Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế và Chế Tạo Bộ Khuôn Ép Phun Sản Phẩm Móc Nhựa Treo Quần Áo

Đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm móc nhựa treo quần áo hiệu quả và sáng tạo.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Khang
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Chí Thiên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Bộ Khuôn Ép Phun Sản Phẩm Móc Nhựa Treo Quần Áo
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. kết cấu đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về công nghệ ép phun
• 2.1.1. Khái niệm về công nghệ ép phun
• 2.1.2. Giới thiệu về máy ép phun
• 2.1.3. Cấu tạo của máy ép phun
• 2.2. Tổng quan về khuôn ép nhựa
• 2.2.1. Khái niệm về khuôn ép nhựa
• 2.2.2. Kết cấu chung của bộ khuôn
• 2.2.3. Một số loại khuôn ép nhựa
• 2.3. Tổng quan về vật liệu polymer
• 2.3.1. Một số loại Polymer thông dụng
• 2.4. Tổng về sản phẩm móc treo quần áo
• 2.4.1. Sơ lượt về thị trường
• 2.4.2. Sơ lượt về móc nhựa
• 2.4.3. Vật liệu sử dụng cho sản phẩm
• 2.5. Một số khuôn ép nhựa cho sản phẩm móc treo
• 2.5.1. Khuôn ép nhựa cho sản phẩm móc treo có phần đầu treo bằng kim loại
• 2.5.2. Khuôn 2 tấm cho sản phẩm móc treo trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KHUÔN
• 3.1. Giới thiệu về móc treo quần áo
• 3.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện
• 3.2.1. Phương án thiết kế sản phẩm
• 3.2.2. Phương án khuôn
• 3.2.3. Phương án bố trí lòng khuôn
• 3.2.4. Phương án bố trí hệ thống rót
• 3.2.5. Chọn vật liệu cho móc nhựa
• 3.3. Trình tự công việc tiến hành
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN 2 TẤM
• 4.1. Tổng quan về CAE
• 4.1.1. Khái niệm về CAE
• 4.1.2. Lợi ích của ứng dụng CAE
• 4.2. Thiết kế sản phẩm móc nhựa trên phần mềm Inventor Professional 2021
• 4.2.1. Thiết kế sản phẩm
• 4.2.2. Sản phẩm hoàn thiện
• 4.2.3. Khối lượng và thể tích sản phẩm
• 4.2.4. Tính toán hệ số co rút
• 4.2.5. Tính góc thoát khuôn
• 4.2.6. Tách khuôn bằng phần mềm Creo
• 4.2.7. Tính số lòng khuôn
• 4.2.8. Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa
• 4.2.9. Thiết kế kênh dẫn nhựa
• 4.2.11. Hệ thống làm mát
• 4.2.12. Chọn các chi tiết tiêu chuẩn
• 4.2.12.1. Bạc cuốn phun
• 4.2.12.2. Vòng định vị
• 4.2.12.4. Chốt dẫn hướng
• 4.2.12.5. Bạc dẫn hướng
• 4.2.12.7. Chốt giật đuôi keo
• 4.2.13. Vật liệu làm khuôn
• 5. CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH CAE
• 5.1. Cơ sở lý thuyết về CAE trong thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa
• 5.1.1. Phân tích phần tử hữu hạn (FEM)
• 5.1.2. Độ nhớt của chất lỏng (CFD)
• 5.1.3. Lý thuyết truyền nhiệt
• 5.2. Lợi ích, ứng dụng của CAE trong thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa
• 5.3. Phân tích CAE dòng chảy nhựa của sản phẩm trong khuôn ép nhựa
• 5.3.1. Phân tích thời gian điền đầy (Melt Front Time)
• 5.3.2. Phân tích rỗ khí (Air Trap)
• 5.3.3. Phân tích đường hàn (Weld Line)
• 5.3.4. Phân tích áp suất phun (Pressure)
• 5.3.5. Phân tích cong vênh, co rút (Volumetric Shrinkage)
• 5.3.6. Phân tích nhiệt độ (Temperature)
• 5.3.7. Phân tích tốc độ phun (Flow Rate)
• 5.4. Tính bền cho bộ khuôn
• 6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHUÔN
• 6.1. Chuẩn bị trước khi gia công
• 6.1.1. Dụng cụ cắt
• 6.1.2. Xét chuẩn phôi và đo dao
• 6.2. Gia công 6 mặt các tấm khuôn
• 6.2.1. Gia công các tấm khuôn
• 6.2.1.1. Tấm khuôn âm
• 6.2.1.6. Tấm kẹp sau
• 6.3. Đánh bóng bộ khuôn
• 6.4. Lắp ráp bộ khuôn
• 6.5. Ép thử bộ khuôn
• 6.5.1. Quy trình ép
• 6.5.2. Các lỗi xuất hiện trên sản phẩm khi ép
• 6.5.3. Nhận xét sản phẩm sau khi ép
• 6.6. Bảo trì bảo dưỡng khuôn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun móc nhựa treo quần áo

Thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm móc nhựa treo quần áo là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo. Ngành này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất. Việc sử dụng công nghệ ép phun giúp tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao và tiết kiệm chi phí sản xuất.

1.1. Tầm quan trọng của khuôn ép phun trong sản xuất

Khuôn ép phun đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm nhựa. Nó giúp tạo ra các sản phẩm đồng nhất về kích thước và chất lượng, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.2. Mục tiêu của đề tài thiết kế khuôn

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm móc nhựa treo quần áo, nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường và nâng cao chất lượng sản phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế khuôn ép phun

Trong quá trình thiết kế khuôn ép phun, nhiều vấn đề và thách thức cần được giải quyết. Các yếu tố như vật liệu, quy trình sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế khuôn

Yếu tố như loại nhựa sử dụng, hình dạng sản phẩm và quy trình ép phun đều có ảnh hưởng lớn đến thiết kế khuôn. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.2. Thách thức trong quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất khuôn ép phun có thể gặp nhiều thách thức như độ chính xác trong gia công, kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm thiểu lãng phí.

III. Phương pháp thiết kế khuôn ép phun hiệu quả

Để thiết kế khuôn ép phun hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế.

3.1. Sử dụng phần mềm thiết kế hiện đại

Phần mềm như Inventor và Creo Parametric giúp tạo ra các mô hình 3D chính xác, từ đó dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa thiết kế khuôn.

3.2. Mô phỏng dòng chảy nhựa trong khuôn

Mô phỏng dòng chảy nhựa bằng phần mềm Moldex3D giúp dự đoán các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình ép phun, từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ khuôn ép phun

Bộ khuôn ép phun được thiết kế không chỉ phục vụ cho sản xuất móc nhựa treo quần áo mà còn có thể áp dụng cho nhiều sản phẩm khác trong ngành công nghiệp nhựa. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển sản phẩm mới.

4.1. Kết quả sản xuất từ bộ khuôn

Sau khi hoàn thành, bộ khuôn ép phun cho phép sản xuất hàng loạt các sản phẩm móc nhựa với chất lượng đồng đều và tiết kiệm thời gian.

4.2. Tính khả thi trong thương mại hóa sản phẩm

Sản phẩm móc nhựa treo quần áo có thể được thương mại hóa với giá thành cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu thị trường và mang lại lợi nhuận cho doanh nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của thiết kế khuôn ép phun

Thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm móc nhựa treo quần áo không chỉ là một thách thức mà còn là cơ hội để nâng cao năng lực sản xuất. Tương lai của ngành công nghiệp này hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại.

5.1. Triển vọng phát triển ngành khuôn mẫu

Ngành khuôn mẫu đang có nhiều cơ hội phát triển nhờ vào nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm nhựa trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Định hướng nghiên cứu và phát triển

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong thiết kế và chế tạo khuôn ép phun để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

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 sản xuất hiện đại, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng loạt các chi tiết nhựa đòi hỏi độ chính xác cao và thời gian chu kỳ ngắn. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các sản phẩm gia dụng bằng nhựa, điển hình là móc treo quần áo, rất lớn và không ngừng gia tăng. Việc sản xuất móc nhựa bằng công nghệ ép phun giúp tạo ra sản phẩm đồng đều, tối ưu hóa quy trình gia công, giảm lãng phí nguyên vật liệu và nâng cao năng suất so với các phương pháp thủ công hoặc bán thủ công. Tuy nhiên, việc đào tạo thực hành chuyên sâu và hoàn chỉnh một quy trình từ thiết kế, mô phỏng đến gia công bộ khuôn thực tế vẫn là một thử thách kỹ thuật lớn đối với sinh viên ngành Cơ khí chế tạo máy.

Đề tài tốt nghiệp mã số CKM-139 với tên gọi "Thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun sản phẩm móc nhựa treo quần áo" do nhóm sinh viên Nguyễn Hữu Khang, Phạm Khắc Huy và Trần Phi Long thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Chí Thiên tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, khóa 2020-2024) tập trung giải quyết trọn vẹn quy trình công nghệ này.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

1. Tìm hiểu thị trường móc treo quần áo trong và ngoài nước để lựa chọn phương án thiết kế hình học phù hợp.
2. Nghiên cứu chuyên sâu về các loại vật liệu polymer (nhựa PP, PVC và nhựa ABS) nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn cơ lý tính của móc treo (độ cứng, độ bền uốn, khả năng chịu tải, kháng hóa chất tẩy rửa và độ bền thời tiết).
3. Thiết kế hoàn thiện sản phẩm móc treo quần áo người lớn với kích thước 390 x 170 mm.
4. Tính toán, thiết kế kết cấu bộ khuôn ép phun 2 tấm với 2 lòng khuôn (cavity).
5. Ứng dụng kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) để phân tích dòng chảy nhựa và kiểm nghiệm độ bền tĩnh của bộ khuôn.
6. Lập trình gia công và chế tạo các chi tiết khuôn trên máy phay CNC.
7. Lắp ráp hoàn chỉnh, gá đặt và ép thử nghiệm sản phẩm trên máy ép nhựa thực tế.
8. Đánh giá chất lượng sản phẩm mẫu và đề xuất giải pháp khắc phục khuyết tật ép phun.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuôn ép phun 2 tấm với 2 lòng khuôn và sản phẩm móc treo quần áo bằng nhựa.
• Phạm vi kỹ thuật: Mẫu móc nhựa treo quần áo người lớn có kích thước bao 390 x 170 mm, tiết diện thân elip 7 x 10 mm, sử dụng vật liệu nhựa ABS nguyên sinh; kết cấu khuôn ép 2 tấm đạt năng suất 2 sản phẩm/chu kỳ ép; kiểm tra khả năng làm việc liên tục trong ca vận hành tiêu chuẩn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết ép phun nhựa (Plastic Injection Molding), kết cấu khuôn mẫu cơ khí và kỹ thuật mô phỏng số.

Cơ sở lý thuyết và mô hình tính toán bao gồm:

• Nguyên lý máy ép phun và hệ thống khuôn: Nghiên cứu cấu tạo hệ thống kẹp (cụm kìm, cụm đẩy, tấm di động, tấm cố định), hệ thống phun (phễu cấp liệu, trục vít, khoang chứa liệu, vòi phun, băng gia nhiệt, bộ hồi tự lực), hệ thống thủy lực, điện điều khiển PLC và hệ thống giải nhiệt.
• Cấu trúc bộ khuôn ép: Phân chia chức năng giữa cụm khuôn cố định (Cavity/khuôn âm) và cụm khuôn di động (Core/khuôn dương), mặt phân khuôn, cùng 6 hệ thống chức năng chính: hệ thống dẫn hướng - định vị, hệ thống cấp nhựa (bạc cuống phun, kênh dẫn, miệng phun), hệ thống đẩy sản phẩm (chốt đẩy, tấm đẩy, tấm giữ, chốt hồi), hệ thống lõi mặt bên, hệ thống thoát khí và hệ thống làm nguội.
• Lý thuyết vật liệu polymer: So sánh cấu trúc phân tử và cơ lý tính của Polypropylene (PP), Polyvinyl chloride (PVC) và Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). Đề tài xác định nhựa ABS là vật liệu tối ưu cho sản phẩm nhờ sự cân bằng giữa độ bền va đập từ Butadiene, độ cứng vững và kháng hóa chất từ Acrylonitrile, độ bóng bề mặt từ Styrene, cùng khả năng chống suy giảm cơ tính do tia cực tím (UV) vượt trội hơn PP.
• Lý thuyết mô phỏng CAE: Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để tính toán ứng suất và biến dạng của tấm khuôn; ứng dụng động lực học chất lưu (CFD) và lý thuyết truyền nhiệt để mô phỏng sự điền đầy dòng nhựa nóng chảy và quá trình giải nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và công cụ ứng dụng:

• Phương pháp khảo sát thị trường: Thu thập dữ liệu xuất khẩu móc nhựa từ thị trường Trung Quốc và các doanh nghiệp sản xuất nhựa gia dụng tại Việt Nam (Duy Tân, Bảo Minh, Tân Tiến, Hữu Dương) cùng các mẫu khuôn tham khảo từ Công ty Changshengda Machinery (khuôn 2 lòng, thép P20) và Công ty Cổ phần Đầu tư Thương mại IMART (khuôn 4 lòng, thép C55).
• Công cụ CAD/CAM/CAE: Thiết kế 3D sản phẩm bằng Autodesk Inventor Professional 2021; thiết kế kết cấu khuôn, tạo mặt phân khuôn và tính toán bền FEM bằng Creo Parametric 8.0; phân tích dòng chảy nhựa bằng Moldex3D Studio 2021.
• Phương pháp gia công thực nghiệm: Chuẩn bị phôi, rà chuẩn phôi, đo dao và gia công cơ khí chính xác các tấm khuôn trên máy phay CNC Mazak Mazatech V10, kết hợp đánh bóng bề mặt lòng khuôn và lắp ráp cơ khí.

Thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo bộ khuôn

Quy trình thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun móc nhựa được triển khai qua các giai đoạn kỹ thuật đồng bộ:

[Thiết kế CAD Sản phẩm] (Inventor) 
[Thiết kế CAD Bộ khuôn & Tách mặt phân khuôn] (Creo 8.0)
[Lập trình & Gia công CNC] (Mazak Mazatech V10)
[Đánh bóng, Xử lý nguội & Lắp ráp khuôn]
[Gá đặt máy ép & Ép thử nghiệm - Hiệu chỉnh thông số]

Cấu trúc thiết kế bộ khuôn 2 tấm bao gồm:

• Hệ thống dẫn nhựa: Miệng phun dạng cạnh (side gate) kết hợp kênh dẫn nhựa có tiết diện hình thang hiệu chỉnh, bố trí hệ thống rót ở trung tâm giữa hai lòng khuôn để đảm bảo phân bố dòng chảy đối xứng và cân bằng áp suất.
• Hệ thống dẫn hướng và định vị: Bạc cuống phun tiêu chuẩn, vòng định vị, chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng lắp trên các tấm khuôn.
• Hệ thống đẩy: Cụm tấm đẩy, tấm giữ, ty lói (chốt đẩy), chốt hồi về và chốt giật đuôi keo đảm bảo đẩy sản phẩm và hệ thống kênh dẫn ra khỏi lòng khuôn an toàn sau khi mở khuôn.
• Hệ thống làm mát: Bố trí các đường nước làm nguội tuần hoàn xung quanh tấm khuôn âm và tấm khuôn dương nhằm ổn định nhiệt độ khuôn và rút ngắn chu kỳ ép.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương mở đầu phân tích tính cấp thiết của việc làm chủ công nghệ khuôn mẫu trong nước, khẳng định vai trò của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong đào tạo nguồn nhân lực cơ khí chế tạo. Tác giả trình bày ý nghĩa khoa học về việc ứng dụng tích hợp chuỗi phần mềm CAD/CAM/CAE vào quy trình chế tạo, cùng ý nghĩa thực tiễn là tạo ra bộ khuôn ép thực tế có khả năng sản xuất sản phẩm móc treo hoàn chỉnh phục vụ thị trường. Chương này cũng công bố nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi và bố cục 6 chương của báo cáo.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài và cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng kiến thức toàn diện về công nghệ ép phun nhựa, phân loại và cấu tạo máy ép phun. Tác giả phân tích chi tiết kết cấu của khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm và khuôn nhiều tầng. Tiếp đó, các đặc tính phân tử và cơ lý tính của nhựa PP, PVC và ABS được đối chiếu. Phần tổng quan thị trường thống kê năng lực sản xuất của các công ty trong nước và quốc tế, đồng thời phân tích hai giải pháp kết cấu khuôn móc áo hiện hữu: bộ khuôn của hãng Changshengda (Trung Quốc) gia công từ thép P20 bằng công nghệ EDM và bộ khuôn 4 lòng của Công ty IMART gia công từ thép C55.

Chương 3: Phương hướng và giải pháp thiết kế khuôn

Chương này tập trung xây dựng và đánh giá các phương án thiết kế để đi đến quyết định kỹ thuật tối ưu:

Tiêu chí so sánh	Phương án 1 (Phương án chọn)	Phương án 2	Phương án 3
Kích thước bao (mm)	390 x 170	400 x 210	290 x 130
Tiết diện thân (mm)	Elip 7 x 10	Elip 8 x 10	Elip 7 x 5
Thể tích sản phẩm (mm³)	59.434,7	77.563,0	22.297,0
Đặc điểm hình học	Có rãnh hạt đậu dễ cầm nắm; hai móc chữ C treo đầm dây và đỉa quần tây.	Có thanh ngang trợ lực đáy nhưng không có móc chữ C; thân lớn.	Mẫu móc áo trẻ em; kích thước nhỏ; tiết diện mỏng dễ giòn gãy.
Đánh giá vật liệu	Tiết kiệm nhựa, khối lượng nhẹ, công năng đa dạng.	Tiêu hao nhiều nhựa; trọng lượng nặng.	Tiêu hao ít nhựa nhưng đối tượng sử dụng hạn chế.

Tác giả so sánh kết cấu khuôn 3 tấm và khuôn 2 tấm, quyết định chọn khuôn 2 tấm vì kết cấu đơn giản, chi phí chế tạo hợp lý, dễ sửa chữa và hiệu chỉnh. Về bố trí lòng khuôn, phương án 1 (kích thước cụm tấm khuôn 380 x 380 x 100 mm) được lựa chọn thay vì phương án 2 (450 x 450 x 120 mm) nhằm tối ưu hóa diện tích bề mặt và tiết kiệm phôi thép. Hệ thống kênh dẫn nhựa được chọn bố trí ở tâm để dòng nhựa điền đầy đồng đều. Vật liệu sản phẩm được chốt là nhựa ABS.

Chương 4: Tính toán thiết kế khuôn 2 tấm

Chương 4 trình bày chi tiết quy trình thiết kế hình học móc nhựa trên phần mềm Inventor Professional 2021 qua 12 bước dựng hình (sử dụng các lệnh Sweep theo đường dẫn Sketch 1, Mirror tạo biên dạng đối xứng, tạo rãnh hạt đậu và kết cấu chữ C). Quá trình tách khuôn được thực hiện trên Creo Parametric 8.0 bao gồm xác định hệ số co rút vật liệu, góc thoát khuôn, tạo mặt phân khuôn, trích xuất tấm khuôn âm (cavity plate) và tấm khuôn dương (core plate). Tác giả tính toán số lòng khuôn ($n=2$), thiết kế kích thước bạc cuống phun, kênh dẫn hình thang hiệu chỉnh, miệng phun cạnh và các đường ống làm mát, đồng thời lựa chọn các chi tiết tiêu chuẩn hóa (vòng định vị, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, chốt hồi, ty lói, chốt giật đuôi keo).

Chương 5: Mô phỏng và phân tích CAE

Chương 5 phân tích chuyên sâu các kết quả mô phỏng số:

• Mô phỏng dòng chảy (Moldex3D Studio 2021): Khảo sát thời gian điền đầy (Melt Front Time), vị trí xuất hiện rỗ khí (Air Trap) để bố trí khe thoát khí, vị trí đường hàn nhựa (Weld Line), trường phân bố áp suất phun (Injection Pressure), độ co rút thể tích và cong vênh (Volumetric Shrinkage), sự phân bố nhiệt độ (Temperature) và tốc độ dòng chảy (Flow Rate).
• Tính toán bền bộ khuôn (Creo Parametric 8.0): Áp dụng mô hình phần tử hữu hạn (FEM), thiết lập điều kiện biên ràng buộc bề mặt, gán vật liệu thép khuôn và đặt tải trọng áp suất phun lên tấm khuôn dương. Kết quả thu được trường ứng suất tương đương Von Mises, ứng suất chính cực đại (Max Principal Stress) và chuyển vị tổng thể (Displacement) nằm trong giới hạn bền đàn hồi cho phép.

Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá bộ khuôn

Chương cuối ghi nhận toàn bộ quy trình thực nghiệm tại xưởng cơ khí:

• Lựa chọn dụng cụ cắt (dao phay ngón, dao phay mặt đầu, mũi khoan), thiết lập chuẩn gia công $G54$ và offset chiều dài dao trên máy phay CNC Mazak Mazatech V10.
• Gia công 6 mặt chuẩn và phay CNC lòng khuôn trên tấm khuôn âm, tấm khuôn dương, tấm kẹp sau, tấm giữ và tấm đẩy.
• Thực hiện mài, đánh bóng bề mặt lòng khuôn để đạt độ bóng yêu cầu.
• Lắp ráp hoàn chỉnh các cụm chi tiết và gá đặt bộ khuôn lên máy ép nhựa công nghiệp.
• Tiến hành ép thử nghiệm, phân tích các khuyết tật ban đầu của sản phẩm mẫu (hiện tượng tạo bavia do áp lực kẹp hoặc khe hở mặt phân khuôn, hiện tượng thiếu nhựa do thông số áp suất/nhiệt độ chưa tối ưu). Sau khi hiệu chỉnh thông số công nghệ ép, nhóm thu được sản phẩm móc nhựa hoàn chỉnh đạt tiêu chuẩn hình học và độ bền cơ lý.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Nghiên cứu đạt được các kết quả thực nghiệm rõ ràng:

• Sản phẩm móc nhựa hoàn chỉnh: Chế tạo thành công mẫu móc áo người lớn bằng nhựa ABS có kích thước 390 x 170 mm, tiết diện elip 7 x 10 mm, thể tích 59.434,7 mm³, tích hợp rãnh hạt đậu và kết cấu móc chữ C giúp treo đồ đa năng không bị trượt.
• Bộ khuôn ép phun 2 tấm hoàn chỉnh: Kích thước tấm khuôn 380 x 380 x 100 mm, gồm 2 lòng khuôn đối xứng, sử dụng hệ thống kênh dẫn tâm và miệng phun kiểu cạnh. Bộ khuôn vận hành chính xác trên máy ép nhựa, đảm bảo độ kín khít của mặt phân khuôn sau khi hiệu chỉnh.
• Tối ưu hóa quy trình thiết kế: Ứng dụng thành công phần mềm Moldex3D để dự đoán chính xác các khuyết tật rỗ khí và đường hàn trước khi gia công thực tế, giúp loại bỏ hoàn toàn chi phí và thời gian sửa khuôn thủ công theo phương pháp truyền thống.
• Đóng góp kỹ thuật: Hoàn thiện tập bản vẽ thiết kế 2D/3D chi tiết, quy trình công nghệ gia công CNC tấm khuôn trên máy Mazak Mazatech V10 và bộ thông số ép thử nghiệm thực tế cho sản phẩm móc nhựa ABS.

Hạn chế và hướng phát triển đề tài

Dựa trên phạm vi và kết quả thực nghiệm được trình bày trong đồ án, nghiên cứu tồn tại một số hạn chế kỹ thuật và hướng mở tiếp theo:

• Hạn chế: Bộ khuôn mới chỉ thiết kế ở quy mô 2 lòng khuôn nhằm phục vụ mục tiêu đào tạo và thử nghiệm, chưa tối ưu hóa cho sản xuất thương mại công suất lớn (như các bộ khuôn công nghiệp 4 hoặc 8 lòng khuôn); quá trình ép thử nghiệm ban đầu vẫn xuất hiện bavia và thiếu nhựa cục bộ trước khi được tinh chỉnh thông số máy ép.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng số lượng lòng khuôn lên 4 hoặc nhiều tầng để tăng năng suất; nghiên cứu ứng dụng hệ thống kênh dẫn nóng (Hot Runner) nhằm loại bỏ hoàn toàn cuống keo phế phẩm; thử nghiệm ép phun với các loại vật liệu nhựa tái chế hoặc composite thân thiện với môi trường; kiểm tra độ mài mòn và độ ổn định kích thước của bộ khuôn trong chu kỳ làm việc liên tục dài hạn.

Giá trị tham khảo và đối tượng thụ hưởng

Đồ án là tài liệu thực hành có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu Polymer: Nguồn tài liệu học tập toàn diện về quy trình tích hợp CAD/CAM/CAE trong thiết kế khuôn mẫu, từ dựng hình 3D trên Inventor, tách khuôn và phân tích FEM trên Creo, đến mô phỏng ép phun trên Moldex3D.
• Kỹ sư thiết kế và gia công khuôn mẫu: Tham khảo các bảng thông số kết cấu tiêu chuẩn của khuôn 2 tấm, kích thước kênh dẫn hình thang hiệu chỉnh, giải pháp bố trí miệng phun cạnh và quy trình cài đặt chuẩn phôi, chọn dao gia công trên máy phay CNC Mazak.
• Cơ sở sản xuất đồ nhựa gia dụng: Tham khảo phương án tối ưu hóa hình học móc treo đa năng và bộ thông số công nghệ ép nhựa ABS.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn nhựa ABS thay vì nhựa PP cho sản phẩm móc treo quần áo?
Nhóm nghiên cứu đã so sánh đặc tính của hai loại vật liệu và chọn nhựa ABS vì ABS sở hữu sự cân bằng vượt trội về độ cứng vững, độ dai va đập, bề mặt có độ bóng cao và đặc biệt là độ bền nhiệt cùng khả năng kháng tia cực tím (UV) tốt hơn khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời ngoài trời, trong khi nhựa PP dễ bị suy giảm độ bền và giòn gãy sau thời gian dài tiếp xúc với tia UV.

2. Kích thước hình học và thể tích của sản phẩm móc nhựa được chọn là bao nhiêu?
Sản phẩm móc treo quần áo người lớn theo Phương án 1 được chọn có kích thước bao 390 x 170 mm, thân móc có tiết diện hình elip 7 x 10 mm và tổng thể tích hình học là 59.434,7 mm³.

3. Những phần mềm nào đã được sử dụng trong suốt quá trình thực hiện đồ án?
Đề tài sử dụng đồng bộ 3 phần mềm kỹ thuật: Autodesk Inventor Professional 2021 để thiết kế mô hình 3D sản phẩm móc nhựa; Creo Parametric 8.0 để tách mặt phân khuôn, thiết kế kết cấu bộ khuôn 2 tấm và phân tích ứng suất bền phần tử hữu hạn (FEM); Moldex3D Studio 2021 để mô phỏng dòng chảy nhựa và phân tích khuyết tật điền đầy (CAE).

4. Máy gia công CNC và các thiết bị nào đã được sử dụng để chế tạo bộ khuôn?
Các chi tiết tấm khuôn (khuôn âm, khuôn dương, tấm giữ, tấm đẩy, tấm kẹp) được gia công cơ khí chính xác trên máy phay CNC Mazak Mazatech V10, kết hợp với các dụng cụ đo dao, thiết lập chuẩn phôi, dụng cụ đánh bóng bề mặt lòng khuôn và máy ép phun công nghiệp để ép thử nghiệm.

5. Những khuyết tật nào đã xuất hiện trong quá trình ép thử sản phẩm mẫu và nguyên nhân do đâu?
Trong các lần ép thử ban đầu, sản phẩm gặp phải hai lỗi chính: hiện tượng bavia (nhựa tràn qua mặt phân khuôn do áp suất phun lớn hoặc lực kẹp chưa đủ) và hiện tượng thiếu nhựa/short shot (nhựa không điền đầy lòng khuôn do nhiệt độ hoặc áp suất ép chưa đạt giá trị tối ưu). Các khuyết tật này đã được khắc phục hoàn toàn sau khi nhóm hiệu chỉnh lại bảng thông số công nghệ ép thực tế.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun sản phẩm móc nhựa treo quần áo" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã hoàn thành xuất sắc toàn bộ mục tiêu đề ra từ nghiên cứu lý thuyết, ứng dụng chuỗi phần mềm CAD/CAM/CAE đến chế tạo thực nghiệm. Bộ khuôn 2 tấm với 2 lòng khuôn được gia công chính xác trên máy CNC Mazak Mazatech V10 và vận hành ổn định trên máy ép nhựa, tạo ra sản phẩm móc treo quần áo bằng nhựa ABS đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và thẩm mỹ. Đề tài cung cấp một quy trình công nghệ hoàn chỉnh, minh chứng cho tính hiệu quả của việc ứng dụng kỹ thuật mô phỏng số vào sản xuất khuôn mẫu công nghiệp hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài - Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài và cơ sở lý thuyết - Chương 3: Phương hướng và các giải pháp thiết kế khuôn - Chương 4: Tính toán thiết kế khuôn - Chương 5: Mô phỏng và phân tích CAE - Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá bộ khuôn 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về công nghệ ép phun 2.1 Khái niệm về công nghệ ép phun Công nghệ ép phun nhựa là phương pháp sản xuất sản phẩm nhựa hoàn chỉnh hoặc một phần cơ bản nhất hiện nay. Là công nghệ sản xuất sản phẩm bằng cách phun vật liệu nóng chảy vào lòng khuôn. Sau khi vật liệu nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì sản phẩm được đẩy ra nhờ hệ thống đẩy. Trong quá trình này không có phản ứng hóa học nào xảy ra.

Được sử dụng phổ biến để chế tạo ra các bộ phận, sản phẩm, linh kiện, chi tiết bằng nhựa với nhiều kích thước, độ phức tạp, độ cứng, dẻo, độ chính xác khác nhau. Ưu điểm của công nghệ ép phun: - Sản xuất ra được nhiều sản phẩm trong thời gian ngắn. - Độ bóng bề mặt cao, đa dạng màu sắc. - Đa dạng về kiểu dáng.2 Giới thiệu về máy ép phun Máy ép phun dùng trong trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa và kim loại.

Quá trình ép phun bao gồm ép vật liệu nhựa hoặc kim loại vào khuôn để sản xuất ra các sản phẩm đa dạng như bàn phím máy tính, chai nhựa, đồ chơi, linh kiện điện tử, phụ tùng ô tô, vật dụng y tế và nhiều sản phẩm khác.3 Cấu tạo của máy ép phun Cấu tạo chung: Hình 2.1: Cấu tạo máy ép nhựa 4  Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp là một phần quan trọng của máy ép phun, có chức năng giữ và kẹp khuôn ép khi vật liệu được đưa vào khuôn để tạo ra sản phẩm. Nó gồm các bộ phận: - Cụm kìm: Cụm kìm của hệ thống kẹp trong máy ép phun có tác dụng giữ chặt khuôn ép và phần mẫu sản phẩm trong quá trình ép phun. Khi hoạt động, hệ thống kẹp sẽ đóng cửa khuôn ép và giữ chặt phần mẫu sản phẩm trong đó. Sau đó, chất nhựa được ép phun vào trong khuôn, tạo nên sản phẩm cuối cùng.

Để bảo đảm chất lượng sản phẩm và an toàn trong quá trình sản xuất, cụm kìm phải được thiết kế chính xác và đáp ứng đủ các yêu cầu về độ bền, độ chính xác, độ cứng và độ ổn định. Nếu cụm kìm không hoạt động tốt, nó có thể gây ra các vấn đề như lỗi khuôn, chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu hoặc thậm chí là tai nạn lao động. - Cụm đẩy: Cụm đẩy của hệ thống kẹp trong máy ép phun có tác dụng đẩy phần mẫu sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi quá trình ép phun đã hoàn tất. Nó giúp cho sản phẩm dễ dàng được lấy ra và chuẩn bị cho quá trình gia công và hoàn thiện tiếp theo.

Tùy thuộc vào thiết kế của máy ép phun và loại sản phẩm được sản xuất, cụm đẩy có thể được điều khiển bằng tay hoặc bằng hệ thống tự động. - Tấm di động: Tấm di động trong hệ thống kẹp của máy ép phun có tác dụng di chuyển phần mẫu sản phẩm và khuôn ép đến vị trí phù hợp trước khi quá trình ép phun bắt đầu, và tháo rời khuôn sau khi quá trình hoàn tất. Nó được điều khiển bằng tay hoặc tự động để đảm bảo tính an toàn và độ chính xác trong quá trình sản xuất. - Thanh nối: Có tác dụng giữ chặt khuôn ép và phần mẫu sản phẩm.

Nó được thiết kế có độ chính xác giúp sản phẩm đạt chất lượng tốt và đúng kích thước. Nó có thể được điều chỉnh để phù hợp hình dạng của sản phẩm, và được kiểm soát bằng tay hoặc bằng hệ thống tự động. - Tấm cố định Tấm cố định trong hệ thống kẹp của máy ép phun có tác dụng giữ chặt khuôn ép trong quá trình ép. Nó được thiết kế để giữ cho khuôn ép ở vị trí cố định và đảm bảo tính ổn định của quá trình ép phun.

Vật liệu chế tạo nó thường có chất lượng cao và được kiểm soát bằng tay hoặc bằng hệ thống tự động để đảm bảo độ chính xác của quá trình sản xuất.  Hệ thống khuôn 5 Hệ thống khuôn trong máy ép phun là thành phần không thể thiếu, gồm hai phần chính là khuôn chụp và khuôn đệm. Khuôn chụp có chức năng tạo hình cho sản phẩm, còn khuôn đệm giúp tạo độ bám và định hình cho sản phẩm.  Hệ thống phun Bao gồm bộ phận ép nhựa, bộ phận chuyển động và bộ phận điều khiển.

Nó đưa chất nhựa vào khuôn và điều chỉnh lượng chất nhựa, áp suất ép và tốc độ ép phù hợp để tạo ra sản phẩm. Hệ thống phun cũng có thể sử dụng nhiều loại chất nhựa khác nhau. Hệ thống phun gồm các bộ phận: - Bộ hồi tự lực: Bộ hồi tự lực (hay còn gọi là bộ hồi lực) của hệ thống phun trong máy ép phun là một bộ phận có nhiệm vụ giúp duy trì áp suất và lực ép tại khuôn trong quá trình phun nhựa. Khi bộ phận ép nhựa đẩy chất nhựa vào khuôn, bộ hồi tự lực sẽ tích trữ năng lượng và tạo ra lực ngược lại, giúp đẩy bộ phận ép nhựa trở lại vị trí ban đầu.

- Phễu cấp liệu: Chịu trách nhiệm đưa chất liệu nhựa từ bình chứa vào trong hệ thống phun để tạo hình sản phẩm. Phễu cấp liệu thường được làm bằng vật liệu nhựa chịu được nhiệt độ cao và được thiết kế để đảm bảo dòng chảy liên tục của chất liệu nhựa vào trong hệ thống phun. - Các băng gia nhiệt: Các băng gia nhiệt trong hệ thống phun của máy ép phun là các băng gia nhiệt được gắn trên các khuôn ép nhựa để tăng nhiệt độ và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các băng gia nhiệt thường được làm bằng thép không gỉ hoặc đồng thau, có thể được điều khiển bằng một bộ điều khiển nhiệt độ để đảm bảo sự ổn định và đồng nhất trong quá trình ép nhựa.

Các băng gia nhiệt giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất và giảm thiểu thời gian sản xuất. -Trục vít: Trục vít là bộ phận đẩy chất liệu nhựa từ phễu cấp liệu vào hệ thống phun trong máy ép phun. Nó được điều khiển bằng động cơ điện và bộ truyền động, và cần được lựa chọn phù hợp với loại chất liệu để đảm bảo chất lượng sản phẩm. - Khoang chứa liệu Khoang chứa liệu của hệ thống phun trong máy ép phun là nơi chứa chất liệu nhựa trước khi được đẩy vào hệ thống phun và phun vào khuôn để tạo hình sản phẩm.

Khoang chứa liệu có thể được thiết kế với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu sản xuất và loại chất liệu được sử dụng. 6 - Vòi phun Vòi phun của hệ thống phun trong máy ép phun là bộ phận chịu trách nhiệm cho việc phun chất nhựa vào khuôn để tạo hình sản phẩm. Nó được kết nối với khoang chứa liệu và bơm ép nhựa để tạo áp suất và đẩy chất nhựa qua đầu phun. Vòi phun được thiết kế với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy thuộc vào loại sản phẩm cần sản xuất và yêu cầu về độ chính xác của sản phẩm.

 Hệ thống hỗ trợ ép phun Là bộ phận chịu trách nhiệm cho việc giúp tăng áp suất ép và đẩy chất nhựa qua đầu phun một cách hiệu quả hơn. Nó bao gồm các bộ phận như bơm ép, van áp suất, bộ phận điều khiển áp suất và bộ phận hỗ trợ khác. Bằng cách tăng áp suất ép và điều chỉnh lượng chất nhựa được ép vào khuôn, hệ thống hỗ trợ ép phun giúp tăng độ chính xác và độ bền của sản phẩm được sản xuất. Gồm 4 hệ thống: - Thân máy Là bộ phận đảm bảo tính ổn định của máy khi hoạt động và được thiết kế để chịu được áp lực lớn từ hệ thống phun và các bộ phận khác trong quá trình sản xuất.

- Hệ thống điện Là phần cung cấp nguồn điện và điều khiển các bộ phận khác trong hệ thống phun. Hệ thống điện bao gồm một bộ nguồn điện và các phần khác như các cảm biến, đèn báo, công tắc và hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) để quản lý quá trình ép phun. Hệ thống điện cũng có chức năng giám sát và bảo vệ các bộ phận khác trong hệ thống phun. - Hệ thống thủy lực: Hệ thống thủy lực của hệ thống hỗ trợ ép phun trong máy ép phun có nhiệm vụ cung cấp áp suất và lực ép cho quá trình ép phun nhựa vào khuôn.

Nó bao gồm bơm thủy lực, van điều khiển và các ống dẫn thủy lực. Khi bơm thủy lực hoạt động, nó sẽ đẩy dầu thủy lực chảy qua van điều khiển và các ống dẫn thủy lực để tạo lực ép cần thiết để ép nhựa vào khuôn. Các thông số áp suất và lực ép được điều chỉnh thông qua van điều khiển để đảm bảo sản phẩm đạt được chất lượng và kích thước mong muốn. - Hệ thống làm nguội: Có chức năng giúp giải nhiệt cho các bộ phận của hệ thống phun, như motor, bơm thủy lực, van, đầu phun, để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của máy ép phun.

Nó bao gồm bộ tản nhiệt, bộ làm mát dầu thủy lực và bộ làm mát nước, tùy thuộc vào từng loại máy và ứng dụng cụ thể. Các bộ phận này giúp điều tiết nhiệt độ của hệ thống phun, giảm thiểu quá trình mài mòn và giúp bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố do quá nhiệt.  Các chức năng của máy ép phun 7 Máy ép phun có các chức năng chính như sau: - Bơm ép phun và hệ thống nạp vật liệu giúp đưa vật liệu vào khuôn ép phun. - Máy nén khí đẩy vật liệu vào khuôn ép phun để tạo hình sản phẩm.

- Sau khi sản phẩm được tạo hình, các chức năng của máy ép phun tiếp tục để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. - Hệ thống điều khiển giúp kiểm soát sản phẩm để đảm bảo chất đúng yêu cầu kỹ thuật.2 Tổng quan về khuôn ép nhựa 2.1 Khái niệm về khuôn ép nhựa Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần.