Nghiên cứu nâng cao độ điền đầy trong chế tạo bộ khuôn silicone với sự hỗ trợ của rung siêu âm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ NGÂN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ ĐIỀN ĐẦY TRONG CHẾ TẠO BỘ KHUÔN SILICONE VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA RUNG SIÊU ÂM Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2023 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Anh Sơn Cán chấm nhận xét : TS Dương Huyền Lynh Cán chấm nhận xét : PGS.TS Phạm Sơn Minh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Lưu Thanh Tùng – Chủ tịch TS Lê Thanh Long – Thư ký TS Dương Huyền Lynh – Phản biện PGS.TS Phạm Sơn Minh – Phản biện PGS.TS Lê Thanh Danh – Uỷ viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA CƠ KHÍ PGS.TS Lưu Thanh Tùng PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGÂN MSHV: 2070319 Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1997 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số : 8520103 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu nâng cao độ điền đầy chế tạo khuôn silicone với hỗ trợ rung siêu âm Research to improve fulfillment for manufacturing of silicone metamold assisted by ultrasonic II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ điền đầy khuôn silicone Nghiên cứu giải pháp rung siêu âm giúp nâng cao chất lượng khuôn silicone III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2022 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN ANH SƠN Tp HCM, ngày 19 tháng 12 năm 2022 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS TRẦN ANH SƠN TRƯỞNG KHOA KHOA CƠ KHÍ PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC Trang i LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc tình cảm chân thành cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành tới: Trường Đại học Bách Khoa TPHCM , khoa Cơ khí giảng viên tận tình dạy tạo điều kiện giúp đỡ em q trình học tập, nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Anh Sơn, người hướng dẫn người ln tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ động viên em suốt trình nghiên cứu hoàn thành đề tài nghiên cứu Cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln khích lệ, động viên giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng nhiều, không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận thơng cảm, dẫn, giúp đỡ đóng góp ý kiến nhà khoa học, quý thầy cô, cán quản lý bạn đồng nghiệp TPHCM, ngày 19 tháng 12 năm 2020 Học viên thực TRẦN THỊ NGÂN Trang ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Kỹ thuật khuôn đúc silicone phát triển nhiều quốc gia giới, công nghệ sử dụng rộng rãi để nghiên cứu phát triển lực công nghiệp nhằm cung cấp sản xuất hàng loạt nhỏ với chất lượng tốt Trong đó, Việt Nam, việc ứng dụng khuôn silicone sản xuất cịn hạn chế, chưa có nhiều cơng bố nghiên cứu khoa học lĩnh vực Luận văn trình bày số kết nghiên cứu cơng nghệ đúc khuôn silicone nghiên cứu nâng cao độ điền đầy khuôn silicone với hỗ trợ rung siêu âm Qua trình nghiên cứu thực nghiệm, luận văn xác định thông số cơng nghệ rung siêu âm đặc tính silicone ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn silicone Với mơ hình rung siêu âm luận văn, kết thực nghiệm tối ưu với khuôn silicone điền đầy đạt hiệu cao, sai lệch thể tích khn thực nghiệm so với nguyên mẫu đạt ± 0.01 ml Kết kết tham khảo tốt cho việc phát triển khn silicone sau Bên cạnh đó, thành công nghiên cứu tạo tiền đề phát triển sản xuất nghiên cứu khuôn silicone Việt Nam Trang iii ABSTRACT Silicone molding technique has been developed in many countries around the world, this technology is widely used to research and develop industrial capacity to provide small batch production with good quality Meanwhile, in Vietnam, the application of silicone molds in production is still limited, there have not been many scientific research publications in this field This dissertation presents some research findings on silicone mold casting technology and research on improving the filling of silicone molds with the help of ultrasonic vibration Through research and experimentation, the dissertation identified the ultrasonic vibration technology parameters and silicone properties that affect the filling capacity of silicone molds With the ultrasonic vibration model of the thesis, the optimal experimental results with filled silicone molds achieved high efficiency, the deviation of the volume of the experimental mold compared to the prototype reached ± 0.01 ml This result will be a good reference result for the development of silicone molds later In addition, the success of the research creates a premise for the development of silicone mold production and research in Vietnam Trang iv LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tôi xin cam đoan luận văn đề tài “Nghiên cứu nâng cao độ điền đầy chế tạo khuôn silicone với hỗ trợ rung siêu âm” cơng trình nghiên cứu cá nhân thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích luận văn kết nghiên cứu tơi tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng chưa công bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có khơng trung thực thơng tin sử dụng cơng trình nghiên cứu TPHCM, ngày 19 tháng 12 năm 2020 Học viên thực TRẦN THỊ NGÂN Trang v LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.7 Bố cục luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử phát triển khuôn silicone 2.2 Vật liệu silicone 2.2.1 Tính chất chung silicone 2.2.2 Phản ứng đóng rắn silicone 16 2.2.3 Các chất phụ gia silicone 20 2.2.4 Các loại silicone gia công khuôn 21 2.2.5 Ứng dụng cao su silicone 25 2.3 Khuôn silicone 26 2.3.1 Q trình tạo khn silicone 26 2.3.2 Cấu tạo khuôn silicone 27 2.3.3 Ưu nhược điểm khuôn silicone 34 2.3.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 35 2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ điền đầy khuôn silicone 37 2.5 Sóng âm 39 2.5.1 Định nghĩa 39 2.5.2 Phân loại 40 2.5.3 Sự truyền âm sóng âm 40 2.5.4 Những đặc trưng vật lý sóng âm 41 2.5.5 Những đặc trưng sinh lý sóng âm 45 HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang vi LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.5.6 CHƯƠNG Rung siêu âm 45 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50 3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 50 3.2 Mơ hình thiết bị thực nghiệm 51 3.2.1 Thiết kế chế tạo nguyên mẫu 52 3.2.2 Thiết kế khuôn silicone 54 3.2.3 Thiết kế mơ hình truyền rung siêu âm 55 3.2.4 Nguyên liệu dùng thực nghiệm 61 3.2.5 Các thiết bị khác dùng thực nghiệm 62 3.3 Quy trình thực thí nghiệm 66 3.4 Quy hoạch tổ chức thực nghiệm 68 3.4.1 Xác định thông số thực nghiệm 68 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm 70 3.5 Phương pháp kiểm tra độ điền đầy 74 3.6 Kết thực nghiệm nhận xét 76 3.6.1 Ảnh hưởng tỉ lệ chất đóng rắn đến độ điền đầy khuôn silicone 82 3.6.2 Ảnh hưởng thời gian rung siêu âm đến độ điền đầy khuôn silicone 82 3.6.3 Ảnh hưởng tần số rung siêu âm đến độ điền đầy khuôn silicone 83 3.7 Tối ưu hóa thơng số thực nghiệm 84 3.7.1 Lựa chọn thuật toán tối ưu 84 3.7.2 Kết tối ưu 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN 87 4.1 Đánh giá 87 4.2 Kiến nghị 87 4.3 Đánh giá tác động 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 92 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 105 HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang vii LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Khn silicone sản phẩm Medusa [1] Hình 2.2 Khuôn Silicone sản phẩm chế tạo từ khuôn silicone [1] Hình 2.3 Cấu trúc phân tử hợp chất silicone Hình 2.4 Octamaleamic acid-POSS [4] Hình 2.5 Nguồn gốc, chức năng, lĩnh vực ứng dụng đơn vị cấu trúc silicone [5] Hình 2.6 Khả chịu nhiệt loại silicone điều kiện nhiệt độ cao thấp [6] 11 Hình 2.7 Đồ thị thể độ tương quan độ trương cao su với số hịa tan dung mơi [6] 14 Hình 2.8 Các phân tử Peroxide 17 Hình 2.9 Phân loại sản phẩm cơng nghệ chế tạo khuôn silicone [7] 21 Hình 2.10 Cơng nghệ ép phun silicone lỏng [7] 22 Hình 2.11 Đúc hợp kim nhiệt độ thấp khuôn silicone [1] 25 Hình 2.12 Thiết bị túi khí 26 Hình 2.13 Bố trí đúc khn silicone mảnh 27 Hình 2.14 Khn mảnh nguyên mẫu 27 Hình 2.15 Đổ nửa khn đầu khuôn silicone hai mảnh 28 Hình 2.16 Đổ nửa khn cịn lại khuôn silicone hai mảnh 28 Hình 2.17 Khn hai mảnh hồn thiện 29 Hình 2.18 Bước quy trình đúc khn găng tay đổ 30 Hình 2.19 Bước quy trình đúc khn găng tay đổ 30 Hình 2.20 Bước quy trình đúc khn găng tay đổ 31 Hình 2.21 Bước quy trình đúc khn găng tay đổ 31 Hình 2.22 Bước quy trình đúc khn găng tay đổ 31 Hình 2.23 Hình chiếu mơ hình khuôn găng tay đổ 32 Hình 2.24 Khn găng tay ngun mẫu 32 Hình 2.25 Bước quy trình đúc khuôn găng tay quét 33 Hình 2.26 Bước quy trình đúc khn găng tay quét 33 Hình 2.27 Bước quy trình đúc khn găng tay quét 33 Hình 2.28 Bước quy trình đúc khn găng tay quét 34 Hình 2.29 Một hệ thống tích hợp [11] 36 Hình 2.30 Sai lệch kích thước ngun mẫu có độ phức tạp cao [16] 38 Hình 2.31 Mô tả tần số âm cao (trên) thấp (dưới) [18] 42 Hình 2.32 Dải tần số âm 46 Hình 2.33 Sơ đồ hệ thống UIM [21] 47 Hình 2.34 Transducer [22] 48 Hình 2.35 Phương pháp rung siêu âm [22] 49 Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 50 Hình 3.2 Sơ đồ trình thực nghiệm 51 Hình 3.3 Nguyên mẫu phân tích báo [16] 52 Hình 3.4 Bản vẽ sản phẩm thực nghiệm 52 Hình 3.5 Nguyên mẫu chế tạo công nghệ in 3D 53 Hình 3.6 Thiết kế khn silicone hai mảnh 54 Hình 3.7 Hình dạng khn âm thiết kế phần mềm CAD 54 HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang viii LUẬN VĂN THẠC SĨ 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, Istanbul, 2013 [27] Huizhou YOZHO Technology, “About Us: Huizhou YOZHO Technology Co., Ltd,” Internet: http://www.yozho.com/, 24 Mar 2004 [28] N H Lộc, Giáo trình Quy hoạch Phân tích thực nghiệm, TP Hồ Chí Minh: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2021 [29] W Martin et al., “Silicone Mold Accuracy in Polyurethane Vacuum Casting,” Macromolecular Symposia, vol 395, no 1, p 200242, 2021 [30] A Ramos, C Relvas and J Simo~ es, “Vacuum casting with room temperature vulcanising rubber and aluminium moulds for rapid manufacturing of quality parts: a comparative study,” Rapid Prototyping, vol 9, no 2, p 111, 2003 HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHỤ LỤC v Kết phân tích mẫu thử nghiệm HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 93 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 94 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ v Kết phân tích mẫu thử nghiệm HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 96 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 97 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 98 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 99 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 100 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 101 LUẬN VĂN THẠC SĨ Kết kiểm tra sản phẩm quy hoạch thực nghiệm: HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 102 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình P.1 Mẫu Hình P.2 Mẫu Hình P.3 Mẫu Hình P.4 Mẫu Hình P.5 Mẫu Hình P.6 Mẫu Hình P.7 Mẫu Hình P.8 Mẫu HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 103 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình P.9 Mẫu Hình P.10 Mẫu 10 Hình P.11 Mẫu 11 Sản phẩm scan 3D mẫu tối ưu: Hình P.12 Mẫu tối ưu HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Hình P.13 Mẫu tối ưu Trang 104 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN THỊ NGÂN Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1997 Nơi sinh: Đồng Tháp Địa liên lạc: 09 Tổ 10, Ấp 2, Xã Mỹ Tân, Tp.Cao Lãnh, Tỉnh Đồng Tháp QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: - Hệ đào tạo: Chính quy - Nơi đào tạo: Trường ĐH Nguyễn Tất Thành - Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ô tô - Năm tốt nghiệp: 2019 Sau đại học - Thạc sĩ chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí - Năm cấp bằng: Chưa tốt nghiệp - Nơi đào tạo: Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian Nơi cơng tác Từ tháng 03/2019 Công ty TNHH TechK Công việc đảm nhiệm Kỹ thuật viên đến tháng 6/2021 Từ tháng 6/2021 Công ty TNHH TechK Quản lý kỹ thuật đến HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 105