Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ngành công nghiệp chất dẻo (polymer) toàn cầu và trong nước đang có sự chuyển dịch mạnh mẽ nhằm thay thế dần các nguồn vật liệu tự nhiên và kim loại nhờ vào các đặc tính ưu việt như khối lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chống chịu môi trường và khả năng định hình linh hoạt. Tại Việt Nam, ngành nhựa kỹ thuật (NKT) phục vụ các lĩnh vực cơ khí, thiết bị điện - điện tử và xây dựng đang trên đà tăng trưởng, với cơ cấu giá trị dự báo đạt khoảng 25% vào năm 2025. Tuy nhiên, sản xuất nội địa vẫn đối mặt với thách thức lớn về nguồn cung nguyên liệu khi thượng nguồn chỉ đáp ứng được 4 trong số 30 loại hạt nhựa nguyên sinh sử dụng ở hạ nguồn. Trong bối cảnh đó, việc ứng dụng các giải pháp kỹ thuật số hiện đại vào quá trình thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa là yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao độ chính xác, giảm thiểu phế phẩm và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế khuôn và phân tích mô phỏng dòng chảy nhựa sản phẩm ổ điện bằng phần mềm NX" do sinh viên Đặng Hữu Thiện thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Công Chi tại Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm Nghiệp (tháng 07/2024), tập trung giải quyết bài toán thiết kế khuôn mẫu và ứng dụng công nghệ mô phỏng CAE để tối ưu hóa quá trình đúc phun vỏ ổ cắm điện. Thay vì dựa hoàn toàn vào kinh nghiệm thực nghiệm truyền thống (Know-How), nghiên cứu áp dụng mô hình tính toán số để xác định bản chất vật lý (Know-Why) của dòng chảy nhựa, hướng tới phương pháp đúc ép khoa học (Scientific Molding).
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Thiết kế mô hình 3D sản phẩm ổ cắm điện và xây dựng bộ khuôn ép nhựa 2 tấm hoàn chỉnh trên phần mềm Siemens NX.
- Ứng dụng công cụ Sequence trong môi trường lắp ráp (Assemblies) của NX để mô phỏng động học quá trình tháo lắp các cụm chi tiết khuôn.
- Phân tích mô phỏng dòng chảy nhựa bằng module NX Easy Fill Advanced nhằm đánh giá các thông số điền đầy, bẫy khí, đường hàn, áp suất, độ co ngót và thời gian làm mát.
- Đánh giá sự ảnh hưởng của các biến số công nghệ (nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ khuôn, thời gian giữ áp suất) đến chất lượng thành hình của sản phẩm vỏ ổ điện.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Chi tiết vỏ ổ cắm điện làm từ vật liệu nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) và hệ thống khuôn ép nhựa 2 tấm 4 lòng khuôn (4 cavities).
- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế hình học 3D, thiết kế kết cấu bộ khuôn mẫu và phân tích kỹ thuật số CAE trong môi trường phần mềm Siemens NX 12 kết hợp module NX Easy Fill Advanced.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập nền tảng nghiên cứu dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, lý thuyết công nghệ khuôn ép nhựa và hệ thống công cụ CAD/CAM/CAE tích hợp:
Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng
- TCVN 6190:1999: Tiêu chuẩn Việt Nam về ổ cắm và phích cắm điện dùng trong gia đình và các mục đích tương tự, quy định kích thước hình học, khoảng cách chân chấu và kết cấu cho 3 dạng ổ cắm cơ bản:
- Ổ cắm hai lỗ cắm tròn, không có cực nối đất (đường kính lỗ cắm khoảng 5 mm, khoảng cách hai chân chấu 19,2 mm).
- Ổ cắm đa năng không có cực nối đất (phù hợp chân dẹt dày 1,41 mm, cách nhau 12,7 mm và chân tròn).
- Ổ cắm đa năng có cực nối đất (thiết kế 3 chấu với cực tiếp địa chuyên dụng).
- TCVN 6188-1:2007 (IEC 60884-1:2002): Quy định phân loại ổ cắm điện theo cấp bảo vệ chống điện giật (bình thường/tăng cường), theo kết cấu nắp che (có nắp/không nắp), theo phương pháp lắp đặt (lắp nổi, lắp chìm, nửa chìm, lắp trên bảng điện, để bàn, góc sàn, lắp vào thiết bị) và theo mục đích sử dụng nối đất.
Cơ sở lý thuyết khuôn ép nhựa và chu trình ép phun
Quá trình ép phun định hình sản phẩm nhựa được thực hiện tuần tự qua các giai đoạn:
- Đóng khuôn và kẹp chặt với lực kẹp cần thiết.
- Trục vít tịnh tiến bơm nhựa nóng chảy ở nhiệt độ và áp suất cao vào lòng khuôn qua hệ thống cuống phun, kênh dẫn và miệng phun để điền đầy thể tích.
- Duy trì áp lực giữ (packing pressure) nhằm bổ sung lượng nhựa bù vào phần thể tích bị co rút trong giai đoạn đầu của quá trình làm nguội.
- Trục vít quay lùi để hóa dẻo lượng nhựa cho chu kỳ tiếp theo; hệ thống làm mát khuôn hạ nhiệt độ sản phẩm xuống dưới nhiệt độ tống khuôn.
- Mở khuôn và hệ thống chốt đẩy (ty lói) tác động đẩy sản phẩm cùng hệ thống kênh dẫn ra ngoài.
Nền tảng công nghệ phần mềm
- Siemens NX 12: Giải pháp CAD/CAM/CAE toàn diện sử dụng kỹ thuật mô hình hóa đồng bộ (Synchronous Technology) và Direct Modeling. Khóa luận sử dụng các môi trường: Modeling (thiết kế chi tiết), Assembly & Sequence (lắp ráp và mô phỏng tháo lắp), NX Mold Design (tách khuôn, bố trí vỏ khuôn tiêu chuẩn).
- NX Easy Fill Advanced: Giải pháp phân tích dòng chảy nhựa nhúng trực tiếp trong Siemens NX (hợp tác phát triển giữa Siemens và Moldex3D), tích hợp cơ sở dữ liệu hơn 7.000 loại vật liệu, công nghệ tạo lưới 3D tự động và hỗ trợ tính toán song song đa lõi (tối đa 8 lõi CPU).
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp tài liệu chuyên ngành về công nghệ chế tạo khuôn mẫu, lý thuyết dòng chảy chất lưu phi Newton và các tiêu chuẩn TCVN liên quan đến thiết bị điện dân dụng.
- Phương pháp kế thừa: Tiếp thu các tiêu chuẩn kết cấu khuôn tiêu chuẩn (vỏ khuôn, bạc cuống phun, tiêu chuẩn kênh dẫn MITAC) và thông số vật liệu nhựa ABS tiêu chuẩn.
- Phương pháp mô phỏng CAE: Xây dựng mô hình số 3D, chia lưới và giải bài toán điền đầy, nén ép, làm mát và biến dạng co ngót trên phần mềm NX 12.
- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn các giải pháp bố trí mặt phân khuôn, tối ưu hóa vị trí cổng phun và cấu trúc pin giật kênh dẫn.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương này tổng hợp bức tranh toàn cảnh về ngành công nghiệp nhựa trên thế giới và tại Việt Nam trong năm 2024. Nội dung nêu bật các xu hướng phát triển vật liệu bền vững (nhựa sinh học, tái chế hóa học, vật liệu thông minh) và các quy định môi trường khắt khe. Tại thị trường trong nước, ngành nhựa kỹ thuật tập trung chủ yếu ở TP. Hồ Chí Minh (chiếm 37%) và Hà Nội (18%), ứng dụng rộng rãi trong chế tạo linh kiện ô tô, xe máy và thiết bị điện dân dụng.
Chương I cũng trình bày chi tiết nguyên lý hoạt động của máy ép nhựa và kết cấu các loại khuôn đúc phổ biến:
- Khuôn hai tấm: Kết cấu đơn giản, chi phí thấp, phù hợp sản phẩm kích thước nhỏ, sử dụng kênh dẫn nguội trên một mặt phân khuôn.
- Khuôn ba tấm: Có hai khoảng mở để tách riêng kênh dẫn và sản phẩm, tuy nhiên hành trình dài và hao tổn áp suất lớn hơn.
- Khuôn nhiều tầng: Tối ưu hóa lực kẹp máy ép, nâng cao sản lượng trên một chu kỳ.
Phần cuối chương giới thiệu cấu trúc các module chức năng của Siemens NX và năng lực phân tích nâng cao của module NX Easy Fill Advanced trong việc dự báo khuyết tật (đọng khí, đường hàn, vết lõm, biến dạng cong vênh).
Chương II. Ứng dụng phần mềm NX thiết kế khuôn
Chương II trình bày toàn bộ quy trình thiết kế kỹ thuật vỏ ổ cắm điện và bộ khuôn 2 tấm:
- Thiết kế hình học chi tiết: Vỏ ổ điện có kích thước bao $90 \times 50 \times 18\text{ mm}$, chiều dày thành thiết kế $2\text{ mm}$, góc thoát khuôn (draft angle) đạt $1,5^\circ$. Công cụ Check Wall Thickness ghi nhận chiều dày thành trung bình thực tế là $1,80\text{ mm}$ và vị trí gân chịu lực dày nhất đạt $4,59\text{ mm}$.
- Tính toán tỷ số L/T: Sử dụng công cụ L/T Indicator (Flow Length to Thickness Ratio), xác định tỷ số L/T cực đại của chi tiết là $55,775$. Đây là giá trị rất thuận lợi cho quá trình điền đầy nhựa nóng chảy, cho phép chỉ cần sử dụng 1 miệng phun cho mỗi lòng khuôn.
- Bố trí lòng khuôn (Layout): Lựa chọn kết cấu khuôn 4 lòng khuôn (4 cavities) bố trí đối xứng dạng hình chữ nhật để cân bằng dòng chảy.
- Hệ số co ngót và phóng to mô hình (Scale): Nhựa ABS có hệ số co ngót thể tích trung bình là $1,005$, mô hình được scale phóng to tỷ lệ $1,005$ lần trước khi tạo lõi lòng khuôn.
- Thiết kế hệ thống cấp nhựa:
- Kênh dẫn (Runner): Dạng tiết diện tròn đường kính $D = 4\text{ mm}$ (áp dụng theo bảng tra tiêu chuẩn MITAC cho sản phẩm dưới $85\text{ g}$, trong khi khối lượng chi tiết $\approx 10\text{ g}$), có thiết kế đoạn đuôi nguội chậm (cold slug well) dài $1\text{ - }2D$ tại các nhánh rẽ.
- Miệng phun (Gate): Sử dụng miệng phun ngầm (submarine gate/tunnel gate) tiêu chuẩn MITAC kết hợp phần đuôi chứa pin giật runner, cho phép tự động cắt đứt cổng phun khi mở khuôn và tăng độ nhẵn bóng bề mặt ngoại quan của ổ cắm.
- Mô phỏng tháo lắp khuôn: Phân tích việc quản lý tệp tin thiết kế và ứng dụng công cụ Sequence để thiết lập quy trình 11 bước tháo lắp các cụm chi tiết khuôn.
Chương III. Ứng dụng NX Easy Fill Advanced phân tích dòng chảy nhựa sản phẩm ổ điện
Chương III tập trung vào việc mô phỏng số quá trình ép phun trên phần mềm NX Easy Fill Advanced:
- Quy trình mô phỏng: Gồm 6 bước chuẩn hóa (Chuẩn bị mô hình 3D $\rightarrow$ Gán vật liệu nhựa LG ABS EF378L $\rightarrow$ Thiết lập hệ thống kênh dẫn Cold Runner và cổng vào nhựa $\rightarrow$ Cài đặt thông số công nghệ đầu vào $\rightarrow$ Giải bài toán mô phỏng $\rightarrow$ Xuất báo cáo và phân tích đồ thị).
- Phân tích trường kết quả:
- Thời gian điền đầy (Melt Front Time): Kiểm tra diễn biến đầu dòng chảy nhựa, đảm bảo điền đầy đồng đều cả 4 lòng khuôn không xảy ra hiện tượng thiếu liệu (short shot).
- Bẫy khí (Air Trap) và Đường hàn (Weld Line): Nhận diện vị trí bọt khí bị nén để bố trí rãnh thoát khí phù hợp; xác định vị trí tiếp xúc giữa các nhánh dòng chảy để kiểm soát độ bền cơ học và tính thẩm mỹ.
- Phân bố áp suất và lực kẹp (Sprue Pressure & Clamping Force): Đánh giá áp suất phun cực đại tại cuống phun và biểu đồ biến thiên lực kẹp khuôn trong suốt giai đoạn điền đầy và nén ép (packing).
- Vết lõm (Sink Mark) và Co ngót thể tích (Volumetric Shrinkage): Đánh giá độ co rút của vật liệu khi nguội, đặc biệt tại các chân gân có độ dày cục bộ $4,59\text{ mm}$.
- Thời gian làm mát (Time to Reach Ejection Temperature): Xác định thời gian cần thiết để tâm sản phẩm đạt nhiệt độ đông cứng an toàn trước khi đẩy tống khỏi khuôn.
- Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ: Khảo sát mối quan hệ giữa nhiệt độ nóng chảy vật liệu, thời gian giữ áp suất và nhiệt độ lòng khuôn tới thời gian điền đầy và tỷ lệ co ngót thể tích của sản phẩm.
Thiết kế và triển khai hệ thống khuôn ép nhựa
Đặc tính cơ lý của vật liệu nhựa ABS sử dụng trong nghiên cứu
Sản phẩm ổ cắm điện sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). Các chỉ tiêu cơ lý tính chính được tác giả trích xuất phục vụ bài toán thiết kế và mô phỏng được tổng hợp trong bảng sau:
| Chỉ tiêu cơ lý tính |
Ký hiệu / Đơn vị |
Giá trị quy chuẩn |
| Mật độ khối |
$\rho$ ($\text{Mg/m}^3$) |
$1,00 - 1,22$ |
| Mô đun đàn hồi Young |
$E$ ($\text{GPa}$) |
$1,12 - 2,87$ |
| Độ giãn dài khi đứt |
$%$ |
$3 - 75$ |
| Nhiệt độ làm mềm (nóng chảy) |
$^\circ\text{C}$ |
$88 - 128$ |
| Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh |
$T_g$ ($^\circ\text{C}$) |
$100$ |
| Ứng suất chảy dẻo |
$\sigma_y$ ($\text{MPa}$) |
$18,5 - 51$ |
| Độ bền kéo |
$\sigma_{ts}$ ($\text{MPa}$) |
$25 - 50$ |
| Độ bền kéo tối đa |
$\text{MPa}$ |
$33 - 110$ |
| Độ bền gãy (biến dạng phẳng) |
$K_{IC}$ ($\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$) |
$1,19 - 4,3$ |
| Hệ số giãn nở nhiệt |
$\mu\text{m/mK}$ |
$83 - 95$ |
| Tỷ lệ cường độ trên khối lượng |
$\text{kNm/kg}$ |
$31 - 80$ |
| Mô đun cắt |
$G$ ($\text{GPa}$) |
$3180$ |
| Hệ số co ngót khuôn |
Tỷ lệ phóng đại |
$1,005$ |
Tiêu chuẩn tính toán đường kính kênh dẫn
Đường kính kênh dẫn nhựa được lựa chọn theo tiêu chuẩn công nghiệp MITAC căn cứ trên khối lượng sản phẩm thành hình:
| Trọng lượng sản phẩm thành hình ($\text{g}$) |
Đường kính kênh dẫn tiêu chuẩn $D$ ($\text{mm}$) |
| Dưới 85 (Áp dụng cho sản phẩm $\approx 10\text{ g}$) |
$4$ |
| Dưới 340 |
$6 - 8$ |
| Trên 340 |
$10$ |
| Cỡ lớn đặc biệt |
$12$ |
Quản lý tệp tin thiết kế trên phần mềm NX
Để tối ưu hóa dung lượng lưu trữ và thuận tiện cho việc mô phỏng lắp ghép động cơ học, tác giả so sánh số lượng tệp tin sinh ra giữa các công cụ hỗ trợ trong NX:
| Công cụ hỗ trợ trong NX |
Số file tạo thành |
Đặc điểm quản lý |
| Mold Wizard |
68 |
Tạo cây thư mục phức tạp, nhiều file chi tiết rời rạc |
| Yanxiu |
1 |
Quản lý toàn bộ chi tiết dưới dạng body trong 1 file duy nhất |
| Sequence |
3 |
Tối ưu hóa mô phỏng động học chuyển động tháo lắp khuôn |
Kết cấu và chức năng các bộ phận trong bộ khuôn 2 tấm
Bộ khuôn được thiết kế hoàn chỉnh gồm các cụm chi tiết cơ khí chính:
- Bạc cuống phun: Dẫn nhựa nóng chảy từ vòi phun máy ép qua tấm kẹp trước và tấm khuôn trên vào kênh dẫn.
- Vòng định vị: Định vị chính xác tâm bạc cuống phun trùng với tâm đầu phun của máy ép.
- Bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng: Đảm bảo độ đồng tâm và dẫn hướng chính xác chuyển động đóng/mở giữa nửa khuôn cố định (khuôn trên) và nửa khuôn di động (khuôn dưới).
- Tấm kẹp trước và tấm kẹp sau: Bắt chặt các nửa khuôn tương ứng vào bàn máy ép cố định và bàn máy di động.
- Vỏ khuôn trên và vỏ khuôn dưới: Giữ chặt các tấm lõi khuôn âm (cavity) và khuôn dương (core).
- Tấm đẩy và tấm giữ: Giữ chân các ty lói (chốt đẩy) và truyền động lực đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn khi mở khuôn.
- Chốt hồi và lò xo: Đưa cụm tấm đẩy và ty lói trở về vị trí ban đầu khi khuôn đóng lại.
- Khối đỡ (gối đỡ): Tạo khoảng không gian chuyển động cần thiết cho hành trình của tấm đẩy.
- Cơ cấu con trượt (Slider), cam chốt xiên và ray trượt: Tạo hình và rút các phần lõi mặt bên có góc cắt chìm (undercut) của sản phẩm.
Trình tự 11 bước tháo lắp bộ khuôn
Quy trình tháo lắp khuôn được lập trình chuyển động mô phỏng bằng công cụ Sequence:
- Bước 1: Nhập tấm khuôn vào không gian mô hình.
- Bước 2: Lắp bạc dẫn hướng vào tấm khuôn trên.
- Bước 3: Lắp tấm kẹp với khuôn trên.
- Bước 4: Lắp bạc cuống phun vào tấm kẹp trên và siết bu lông định vị hai tấm khuôn.
- Bước 5: Lắp vòng định vị vào tấm kẹp trên và siết hai bu lông giữ.
- Bước 6: Lắp chốt dẫn hướng vào tấm khuôn dưới.
- Bước 7: Lắp tấm đẩy (đồng thời lắp ty đẩy vào tấm giữ cùng lúc với chốt hồi).
- Bước 8: Lắp 4 lò xo hồi vị và 2 khối gối đỡ.
- Bước 9: Lắp tấm giữ và 4 chốt hồi.
- Bước 10: Lắp tấm đẩy và 4 bu lông liên kết giữa tấm đẩy và tấm giữ.
- Bước 11: Lắp tấm kẹp trên cùng 4 bu lông liên kết phần di động.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Thiết kế hình học và kết cấu khuôn:
- Xây dựng mô hình 3D vỏ ổ cắm điện đúng tiêu chuẩn kỹ thuật (kích thước $90 \times 50 \times 18\text{ mm}$, độ dốc thoát khuôn $1,5^\circ$).
- Xác định tỷ số dòng chảy trên độ dày đạt $L/T = 55,775$, khẳng định tính khả thi cao trong việc điền đầy lòng khuôn chỉ bằng 1 cổng vào nhựa cho mỗi sản phẩm.
- Bố trí thành công hệ thống khuôn 2 tấm gồm 4 lòng khuôn (layout đối xứng hình chữ nhật), sử dụng kênh dẫn nguội tròn đường kính $D = 4\text{ mm}$ có bẫy xỉ $1\text{ - }2D$ và miệng phun ngầm tự tách rời theo tiêu chuẩn MITAC.
- Kết quả mô phỏng CAE trên NX Easy Fill Advanced:
- Thiết lập thành công quy trình mô phỏng 6 bước với vật liệu nhựa LG ABS EF378L.
- Đánh giá toàn diện các thông số công nghệ thông qua các đồ thị phân tích: thời gian điền đầy (Melt Front Time), vị trí các bẫy khí (Air Trap), vị trí đường hàn liên kết (Weld Line), tỷ lệ phân bố dòng chảy cổng phun (Gate Contribution), áp suất phun và nén (Filling/Packing Sprue Pressure), lực kẹp khuôn (Filling/Packing Clamping Force), vết lõm bề mặt (Sink Mark) và thời gian làm mát tống khuôn (Cooling Time).
- Xác lập định tính và định lượng ảnh hưởng của 3 thông số vận hành then chốt (nhiệt độ nóng chảy vật liệu, thời gian giữ áp suất, nhiệt độ khuôn) tới thời gian điền đầy và mức độ co ngót thể tích của sản phẩm.
- Mô phỏng động học lắp ráp:
- Ứng dụng thành công công cụ Sequence trong module Assemblies để mô phỏng trực quan 11 bước tháo lắp bộ khuôn, hỗ trợ quá trình chế tạo và lắp ráp thực tế chính xác, hạn chế sai sót lắp lẫn.
Đóng góp của đề tài
- Hệ thống hóa phương pháp luận thiết kế khuôn ép nhựa từ khâu tạo hình sản phẩm, tối ưu tỷ số L/T, lựa chọn miệng phun tự động đến phân tích kỹ thuật số CAE.
- Ứng dụng cách tiếp cận ép phun khoa học (Scientific Molding), giúp kỹ sư nắm bắt bản chất vật lý (Know-Why) của dòng chảy nhựa thay vì chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm thực nghiệm (Know-How).
- Bộ bản vẽ thiết kế 3D và dữ liệu mô phỏng cung cấp cơ sở dữ liệu kỹ thuật có độ tin cậy cao, có thể tham khảo trực tiếp cho các xưởng chế tạo khuôn mẫu công nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở phạm vi mô phỏng số và thiết kế ảo trên phần mềm Siemens NX 12 và NX Easy Fill Advanced. Đề tài chưa có điều kiện gia công thực tế bộ khuôn trên máy CNC cũng như chưa tiến hành thử nghiệm đúc ép sản phẩm thực tế trên máy ép nhựa công nghiệp để đo kiểm và đối chứng sai số hình học thực tế với kết quả mô phỏng.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Sử dụng module NX CAM để lập trình đường chạy dao gia công các tấm khuôn âm, khuôn dương và hệ thống chốt đẩy trên máy phay CNC.
- Gia công chế tạo bộ khuôn hoàn chỉnh, tiến hành thử khuôn (mold trial) trên máy ép nhựa thực tế.
- Sử dụng các thiết bị đo kiểm quang học 3D (3D scanner) hoặc máy CMM để đo độ cong vênh, co ngót thực tế của vỏ ổ điện, từ đó tinh chỉnh và tối ưu hóa các tham số mô phỏng CAE.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Vật liệu Polymer đang thực hiện đồ án môn học Thiết kế khuôn mẫu hoặc đồ án tốt nghiệp.
- Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu (Mold Designer) tại các doanh nghiệp sản xuất nhựa dân dụng và linh kiện điện tử.
Các nội dung có giá trị ứng dụng cao gồm:
- Quy trình kiểm tra chiều dày thành (Check Wall Thickness) và tính toán tỷ số $L/T$ để xác định số lượng và vị trí cổng phun.
- Phương pháp thiết kế miệng phun ngầm kết hợp pin giật runner để tự động hóa công đoạn tách sản phẩm.
- Quy trình chuẩn 6 bước thiết lập và phân tích mô phỏng dòng chảy nhựa trên module NX Easy Fill Advanced.
- Kỹ thuật mô phỏng tháo lắp các cụm chi tiết cơ khí bằng công cụ Sequence trong môi trường NX Assembly.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài lại lựa chọn kết cấu khuôn 2 tấm thay vì khuôn 3 tấm cho sản phẩm ổ cắm điện?
Sản phẩm vỏ ổ cắm điện có kết cấu hình học tương đối đơn giản, toàn bộ hệ thống kênh dẫn có thể bố trí nằm trên cùng một mặt phẳng phân khuôn. Khóa luận lựa chọn khuôn 2 tấm kết hợp miệng phun ngầm (submarine gate) vì kết cấu này có chi phí chế tạo thấp hơn, khoảng cách từ vòi phun đến lòng khuôn ngắn giúp giảm hao hụt áp suất, chu kỳ ép phun nhanh hơn và vẫn đảm bảo khả năng tự động cắt cổng phun khi mở khuôn mà không cần dùng đến kết cấu khuôn 3 tấm phức tạp.
2. Tỷ số L/T của sản phẩm đạt giá trị bao nhiêu và có ý nghĩa kỹ thuật gì trong quá trình thiết kế miệng phun?
Qua công cụ L/T Indicator trong NX, tỷ số dòng chảy trên bề dày cực đại ($L/T\text{ max}$) của sản phẩm đạt $55,775$. Đây là giá trị nằm trong ngưỡng khuyến cáo rất tốt cho vật liệu nhựa ABS, cho thấy nhựa nóng chảy rất dễ dàng điền đầy toàn bộ thể tích lòng khuôn. Nhờ đó, mỗi lòng khuôn chỉ cần bố trí 1 miệng phun đơn mà vẫn đảm bảo điền đầy hoàn toàn, không cần tăng độ dày thành hay sử dụng nhiều cổng phun gây phức tạp dòng chảy.
3. Hệ số co ngót của nhựa ABS được tác giả tính toán như thế nào khi scale mô hình khuôn?
Nhựa ABS có hệ số co ngót thể tích khi nguội là $1,005$. Do đó, trước khi tiến hành tách mặt phân khuôn và tạo lòng khuôn (cavity/core), tác giả sử dụng lệnh Scale trên phần mềm NX để phóng to kích thước mô hình 3D của sản phẩm lên đúng $1,005$ lần. Khi nhựa lỏng nguội và đông đặc trong khuôn thực tế, chi tiết sẽ co lại vừa đúng kích thước thiết kế danh định ($90 \times 50 \times 18\text{ mm}$).
4. Công cụ Sequence trong module NX Assembly mang lại lợi ích gì so với Mold Wizard trong khóa luận này?
Bảng thống kê số lượng file (Bảng 2.1) chỉ ra rằng việc sử dụng công cụ Mold Wizard tạo ra tới 68 tệp tin rời rạc, gây khó khăn trong việc quản lý dữ liệu. Trong khi đó, công cụ Sequence chỉ tạo ra 3 tệp tin nhưng cho phép lập trình góc chạy, thứ tự chuyển động và tạo video mô phỏng động học quá trình tháo lắp 11 bước của bộ khuôn, giúp người kỹ sư dễ dàng kiểm soát va chạm và thuận tiện cho việc hướng dẫn lắp ráp khuôn thực tế.
5. Module NX Easy Fill Advanced hỗ trợ phân tích những khuyết tật chính nào trong quá trình đúc ép nhựa?
Module NX Easy Fill Advanced cho phép phân tích và hiển thị trực quan các khuyết tật và thông số công nghệ gồm: hiện tượng thiếu liệu qua thời gian điền đầy (Melt Front Time), vị trí đọng khí (Air Trap), vị trí và góc nối của đường hàn (Weld Line), sự sụt giảm áp suất tại cuống phun (Sprue Pressure), vết lõm co ngót bề mặt (Sink Mark), thời gian làm mát đến nhiệt độ tống khuôn (Cooling Time), lực kẹp khuôn yêu cầu (Clamping Force) và mức độ co ngót thể tích (Volumetric Shrinkage).
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Đặng Hữu Thiện đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật vỏ ổ cắm điện $90 \times 50 \times 18\text{ mm}$ và hệ thống khuôn ép nhựa 2 tấm 4 lòng khuôn sử dụng miệng phun ngầm tự cắt phôi trên phần mềm Siemens NX 12. Nghiên cứu đã ứng dụng thành công công cụ Sequence để mô phỏng trực quan 11 bước tháo lắp khuôn và khai thác hiệu quả module NX Easy Fill Advanced để dự báo toàn diện các hiện tượng dòng chảy, bẫy khí, đường hàn và biến dạng co ngót của nhựa LG ABS EF378L. Kết quả đạt được là tài liệu kỹ thuật có cơ sở khoa học vững chắc, minh chứng cho tính hiệu quả của phương pháp đúc ép khoa học (Scientific Molding) trong việc tối ưu hóa thiết kế khuôn mẫu công nghiệp trước khi đưa vào chế tạo thực tế.
