thực hiện đánh bóng bề mặt lòng khuôn đạt độ bóng yêu cầu, lắp ráp tấm Core Insert vào tấm khuôn âm và Cavity Insert vào tấm khuôn dương, căn chỉnh toàn bộ chốt đẩy, lò xo và hệ thống đường nước làm mát.
  • Thử nghiệm ép sản phẩm: Gá đặt bộ khuôn hoàn chỉnh lên máy ép phun thủy lực 120 tấn, nạp nguyên liệu hạt nhựa TPU, cài đặt các thông số nhiệt độ nung chảy, áp suất phun, áp suất giữ và thời gian làm mát. Kết quả ép thử tạo ra sản phẩm khay làm đá hoàn chỉnh, đúng biên dạng hình học, điền đầy hoàn toàn 24 ngăn chứa và bề mặt không xuất hiện bavia hay bọt khí.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tính cấp thiết của đề tài

Chương này phân tích bối cảnh ngành khuôn mẫu và công nghiệp gia dụng tại Việt Nam, nêu rõ tỷ lệ sở hữu tủ lạnh đạt 80,5% trên cả nước và 86,2% tại thành thị. Tác giả xác định ý nghĩa khoa học trong việc làm chủ quy trình CAD/CAE/CAM và ý nghĩa thực tiễn thông qua việc chế tạo bộ khuôn có khả năng sản xuất khay đá chất lượng cao thay thế hàng nhập khẩu giá rẻ. Chương 1 đồng thời xác định 4 mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu (khuôn, máy ép, máy CNC, nhựa TPU/PP/PU), phạm vi thực hiện và phương pháp luận khảo sát, tham khảo, mô phỏng và thực nghiệm.

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

Chương 2 trình bày có hệ thống về công nghệ ép phun, chu trình 4 giai đoạn ép phun (kẹp, tiêm, làm mát, đẩy) kéo dài từ 2 giây đến 2 phút. Nội dung phân loại máy ép phun theo phương thức truyền dẫn (máy điện sử dụng động cơ servo, máy thủy lực), cơ chế vận hành (tự động, bán tự động), vị trí trục khuôn (ngang, dọc, nghiêng) và công suất lực ép (50 đến trên 450 tấn). Chương này phân tích chi tiết 17 bộ phận cấu thành khuôn, phân loại 4 kết cấu khuôn phổ biến (khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều tầng, khuôn tháo chốt ngang), và tổng hợp các đặc tính cơ lý, độ co rút, chỉ số dòng chảy (MI) của các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng gồm PE, PP, PS, ABS, PC và TPU.

Chương 3. Thiết kế sản phẩm

Nội dung chương 3 tập trung vào nghiên cứu sản phẩm khay làm đá tủ lạnh. Qua khảo sát thị trường, tác giả lựa chọn thiết kế khay đá dạng hình thang đứng gồm 24 ngăn (kích thước bố trí 8 x 3 viên) nhằm tối ưu diện tích và thuận tiện tháo đá. Chương này xác định các yêu cầu kỹ thuật: sản phẩm không bavia, không cong vênh, không rỗ khí hay cháy bề mặt, độ bóng đồng đều và đàn hồi tốt. Đặc tính phân tử và thông số kỹ thuật của nhựa TPU được làm rõ (độ cứng 70–95 Shore A, tỷ trọng 1,18 g/cm³, độ giãn dài 850%). Quy trình tạo hình 3D được mô tả chi tiết qua 28 bước thao tác trên phần mềm SolidWorks.

Chương 4. Thiết kế khuôn

Chương 4 thuyết minh giải pháp lựa chọn kết cấu khuôn ép nhựa 2 tấm. Tác giả tính toán và lựa chọn chi tiết các cụm linh kiện tiêu chuẩn từ catalog hãng Misumi bao gồm: bạc cuống phun, chốt và bạc dẫn hướng, bu lông vòng, chốt đẩy, chốt giật đuôi keo côn ngược, chốt hồi và lò xo hồi vị. Kết cấu khuôn tích hợp cơ cấu định vị mặt côn và mạng lưới kênh dẫn làm nguội bao quanh Core và Cavity. Cuối chương là các kết quả mô phỏng số trên Moldex3D Studio 2022 về phân bố áp suất, nhiệt độ, thời gian điền đầy, đường hàn và bọt khí nhằm tối ưu hóa vị trí cổng phun và rãnh thoát khí.

Chương 5. Gia công và ép thử

Chương 5 trình bày toàn bộ quá trình chế tạo cơ khí và thực nghiệm công nghệ. Tác giả thuyết minh các trang thiết bị sử dụng: máy phay CNC 3 trục Makino PS65, hệ thống đồ gá E-tô, dao phay ngón, dao phay cầu, dao phay đĩa chip Arno, mũi taro Nikken và đồng hồ so Mitutoyo. Quy trình gia công phay, khoan, khoét, doa được thực hiện trên tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm giữ, gối đỡ, đặc biệt là cụm tấm Core Insert và Cavity Insert. Sau gia công, các bề mặt tạo hình được đánh bóng và xử lý kỹ thuật, lắp ráp hoàn chỉnh thành bộ khuôn, gá đặt lên máy ép phun 120 tấn và tiến hành ép thử nghiệm thành công với vật liệu nhựa TPU.

Chương 6. Bảo trì khuôn

Chương này tập trung vào khía cạnh vận hành và bảo dưỡng khuôn ép nhựa trong công nghiệp. Tác giả phân tích nguyên nhân phải bảo dưỡng khuôn định kỳ nhằm duy trì độ chính xác và kéo dài tuổi thọ; phân loại các dạng khuyết tật thường gặp xuất hiện trên sản phẩm nhựa (cong vênh, bavia, thiếu liệu, vết cháy, bọt khí) cùng biện pháp khắc phục tương ứng; và đề xuất danh mục các hạng mục kiểm tra, bảo dưỡng kỹ thuật cho từng cụm chi tiết trên khuôn ép.

Chương 7. Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối tóm tắt các kết quả chính đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng và chế tạo thực tế bộ khuôn ép khay đá. Tác giả đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra ban đầu và đề xuất các định hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo nhằm hoàn thiện công nghệ.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  • Thiết kế hoàn chỉnh: Xây dựng mô hình 3D và xuất bản vẽ kỹ thuật 2D cho sản phẩm khay làm đá 24 ngăn (8 x 3 viên hình thang đứng) trên SolidWorks, tích hợp hệ gân tăng cứng đáy và góc nghiêng thoát khuôn đạt chuẩn.
  • Mô phỏng dòng chảy chính xác: Thực hiện phân tích động lực học dòng nhựa trên Moldex3D Studio 2022, kiểm chứng thành công khả năng điền đầy của dòng nhựa TPU, xác định chính xác vị trí đường hàn và bẫy khí để bố trí rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn.
  • Chế tạo thành công cụm khuôn: Lập trình CAM trên Creo Parametric/Cimatron và gia công chính xác các chi tiết tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, gối đỡ, đặc biệt là cụm tấm Core Insert và Cavity Insert trên máy phay CNC Makino PS65 bằng dao cụ Arno và Nikken.
  • Ép thử nghiệm đạt yêu cầu: Lắp ráp hoàn thiện bộ khuôn 2 tấm định vị mặt côn, tích hợp đường nước làm mát và gá đặt vận hành thử nghiệm trên máy ép phun thủy lực 120 tấn. Sản phẩm ép thử từ nhựa TPU đạt yêu cầu: không bavia, không cong vênh, bề mặt bóng đều, độ đàn hồi cao, dễ dàng vặn xoắn để lấy đá viên.

Đóng góp về mặt kỹ thuật và giải pháp

  • Tối ưu hóa giải pháp vật liệu: Ứng dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo đàn hồi TPU thay thế cho các loại nhựa cứng truyền thống, giải quyết triệt để vấn đề giòn vỡ của khay đá khi sử dụng trong môi trường nhiệt độ âm của ngăn đông tủ lạnh.
  • Giải pháp kinh tế trong chế tạo khuôn: Áp dụng kết cấu khuôn ghép lõi (Core/Cavity Insert) kết hợp tận dụng các chi tiết vỏ khuôn tháo rời có sẵn, giúp tiết kiệm phôi thép khuôn, rút ngắn thời gian gia công CNC và giảm giá thành chế tạo.
  • Tiêu chuẩn hóa thiết kế: Ứng dụng hệ thống linh kiện tiêu chuẩn hóa công nghiệp từ Misumi (bạc cuống phun, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, chốt đẩy, lò xo), nâng cao tính lắp lẫn và thuận tiện cho công tác bảo trì, thay thế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Quá trình thử nghiệm công nghệ mới chỉ tập trung khảo sát trên vật liệu nhựa đàn hồi TPU, chưa tiến hành ép thử nghiệm mở rộng trên các dòng nhựa nhiệt dẻo khác như PP, PE hay PU nguyên sinh trên cùng bộ khuôn. Ngoài ra, việc tận dụng một số chi tiết vỏ khuôn cũ tuy giảm được chi phí nhưng đòi hỏi nhiều công đoạn rà gá và hiệu chỉnh thủ công trong quá trình lắp ráp.
  • Hướng phát triển:
    • Tối ưu hóa chu kỳ làm nguội trong khuôn để rút ngắn hơn nữa thời gian của một chu kỳ ép phun, nâng cao năng suất khi sản xuất hàng loạt lớn.
    • Nghiên cứu thử nghiệm ép phun với các loại vật liệu nhựa khác (PP, PE, PU) và so sánh mức độ co rút thực tế với số liệu mô phỏng.
    • Nâng cấp bộ khuôn tích hợp cảm biến nhiệt độ/áp suất trong lòng khuôn và nghiên cứu ứng dụng cánh tay robot tự động gắp sản phẩm sau khi mở khuôn.
    • Cải tiến quy trình đánh bóng quang học bề mặt Cavity và Core để nâng cao độ bóng gương cho sản phẩm thương mại.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích dành cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo trực quan về quy trình thực hiện một đồ án tốt nghiệp thiết kế - chế tạo khuôn mẫu hoàn chỉnh từ bước lên ý tưởng sản phẩm đến khi ra sản phẩm mẫu.
  • Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu và gia công CNC: Tham khảo quy trình 28 bước dựng hình sản phẩm trên SolidWorks; phương pháp thiết lập bài toán phân tích dòng chảy trên Moldex3D Studio 2022; chế độ cắt và chiến lược gia công phay CNC lõi khuôn phức tạp trên máy Makino PS65; cũng như bảng danh mục bảo trì và xử lý lỗi sản phẩm ép nhựa trong thực tế xưởng sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài lựa chọn vật liệu nhựa nào để ép thử sản phẩm khay làm đá và các thông số cơ lý cơ bản của vật liệu này là gì? Tác giả lựa chọn vật liệu nhựa nhiệt dẻo đàn hồi TPU (Thermoplastic Polyurethane). Vật liệu này có các thông số kỹ thuật gồm: độ cứng 70 – 95 ± 2 Shore A, tỷ trọng 1,18 g/cm³, cường độ kéo giãn 150 – 250 kgf/cm², hiệu suất kéo dài 850%, nhiệt độ làm mềm 90 – 110 °C và chỉ số tan chảy (MFI) đạt 20 – 40 ± 5 g/10 phút.

2. Kết cấu bộ khuôn ép khay làm đá thuộc loại khuôn nào và sử dụng những linh kiện tiêu chuẩn nào? Bộ khuôn được thiết kế theo kết cấu khuôn ép nhựa 2 tấm sử dụng cụm lõi ghép (Core/Cavity Insert). Bộ khuôn sử dụng các linh kiện tiêu chuẩn hãng Misumi bao gồm: bạc cuống phun, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, bu lông vòng, chốt đẩy, chốt giật đuôi keo côn ngược, chốt hồi và lò xo hồi vị, kết hợp cơ cấu định vị mặt côn giữa hai nửa khuôn.

3. Nhóm tác giả đã sử dụng những phần mềm kỹ thuật nào trong suốt quá trình thực hiện đồ án? Đồ án ứng dụng đồng bộ 4 phần mềm chuyên ngành: SolidWorks (thiết kế hình học 3D sản phẩm, kết cấu bộ khuôn và xuất bản vẽ 2D), Moldex3D Studio 2022 (mô phỏng phân tích dòng chảy nhựa, điền đầy, áp suất, nhiệt độ, bẫy khí và đường hàn), Creo Parametric và Cimatron (lập trình CAM xuất mã G-code gia công CNC).

4. Thiết bị gia công CNC và hệ dao cụ nào được sử dụng để chế tạo cụm lõi khuôn? Quá trình gia công cơ khí chính xác được thực hiện trên máy phay CNC 3 trục Makino PS65. Hệ dụng cụ cắt gọt bao gồm dao phay ngón bằng, dao phay ngón bo cung R, dao phay cầu, dao phay khỏa mặt gắn chip insert và mũi khoan của hãng Arno, mũi taro Nikken, gá đặt bằng Jig kết hợp E-tô và rà gá bằng đồng hồ so Mitutoyo.

5. Sản phẩm được ép thử nghiệm trên máy ép nhựa có thông số công suất bao nhiêu và chất lượng sản phẩm thực tế như thế nào? Bộ khuôn hoàn chỉnh được gá đặt và ép thử nghiệm trên máy ép nhựa thủy lực lực kẹp 120 tấn. Sản phẩm khay làm đá 24 ngăn ép ra đạt chuẩn kỹ thuật: điền đầy hoàn toàn, không bavia, không cháy bề mặt hay rỗ khí, bề mặt bóng đều và có độ đàn hồi dẻo dai giúp lấy đá dễ dàng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện chu trình kỹ thuật từ nghiên cứu tính chất vật liệu, thiết kế 3D sản phẩm khay làm đá tủ lạnh 24 ngăn, mô phỏng số dòng chảy CAE trên Moldex3D đến lập trình CAM và gia công cơ khí chính xác cụm lõi khuôn trên máy phay CNC Makino PS65. Kết quả thực nghiệm trên máy ép nhựa thủy lực 120 tấn với vật liệu nhựa TPU đã tạo ra sản phẩm khay làm đá đạt đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ bóng, độ bền uốn và độ chính xác hình học. Công trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết công nghệ khuôn mẫu và kỹ năng chế tạo thực tế, cung cấp tài liệu tham khảo giá trị cho công tác đào tạo và sản xuất khuôn ép nhựa công nghiệp.