Contribution to an Ergonomy Study of Thaco Sleeping Bus ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94) 2015 41 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA SỢI THỦY TINH TRONG CHẾ TẠO XE KH[.]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 41 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA - SỢI THỦY TINH TRONG CHẾ TẠO XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM Ở VIỆT NAM APPLICATION OF PLASTIC FIBER GLASS INJECTION TECHNOLOGY FOR SLEEPER BUS MANUFACTURING IN VIETNAM Ninh Quang Oanh1, Trần Thị Minh Hậu1, Phạm Xuân Mai2 Cơng ty Cổ phần Ơ tơ Trường Hải (Thaco); ninhquangoanh@thaco.com.vn Trường Đại học Bách khoa Tp HCM; pmai_2002@yahoo.com Tóm tắt - Tại Việt Nam nay, việc thay chi tiết kim loại ô tô chi tiết nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật chưa đượ thực Và việc ứng dụng công nghệ ép phun cho chi tiết ô tô lại chưa trọng, điều ảnh hưởng đến suất, giá thành, chất lượng sản xuất xe, xe khách giường nằm Bài báo giới thiệu ứng dụng công nghệ ép phun để sản xuất nội địa hóa sản phẩm tơ Cơng nghệ có nhiều ưu điểm: tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý kể mặt mặt ngồi, có độ thẩm mỹ cao, tính chịu lực lớn Do đó, thường áp dụng để sản xuất chi tiết tơ có u cầu chịu va đập, chịu ma sát, chịu lực khả chống cháy: chi tiết nội thất, cản xe, tay nắm, vô-lăng tơ… Hiện Thaco hợp tác với Phịng thí nghiệm Composit Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để triển khai công nghệ sản phẩm xe khách khác xe tải Abstract - In Vietnam today, replacing metal parts by engineering thermoplastic parts has not been applied on automobiles And application of plastic injection technology for automobile parts has not been given much attention This causes negative impacts on productivity, prices, quality… of automobile production, especially sleeper buses The paper introduces the plastic injection technology application to localize automobile parts, contributing to the amelioration of technology, productivity, cheapening prices of automobile parts This application helps to create complex shaped and highly attractive products with extensive tolerant stress from the inside to the outside Therefore, this technology is usually used for producing automobile parts which require a great capacity of impact, friction, force and fire resistanc such as interiors, bumpers, door handles, steering wheels… Currently, the Thaco is in association with Hanoi University of Technology Composite Laboratory to develop this technology for buses and trucks to enhance quality and technology contents of automobiles Từ khóa - nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật; xe khách giường nằm; công nghệ ép phun; khuôn mẫu; kỹ thuật ngược Key words - engineering thermoplastic; sleeper bus; plastic injection technology; mold; reverse engineering Giới thiệu 1.1 Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật ứng dụng ô tô Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật (NDKT) (Engineering Thermo-plastics-ETP’s) phân nhóm vật liệu chất dẻo sử dụng trường hợp yêu cầu chất lượng cao so với nhựa nhiệt dẻo thông dụng tính chất học (đặc biệt độ bền va đập), chịu nhiệt (khoảng 1000C 00C) Nhựa NDKT thay kim loại, gỗ, thủy tinh gốm [1] Trên sở khảo sát, đánh giá loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật, công ty cổ phần ô tô Trường Hải (Thaco) chọn số NDKT phổ biến sử dụng công nghiệp ô tơ [2-5]: - Polyamit (nylon, PA): có tính chất học độ chịu nhiệt cao, có độ chịu hóa chất, dầu khoáng, mỡ chất lỏng hydrocacbon tốt PA vật liệu chủ lực công nghiệp ô tô ngành công nghiệp khác Khoảng nửa loại chi tiết tạo hình từ PA dùng tơ - Polycacbonat (PC): có độ chịu va đập tốt với cân tốt tính chất khoảng nhiệt độ rộng Tính chống lão hóa PC tốt PC có khả tái chế, chi tiết nội thất chế tạo từ 100% vật liệu tái sinh PC có nhược điểm bị nứt ứng suất nên không sử dụng cho mục đích chịu lực - Acrylonitril-Butadien-Styren (ABS): ABS sử dụng làm chi tiết trang trí bên panel cửa panel che trang bị, chi tiết bên bao gương, đai ABS thường không ứng dụng kết cấu chịu lực va đập Polyvinylclorit (PVC): loại vật liệu có nhiều cơng dụng PVC vật liệu cứng khơng hóa dẻo PVC chịu khí hậu tốt, giữ nguyên tính chất học màu sắc nên thích hợp cho ứng dụng phía ngồi tơ Tuy nhiên, nhiệt độ áp suất tạo hình cao nên hạn chế chủng loại hình dáng sản phẩm Polypropylen (PP): nhựa nhiệt dẻo có hiệu giá thành cao khối lượng riêng thấp, có độ bền kéo tốt chịu mỏi tốt Khi gia cường sợi thủy tinh, độ bền kéo, độ bền va đập, độ bền uốn, môđun nhiệt độ biến dạng tải trọng tăng lên đáng kể, độ dãn dài bị giảm 1.2 Tổng quan công nghệ ép phun Công nghệ ép phun nhựa Fiber-glass q trình phun nhựa nóng chảy có pha sợi thủy tinh điền đầy lịng khn Khi hỗn hợp nhựa làm nguội đông cứng lại lịng khn khn mở sản phẩm đẩy khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy Nguyên lý làm việc máy ép phun Hình Nguyên lý vận hành sau: - Nguyên liệu cấp vào máy ép phun theo chu kỳ Nguyên liệu sau hóa dẻo phun vào khn (đã kẹp chặt), hình dạng khn tạo hình dạng sản phẩm Sau định hình làm nguội khn, hành trình mở khn thực để lấy sản phẩm - Đặc điểm cơng nghệ ép phun q trình sản xuất diễn theo chu kỳ - Thời gian chu kỳ phụ thuộc vào trọng lượng sản Ninh Quang Oanh, Trần Thị Minh Hậu, Phạm Xuân Mai 42 phẩm, nhiệt độ nước làm nguội khuôn hiệu hệ thống làm nguội khuôn - Chất lượng suất sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng máy ép phun, chất lượng khuôn mẫu độ che nắng xe khách giường nằm Nhựa PA6+GF30% có đặc tính kỹ thuật thử nghiệm sau: Bảng chi tiết điển hình TT Tên sản phẩm Hình ảnh SL/1 xe Chi tiết 2 Chi tiết 2 Chi tiết Chi tiết Chi tiết Chi tiết Chi tiết Chi tiết Hình Sơ đồ máy ép phun 1.3 Khả công nghệ - Sản phẩm sau ép phun có màu sắc phong phú có độ nhẵn bóng cao - Tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý - Khả tự động hóa cao chi tiết ln có tính lặp lại cao - Sản phẩm có tính lắp lẫn cao - Khối lượng sản phẩm nhẹ - Trên sản phẩm hình dáng mặt mặt ngồi khác (đây mạnh ngành ép phun nhựa) - Năng suất cao, chu kỳ sản xuất ngắn, tiết kiệm nguyên liệu - Phù hợp cho sản xuất đơn sản xuất hàng khối với số lượng lớn Ngồi máy ép phun ra, để thực cơng nghệ ép phun, cần có thiết bị kèm như: khuôn mẫu, máy trộn hạt nhựa, cầu trục (để lắp đặt khuôn), thiết bị sấy, cân điện tử, tháp giải nhiệt số dụng cụ khác… Lựa chọn thông số công nghệ ép phun chủ yếu cho chi tiết điển hình [7] 2.1 Lựa chọn chi tiết điển hình Trong nội thất ngoại thất xe khách giường nằm, có nhiều chi tiết dùng công nghệ ép phun để thực Chúng chọn chi tiết điển hình che nắng tài xế làm đối tượng nghiên cứu sản xuất thử nghiệm, chi tiết nhỏ phức tạp, khó gia cơng chế tạo phương pháp khác chi tiết có hình dạng đặc điểm Bảng Các chi tiết có kích thước lớn 40mm kích thước nhỏ 2mm, hình dáng phức tạp, vậy, việc chế tạo chi tiết đơn giản, công nghệ làm khuôn chế độ ép Khi chi tiết chế tạo hoàn chỉnh, tạo tiền đề để sản xuất chi tiết khác xe khách giường nằm công nghệ ép phun 2.2 Chọn vật liệu cho chi tiết điển hình Sau tiến hành số thí nghiệm đối chứng, kết hợp tham khảo vật liệu tương tự số mẫu xe khách nước loại, chọn loại vật liệu nhựa hạt PA6 có pha trộn 30% sợi thủy tinh (PA6+GF30%) Loại nhựa có tính chất học độ chịu nhiệt cao, có độ chịu hóa chất, dầu khống, mỡ chất lỏng hydrocacbon tốt, thích hợp cho chi tiết chịu nhiệt Bảng Các thông số kỹ thuật nhựa PA6+GF30% TT Đặc tính Phương pháp thử Đơn vị Giá trị Hệ số chảy ASTM D1238 g/10min 45 Tỷ trọng ASTM D792 g/cm³ 1,37 Độ bền kéo ASTM D638 Kg/cm² 1676 Độ giãn dài ASTM D638 % 4.6 Độ bền uốn ASTM D256 Kgf/cm² 2465 Hệ số uốn ASTM D1238 Kgf/cm² 88864 Độ bền va đập kgfASTM D785 9,4 cm/cm (3.2mm) 23⁰C Độ co rút 0,2ASTM D792 % khn 0,6 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 43 Nhựa hạt PA6+GF30% có hình ảnh Hình Hình Nhựa hạt PA + GF30% 2.3 Chọn phương án thiết kế khn cho chi tiết Vì chi tiết nhỏ, phức tạp nên việc chế tạo khn khó khăn Chúng tơi lựa chọn phương án ghép chung khuôn dựa vào số đặc điểm sau: - Hình dáng bên ngồi; - Khối lượng; - Vật liệu; - Sản lượng năm; - Số lượng chi tiết sản phẩm; - Tiết kiệm chi phí sản xuất khn Từ ta nhóm khn sau: - Chi tiết có vật liệu, hình dáng tương đối giống nhau, khối lượng tương đương nhau, sản phẩm có chi tiết nên ta dùng chung khn để tiết kiệm chi phí sản xuất, bố trí chi tiết (gồm chi tiết loại), - Chi tiết tương tự chi tiết kích thước lớn nên ta bố trí chi tiết (gồm chi tiết loại), - Chi tiết 5, 6, 7, có khối lượng tương đương nhau, sản phẩm có chi tiết nên ta dùng chung khn bố trí chi tiết nhóm khn thiết kế phương pháp kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) [6] Đây phương pháp đại, dùng máy laser 3D quét vật mẫu, sau tiến hành số hóa xây dựng vẽ nhóm khn sở dùng phần mềm thiết kế khn CATIA (Hình 3a 3b) Trên sở thiết kế khn tích hợp 2, khn tích hợp cho chi tiết 4, khn tích hợp cho chi tiết 5, 6, 7, mô thiết kế theo phương pháp tương tự Hình 3a Mơ khn tích hợp cho chi tiết Hình 3b Bản vẽ khn tích hợp cho chi tiết 2.4 Chọn loại máy ép cho chi tiết điển hình Để đem lại suất cao trình sản xuất việc lựa chọn bố trí máy móc thiết bị hợp lý cần thiết Việc lựa chọn máy ép phun cho dây chuyền cho phù hợp trước hết phải dựa vào khối lượng sản phẩm: - Khối lượng chi tiết; - Số lịng khn khn 2.4.1 Chọn phương án máy ép Phương án 1: Loại máy ép phun trục vis với cấu kẹp khuôn trục khuỷu, hoạt động với bơm piston dẫn động động điện không đồng pha cấp, bơm dầu từ bể chứa dầu hệ thống van điều khiển tồn hệ thống máy thơng qua bảng điều khiển hình Thiết bị phun trục vít hoạt động với vít quay để hố dẻo nhựa khuấy trộn nhựa nhờ động dầu, chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh – piston để phun nhựa nóng chảy vào khn Hầu hết máy ép phun chế tạo theo phương án máy CHUAN LIH FA Đài Loan máy JWS Nhật… Ưu điểm: - Khả khuấy trộn tốt trục vis hoạt động vừa tịnh tiến vừa quay, nhiệt nóng chảy phân bố phương án dùng cấu xylanh - piston để dẻo hóa nhựa ; - Có thể chế tạo máy có lực kềm lớn; - Được sử dụng rộng rãi hầu hết sở sản xuất nhựa Việt Nam; - Giá thành thấp; - Di chuyển cấu kìm nhanh; - Tự hãm để giảm va đập - Nhược điểm: - Phải thường xuyên bảo dưỡng định kì; 44 - Làm việc ồn máy bơm phải hoạt động với suất tối đa; - Lực kìm khơng tập trung vào khn; - Khó điều chỉnh Phương án 2: Loại máy có hoạt động học khơng khác máy ép phương án 1, khác điểm cấu kẹp khuôn phương án cấu xylanh – piston trực tiếp vào động Hiện hãng Krauss Maffei – Germany cung cấp loại máy phổ biến toàn giới Ưu điểm: - Hiệu suất tốt so với phương án khác lực kẹp khuôn tập trung giữa; - Làm việc ồn so với máy trục khuỷu; - Chất lượng sản phẩm tốt; - Lắp đặt khn nhanh; - Biết rõ áp suất kìm; - Dễ bảo dưỡng; - Ít làm võng khn Nhược điểm: - Kết cấu máy cồng kềnh, trọng lượng máy lớn; - Giá thành cao; - Cần lượng lớn dầu thủy lực nên tốn nhiều lượng; - Chịu ảnh hưởng hệ số nén dầu Phương án 3: Nguyên lý hoạt động phương án chủ yếu hệ thống thủy lực Làm nóng chảy nhựa cách cấp nhiệt từ thành, đẩy nhựa piston thuỷ lực Đây thiết bị đúc phun đơn cấp piston (single stage plunger), phương án đời sớm nên nhiều hạn chế cho khả ứng dụng ngày nay, chọn so với phương án trước Mỗi kiểu loại máy có ưu nhược điểm riêng Việc tính tốn lựa chọn kiểu máy phù hợp giảm chi phí đầu tư, chi phí lượng q trình sản xuất, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa, tiết kiệm diện tích nhà xưởng Do vậy, sản phẩm cần lực ép lớn, ta chọn kiểu máy 2, sản phẩm cần lực ép nhỏ, ta chọn kiểu máy 1, tiết kiệm chi phí 2.4.2 Tính chọn thơng số máy Thơng số máy lực đóng khn Lực đóng khn máy tính theo cơng thức sau: F≥pxA Trong đó: - p: Áp suất lịng khn kg/cm2, thơng thường từ 250 - 400kg/cm2; - A: Diện tích hình chiếu sản phẩm theo hướng đóng mở khn Dựa vào chi tiết nội thất nhựa kỹ thuật (quy cách, kích thước, vật liệu…) dùng ô tô, chọn loại máy ép sau: - Một máy ép 3.200 tấn: cho chi tiết lớn; - Một máy ép 400 tấn: cho chi tiết trung bình; Ninh Quang Oanh, Trần Thị Minh Hậu, Phạm Xuân Mai - Một máy ép 250 tấn: cho chi tiết nhỏ Hình Máy ép phun 250 cho chi tiết điển hình Quy trình cơng nghệ ép phun cho chi tiết điển hình [7] 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ ép phun Sơ đồ quy trình Hình 5: Hình Sơ đồ quy trình ép phun 3.2 Một số thơng số cơng nghệ ép phun Hạt nhựa bột màu đen trộn theo tỉ lệ: 0.2% bột màu đen; Nhiệt độ sấy nhựa: 800C±50C; Thời gian sấy: 2~3giờ; Nhiệt độ gia nhiệt ép: 2070C~2140C; Lực ép: 2.500 KN; Áp suất phun: 120 bar; Tốc độ phun: 25~35mm/s; Lực mở khn: 250KN; Lực lói đẩy sản phẩm: 800N ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 3.3 Một số thơng số suất sản xuất Năng suất máy ép phun 250T sản xuất sản phẩm chi tiết điển hình: * Chi tiết chi tiết dùng chung khuôn, khuôn gồm chi tiết: - Thời gian cho chu kỳ ép phun 55 (giây); - Số chu kỳ sản xuất giờ: 3,600/55 = 65 (chu kỳ); - Số sản phẩm sản xuất giờ: 65 x = 520 (chi tiết); - Số sản phẩm sản xuất ngày: 520 x = 4,160 (chi tiết) Vậy ngày chi tiết sản xuất được: 4.160/2 = 2.080 (chi tiết) chi tiết sản xuất 2.080 (chi tiết) * Chi tiết chi tiết dùng chung khuôn, khuôn gồm chi tiết: - Thời gian cho chu kỳ ép phun 65 (giây); - Số chu kỳ sản xuất giờ: 3.600/65 = 55 (chu kỳ); - Số sản phẩm sản xuất giờ: x 55 = 220 (chi tiết); - Số sản phẩm sản xuất ngày: x 220 =1760 (chi tiết) Vậy ngày chi tiết sản xuất được: 1760/2 = 880 (chi tiết) chi tiết sản xuất 880 (chi tiết) * Chi tiết ,6, 7, dùng chung khuôn, khuôn gồm chi tiết: - Thời gian cho chu kỳ ép phun 55 (giây); - Số chu kỳ sản xuất giờ: 3.600/55 = 65 (chu kỳ); - Số sản phẩm sản xuất giờ: x 65 = 260 (chi tiết); - Số sản phẩm sản xuất ngày: x 260 = 2.080 (chi tiết) Vậy ngày chi tiết sản xuất được: 2080/4 = 520 (chi tiết), chi tiết sản xuất 520 (chi tiết), chi tiết sản xuất 520 (chi tiết) chi tiết sản xuất 520 (chi tiết) Với sản lượng này, công nghệ ép phun hoàn toàn đáp ứng nhu cầu sản xuất tương lai công ty Ứng dụng để chế tạo chi tiết phức tạp khác Trong chi tiết nội ngoại thất ô tô, cản xe chi tiết quan trọng nằm phía đầu xe, chịu lực va đập xe bị va chạm Mặt khác, cản xe phải có hình dáng có độ thẩm mỹ cao độ khí động học lớn để đảm bảo tính mỹ quan xe sức cản khí động nhỏ Công ty cổ phần ô tô Trường Hải sản xuất cản xe KIA K3 để xuất nước ngồi (Malaisia) khn khổ hợp tác liên doanh sản xuất khối Asean Do vậy, cản xe ô tô du lịch thường làm vật liệu TPO (Thermo Plastic Olefin) Khuôn dùng cho sản xuất cản xe nhập từ Hàn Quốc Cản xe sản xuất máy ép 3.200 với quy trình ép phun theo mẫu chọn, nhiên với thông số công nghệ khác Cản trước cản sau xe KIA K3 sau sản xuất phương pháp ép phun Hình 6a 6b Hình 6a Cản trước xe Kia K3 sản xuất ép phun 45 Hình 6b Cản sau xe Kia K3 sản xuất ép phun Kết luận hướng phát triển Xe khách giường nằm sản phẩm chủ lực Công ty cổ phần ô tô Trường Hải Hiện tương lai hội nhập khu vực Asean vào năm 2018, xe khách giường nằm phải có tỉ lệ nội địa hóa cao, giá thành cạnh tranh với loại xe khách khác khu vực Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật ngày ứng dụng để sản xuất linh kiện nội ngoại thất ô tô giới, Việt Nam số nhà sản xuất ứng dụng chế tạo thử cho xe khách loại, nhiên gặp nhiều khó khăn cơng nghệ Cơng nghệ ép phun công nghệ tiên tiến Công ty cổ phần ô tô Trường Hải ứng dụng thành công để chế tạo chi tiết nội thất xe khách, từ nâng cao tỷ lệ nội địa hóa xe, giảm giá thành nâng cao hàm lượng khoa học công nghệ sản phẩm Trên sở này, tiến hành ứng dụng tiếp xe du lịch, loại xe có yêu cầu cao kỹ thuật mỹ thuật Sản phẩm cản xe du lịch KIA K3 sản xuất thành công xuất khu vực Asean minh chứng thành công kết ứng dụng công nghệ ép phun công ty tiếp tục ứng dụng cho loại linh kiện khác xe khách, xe tải xe du lịch tương lai Bài báo thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu công nghệ thiết bị chế tạo chi tiết nội thất nhựa cho xe khách giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam sử dụng kỹ thuật nhiệt dẻo”, dự án KHCN cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe khách giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam” Thaco chủ trì Chúng chân thành cảm ơn Bộ KHCN, Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Nam tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thái Hoàng, Đỗ Quang Thẩm, “Nghiên cứu khả chảy nhớt, tính chất lý cấu trúc vật liệu polyme blend polyetylen/polyamit/polyetylen-g-acrylamit”, Tạp chí Hóa học, T43, N4, tr.419-423 (2005) [2] Charles A.Harper Hanbook of Plastics, Elastomers and Compozits McGraw-Hill, New York … Toronto.1996 [3] Engineered Materials Handbook: Vol.2 Engineering Plastics, ASM International, 1988 [4] Mod Plast., MPE Suppl., 1990 [5] Richardson, Terry L., Industrial Plastics: Theory and Application, Delmar Publishers, Inc., 1989 [6] Pham Xuan Mai, “Ứng dụng kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) thiết kế ô tô”, Thaco New, 11/2011 [7] Thaco, Tài liệu công nghệ ép phun lưu hành nội công ty sản xuất linh kiện nhựa Chu Lai - Trường Hải, 2014 (BBT nhận bài: 07/07/2015, phản biện xong: 24/09/2015) ... N4, tr.419-423 (2005) [2] Charles A.Harper Hanbook of Plastics, Elastomers and Compozits McGraw-Hill, New York … Toronto.1996 [3] Engineered Materials Handbook: Vol.2 Engineering Plastics, ASM International,... phương án 1, khác điểm cấu kẹp khuôn phương án cấu xylanh – piston trực tiếp vào động Hiện hãng Krauss Maffei – Germany cung cấp loại máy phổ biến to? ?n giới Ưu điểm: - Hiệu suất tốt so với phương... nhờ động dầu, chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh – piston để phun nhựa nóng chảy vào khn Hầu hết máy ép phun chế tạo theo phương án máy CHUAN LIH FA Đài Loan máy JWS Nhật… Ưu điểm: - Khả khuấy trộn