Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp nhựa đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế hiện đại với tốc độ tăng trưởng hàng năm đạt từ 16% đến 18% trong giai đoạn 2010–2020 tại Việt Nam, chỉ đứng sau ngành viễn thông và dệt may. Toàn ngành hiện có hơn 4.000 doanh nghiệp (trong đó hơn 99% là doanh nghiệp tư nhân, tập trung hơn 80% tại khu vực miền Nam), tuy nhiên hơn 90% doanh nghiệp vẫn chủ yếu làm gia công cho nước ngoài và máy móc thiết bị nhập khẩu từ Trung Quốc chiếm tới hơn 40%. Năng lực cạnh tranh của ngành còn hạn chế do trình độ công nghệ khuôn mẫu và kỹ thuật ép phun chưa đồng đều. Việc chuyển dịch từ phương pháp chế tạo khuôn truyền thống (dựa vào kinh nghiệm và thử-sai tốn kém) sang quy trình tích hợp CAD/CAM/CAE là yêu cầu cấp thiết để nâng cao năng suất, giảm tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa chi phí sản xuất.

Đề tài đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật, mô phỏng số và công nghệ gia công khuôn mẫu ép phun cho hai sản phẩm kỹ thuật điển hình, nhằm đạt các mục tiêu cụ thể:

  1. Ứng dụng công nghệ CAD (Siemens NX 12) để mô hình hóa hình học chính xác và phân tích, đánh giá phương án tách mặt phân khuôn cho các chi tiết có yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
  2. Ứng dụng công nghệ CAE (Moldex3D) kết hợp phần mềm phân tích thống kê Minitab để thiết lập ma trận quy hoạch thực nghiệm Taguchi, từ đó tối ưu hóa bộ thông số công nghệ ép phun, giảm thiểu co ngót, cong vênh và loại bỏ các khuyết tật dòng chảy.
  3. Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu bộ khuôn ép phun công nghiệp trên công cụ Mold Wizard của NX 12, bao gồm hệ thống cấp nhựa, hệ thống dẫn hướng - định vị, hệ thống làm mát và cơ cấu tháo ren tự động.
  4. Xây dựng quy trình công nghệ gia công cơ khí chi tiết tấm lòng khuôn và lập trình gia công CNC nhiều trục trên phân hệ NX CAM 12.

Đối tượng nghiên cứu:

  • Chi tiết vỏ máy tính bảng: dạng hộp chữ nhật, kích thước danh nghĩa $120 \times 186 \times 28\text{ mm}$, bề dày thành trung bình $1{,}5\text{ mm}$, khối lượng $240\text{ g}$, sử dụng vật liệu nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS).
  • Chi tiết nắp bịt lõi lọc nước: dạng trụ có ren và gân tăng cứng, kích thước $\varnothing55 \times \varnothing38{,}5 \times 23\text{ mm}$, sử dụng vật liệu nhựa Polycarbonate (PC), yêu cầu độ co ngót thể tích dưới $1%$ và độ co ngót bề mặt dưới $0{,}01\text{ mm}$.
  • Kết cấu bộ khuôn ép phun 2 tấm, cụm cơ cấu lõi quay ren và quy trình công nghệ chế tạo tấm lòng khuôn (Cavity plate).

Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong phạm vi thiết kế kỹ thuật 3D, mô phỏng số dòng chảy điền đầy - làm nguội trên phần mềm Moldex3D Studio, tối ưu hóa 4 yếu tố công nghệ ép phun bằng bảng trực giao Taguchi L9, tra cứu linh kiện tiêu chuẩn Misumi cho kết cấu khuôn và lập trình đường chạy dao phay CNC trên phần mềm NX CAM 12.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết cơ học biến dạng vật liệu dẻo, lý thuyết truyền nhiệt trong khuôn ép phun và các phương pháp giải tích số CAE:

  • Khung lý thuyết vật liệu polyme và khuôn ép phun:

    • Phân loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo gồm cấu trúc vô định hình (Amorphous) như PS, PC, PMMA (đặc trưng bởi nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g$, độ co ngót thấp dưới $0{,}8%$) và cấu trúc bán kết tinh (Semi-crystalline) như PP, LDPE, HDPE, PA, POM (đặc trưng bởi nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g$ và nhiệt độ nóng chảy $T_m$).
    • Lý thuyết cấu tạo bộ khuôn ép phun tiêu chuẩn gồm 17 bộ phận cơ bản: tấm kẹp trước/sau, tấm khuôn trước (Cavity)/sau (Core), bạc cuống phun, vòng định vị, vít lục giác, đường nước làm mát, tấm lót, khối đỡ, tấm giữ, tấm đẩy pin, chốt đẩy, lò xo, chốt hồi về, bạc dẫn hướng, chốt dẫn hướng.
    • Phân loại kết cấu khuôn theo số tầng (1 tầng, nhiều tầng), theo kênh dẫn (kênh dẫn nóng, kênh dẫn nguội) và theo số tấm (khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm).
    • Lý thuyết tính toán các hệ thống chức năng: hệ thống dẫn hướng và định vị, hệ thống kênh dẫn nhựa và cổng phun (gate), hệ thống slide/bệ trượt/cam chốt xiên/lõi quay ren, hệ thống đẩy sản phẩm, hệ thống thoát khí và hệ thống làm nguội.

  • Phương pháp giải tích số và mô phỏng CAE:

    • Ứng dụng các công cụ giải tích số chính trong CAE gồm phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) và phương pháp phần tử biên (BEM) để tính toán trường nhiệt độ, trường áp suất, tốc độ dòng chảy và ứng suất dư trong quá trình điền đầy và làm đông đặc polyme.

  • Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi và thống kê:

    • Sử dụng ma trận trực giao Taguchi (Orthogonal Array) để giảm thiểu số lượng thí nghiệm mô phỏng so với phương pháp quy hoạch toàn phần truyền thống.
    • Sử dụng hàm tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$ ratio) với tiêu chí "càng nhỏ càng tốt" (Smaller-the-Better) cho biến phản hồi độ cong vênh và độ co ngót.
    • Sử dụng phương pháp phân tích trung bình (ANOM) và phân tích phương sai (ANOVA) trên phần mềm Minitab để xác định mức độ ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đầu vào.

  • Nguồn dữ liệu và tiêu chuẩn kỹ thuật:

    • Cơ sở dữ liệu thông số cơ nhiệt vật liệu nhựa (ABS, PC, PA, PP, PVC, POM, PMMA, PS).
    • Tiêu chuẩn linh kiện khuôn mẫu công nghiệp của hãng Misumi (bạc cuống phun, vòng định vị, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, nhông xích FBN50B, ổ bi).
    • Catalogue thông số hình học và chế độ cắt của các hãng dụng cụ cắt: Seco (dao phay ngón, dao phay mặt R220, mũi khoan SD230A, SD203A, dao phay JS522, JS564, JSE514), Yamawa (mũi taro ren M12), Whitney Tool.
    • Thông số công nghệ của thiết bị gia công: máy cắt dây MAKINO, máy mài phẳng KURODA GS-45 Model JK-105ATD, máy xung điện định hình EDM ZNC450.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Hệ thống kỹ thuật được triển khai qua quy trình khép kín CAD/CAE/CAM:

[Mô hình hóa hình học 3D (NX 12 CAD)] 
[Tách mặt phân khuôn & Vùng Cavity/Core (NX Mold Wizard)]
[Chia lưới & Mô phỏng dòng chảy điền đầy (Moldex3D Studio)]
[Thiết kế thí nghiệm Taguchi L9 & Tối ưu hóa thông số ép (Minitab)]
[Thiết kế kết cấu bộ khuôn hoàn chỉnh 2 tấm & Cụm lõi quay ren (NX 12)]
[Lập quy trình công nghệ chế tạo & Mô phỏng gia công CNC/EDM (NX CAM 12)]
Phân hệ kỹ thuật Công cụ / Thiết bị Nội dung triển khai chính
Mô hình hóa (CAD) Siemens NX 12 (Modeling, Sketch) Xây dựng mô hình 3D vỏ máy tính bảng ($120 \times 186 \times 28\text{ mm}$) và nắp bịt lõi lọc nước ($\varnothing55 \times \varnothing38{,}5 \times 23\text{ mm}$).
Tách khuôn (CAD) NX Mold Wizard Thiết lập gốc tọa độ khuôn (Mold CSYS), tạo phôi (Workpiece), kiểm tra vùng (Check Regions), vá mặt hở/lỗ (Patch Up), xác định mặt phân khuôn (Define Parting Surface) và tách tấm Core/Cavity.
Mô phỏng đúc (CAE) Moldex3D Studio Viewer Xuất mô hình, gán thuộc tính chi tiết, thiết kế cuống phun, kênh dẫn nguội, kênh làm mát, chia lưới phần tử thể tích, gán vật liệu nhựa và thiết lập thông số áp suất, nhiệt độ, thời gian.
Tối ưu hóa (DOE) Minitab (Taguchi Method) Xây dựng bảng trực giao L9, phân tích tỷ số $S/N$, phân tích ANOVA/ANOM nhằm tối ưu hóa 4 thông số công nghệ (nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn, thời gian điền đầy, áp suất giữ) để triệt tiêu co ngót, cong vênh, rỗ khí và đường hàn.
Kết cấu khuôn Siemens NX 12 & Thư viện Misumi Thiết kế vỏ khuôn cơ sở (Mold Base), bố trí hệ thống chốt đẩy $\varnothing4\text{ mm}$, $\varnothing6\text{ mm}$, chốt giật cuống phun, hệ thống làm mát; thiết kế cơ cấu tháo ren gồm trục côn ren hạ bậc, cặp bánh răng truyền động và nhông xích FBN50B.
Gia công cơ khí & CAM NX CAM 12, Máy Makino, Kuroda GS-45, EDM ZNC450 Lập tiến trình công nghệ gia công tấm lòng khuôn qua 10 nguyên công; tính toán chế độ cắt ($v, s, t, n$); lập trình gia công phay thô, phay tinh lòng khuôn và xuất mã G-code.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vật liệu nhựa, các phương pháp gia công và khuôn đúc ép phun

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử hình thành ngành nhựa thế giới và Việt Nam (từ dây chuyền PVC Việt Trì những năm 1960–1980 đến giai đoạn tăng trưởng mạnh 2007–nay). Tác giả trình bày chi tiết phân loại polyme theo cấu trúc hóa học (nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, nhựa đàn hồi), nguồn gốc, tính chất cơ lý và mã số tái chế từ 1 đến 7 (PET, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS, Others).

Chương này tổng hợp các thông số kỹ thuật cơ bản của 8 loại nhựa kỹ thuật phổ biến:

Loại nhựa Tỷ trọng ($g/cm^3$) Modun đàn hồi kéo (Mpsi) Độ bền kéo (Kpsi) Độ va đập Izod (ft-lb/in) Nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g$ / Vicat (°F)
ABS 1,05 0,3 5,0 2,0 $T_g$: 185–240 / Vicat: 237
PA (Nylon) 1,44 1500,0 32,0 1,8 $T_g$: 257 / Vicat: 570
PC 1,44 1500,0 32,0 1,8 $T_g$: 257 / Vicat: 570
PP 0,90 0,17 4,00 0,5–18 $T_g$: 329–338 / Vicat: 320
PVC 1,38 0,35 6,00 0,0 $T_g$: 360–390 / Vicat: 179–216
POM (đồng nhất) 1,42 400,0 10,0 1,30 $T_g$: 350 / Vicat: 90
PMMA 1,17 0,38 7,50 0,50 $T_g$: 184 / Vicat: 230
PS 1,05 0,45 6,0 0,6 $T_g$: 212 / Vicat: 200–227

Chương 1 cũng phân tích cấu tạo, nguyên lý vận hành của máy ép phun (phần kẹp khuôn, trục vít hóa dẻo và đầu phun nhựa); chu trình ép phun 6 bước tiêu chuẩn; so sánh ưu nhược điểm của công nghệ đùn thổi, ép đùn và ép phun; phân loại kết cấu khuôn ép (khuôn 1 tầng, nhiều tầng; kênh dẫn nóng, kênh dẫn nguội; khuôn 2 tấm, 3 tấm) và chức năng của 17 chi tiết cấu thành bộ khuôn tiêu chuẩn.

Chương 2: Mô hình hóa sản phẩm trên NX 12 và đánh giá phương án mặt phân khuôn

Chương 2 giới thiệu mối liên hệ giữa CAD, CAM và CAE cùng 3 phương pháp giải tích số (FEM, FDM, BEM). Tác giả tiến hành mô hình hóa 3D hai sản phẩm kỹ thuật:

  • Vỏ máy tính bảng: Chi tiết dạng hộp kích thước $120 \times 186 \times 28\text{ mm}$, dày $1{,}5\text{ mm}$, vật liệu ABS, khối lượng $240\text{ g}$, kết cấu lắp ghép vít đòi hỏi độ phẳng bề mặt cao.
  • Nắp bịt lõi lọc nước: Kích thước $\varnothing55 \times \varnothing38{,}5 \times 23\text{ mm}$, vật liệu PC, có các hệ gân trợ lực tăng cứng, yêu cầu độ co ngót thể tích $<1%$ và co ngót bề mặt $<0{,}01\text{ mm}$ để đảm bảo độ kín khít chống rò rỉ nước.

Ứng dụng công cụ NX Mold Wizard để phân tích công nghệ: dùng lệnh Check Regions kiểm tra góc nghiêng thoát khuôn (Draft angle), tự động phân màu vùng lòng khuôn (Cavity - màu cam) và vùng lõi khuôn (Core - màu xanh); sử dụng lệnh Define Regions để tạo mặt phân khuôn phẳng liên tục; kiểm tra và tạo biên dạng cho tấm Core và tấm Cavity.

Chương 3: Ứng dụng phần mềm Minitab để tối ưu hóa các thông số đúc bằng phương pháp Taguchi

Chương 3 trình bày quy trình mô phỏng số dòng chảy polyme trên Moldex3D Studio Viewer: gán vật liệu, thiết kế hệ thống kênh dẫn nguội, cổng phun, kênh làm mát, chia lưới thể tích và thiết lập các thông số công nghệ (áp suất phun, áp suất giữ áp, thời gian điền đầy, thời gian giữ áp, nhiệt độ nóng chảy nhựa, nhiệt độ khuôn, thời gian làm mát, thời gian mở khuôn).

Để tối ưu hóa quá trình đúc và khắc phục các khuyết tật cong vênh, co ngót, rỗ khí (air traps) và đường hàn (weld lines), tác giả áp dụng phương pháp Taguchi trên Minitab:

  • Thiết lập bảng trực giao $L_9(3^4)$ gồm 9 thí nghiệm mô phỏng với 4 thông số công nghệ biến thiên ở 3 mức độ.
  • Tính toán tỷ số tín hiệu trên nhiễu $S/N$ cho từng biến phản hồi (độ cong vênh và phần trăm co ngót).
  • Phân tích đồ thị giá trị trung bình $S/N$, bảng ANOM và bảng phân tích phương sai ANOVA để xác định bộ thông số tối ưu nhất cho cả hai sản phẩm, giúp triệt tiêu hiện tượng rỗ khí và giảm thiểu tối đa độ biến dạng hình học sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.

Chương 4: Ứng dụng phần mềm NX 12 để thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh

Chương 4 hoàn thiện thiết kế kết cấu 3D chi tiết của hai bộ khuôn trên nền tảng Mold Wizard:

  • Bộ khuôn vỏ máy tính bảng: Chọn kết cấu khuôn 2 tấm, hướng mở khuôn theo trục $Z$, tạo kích thước khối lồng phôi (Workpiece), thực hiện vá kín các lỗ hốc (Patch Up Surfaces), tạo mặt phân khuôn hoàn chỉnh và tách thành công hai nửa khuôn Core và Cavity. Bố trí khối khuôn cơ sở (Mold Base), vòng định vị, bạc cuống phun, hệ thống đẩy gồm các chốt đẩy đường kính $\varnothing4\text{ mm}$ và $\varnothing6\text{ mm}$, chốt giật cuống phun, cùng hệ thống đường nước làm mát tuần hoàn.
  • Bộ khuôn nắp bịt lõi lọc nước: Tính toán thiết kế chi tiết kết cấu tháo ren phức tạp. Do sản phẩm có ren trong không thể rút khuôn thẳng, tác giả thiết kế cụm cơ cấu lõi quay ren tự động gồm: trục côn ren có hạ bậc lắp ghép, bánh răng truyền động ăn khớp, ổ bi đỡ trục theo catalogue tiêu chuẩn Misumi, bộ truyền nhông xích mã hiệu FBN50B để dẫn động xoay lõi ren trong quá trình mở khuôn. Đồng thời chuẩn hóa toàn bộ vòng định vị, bạc cuống phun, chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng theo tiêu chuẩn hãng Misumi.

Chương 5: Lập quy trình công nghệ gia công lòng khuôn cho các sản phẩm nhựa

Chương 5 phân tích lựa chọn vật liệu thép làm khuôn và giá thành phôi thép. Tác giả xây dựng tiến trình công nghệ gia công cắt gọt cho chi tiết tấm lòng khuôn vỏ máy tính bảng và nắp bịt lõi lọc nước qua các nguyên công:

Thứ tự NC Tên nguyên công Thiết bị / Dụng cụ cắt Yêu cầu kỹ thuật đạt được
NC 1 Cắt phôi thô Máy cưa vòng công nghiệp Đảm bảo lượng dư gia công các bề mặt
NC 2 Phay khỏa mặt đầu, phay 4 mặt bên Phay CNC / Dao phay mặt Seco R220 Kích thước bao ngoài, độ vuông góc
NC 3 Mài phẳng các bề mặt chuẩn Máy mài phẳng KURODA GS-45 JK-105ATD Độ nhám bề mặt $Ra \le 0{,}63,\mu\text{m}$, độ phẳng
NC 4 Khoan lỗ định vị, lỗ chốt dẫn hướng Khoan CNC / Mũi khoan Seco SD230A-10 Dung sai vị trí tâm lỗ $\pm0{,}02\text{ mm}$
NC 5 Phay thô hốc lòng khuôn (Cavity pocket) Phay CNC / Dao phay Seco JSE514200D4C Bóc tách phần lớn lượng dư kim loại
NC 6 Phay bán tinh & phay tinh lòng khuôn Phay CNC / Dao JS522200D4R600, JS564200 Đạt biên dạng lòng khuôn chính xác
NC 7 Khoan & Taro các lỗ ren M12 Máy khoan đứng / Mũi taro Yamawa M12 Ren kẹp chặt tiêu chuẩn
NC 8 Gia công rãnh sâu, góc hẹp Máy xung điện định hình EDM ZNC450 Điện cực đồng gia công góc $R$ nhỏ
NC 9 Cắt dây các lỗ lọt chốt định hình Máy cắt dây CNC MAKINO Độ chính xác lắp ghép cấp IT6
NC 10 Đánh bóng bề mặt lòng khuôn Máy mài cầm tay & dung dịch đánh bóng Bề mặt đạt độ bóng gương $Ra \le 0{,}08,\mu\text{m}$

Chương này hoàn thiện phần lập trình CAM trên NX CAM 12: thiết lập gốc tọa độ phôi (MCS), vùng gia công, tạo đường chạy dao phay thô, phay tinh lòng khuôn, mô phỏng kiểm tra va chạm dao (Toolpath Simulation) và xuất chương trình gia công NC.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật đạt được:

    • Mô hình hóa thành công 3D hai sản phẩm nhựa kỹ thuật với độ phức tạp hình học cao trên phần mềm NX 12.
    • Ứng dụng thành công công cụ Mold Wizard để phân vùng Core/Cavity và tạo mặt phân khuôn tự động, loại bỏ hoàn toàn các lỗi góc nghiêng thoát khuôn.
    • Thiết lập và mô phỏng 9 bài toán động học điền đầy polyme theo ma trận trực giao Taguchi L9 trên Moldex3D Studio, tối ưu hóa các giá trị $S/N$ giúp kiểm soát độ co ngót thể tích của nắp bịt lõi lọc nước dưới $1%$, co ngót bề mặt dưới $0{,}01\text{ mm}$, hạn chế cong vênh và triệt tiêu lỗi rỗ khí, đường hàn.
    • Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu 3D hai bộ khuôn ép phun công nghiệp; đặc biệt là phát triển cụm cơ cấu lõi quay ren tự động (sử dụng nhông xích Misumi FBN50B và cụm bánh răng truyền động) giúp tháo ren nắp bịt tự động trong chu kỳ ép.
    • Xây dựng bảng quy trình công nghệ 10 nguyên công gia công tấm lòng khuôn; tính toán đầy đủ chế độ cắt ($v_c, f_z, a_p, a_e, n$) cho các loại dao Seco, Yamawa, Whitney Tool; mô phỏng đường chạy dao phay thô và phay tinh không va chạm trên NX CAM 12.

  • Giải pháp và đóng góp kỹ thuật:

    • Thiết lập quy trình thiết kế và chế tạo khuôn mẫu tích hợp đồng bộ CAD/CAE/CAM/DOE, giảm sự phụ thuộc vào phương pháp chế thử truyền thống.
    • Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm Taguchi trên Minitab kết hợp CAE giúp rút ngắn thời gian tinh chỉnh thông số ép phun, nâng cao tuổi thọ khuôn và đảm bảo chất lượng hình học của sản phẩm nhựa kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa 3D, mô phỏng số CAE và lập trình gia công CAM; chưa tiến hành gia công chế tạo thực tế bộ khuôn trên máy CNC và ép thử nghiệm sản phẩm trên máy ép phun thực tế để đo kiểm sai số hình học thực nghiệm.
    • Mô hình tối ưu hóa Taguchi L9 mới khảo sát 4 thông số công nghệ ở 3 mức tiệm cận rời rạc, chưa xét đến các yếu tố tương tác bậc cao giữa các thông số và ảnh hưởng của sự dao động nhiệt độ môi trường xưởng đúc.
    • Cơ cấu lõi quay ren tự động mới dừng lại ở thiết kế động học và chọn cụm truyền động tiêu chuẩn, chưa mô phỏng ứng suất động lực học và độ mài mòn răng trong điều kiện làm việc liên tục dài hạn.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Chế tạo thực tế bộ khuôn mẫu tại xưởng cơ khí, tiến hành đo kiểm kích thước lòng khuôn trên máy đo tọa độ 3 chiều (CMM).
    • Lắp đặt khuôn lên máy ép phun công nghiệp để ép thử nghiệm sản phẩm mẫu, thu thập dữ liệu thực nghiệm về độ co ngót, cong vênh nhằm hiệu chỉnh độ chính xác của mô hình mô phỏng Moldex3D.
    • Mở rộng thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu (như giải thuật di truyền GA hoặc bề mặt đáp ứng RSM) để tìm điểm tối ưu toàn cục cho chất lượng sản phẩm và thời gian chu kỳ ép phun.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ điện tử và Công nghệ Khuôn mẫu:

  • Phần thiết kế CAD/Mold Wizard: Đáng tham khảo về quy trình chuẩn hóa các bước tạo phôi, vá mặt lỗ hốc, phân vùng Cavity/Core và thiết lập hệ thống linh kiện khuôn theo tiêu chuẩn Misumi.
  • Phần mô phỏng CAE và tối ưu hóa Taguchi: Đáng tham khảo cho các nghiên cứu về mô phỏng dòng chảy polyme trên Moldex3D kết hợp phân tích thống kê $S/N$, ANOM, ANOVA trên Minitab để xử lý các khuyết tật đúc ép phun (rỗ khí, đường hàn, cong vênh).
  • Phần kết cấu cơ khí tháo ren: Cung cấp giải pháp kết cấu cụ thể về cơ cấu lõi quay ren tự động sử dụng cụm bánh răng - nhông xích FBN50B.
  • Phần công nghệ chế tạo và CAM: Là tài liệu tham khảo thực tế về lập tiến trình gia công khuôn mẫu nhiều nguyên công (Phay, Mài, Khoan, Taro, Cắt dây Makino, Xung điện EDM ZNC450) và chế độ cắt dao cụ hãng Seco/Yamawa.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai sản phẩm được lựa chọn nghiên cứu trong đồ án có kích thước và vật liệu gì?
Vỏ máy tính bảng có kích thước $120 \times 186 \times 28\text{ mm}$, dày $1{,}5\text{ mm}$, khối lượng $240\text{ g}$, làm bằng nhựa ABS. Nắp bịt lõi lọc nước có kích thước $\varnothing55 \times \varnothing38{,}5 \times 23\text{ mm}$, làm bằng nhựa PC, yêu cầu co ngót thể tích $<1%$ và co ngót bề mặt $<0{,}01\text{ mm}$.

2. Tác giả sử dụng phương pháp nào để tối ưu hóa thông số ép phun và giải quyết các khuyết tật sản phẩm?
Tác giả sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi với bảng trực giao $L_9(3^4)$ trên phần mềm Minitab kết hợp mô phỏng dòng chảy polyme trên Moldex3D Studio Viewer, phân tích tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$) và bảng ANOVA/ANOM để tìm bộ thông số ép tối ưu nhằm giảm cong vênh, co ngót và triệt tiêu lỗi rỗ khí, đường hàn.

3. Giải pháp kết cấu nào được sử dụng để tháo ren cho chi tiết nắp bịt lõi lọc nước?
Tác giả thiết kế cơ cấu cụm lõi quay ren tự động gồm trục côn ren có hạ bậc lắp ghép, bộ bánh răng truyền chuyển động ăn khớp, ổ bi đỡ trục và bộ truyền nhông xích tiêu chuẩn Misumi FBN50B để xoay tháo lõi ren trong quá trình mở khuôn.

4. Quy trình gia công tấm lòng khuôn bao gồm những nguyên công và thiết bị chính nào?
Quy trình gồm 10 nguyên công: cưa phôi thô, phay khỏa mặt đầu và 4 mặt bên (dao Seco R220), mài phẳng chuẩn (máy mài Kuroda GS-45), khoan lỗ định vị (dao Seco SD230A-10), phay thô lòng khuôn (dao Seco JSE514200), phay bán tinh/tinh (dao Seco JS522, JS564), khoan và taro ren (mũi taro Yamawa M12), xung điện EDM (máy EDM ZNC450), cắt dây chi tiết (máy Makino) và đánh bóng bề mặt lòng khuôn đạt độ bóng gương.

5. Các linh kiện tiêu chuẩn của bộ khuôn được tra cứu và lựa chọn theo hãng nào?
Các linh kiện khuôn tiêu chuẩn bao gồm bạc cuống phun, vòng định vị, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, chốt đẩy ($\varnothing4\text{ mm}$, $\varnothing6\text{ mm}$), ổ bi và nhông xích FBN50B đều được chuẩn hóa và lựa chọn theo catalogue của hãng Misumi.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết trọn vẹn và mang tính hệ thống bài toán kỹ thuật từ khâu mô hình hóa hình học 3D, mô phỏng số dòng chảy polyme, tối ưu hóa thông số ép phun đến thiết kế kết cấu bộ khuôn và lập quy trình công nghệ gia công CNC/EDM cho hai sản phẩm nhựa kỹ thuật. Việc tích hợp thành công chuỗi công cụ Siemens NX 12, Moldex3D, Minitab và tiêu chuẩn hóa linh kiện Misumi đã chứng minh tính khoa học và hiệu quả của phương pháp thiết kế khuôn mẫu hiện đại. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở kỹ thuật tin cậy cho việc chế tạo bộ khuôn hoàn chỉnh và phục vụ công tác đào tạo, nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy.