Thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm nắp che ổ cắm điện

GIỚI THIỆU

Lý do chọn đề tài

Nền công nghiệp Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc áp dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất, trong đó công nghệ ép phun được nhiều doanh nghiệp sử dụng để sản xuất các mặt hàng nhựa cho nhiều lĩnh vực như điện tử, y tế, xây dựng và đồ gia dụng Sự gia tăng tự động hóa trong xã hội dẫn đến nhu cầu sử dụng điện cao hơn, kéo theo rủi ro liên quan đến điện cũng gia tăng Nhiều tai nạn điện đã gây thiệt hại lớn về tài sản và đời sống, chủ yếu do chập điện hoặc cháy ổ điện, vì vậy nhiều sản phẩm nhựa đã được phát triển nhằm hạn chế những rủi ro này.

Nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm nắp che ổ cắm điện” để áp dụng kiến thức học tập và kinh nghiệm thực tiễn từ quá trình thực tập Sản phẩm này được thiết kế nhằm che chắn và bịt kín ổ điện, giúp giảm thiểu rủi ro cháy nổ và giật điện.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Vận dụng kiến thức về công nghệ ép phun và khuôn mẫu, cùng với các phần mềm như Solidwork, AutoCAD, Moldex3D và Powermill, giúp thiết kế sản phẩm và khuôn ép phun một cách hiệu quả Việc mô phỏng và phân tích dòng chảy nhựa, cũng như lập trình gia công chi tiết khuôn, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất.

Thương mại bộ khuôn ép mang lại cho người tiêu dùng sản phẩm hỗ trợ an toàn về điện, với hình dạng và kích thước phù hợp cho ổ cắm điện Bên cạnh đó, sản phẩm này còn có thể trở thành vật trang trí cho ổ cắm điện trong gia đình hoặc văn phòng làm việc.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ ép phun, thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa

- Tạo ra sản phẩm nhựa có thể ứng dụng vào trong thực tế

- Ứng dụng phần mềm Solidwork, thiết kế sản phẩm và bộ khuôn ép nhựa 2 tấm

- Gia công và chế tạo ra bộ khuôn ép cho sản phẩm

- Lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn ép và ép thử mẫu với nhựa ABS

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Công nghệ CAD/CAE/CAM/CNC để nghiên cứu thiết kế, mô phỏng, phân tích và chế tạo bộ khuôn

- Các vật liệu làm khuôn và vật liệu nhựa

- Máy tiện, máy phay, máy khoan để chế tạo khuôn ép

- Máy ép nhựa Haitian MA1200 III để thực hiện ép thử mẫu sản phẩm

- Nghiên cứu về công nghệ ép nhựa, kết cấu khuôn và vật liệu của sản phẩm

- Nghiên cứu thông số và thiết kế sản phẩm “Nắp che ổ cắm điện” phù hợp với tiêu chuẩn nghiên cứu

- Thiết kế và gia công bộ khuôn ép cho sản phẩm

- Lắp ráp và tiến hành ép thử sản phẩm trên máy ép nhựa Haitian.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Tìm hiểu đặc tính vật lý của vật liệu dùng cho sản phẩm

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và hướng dẫn vận hành máy ép nhựa

- Nghiên cứu lý thuyết về kết cấu khuôn, nguyên tắc hoạt động và các lưu ý trong thiết kế sản phẩm

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Phương pháp khảo sát: Khảo sát tiêu chuẩn, kích thước, hình dạng các phích và ổ cắm trên thị trường, tổng hợp, đánh giá và lên ý tưởng thiết kế

- Phương pháp tham khảo tài liệu: Đọc các tài liệu kỹ thuật liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến từ giáo viên hướng dẫn và bạn bè

- Ứng dụng các phần mềm hỗ trợ trong việc thiết kế và mô phỏng như Solidworks 2021, Moldex3D 2022, Autocad 2D, Powermill

Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 8 chương, trong đó:

- Chương 2 trình bày về tổng quan nghiên cứu của đề tài như giới thiệu, đánh giá cải tiến sản phẩm

- Chương 3 đề cập đến phần cơ sở lý thuyết như công nghệ ép phun, máy ép nhựa, các loại khuôn, vật liệu ép nhựa

- Chương 4 đưa ra các phương án thiết kế và thiết kế sản phẩm

- Chương 5 sẽ đưa ra các phân tích mô phỏng về sản phẩm bằng phần mềm Moldex3D

Chương 6 tập trung vào thiết kế bộ khuôn ép, bao gồm việc tách mặt phân khuôn, lựa chọn tiêu chuẩn khuôn và các linh kiện, thiết kế các hệ thống cho khuôn, cùng với mô phỏng kiểm nghiệm độ bền cho tấm khuôn.

- Chương 7 sẽ đề cập đến phần gia công bộ khuôn, tiến hành lắp ráp và ép thử khuôn trên máy ép nhựa Haitian

- Chương 8 trình bày về kết luận đề tài và đưa một số hướng phát triển

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu sản phẩm

Với nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, người tiêu dùng không chỉ quan tâm đến công dụng của sản phẩm mà còn đến độ an toàn và thân thiện của chúng Hiện nay, tai nạn điện xảy ra thường xuyên do hiện tượng rò rỉ điện, thường xuất hiện ở các ổ điện cũ hoặc hư hỏng, đặc biệt là những ổ cắm gần vật dụng dễ cháy Đối với gia đình có trẻ nhỏ, ổ cắm không được che chắn là nguồn nguy hiểm do tính tò mò của trẻ Để giảm thiểu rủi ro, một sản phẩm mới đã được nghiên cứu, đó là nắp che ổ cắm điện, được làm bằng nhựa và có chức năng bảo vệ ổ cắm khi không sử dụng.

Các sản phẩm hiện có trên thị trường

2.2.1 Nắp che chân dẹt Đối với nắp che dạng chấu dẹt có 2 loại: nắp che 2 chấu và 3 chấu

Nắp che 2 chân dẹt là sản phẩm được ưa chuộng nhất trên thị trường hiện nay, với đa dạng mẫu mã, hình dạng và kích thước Sự phong phú này mang đến cho người tiêu dùng nhiều lựa chọn hơn.

Tương tự như loại chấu dẹt, nắp che chấu tròn cũng có 2 loại: 2 chấu tròn và 3 chấu tròn

Hình 2.2: Nắp che chân tròn

Các hạn chế và vấn đề tồn đọng của các sản phẩm hiện có

Nhiều sản phẩm hiện nay được thiết kế với quai cầm để dễ dàng rút ra, nhưng điều này có thể khiến trẻ nhỏ dễ dàng đưa tay vào và kéo ra Khi quai cầm bị gãy, việc gỡ sản phẩm sẽ trở nên khó khăn Bên cạnh đó, một số sản phẩm khác có kích thước không phù hợp với ổ điện 2 chấu, khi cắm vào ổ 3 chấu sẽ chiếm dụng không gian, dẫn đến tình trạng thiếu ổ cắm điện để sử dụng.

Đánh giá và cải tiến sản phẩm

Nhóm sẽ cải tiến sản phẩm để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và hạn chế rủi ro Sản phẩm sẽ không có quai cầm mà sử dụng góc nghiêng thoát khuôn làm điểm tựa để dễ dàng lấy ra khỏi ổ cắm điện, ngăn trẻ nhỏ cầm nắm Diện tích bề mặt sẽ vừa đủ cho hai loại ổ cắm khác nhau trong mỗi bộ khuôn, với chân cắm thiết kế linh hoạt để phù hợp với nhiều loại ổ cắm Sản phẩm không chỉ phục vụ ổ cắm trong nước mà còn có thể sử dụng cho ổ cắm quốc tế Để tối ưu chi phí, nhóm sẽ thiết kế bộ khuôn với bốn sản phẩm gồm hai sản phẩm lớn và hai sản phẩm nhỏ.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy vào khuôn, sau đó nhựa được làm nguội và đông cứng Khi khuôn được mở ra, sản phẩm sẽ được đẩy ra khỏi khuôn mà không có bất kỳ phản ứng hóa học nào xảy ra trong quá trình này.

3.1.2 Các bước chính của quy trình ép phun

Bước 1: Nguyên liệu cho vào máy ép nhựa được gia nhiệt với mức nhiệt độ thích hợp

Nguyên liệu thô, bao gồm hạt nhựa nguyên sinh và nhựa tái chế, được đưa vào phễu nguyên liệu của máy ép nhựa Tại đây, hệ thống trục vít xoắn giúp trộn đều và di chuyển nguyên liệu về phía trước Sau đó, nguyên liệu nhựa được nung chảy nhờ vào hệ thống gia nhiệt xung quanh xilanh.

Hình 3.1: Nguyên liệu được cấp vào phễu

Bước 2: Nhựa nóng chảy sẽ được hệ thống trục vít bơm vào khuôn ở trạng thái đóng với một áp suất cao

Hệ thống trục vít hoạt động như một pít tông, đẩy nhựa nóng chảy với áp lực lớn về phía trước Nhựa nóng được dẫn vào khuôn thông qua hệ thống kênh dẫn, trong khi khuôn ở trạng thái đóng để tạo hình sản phẩm.

Hình 3.2: Quá trình điền nhựa vào khuôn

Bước 3: Làm mát khuôn để phần nhựa nóng chảy trong khuôn chuyển sang trạng thái rắn có hình dạng giống như lòng khuôn

Sau khi nhựa lỏng được đổ đầy vào khuôn, cần phải để nó đông đặc trước khi lấy ra Trong quá trình này, hệ thống làm mát sẽ hoạt động để làm nguội, giúp nhựa nóng chảy chuyển đổi sang trạng thái rắn.

Bước 4 trong quy trình ép phun là mở khuôn và lấy sản phẩm ra ngoài Hệ thống kìm khuôn của máy ép nhựa sẽ từ từ kéo phần khuôn di động ra một khoảng nhất định, cho phép sản phẩm được lấy ra thông qua hệ thống đẩy Sau khi hoàn tất, quy trình sẽ thực hiện đóng khuôn để bắt đầu chu kỳ mới.

Hình 3.4: Đẩy sản phẩm ra ngoài

3.1.3 Ứng dụng của công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun đã revolution hóa quy trình sản xuất, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các sản phẩm nhựa không chỉ kết nối linh kiện trong hệ thống, mà còn đảm bảo hoạt động trơn tru của máy móc Ngoài ra, các sản phẩm nhựa gia dụng tiện lợi cũng được sử dụng phổ biến trong mỗi gia đình Công nghệ ép phun đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra đa dạng sản phẩm nhựa cho nhiều ngành công nghiệp.

- Gia dụng: bàn, ghế, thau, xô, rổ, ly nước, tủ quần áo, giỏ đồ, thùng chứa nước, các loại dụng cụ bếp, …

- Văn phòng phẩm: các loại bút, thước, kéo, hộp bút, vỏ máy tính, các loại đồ chơi trẻ em, …

- Mỹ phẩm: các loại vỏ và nắp của sản phẩm

- Điện tử: các loại vỏ ổ cắm điện, phích cắm điện, vỏ của các thiết bị điện tử, các linh kiện điện tử, …

- Y tế: các loại ống tiêm, các cốc đựng mẫu, …

- Giày dép: các loại đế và phụ kiện của giày, …

Tổng quan về máy ép nhựa

3.2.1 Máy ép nhựa là gì?

Máy ép nhựa, còn gọi là máy ép phun hay máy thành hình, là thiết bị quan trọng trong dây chuyền công nghệ ép phun Chức năng chính của máy là giữ khuôn đóng cố định trong quá trình đẩy nhựa nóng chảy vào lõi khuôn với áp lực cao, giúp điền đầy lòng khuôn Sau khi sản phẩm được làm nguội, máy sẽ mở khuôn và đẩy sản phẩm ra ngoài thông qua hệ thống lõi.

Máy ép nhựa hiện đại đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành nhựa, mang lại hiệu quả sản xuất cao bằng cách tạo ra nhiều sản phẩm trong thời gian ngắn Các sản phẩm này không chỉ đạt độ chính xác cao so với mẫu thiết kế mà còn đảm bảo chất lượng đồng đều, giúp kiểm soát tình trạng méo hoặc lệch so với bản vẽ ban đầu.

3.2.2 Cấu tạo máy ép nhựa

Máy ép nhựa được chia làm hai phần chính bao gồm: phần phun nhựa và phần kẹp khuôn

Phần phun nhựa có nhiệm vụ chuyển hóa nhựa từ trạng thái rắn sang lỏng thông qua hệ thống gia nhiệt Hệ thống trục vít xoắn sẽ đẩy nhựa nóng chảy với áp lực lớn qua vòi phun, giúp điền đầy lòng khuôn một cách hiệu quả.

- Phần kẹp khuôn gồm phần kẹp khuôn cố định và phần kẹp khuôn di động

Phần kẹp khuôn cố định giữ vai trò quan trọng trong việc giữ và kẹp phần cố định của bộ khuôn Để đảm bảo khuôn được định vị chính xác trong quá trình gá, cần sử dụng vòng định vị trên khuôn kết hợp với lỗ định vị trên máy ép.

Phần kẹp khuôn di động giữ và kẹp nửa khuôn di động, di chuyển song song với quá trình đóng mở khuôn trong mỗi chu kỳ ép phun Nó cũng được trang bị phần lói đẩy, tác động vào tấm đẩy pin, giúp sản phẩm dễ dàng thoát ra bên ngoài.

Máy ép nhựa không chỉ bao gồm hai phần chính mà còn tích hợp thêm nhiều hệ thống quan trọng khác như hệ thống điện, hệ thống điều khiển, robot, hệ thống làm nguội và hệ thống thủy lực.

Hình 3.5: Cấu tạo máy ép nhựa

Tổng quan về các loại khuôn ép nhựa

3.3.1 Giới thiệu về khuôn ép nhựa

Khuôn ép nhựa là thiết bị kim loại được chế tạo chính xác qua nhiều phương pháp gia công như phay, khoan, tiện, hoặc sử dụng công nghệ hiện đại như bắn điện EDM và cắt dây, nhằm tạo hình sản phẩm nhựa.

Khuôn ép nhựa được cấu thành từ các chi tiết gia công, bao gồm hai phần chính là khuôn dương và khuôn âm Khi hai phần này tiếp xúc, chúng tạo ra một không gian rỗng gọi là lòng khuôn, nơi nhựa nóng chảy được đổ vào và đông đặc, hình thành sản phẩm cuối cùng.

3.3.2 Tìm hiểu kết cấu của bộ khuôn ép nhựa

Bộ khuôn ép nhựa cơ bản gồm có các chi tiết chung như sau:

- Tấm kẹp trên: được dùng để kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép

- Bạc cuống phun: có nhiệm vụ dẫn nhựa nóng chảy từ đầu phun của máy ép nhựa vào lòng khuôn

Vòng định vị có vai trò quan trọng trong việc định vị bộ khuôn với thành máy, giúp đảm bảo đầu phun nhựa được định vị chính xác với vị trí của bạc cuống phun Chi tiết này được thiết kế dưới dạng vòng tròn, nhô cao hơn mặt trên của tấm kẹp, nhằm dễ dàng đặt vào lỗ tương ứng trên thành máy.

- Chốt dẫn hướng: dùng để định vị chính xác hai phần khuôn cố định và đi động lại với nhau trong quá trình đóng mở khuôn

- Bạc dẫn hướng: giúp chốt dẫn hướng hoạt động dễ dàng việc di chuyển và định vị

Tấm khuôn trên, hay còn gọi là tấm khuôn âm, là bộ phận cố định trong khuôn, chứa phần lõi cavity Trong một số trường hợp, sản phẩm có thể được gia công trực tiếp trên tấm khuôn âm.

Tấm khuôn dưới, hay còn gọi là tấm khuôn dương, là bộ phận quan trọng nằm trong phần di động của khuôn Nó không chỉ chứa phần lõi core mà còn có thể được sử dụng để gia công sản phẩm trong một số trường hợp nhất định.

Lõi cavity và lõi core là những thành phần thiết yếu quyết định hình dáng sản phẩm, vì vậy việc gia công chúng với độ chính xác cao là rất quan trọng Điều này đảm bảo rằng sản phẩm sau khi ép sẽ đạt được hình dạng và kích thước đúng theo yêu cầu.

Gối đỡ là một cặp được đặt hai bên tấm khuôn dương, nhằm hỗ trợ lực tác động và tăng cường độ vững chắc cho bộ khuôn sau nhiều lần ép Khoảng trống giữa hai gối đỡ được sử dụng để lắp đặt hệ thống đẩy.

- Tấm lót: đây cũng là chi tiết giúp tăng độ cứng vững cho phần khuôn di động, chúng được dùng trong trường tấm khuôn dương mỏng

Gối đỡ phụ, tương tự như tấm lót, được lắp đặt đối xứng dưới tấm khuôn dương, với số lượng thường là bốn gối đỡ phụ.

- Tấm đẩy trên (tấm kẹp pin): dùng để giữ các chi tiết ty đẩy, chốt hồi, ty giật đuôi keo không bị trượt ra khỏi phạm vị hoạt động

- Tấm đẩy dưới (tấm đẩy pin): tấm này có chức năng đẩy phần ty đẩy, nhờ vào lực đẩy phần lói trong máy ép

Chốt hồi giữ cho tấm đẩy trên và tấm đẩy dưới di chuyển thẳng, ngăn chặn việc trượt ra ngoài Nó cũng bảo vệ các ty đẩy, giúp tránh cong vênh trong quá trình lùi về.

- Lò xo: có chức năng đẩy cụm tấm đẩy trên và tấm đẩy dưới lùi về, để các ty đẩy chuẩn bị cho chu kỳ ép tiếp theo

- Pin đẩy: được dùng để đẩy sản phẩm ra bên ngoài khuôn

- Tấm kẹp dưới: có nhiệm vụ kẹp phần di động của khuôn vào thành máy

Hình 3.6: Các chi tiết cơ bản của một bộ khuôn ép nhựa

Bộ khuôn ép nhựa cần được trang bị các hệ thống hỗ trợ để hoạt động hiệu quả và năng suất Đầu tiên, hệ thống thoát khí giúp loại bỏ khí tồn động trong khuôn, đảm bảo sản phẩm được điền đầy hoàn toàn và tránh các khuyết tật như cháy hoặc bọt khí Thứ hai, hệ thống làm nguội điều chỉnh nhiệt độ khuôn trong quá trình điền nhựa nóng, giúp sản phẩm nguội nhanh chóng và dễ dàng lấy ra ngoài.

3.3.3 Một số loại khuôn được dùng phổ biến thường gặp a Khuôn hai tấm Đây là loại khuôn được sử dụng phổ biến nhất, kết cấu của nó không quá phức tạp Khuôn hai tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa

Hình 3.7: Khuôn hai tấm Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản so với khuôn ba tấm hoặc khuôn có rãnh trượt

- Chi phí sản xuất khuôn thấp

- Dễ lắp ráp và bảo trì

- Thời gian chu kỳ ép của khuôn ngắn hơn so với khuôn ba tấm, khuôn rãnh trượt

Để tối ưu hóa quá trình sản xuất cho các đơn hàng lớn, cần chú trọng đến mối liên hệ giữa sản phẩm và kênh dẫn Do đó, việc bổ sung nhân công để thực hiện cắt đuôi keo sản phẩm là rất cần thiết.

- Khó ép được những sản phẩm lớn do giới hạn cổng vào nhựa

- Điểm bơm keo bị giới hạn nên thường được bơm từ bên hông và mặt ngoài sản phẩm

Khuôn ba tấm là loại khuôn ép nhựa sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội, với kênh dẫn được bố trí trên hai mặt phẳng Khi mở khuôn, có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng khác để lấy kênh dẫn nhựa Việc lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn yêu cầu hai hệ thống đẩy, do đó kết cấu khuôn ba tấm phức tạp và lớn hơn khuôn hai tấm Loại khuôn này thích hợp cho các sản phẩm lớn cần nhiều miệng phun hoặc nhiều lòng khuôn với nhiều cổng phun.

Hình 3.8: Khuôn ba tấm Ưu điểm:

- Sản phẩm và kênh dẫn nhựa được tách ra dễ dàng nên khả năng tự động hóa cao hơn so với khuôn hai tấm

- Sản xuất được các dạng sản phẩm có hình dạng phức tạp

- Giá thành sản xuất cao hơn so với khuôn hai tấm

- Tốn vật liệu hơn cho kênh dẫn nhựa

- Do kênh dẫn nhựa dài nên thời gian ép dài và cần áp suất lớn để điền đầy nhựa vào lòng khuôn

Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do hai hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng số lượng sản phẩm trong một chu kì ép

Khuôn nhiều tầng là loại khuôn ép phun có thể sử dụng cả kênh dẫn nguội và kênh dẫn nóng Tuy nhiên, khuôn nhiều tầng với kênh dẫn nóng phổ biến hơn do kênh dẫn nguội thường có chiều dài quá lớn, gây khó khăn trong việc điều chỉnh nhiệt độ và áp suất.

Khuôn nhiều tầng sử dụng hệ thống Hot runner để dẫn nhựa vào tấm khuôn trung tâm, từ đó nhựa nóng sẽ di chuyển qua các đường dẫn đến các lòng khuôn Hệ thống đẩy của khuôn được bố trí ở mỗi mặt của khuôn, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Hình 3.9: Khuôn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng Ưu điểm:

- Tạo ra số lượng sản phẩm lớn, làm tăng năng suất và chu kỳ sản xuất

- Giảm bớt lượng máy móc cho quá trình phun

- Chi phí sản xuất khuôn cao, do kết cấu khuôn phức tạp, sử dụng các hệ thống có giá thành cao

- Hệ thống đẩy sản phẩm phải thiết kế đặc biệt vì hai chuyển động đẩy ngược nhau

- Khó khăn trong việc lắp ráp và bảo dưỡng khuôn

Tổng quan về chất dẻo Polymer

3.4.1 Chất liệu plastic là gì?

Nhựa, hay còn gọi là plastic, là một loại polymer tổng hợp hoặc bán tổng hợp với tính chất dẻo, dễ đúc và dễ tạo hình ở nhiệt độ và áp suất cao Nhựa có nhiều màu sắc và thành phần khác nhau, điều này giúp chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các vật dụng phục vụ nhu cầu đời sống hàng ngày của con người.

Hầu hết các loại nhựa đều chứa các polyme hữu cơ kết hợp với nitơ, lưu huỳnh, oxy và cacbon, mang lại độ bền cao Ngoài ra, việc thêm các chất phụ gia với tỉ lệ hợp lý giúp cải thiện nhiều đặc tính của nhựa như độ dai, độ dẻo, độ mềm, độ cứng, cũng như khả năng chống dính, chống cháy và chống tia UV.

3.4.2 Đặc tính của chất dẻo Polymer a Tính chất cơ học

- Độ bền va đập (DDI):

Độ đàn hồi của phân tử là yếu tố quyết định độ bền va đập của vật liệu polyme, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá độ cứng của vật liệu Đặc tính này cho thấy khả năng của sản phẩm nhựa trong việc chịu đựng lực tác động lên bề mặt của nó.

+ Tiêu chuẩn thử nghiệm độ bền va đập là ASTM D1709 (đơn vị: gram)

Độ giãn dài, hay còn gọi là độ giãn dài cuối cùng, là tỷ số giữa chiều dài tăng lên sau khi vật liệu bị kéo đứt so với chiều dài ban đầu, thể hiện khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác động của lực kéo Tiêu chuẩn thử nghiệm cho độ giãn dài được quy định bởi ASTM D882, với đơn vị tính là phần trăm (𝜀).

Độ bền va đập uốn, hay còn gọi là độ bền dẻo của vật liệu, là chỉ số quan trọng để đo sức bền của vật liệu khi chịu va đập Chỉ số này càng cao thì vật liệu càng thể hiện độ dẻo dai tốt, cho thấy khả năng chịu lực và độ bền vượt trội.

+ Tiêu chuẩn thử nghiệm độ bền uốn là ASTM D790 (đơn vị: N)

- Độ chịu mài mòn là khả năng chống lại tác dụng bào mòn của lực làm hao mòn vật liệu (bằng %)

- Chỉ số dòng chảy (MFI): là tốc độ dòng chảy, là thước đo cho khả năng di chuyển của nhựa nóng chảy dưới một áp suất cụ thể

Có hai phương thức đo lưu lượng dòng chảy của nhựa: đo tự động và đo thủ công Các phương pháp này được thực hiện theo tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D1238 (đơn vị: gram/10 phút) hoặc ISO 1133 (đơn vị: cm³/10 phút).

Độ hút ẩm, hay còn gọi là độ hấp thụ nước, thể hiện mức độ hút nước của nhựa Độ hút ẩm thấp là điều mong muốn, vì nó giúp bảo vệ các tính chất cơ lý và duy trì độ ổn định kích thước của sản phẩm.

- Tính cách điện của hầu hết các loại nhựa tốt nên được ứng dụng trong các thiết bị điện gia dụng, văn phòng, y tế, …

- Tính cách nhiệt của các loại nhựa tốt do có độ truyền nhiệt thấp

Độ co rút của nhựa, hay còn gọi là độ co ngót, là tỷ lệ phần trăm chênh lệch giữa kích thước sản phẩm sau khi được lấy ra khỏi khuôn và kích thước của khuôn.

Bảng 3.1: Bảng tra hệ số co rút của một số loại nhựa Tên vật liệu Độ co rút % Tên vật liệu Độ co rút %

+ Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0,9 đến 2 (đơn vị: g/𝑐𝑚 3 )

+ Tỷ trọng nhựa phụ thuộc vào độ kết tinh, độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao.

PHƯƠNG HƯỚNG - GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM, KHUÔN MẪU

Thông số thiết kế

4.1.1 Cơ sở thiết kế và các tiêu chuẩn phích cắm điện

Nắp che ổ cắm điện là sản phẩm lắp ghép với hệ thống ổ cắm điện trong nhà và trên tường, do đó cần tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo tính tương thích Trên thế giới, có nhiều tiêu chuẩn ổ điện và kiểu phích cắm khác nhau, vì vậy việc khảo sát các kích thước, hình dạng và kiểu phích cắm là cần thiết để tham khảo cho thiết kế sản phẩm.

4.1.2 Khảo sát các tiêu chuẩn ổ điện và kiểu phích cắm

Theo thống kê, trên thế giới có 12 loại tiêu chuẩn ổ điện khác nhau, trong đó có nhiều loại tương tự nhau Do đó, việc thực hiện một khảo sát để xác định kích thước chung là cần thiết, nhằm phát triển sản phẩm có khả năng tương thích với nhiều loại ổ cắm khác nhau.

Hình 4.1: Bản đồ phân bố các kiểu phích cắm điện

Bảng 4.1: Khảo sát các kiểu phích cắm điện trên thế giới

Kiểu Phân bố Kích thước Hình phích cắm Tiêu chuẩn

Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Việt Nam

Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nhật Bản

Phổ biến trên toàn thế giới

Ba Lan, Cộng Hòa Séc, Slovakia, Tunisia,

Uy, Phần Lan, Đông Âu

Anh, Ireland, Malaysia, Singapore, Hong Kong

I Úc, New Zealand, Papua New Guinea, Trung Quốc

4.1.3 Khảo sát các sản phẩm có trên thị trường

Sau khi nghiên cứu các thông số tiêu chuẩn của sản phẩm, nhóm đã tiến hành khảo sát các mặt hàng hiện có trên thị trường để đánh giá và đề xuất phương án thiết kế tối ưu Nhóm đã xem xét nhiều loại sản phẩm và đưa ra những đánh giá cụ thể.

- Về kiểu dáng: các sản phẩm đa dạng với hình dáng: tròn, elip, chữ nhật, mặt của các con vật, …

- Về loại chân cắm: có 2 loại chân cắm là chân dẹt và chân tròn

Có hai loại chân cắm: loại 2 chân và loại 3 chân Loại 2 chân cắm được sản xuất phổ biến hơn vì nó tương thích với nhiều loại ổ cắm điện khác nhau.

- Về màu sắc: đa dạng nhiều màu sắc khác nhau, đa số sử dụng màu sáng để tăng sự thu hút mang đến độ thẩm mỹ cho sản phẩm

Khi tháo sản phẩm, có nhiều loại khác nhau: một số không có phần hỗ trợ tháo, trong khi một số khác có thiết kế tháo ở bên hông hoặc có phần khuyết Đặc biệt, những loại cải tiến hơn được thiết kế với cơ cấu tháo tiện ích, giúp người dùng dễ dàng hơn trong quá trình sử dụng.

Hình 4.2: Một số sản phẩm trên thị trường

4.1.4 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

+ Sản phẩm “Nắp che ổ cắm điện hai chấu”: 34x19x20 (mm)

+ Sản phẩm “Nắp che ổ cắm điện ba chấu”: 34x36x20 (mm)

+ Khoảng cách giữa hai chấu cắm: 19 (mm)

+ Đường kính của chấu cắm: 4,5 (mm)

+ Bề sản phẩm trơn, không xuất hiện rỗ khí hay cháy bề mặt

+ Sản phẩm chắc chắn không bị cong vênh, bavia

+ Sản phẩm đạt được độ bền và chịu va đập tốt

+ Đạt được độ thẫm mỹ và nhiệm vụ sản phẩm

Thiết kế các phương án cho sản phẩm

Sau khi nghiên cứu các kích thước và kiểu dáng sản phẩm trên thị trường, nhóm đã quyết định thiết kế hai loại sản phẩm: một loại nhỏ cho ổ cắm 2 lỗ và một loại lớn cho ổ cắm 3 lỗ Phần chân cắm được thiết kế hình tròn, giúp sản phẩm tương thích với nhiều loại ổ cắm điện ở các quốc gia khác nhau.

- Thiết kế kiểu dáng đơn giản, không quá phức tạp nhưng vẫn đáp ứng được nhiệm vụ che chắn của sản phẩm

- Gồm 2 loại sản phẩm: một loại nhỏ và một loại lớn

- Phần chân cắm được thiết kế với dạng tròn mang lại sự chắc chắn, dễ dàng cắm vào các ổ cắm điện

- Sản phẩm được thiết kế phần khuyết hai bên giúp tháo sản phẩm ra ngoài

Hình 4.3: Phương án thiết kế 1 Phương án 2:

- Thiết kế hình dáng sản phẩm hình tròn, có hai bậc hai bên hông giúp có phần tựa để tháo sản phẩm

- Có các gân tăng cứng phía dưới sản phẩm để tăng độ bền, cứng

- Bề dày sản phẩm 2-3 mm đảm bảo quá trình sử dụng được dài lâu

- Phải sử dụng các công nghệ gia công hiện đại như bắn điện, ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm

- Bề dày không đồng đều nên dễ gây ra các biến dạng khuyết tật trên bề mặt sản phẩm

Hình 4.4: Phương án thiết kế 2 Phương án 3:

- Thiết kế sản phẩm gồm một loại nhỏ dành cho ổ cắm 2 lỗ và một loại lớn dành cho ổ cắm 3 lỗ

- Dùng chân cắm dạng tròn, chắc chắn không bị cong vênh trong quá trình sử dụng

- Kích thước sản phẩm đủ để che kín các loại ổ cắm điện khác nhau

- Bề dày sản phẩm 3mm đáp ứng độ cứng vững và độ bền

- Thiết kế tối ưu có quá trình ép phun

Sản phẩm được thiết kế với góc nghiêng tối ưu, giúp dễ dàng tách sản phẩm ra khỏi lòng khuôn và thuận tiện cho người sử dụng khi lấy sản phẩm ra khỏi ổ cắm điện.

Hình 4.5: Phương án thiết kế 3

Sau khi xem xét các phương án thiết kế, nhóm đã lựa chọn phương án thứ 3 nhờ vào những ưu điểm nổi bật về sản phẩm, tính thuận tiện trong gia công chế tạo và sự phù hợp với điều kiện ép phun Phương án này cũng giúp giảm chi phí gia công chế tạo khuôn.

Chọn vật liệu làm sản phẩm

Sản phẩm này được thiết kế như một linh kiện điện, đòi hỏi tính cách điện, khả năng chịu nhiệt độ, độ bền cao và khả năng chống va đập tốt Do đó, nhựa ABS là lựa chọn tối ưu cho việc sản xuất sản phẩm này.

Bảng 4.2: Tính chất và thông số về nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

Tính chất Thông số nhựa Thông số khuôn

- Nhựa nhiệt dẻo không trong suốt

- Độ bền cơ học và độ cứng cao

- Chống ăn mòn tốt, không độc hại, không mùi

- Cách điện, chịu nhiệt và không biến dạng

Trình tự thực hiện

STT Công việc Nội dung Thời gian

1 Khảo sát Khảo sát tiêu chuẩn, các sản phẩm có sẵn

-> tìm ra kích thước thiết kế 2 tuần

Thiết kế phác thảo các phương án, thiết kế 3D sản phẩm theo kích thước đã khảo sát

3 Thiết kế, tính toán hệ thống

Thiết kế, tính toán các thông số chế tạo khuôn 1 tuần

4 Mô phỏng CAE Mô phỏng dòng chảy, kiểm tra thông số tính toán 1 tuần

5 Thiết kế 3D - 2D Thiết kế mô hình 3D toàn bộ linh kiện khuôn, lên bản vẽ chế tạo linh kiện 4 tuần

6 Gia công Lập trình, theo dõi gia công linh kiện theo yêu cầu bản vẽ 3 tuần

Lắp ráp, thử nghiệm và hoàn thiện

Lắp ráp linh kiện, ép thử khuôn đánh giá sản phẩm sau khi ép 1 tuần

8 Làm báo cáo đề tài 1 tuần

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM

Thiết kế kiểu dáng sản phẩm trên Solidworks

Các bước thiết kế sản phẩm:

- Bước 1: Tạo phần che bên ngoài sản phẩm bằng lệnh Extrude Thực hiện tạo với hình dáng và kích thước như mục 4.1.3 và hình 4.6

Hình 5.1: Phần che của sản phẩm

- Bước 2: Tạo các góc thoát và góc lấy sản phẩm, dùng lệnh Draft, chọn mặt phẳng tham chiếu (Neutral Face) và mặt phẳng góc (Draft Face) với góc nghiêng 10°

Hình 5.2: Tạo góc nghiêng sản phẩm

Bước 3: Tạo biên dạng cho sản phẩm nhằm tăng tính thẩm mỹ và giảm vật liệu bằng cách sử dụng lệnh Extrude Cut Chọn đường dẫn theo góc nghiêng 10° và thực hiện tương tự với mặt đối diện.

- Bước 4: Thiết kế hai chân cắm, dùng lệnh Extrude với góc Draft 1.5°

- Bước 5: Dùng lệnh Chamfer và Fillet các cạnh để dễ dàng thoát khuôn

Hình 5.5: Hoàn thành thiết kế 3D

Nắp che ổ cắm điện là sản phẩm có yêu cầu thấp về kích thước, độ chính xác và ngoại quan Việc lựa chọn thiết kế khuôn 2 tấm giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế và gia công, đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất.

5.1.2 Kiểm tra bề dày sản phẩm

Kết quả cho thấy chi tiết có độ dày phân bố từ 3-4 mm, với độ dày lớn nhất tập trung ở hai chân cắm và phần mỏng nhất nằm ở thành sản phẩm.

Hình 5.6: Kiểm tra bề dày sản phẩm

5.1.3 Kiểm tra góc thoát khuôn

Tính góc thoát khuôn cho hai chân cắm

Kết quả quan sát cho thấy phần màu xanh thuộc khuôn cố định, trong khi phần màu đỏ thuộc khuôn di động Nếu bề mặt nhỏ hơn góc thoát khuôn 0.75°, sẽ được tô màu nâu Trong trường hợp này, các góc thoát khuôn đáp ứng yêu cầu cần thiết.

Hình 5.8: Kiểm tra góc thoát khuôn

5.1.4 Hệ số co rút sản phẩm

Nhóm đã lựa chọn vật liệu nhựa ABS cho quá trình ép sản phẩm nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Theo bảng 3.1, dữ liệu độ co rút của nhựa ABS cho thấy hệ số co rút dao động từ 0.4% đến 0.7%.

=> Chọn hệ số có rút là 0.004 làm dữ liệu thiết kế

5.1.5 Thiết kế mặt phân khuôn và chia linh kiện

Xác định mặt phân khuôn và vị trí đặt sản phẩm là bước quan trọng để tối ưu hóa kích thước lõi khuôn Việc chia linh kiện cho lõi giúp dễ gia công, chế tạo, từ đó giảm giá thành và hạn chế lỗi phát sinh khi ép sản phẩm Bước đầu tiên là nhập hệ số co rút cho sản phẩm.

Hình 5.9: Nhập hệ số co rút

Bước 2: Thiết lập giao diện

- Mở Mold Assembly và tạo khối chữ nhật tượng trưng lõi khuôn âm

- Chèn các sản phẩm và ràng buộc mặt phân khuôn với mặt trên của khối chữ nhật

- Tương tự các sản phẩm còn lại bố trí tương tự với vị trí như hình bên dưới

Hình 5.10: Thiết lập giao diện

Bước 3: Tạo phần lõi khuôn di động và chia nhỏ linh kiện

- Tạo Sketch tương ứng kích thước phần Cavity và Extrude một khoảng vừa đủ qua phần chân cắm sản phẩm

- Xác định vị trí chia linh kiện của sản phẩm, tạo Sketch đi qua tâm của các chân cắm

- Dùng lệnh Split, chọn Sketch chia và bề mặt chia Sau đó, ta chọn và đặt tên các linh kiện, rồi nhấn OK

- Khi đó, ta được lõi khuôn gồm 3 linh kiện với 4 sản phẩm

5.1.6 Tính toán hệ thống kênh dẫn

Kênh dẫn nhựa là đoạn nối từ đầu cuống phun đến miệng phun, thực hiện việc dẫn nhựa nóng vào lòng khuôn để tạo hình sản phẩm

Kênh dẫn có nhiều loại tiết diện như tiết diện tròn, tiết diện hình thang hiệu chỉnh và tiết diện hình thang Để đảm bảo dòng chảy ổn định và thuận tiện cho quá trình gia công, nhóm đã quyết định lựa chọn kênh dẫn với tiết diện hình thang hiệu chỉnh.

Bảng 5.1: Ưu và nhược điểm của kênh dẫn tiết diện hình thang hiệu chỉnh

Tiết diện hình thang hiệu chỉnh Ưu điểm Nhược điểm

- Chỉ xếp sau kênh dẫn tiết diện tròn về tính năng

- Gia công trên một nửa khuôn

- Tốn nhiều vật liệu hơn

- Mất nhiệt nhanh hơn kênh dẫn tròn do diện tích bề mặt lớn hơn

Tính toán kênh dẫn chính và kênh dẫn nhanh theo tiết diện hình thang hiệu chỉnh:

Ta có: D = Tmax + 1.5 = 3 + 1.5 = 4.5 mm (2) với Tmax là chiều dày sản phẩm (5-2)

W = 1.25 x D ≈ 5.625 mm với W là chiều rộng của tiết diện kênh dẫn chính

Wc = Dn x 1.25 = 3.75 mm với Wclà chiều rộng của tiết diện kênh dẫn phụ (5-4)

Trong đó: Dc là đường kính kênh dẫn chính

Dn là đường kính kênh dẫn nhánh

Hình 5.12: Kích thước kênh dẫn

5.1.7 Tính toán miệng phun Đối với sản phẩm nắp che ổ cắm điện, ta thiết kế phần miệng phun theo kiểu phun cạnh đặt tại vị trí trọng tâm bên hông sản phẩm nhằm tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm

Chọn kích thước miệng phun: T = 2.5 mm, I = 1 mm, C = 1.5 mm

Hình 5.14: Bố trí hệ thống kênh dẫn và miệng phun cạnh

Tổng quan về CAE

CAE (Computer Aided Engineering) là công cụ hỗ trợ thiết kế và giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nó bao gồm các chức năng như mô phỏng, tính toán, kiểm nghiệm, phân tích và tối ưu hóa sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất Hệ thống CAE cung cấp thông tin quan trọng, giúp người dùng đưa ra quyết định thiết kế chính xác và hiệu quả.

5.2.2 Ứng dụng của CAE trong thiết kế khuôn mẫu

CAE trong giai đoạn thiết kế máy tính giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế khuôn, giảm thời gian và chi phí thử nghiệm Công nghệ này cung cấp dự đoán về các thông số phun ép, từ đó hỗ trợ người thiết kế tìm ra phương án xử lý và thông số tối ưu nhất Hơn nữa, CAE còn mở ra cơ hội tiếp cận các vật liệu, quy trình và phương pháp ép phun mới, giúp nâng cao nhanh chóng kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu.

5.2.3 Giới thiệu phần mềm Moldex3D

Moldex3D là phần mềm CAE hàng đầu thế giới trong lĩnh vực khuôn ép nhựa, cung cấp khả năng mô phỏng chuyên sâu với tốc độ nhanh và kết quả hiển thị dễ dàng so sánh Phần mềm này giúp giải quyết các vấn đề thiết kế sản phẩm và xử lý lỗi khuyết tật, giảm thiểu rủi ro trong quá trình thiết kế khuôn ép Moldex3D trở thành công cụ thiết yếu cho kỹ sư trong ngành khuôn nhựa để thực hiện mô phỏng và phân tích hiệu quả.

Kết quả phân tích dòng chảy

5.3.1 Quá trình Filling a Thời gian điền đầy (Melt Front Time)

Thời gian điền đầy (Melt Front Time) là chỉ số quan trọng phản ánh thời gian nhựa điền đầy ở các vị trí khác nhau trong khuôn và tổng thời gian điền đầy toàn bộ khuôn Thông số này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như áp suất phun, kích thước hệ thống kênh dẫn, kích thước cổng phun và nhiệt độ nhựa Giảm thời gian điền đầy không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn tăng năng suất sản xuất.

Hình 5.15: Biểu đồ thể hiện thời gian điền đầy Kết quả:

- Thời gian điền đầy tại các vị trí xa nhất của sản phẩm: 0.695 giây

- Hai nắp che lớn nằm ở ngoài điền đầy sau cùng

- Chênh lệch thời gian điền đầy của nắp che nhỏ và nắp che lớn không quá lớn

- Nhựa sẽ có xu hướng không điền đầy tại phần che của nắp che lớn

Rỗ khí xuất hiện khi nhựa nóng chảy giữ lại không khí bên trong khuôn, khiến không khí không thể thoát ra qua các lỗ thông hơi hoặc ở những góc của sản phẩm.

Hình 5.16: Các rỗ khí khi nhựa điền đầy Kết quả:

- Xuất hiện nhiều bẫy khí ở điểm cuối cùng mà nhựa điền đầy, nơi mà các dòng chảy nhựa dồn khí lại và khí không thể thoát ra ngoài

Để đảm bảo khí có thể thoát kịp thời, cần giảm tốc độ phun, nhưng trước hết, phải thiết kế rãnh thoát khí phù hợp Đường hàn, hay Weld Line, là vị trí mà hai dòng chảy gặp nhau, thường được thể hiện bằng những đường màu.

Hình 5.17: Đường hàn trên sản phẩm

Sản phẩm không có đường hàn do thiết kế chỉ có một cổng vào bằng nhựa, điều này cho thấy khả năng không tạo ra đường hàn trong quá trình sản xuất.

Áp suất là yếu tố quan trọng trong gia công, ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy nhựa trong khuôn và sự ổn định kích thước cũng như tính chất cơ học của sản phẩm Tuy nhiên, sản phẩm về tính thẩm mỹ sẽ không bị ảnh hưởng bởi áp suất này.

Hình 5.18: Biểu đồ thể hiện áp suất phun theo thời gian Kết quả:

Áp suất tối đa đạt 77.547 MPa trong thời gian điền đầy 0.05 giây Tại vị trí cuống phun, áp suất lớn nhất được ghi nhận và giảm dần khi lòng khuôn được điền đầy.

Áp suất mô phỏng trong phần mềm Moldex 3D chỉ mang tính chất tham khảo, mặc dù độ chính xác có thể đạt đến 90% Thực tế, khi ép trực tiếp trên máy ép, sẽ có sự chênh lệch áp suất nhưng không đáng kể Người dùng có thể điều chỉnh áp suất trên máy ép để đạt được sản phẩm theo mong muốn.

Hình 5.19: Nhiệt độ nhựa lỏng khi bơm vào khuôn Kết quả:

Khi nhựa được bơm vào khuôn, nhiệt độ của phần nhựa bên ngoài tiếp xúc với áo khuôn giảm xuống thấp nhất, khoảng 95℃ Ngược lại, phần nhựa lỏng bên trong, không tiếp xúc với áo khuôn, giữ nhiệt độ cao nhất, dao động từ 230℃ đến 258℃.

Nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm được duy trì ổn định, với độ chênh lệch nhiệt độ bên ngoài chỉ từ 80℃ đến 116℃ Điều này giúp đảm bảo sự ổn định cho bề mặt chi tiết, giảm thiểu hiện tượng co rút và đảm bảo co rút đồng đều cho sản phẩm.

5.3.2 Quá trình Packing Độ chuyển vị của lõm bề mặt (Sink Mark Displacement)

Hình 5.20: Vùng có nguy cơ bị lõm bề mặt

- Cho biết trên sản phẩm vị trí nào có nguy cơ bị lõm, các giá trị lõm bề mặt, hướng lõm ở cuối quá trình Packing

- Sản phẩm bị lõm trên bề mặt của nắp che tại các vị trí như hình 5.22

- Độ lõm lớn nhất rời vào khoảng 0.086 mm, các bề mặt còn lại hầu như không bị ảnh hưởng

Tại các vị trí lõm, thể tích không đồng đều dẫn đến sự co rút lớn hơn khi nguội, so với các khu vực khác.

- Điều chỉnh áp suất giữ áp hiệu quả

- Tối ưu hệ thống làm mát để nhiệt độ khuôn không quá cao nhằm hạn chế lỗi lõm bề mặt

- Đảm bảo mặt phân khuôn kín để làm cho áp lực giữ không bị giảm xuống

5.3.3 Quá trình Cooling a Nhiệt độ (Temperature)

Nếu sau quá trình làm mát, nhiệt độ bên trong khuôn vẫn vượt quá 140 ℃, điều này cho thấy hệ thống làm mát không hoạt động hiệu quả, dẫn đến nguy cơ sản phẩm bị cong vênh.

Hình 5.21: Nhiệt độ sản phẩm tại thời điểm kết thúc quá trình làm mát

- Nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình làm mát nhỏ hơn 100 ℃ (khoảng 72℃)

Tại thời điểm kết thúc quá trình làm mát, nhiệt độ trên sản phẩm khá đồng đều, với khu vực có nhiệt độ cao nhất nằm ở vị trí cổng vào nhựa do bề dày lớn nhất tại đây Mặc dù nhiệt độ vẫn còn tập trung ở khu vực này, nhưng nó không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm Hiệu suất làm mát (Cooling Efficiency) của quá trình vẫn được đảm bảo.

Hình 5.22: Hiệu suất làm mát của đường nước Kết quả - Đánh giá:

- Tất cả các đường nước có độ hiệu quả làm mát dương

Hiệu suất làm mát của các ống có sự chênh lệch không lớn, với hiệu suất cao nhất đạt 7.87% và thấp nhất là 7.44% Điều này cho thấy rằng các đường nước có hiệu suất làm mát tương đối đồng đều, giúp giảm nguy cơ biến dạng sản phẩm.

39 c Thời gian làm mát (Max Cooling Time)

Thời gian làm mát khuôn có vai trò hết sức quan trọng vì nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun

Hình 5.23: Thời gian để đạt tới nhiệt độ tách khuôn Kết quả - Khắc phục:

- Tổng thời gian làm nguội là 5.6 giây Có thể điều chỉnh thời gian mở khuôn bằng cách thay đổi các thông số khác

5.3.4 Quá trình Warpage Độ cong vênh trên sản phẩm phụ thuộc vào tất cả các bước phân tích ở trên về vật liệu sử dụng, thiết kế sản phẩm, hệ thống dẫn và hệ thống giải nhiệt, điều kiện ép phun… Qua đó, tìm kiếm nguyên nhân và hướng sửa chữa để tối ưu lại chất lượng sản phẩm

Khi có kết quả, tiến hành xem và đánh giá được cong vênh và co ngót theo hướng nào, tại vị trí nào

Hình 5.24: Biểu đồ thể hiện độ cong vênh

Bảng 5.2: Kết quả phân tích thông số ép phun trên phần mềm Moldex3D với nhựa ABS

Thông số kỹ thuật máy ép phun Số liệu phân tích

Thời gian điền đầy 0.695 giây Áp suất điền đầy lớn nhất 77.547 MPa

Thời gian làm nguội 2 giây

Xác định tiêu chuẩn khuôn

Để tiêu chuẩn hóa các loại khuôn, việc tính toán và thiết lập các tiêu chuẩn nhất định là rất cần thiết Các tiêu chuẩn về khuôn và linh kiện khuôn sẽ giúp tiết kiệm thời gian thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình gia công các bộ khuôn không đạt tiêu chuẩn.

Tiêu chuẩn khuôn FUTABA hiện nay là một trong những tiêu chuẩn phổ biến nhất, giúp lựa chọn kiểu khuôn phù hợp với sản phẩm, kích thước và kết cấu Việc áp dụng tiêu chuẩn này không chỉ rút ngắn thời gian thiết kế mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình gia công và lắp ráp.

Hình 5.25: Một số kiểu khuôn theo tiêu chuẩn Futaba

Sản phẩm sẽ được thiết kế theo phương pháp ban đầu, sử dụng khuôn bơm keo gián tiếp thông qua kênh dẫn và lói bằng ty đẩy Kiểu khuôn áp dụng cho quá trình này là Futaba SC.

Hình 5.26: Tiêu chuẩn Futaba SC 2530

Trong đó các kích thước bao gồm:

- Kích thước bao của khuôn: 250x300x250 mm

- Độ dày tấm kẹp trên: 25 mm

- Độ dày tấm cố định: 50 mm

- Độ dày tấm di động: 50 mm

- Độ dày tấm giữ: 15 mm

- Độ dày tấm đẩy: 20 mm

- Độ dày tấm kẹp dưới: 25 mm

- Các kích thước khác lấy theo tiêu chuẩn

Chọn các linh kiện cho khuôn

Dựa trên các thông số tính toán của cuống phun và độ dày các tấm khuôn đã được lựa chọn, chúng ta tiến hành chọn bạc cuống phun theo tiêu chuẩn Misumi.

Vòng định vị có chức năng quan trọng trong việc đảm bảo vị trí chính xác giữa vòi phun của máy ép và bạc cuống phun Do đó, thiết kế của vòng định vị cần phải dựa trên việc lựa chọn máy ép và bạc cuống phun phù hợp.

5.5.3 Chốt hồi và lò xo

Dựa vào kích thước các tấm khuôn chọn chốt hồi MISUMI có mã RP4TL14-120.0 với thông số H = 20mm, D = 15mm, T = 4mm, L = 120mm

Lò xo đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ chốt hồi, giúp toàn bộ hệ thống ti lói trở về vị trí ban đầu Mỗi loại lò xo có màu sắc khác nhau tương ứng với độ cứng và mục đích sử dụng riêng Đặc biệt, lò xo màu vàng (SWF) có kích thước khuôn nhỏ, phù hợp cho những ứng dụng cần độ chính xác cao.

Hình 5.30: Khoảng đẩy sản phẩm

Khoảng đẩy phải lớn hơn 5 - 10 mm so với chiều cao sản phẩm lấy từ khuôn theo hướng tách khuôn Cần tránh làm khoảng đẩy quá dài và sử dụng chốt đẩy quá nhỏ, vì điều này có thể làm yếu hệ thống đẩy.

Tính toán chiều dài lò xo đẩy (lò xo SWF có độ nén tối đa bằng 50% độ dài ban đầu):

A: Khoảng hở cần thiết để sản phẩm ra khỏi khuôn

Chọn chốt dẫn hướng với thông số D = 20mm, T = 8mm, H = 25mm, L= 90mm

Chọn loại bạc với mã GBHE20-50 với thông số d= 20mm, D = 30mm và L = 50mm

Tính toán các hệ thống khác

Sau khi sản phẩm được làm nguội bằng hệ thống làm mát, khuôn sẽ được mở ra Tuy nhiên, sản phẩm vẫn dính trên lòng khuôn do lực hút chân không và có xu hướng co lại sau quá trình làm nguội Do đó, cần một hệ thống đẩy để đưa sản phẩm ra ngoài Các pin đẩy được lựa chọn là ∅5*120, được bố trí đều trên sản phẩm.

Khoảng đẩy cần lớn hơn 5-10 mm so với chiều cao sản phẩm lấy từ khuôn theo hướng tách khuôn Vì vậy, thiết kế khoảng đẩy không nên quá lớn và cần lựa chọn chốt đẩy phù hợp, không quá nhỏ, để đảm bảo hiệu quả cho hệ thống đẩy.

Hình 5.34: Hệ thống đẩy sản phẩm

Thiết kế chốt giật đuôi keo bao gồm pin đẩy và kênh dẫn để dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi đầu phun keo Đường kính được chọn là 5mm với khoảng hở 1mm (0.2d), góc 20° và chiều sâu 4mm (0.8d).

Hình 5.35: Chốt giật đuôi keo

Bố trí hệ thống làm mát cho khuôn là rất quan trọng, vì nó duy trì nhiệt độ ổn định cho khuôn, giúp nhựa nóng được làm nguội đều Điều này không chỉ tăng năng suất sản xuất mà còn giảm thời gian chu kỳ ép phun Nếu thiếu hệ thống làm mát, sản phẩm có thể bị biến dạng, dẫn đến việc tạo ra phế phẩm.

Bảng 5.3: Bảng đường kính kênh làm nguội

Bề dày thành sản phẩm (mm) Đường kính kênh làm nguội (mm)

Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm

Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội

Dựa vào bảng 6.2, chọn đường kính kênh dẫn nguội bằng 10 vì bề dày sản phẩm là 2.5 nằm trong khoảng 2 → 4

Để tối ưu hóa kênh dẫn nguội, cần chú ý đến nhiều yếu tố như lòng khuôn Insert, vị trí các lỗ chốt dẫn hướng, chốt hồi và lỗ taro Việc bố trí kênh dẫn nên cách mặt phân khuôn một khoảng xa hơn, đảm bảo khoảng cách giữa kênh làm nguội và các lỗ ít nhất là 5mm Điều này giúp tránh tình trạng mỏng quá, gây tràn nước do dao phay kênh dẫn nhựa có độ rung lắc cao khi khoan sâu.

Hình 5.36: Vị trí các kênh làm mát

Lõi khuôn được chia thành các linh kiện nhỏ, vì vậy việc định vị các linh kiện là cần thiết để đảm bảo hai lõi khuôn khi lắp ghép đạt vị trí chính xác Có nhiều phương pháp định vị khác nhau tùy thuộc vào tính chất sản phẩm và yêu cầu về độ chính xác Để định vị lõi khuôn, người ta sử dụng các miếng chêm có độ chính xác theo phương X và Y, kết hợp với bulong để siết chặt vào lòng khuôn theo phương Z.

Hình 5.37: Định vị bằng các miếng chêm

Trong quá trình thiết kế khuôn cho việc ép sản phẩm, việc loại bỏ hoàn toàn không khí giữa các khe hở linh kiện là rất quan trọng Nếu không khí không được đẩy ra ngoài, sản phẩm có thể gặp hiện tượng cháy khét Theo bảng 6.3, chúng ta cần thiết kế rãnh thoát khí với độ sâu 0.03 để ngăn chặn tình trạng nhựa tràn ra ngoài.

Bảng 5.4: Chiều sâu thoát khí của một số loại nhựa

Loại nhựa Chiều sâu (mm)

Hình 5.38: Bố trí hệ thống thoát khí cho lòng khuôn

5.6.5 Chọn vật liệu làm khuôn

Bộ khuôn thí nghiệm không yêu cầu độ bóng cao, với độ bền và độ cứng ở mức trung bình Nhóm đã chọn thép S55C cho vỏ khuôn, có độ cứng từ 20,5 đến 29,9 HRC, khả năng chịu nhiệt và chống oxy hóa tốt, có thể tăng lên 46 đến 52 HRC sau khi nhiệt luyện Phần lõi khuôn sử dụng thép SKD11, có độ cứng từ 21 đến 25 HRC, nổi bật với khả năng chống mài mòn và chống gỉ, đạt độ cứng từ 58 đến 60 HRC sau xử lý nhiệt.

Hình 5.39: Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh

Kiểm nghiệm bền trên tấm khuôn dương

5.7.1 Khai báo các số liệu ban đầu

Bước 1: Mở file tấm khuôn dương và lõi khuôn dương Tại đây, ta sẽ lắp phần lõi khuôn dương với tấm khuôn dương để kiểm nghiệm bề chung

Hình 5.40: Lắp phần lõi khuôn dương và tấm khuôn dương với nhau

Sau khi hoàn tất lắp đặt, chúng ta sẽ tiến hành tạo mặt gối đỡ nhằm thiết lập liên kết ngàm, thể hiện mối quan hệ giữa tấm khuôn dương, gối đỡ và gối đỡ phụ.

Tạo Sketch trên các bề mặt đặt liên kết ngàm, dùng lệnh Extrude để tạo mặt phẳng

Hình 5.41: Tạo mặt phẳng đặt liên kết ngàm

Bước 2: Vào môi trường mô phỏng Simulation, tạo chương trình mô phỏng mới

Hình 5.42: Môi trường mô phỏng bền

Tiếp theo, ta nhập vật liệu cho tấm khuôn Tại đây, ta chọn vật liệu là thép S55C

Apply Material → Steel (Unalloyed) → Thép S55C → Apply

Hình 5.43: Nhập vật liệu cho đối tượng mô phỏng

Bước 3: Đặt liên kết ngàm tại các mặt mà ta đã tạo ở bước 1

Fixtures → Advisor → Fixed Geometry → Chọn các mặt mà ta muốn đặt liên kết ngàm

Hình 5.44: Đặt liên kết ngàm tại các mặt đã tạo

Đặt tải trọng lên các bề mặt tiếp xúc với nhựa nóng chảy, trong đó tải trọng này chính là áp suất cần thiết để nhựa nóng chảy được điền đầy.

External Load Advisor → Pressure (Áp suất) → Chọn các bề mặt tiếp xúc với nhựa nóng

Trong quá trình đổ nhựa nóng chảy, áp suất tại ngã ba cuống phun là yếu tố quan trọng cần được ghi nhận Tại điểm này, áp suất đạt khoảng 42.058 MPa, cho thấy đây là khu vực chịu tải trọng lớn nhất trong lòng khuôn, ngoại trừ đầu cuống phun không nằm trên tấm Core Việc theo dõi áp suất này giúp đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra hiệu quả và chính xác.

Hình 5.46: Áp suất điền đầy của sản phẩm trong Moldex3D

Bước 5: Để phần mềm chạy mô phỏng, ta tiến hành chia lưới cho đối tượng

Chọn Mesh → Create Melt and Run

Hình 5.47: Chia lưới cho tấm khuôn

Hình 5.48: Kết quả sau khi chia lưới

5.7.2 Tiến hành chạy phân tích và thu kết quả

Xem kết quả của quá trình mô phỏng và xu hướng biến dạng của tấm khuôn:

- Sau khi tính bền được hoàn thành, phần mềm sẽ trả ra hai giá trị quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền vững của tấm khuôn

- Ứng suất cho mô hình tính này là bao nhiêu? Vị trí đó nằm ở đâu?

- Chuyển vị, biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất nằm ở đâu? Giá trị cụ thể là bao nhiêu?

Kết quả tính bền (Stress):

- Ứng suất uốn cho phép của thép S55C = 650 MPa

- Ứng suất lớn nhất của tấm khuôn sau khi mô phỏng là 172.26 MPa nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép là 650 MPa

=> Tấm khuôn thõa điều kiện bền

Hình 5.49: Kết quả tính bền

- Vị trí ứng suất lớn nhất nằm tập trung chủ yếu ở phần gối đỡ, đặc biệt là gối đỡ phụ và nhỏ nhất ở phần rìa của tấm khuôn

Hình 5.50: Vị trí ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất

Vị trí võng nhiều nhất của tấm khuôn thường nằm ở phần lòng khuôn, nơi chịu tác động trực tiếp từ áp suất của nhựa nóng chảy Sự võng này khiến mặt phân khuôn bị hở, dẫn đến hiện tượng bavia xuất hiện trên sản phẩm.

Sau khi chạy mô phỏng, độ lớn chuyển vị lớn nhất của tấm khuôn dương là 0.027 mm Độ hở của mặt phân khuôn do chuyển vị này tạo ra không vượt quá giới hạn cho phép của hệ thống thoát khí đối với nhựa ABS, do đó giá trị chuyển vị này được xem là chấp nhận được.

=> Tấm khuôn thỏa mãn bài toán chuyển vị

Hình 5.51: Kết quả chuyển vị Kết quả mô phỏng

Giá trị độ bền uốn là 172.026 MPa, thấp hơn 650 MPa, cho thấy bề dày của tấm khuôn được chọn là hợp lý và không dư thừa Thiết kế này gần như tối ưu, giúp tiết kiệm vật liệu và chi phí gia công, đồng thời vẫn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

Tấm khuôn thỏa mãn cả hai bài toán bền và chuyển vị

=> Bộ khuôn đảm bảo về độ bền

GIA CÔNG VÀ ÉP THỬ KHUÔN

Gia công

6.1.1 Phương pháp xác định chế độ cắt

Tính số vòng quay của trục chính theo công thức tính tốc độ cắt như sau: n = 1000∗𝑉 𝑐

- n: Số vòng quay trục chính (vòng/phút)

- Vc: Tốc độ cắt (m/phút)

- D: Đường kính của dao phay (mm)

Tính tốc độ tiến dao theo lượng tiến dao mỗi vòng quay của dao như sau:

- Vf: Tốc độ tiến dao (mm/phút)

- n: Số vòng quay trục chính (vòng/phút)

- fz: Tốc độ ăn dao răng (mm/răng)

- z: Số lưỡi cắt của dao (răng)

6.1.2 Gia công các tấm và lõi khuôn

Sau khi hoàn tất thiết kế và mô phỏng, quá trình gia công bắt đầu với việc chọn phôi, xác định kích thước và lựa chọn thiết bị công cụ phù hợp Các chế độ cắt như tốc độ (s), vận tốc (v), và thời gian (t) được xác định để tạo ra chi tiết đáp ứng yêu cầu về hình dạng, kích thước và chất lượng Ngoài ra, một số linh kiện có sẵn trên thị trường như cuống phun, vòng định vị, chốt hồi, bulong, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, ty đẩy, lò xo và khớp nối nước không cần gia công thêm.

Hình 6.1: Các linh kiện khuôn ép nhựa

Gia công tấm kẹp cố định

- Chuẩn bị phôi tinh 300x300x25 mm

- Nguyên công 1: Gia công tấm kẹp cố định

Tên dự án Tấm kẹp cố định

Gá kẹp: Ê tô Phôi: 300x300x25 mm Vật liệu: S55C

TT Bước công nghệ Dao ∅

Phay thô lỗ lắp vòng định vị và bạc cuống phun

Phay tinh lỗ lắp vòng định vị

Phay tinh lỗ lắp bạc cuống phun

Khoan 2 lỗ M6 lắp vòng định vị

Khoan 2 lỗ M6 lắp bạc cuống phun

Gia công tấm kẹp di động

- Nguyên công 1: Gia công tấm kẹp di động

Tên dự án Tấm kẹp di động

4 Phay thô lỗ máy đẩy ∅60 Endmill ∅16 2750 400 0,8

5 Phay tinh lỗ máy đẩy ∅60 Endmill ∅16 2750 440 5,1 Sâu 25.5

- Nguyên công 1: Gia công tấm giữ

Tên dự án Tấm giữ

6 Phay 4 lỗ gối đỡ phụ ∅32 Endmill ∅16 2750 400 0,8

- Nguyên công 1: Gia công tấm đẩy

Tên dự án Tấm đẩy

3 Phay 4 lỗ gối phụ ∅32 Endmill ∅16 2750 400 0,8

Gia công tấm khuôn cố định

- Chuẩn bị phôi thô 255x305x60 mm

- Nguyên công 1: Gia công mặt dưới tấm khuôn cố định

Tên dự án Tấm khuôn cố định

2 Phay cạnh ngoài Endmill ∅25 1700 265 5 Sâu 40 mm

7 Phay thô 4 lỗ bậc ∅25 Endmill ∅25 2750 400 0.8 Sâu 30 mm

- Nguyên công 2: Gia công mặt trên tấm khuôn cố định

Tên dự án Tấm khuôn cố định

5 Phay 4 lỗ ∅20 Endmill ∅16 2750 400 0,4 Sâu 28 mm

6 Phay hốc chứa lõi Cavity Endmill ∅16 2750 400 0,5

7 Phay mặt đáy hốc chứa lõi Endmill ∅8 3020 420 0,2

8 Phay mặt bên hốc chứa lõi Endmill ∅8 3020 420 0,2

9 Khoan 5 lỗ ∅3,3 Drill ∅3,3 1000 50 Sâu 10 mm

- Nguyên công 3: Khoan lỗ 2 đường nước ∅10

- Nguyên công 4: Khoan lỗ bulong vòng ∅10,2

- Nguyờn cụng 7: Taro ren ẳ nỳt đầu nước ∅10

- Nguyên công 8: Taro lỗ bulong vòng M12x1,75

Gia công tấm khuôn di động

- Chuẩn bị phôi thô 255x305x55 mm

- Nguyên công 1: Gia công mặt dưới tấm khuôn di động

Tên dự án Tấm khuôn di động

Gá kẹp: Ê tô kẹp 20 mm Phôi: 255x305x55 mm Vật liệu: S55C

Khoan lỗ pin dựt đuôi keo

7 Khoan 18 lỗ pin đẩy ∅6 Drill ∅6 750 75 Sâu 17 mm

- Nguyên công 2: Gia công mặt trên tấm khuôn di động

Tên dự án Tấm khuôn di động

Gá kẹp: Ê tô kẹp 20 mm Phôi: 255x305x55 mm Vật liệu: S55C

4 Khoan 4 lỗ ∅10 Drill ∅10 500 75 Sâu 38 mm

6 Phay hốc chứa lõi Core Endmill ∅16 2750 400 0,5

7 Phay mặt đáy lõi Core Endmill ∅8 3020 420 0,2

8 Phay mặt bên lõi Core Endmill ∅8 3020 420 5

- Nguyên công 3: Khoan lỗ 2 đường nước ∅10

- Nguyên công 4: Khoan lỗ bulong vòng ∅10,2

- Nguyờn cụng 7: Taro ren ẳ nỳt đầu nước ∅10

- Nguyên công 8: Taro lỗ bulong vòng M12x1,75

- Nguyên công 1: Gia công gối đỡ

Tên dự án Gối đỡ

- Nguyên công 1: Gia công mặt đáy lõi Cavity

Tên dự án A01 – Lõi CAV 01

Gá kẹp: Ê tô kẹp 10 mm Phôi: 110x130x15 mm Vật liệu: SKD11

- Nguyên công 2: Gia công mặt trên lõi Cavity

Tên dự án A01 – Lõi Cav 01

3 Phá thô biên dạng 3D Ballmill R4 3020 420 0,4

4 Phá thô biên dạng 3D Ballmill R2 3070 170 0,2

5 Chạy bán tinh biên dạng 3D Ballmill R1,5 4500 450

- Nguyên công 1: Phay mặt đáy B01 với phôi tinh 40x130x25 mm

Tên dự án B01 – Lõi Core 01

- Nguyên công 2: Phay mặt bên phải B01

- Nguyên công 3: Phay mặt bên trái B01

- Nguyên công 1: Phay mặt đáy B02, B03 với phôi tinh 36x130x25 mm

Tên dự án B02, B03 – Lõi Core 02, 03

- Nguyên công 2: Phay mặt bên B02, B03

Tên dự án B02, B03 – Lõi Core 02, 03

Tên dự án All Core Insert

4 Phá thô biên dạng 3D Ballmill R4 2100 680

7 Phá thô kênh dẫn, gate Endmill ∅2 4000 210

8 Phay bán tinh kênh dẫn Ballmill R1,5 4500 450

9 Phay tinh kênh dẫn Ballmill R1 4750 380

Linh kiện sau gia công

Sau khi hoàn tất quá trình gia công, cần sử dụng dũa để làm nhẵn các cạnh sắc nhọn Đồng thời, tiến hành vệ sinh và kiểm tra các vị trí gia công theo đúng bản vẽ kỹ thuật Cuối cùng, bọc linh kiện và bảo quản một cách cẩn thận cho đến khi bộ khuôn được hoàn thiện.

Hình 6.2: Linh kiện sau khi gia công

Lắp ráp bộ khuôn

Sau khi hoàn tất gia công, cần tiến hành làm nguội và vệ sinh các tấm khuôn và lõi khuôn Tiếp theo, chuẩn bị các linh kiện và công cụ cần thiết cho việc lắp ráp khuôn, sử dụng chất bôi trơn để đảm bảo các linh kiện dẫn hướng hoạt động trơn tru Lắp ráp phần vỏ khuôn, lõi khuôn và các linh kiện tiêu chuẩn để tạo thành bộ khuôn hoàn chỉnh Để bảo vệ khuôn lâu dài, sơn các bề mặt vỏ khuôn nhằm chống gỉ sét và tạo nhãn tên cho khuôn giúp dễ dàng nhận diện và tìm kiếm.

Hình 6.3: Bộ khuôn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh

Chỉnh sửa khuôn và ép thử

6.3.1 Thông số máy ép nhựa MA 1200III

Vào ngày 16/03/2021, công ty TNHH Huayuan (Việt Nam) Machinery đã bàn giao cho trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM một phòng thí nghiệm công nghệ ép nhựa, bao gồm máy ép nhựa MA 1200III, robot và các thiết bị phụ trợ cho dây chuyền sản xuất Sự kiện này nhằm phục vụ nghiên cứu học tập của sinh viên và nâng cao chất lượng giảng dạy của nhà trường.

Hình 6.4: Máy ép nhựa MA 1200III

Các thông số máy ép nhựa MA 1200III

Bảng 6.1: Thông số ép phun của máy ép nhựa MA 1200III

A B C Đường kính trục vít (mm) 32 36 40

Thể tích ép phun (cm 3 ) 121 153 188

Tỉ lệ phun (g/s) 104 132 162 Áp suất phun tối đa (Mpa) 234 185 150

Tỉ lệ nung dẻo (GPPS) (g/s) 12.5 16.5 20.0

Tốc độ quay trục vít (rpm) 0-285

Bảng 6.2: Thông số kẹp khuôn của máy ép nhựa MA 1200III

Lực kẹp khuôn tối đa (kN) 900

Khoảng cách các trục nối (mm) 360 x 360

Chiều cao khuôn max (mm) 390

Chiều cao khuôn min (mm) 150

Hình 6.5: Kích thước bàn kẹp di động

Hình 6.6: Kích thước chung của máy ép

6.3.2 Ép thử và sửa khuôn

Sau khi hoàn tất quá trình gia công và lắp ráp khuôn, nhóm tiến hành ép thử mẫu sản phẩm Tuy nhiên, do đường kính lỗ đẩy trên tấm kẹp dưới nhỏ hơn trục đẩy của máy ép, nhóm đã quyết định gia công mở rộng đường kính lỗ đẩy từ 30 mm.

Hình 6.7: Mở rộng lỗ đẩy pin bằng phương pháp tiện

Sau khi khắc phục vấn đề gặp phải, khuôn được gá lên máy ép và ép thử thu sản phẩm để tiến hành đánh giá chất lượng

Hình 6.8: Sản phẩm sau khi ép thử lần đầu tiên

- Bề dày phần che của sản phẩm chưa đạt yêu cầu, gây khó khăn cho việc sử dụng

- Kích thước chân cắm chưa đạt, dẫn đến việc lắp vào ổ cắm điện không được chặt, bị rơ và không kín

- Tăng bề dày sản phẩm (2mm → 3mm) để sản phẩm được chắc chắn, đồng thời dễ dàng cầm và thao tác sử dụng

- Tăng đường kính chân cắm (4mm → 4,5mm) để đảm bảo sản phẩm được lắp vào ổ cắm với hiệu quả tốt hơn

- Thêm vào đó, nhóm đã thay đổi phần chữ trên bề mặt sản phẩm.

Ép sản phẩm

Nhóm tiến hành gá khuôn lên máy và dùng nhựa ABS để ép mẫu sản phẩm Sau đó, nhóm thu thập mẫu đánh giá và đưa ra kết luận

Hình 6.9: Bộ khuôn được gá lên máy ép nhựa

Bảng 6.3: Thông số ép thử với nhựa ABS

Thông số điều chỉnh Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4

Nhiệt độ gia nhiệt trên trục vít (℃)

Nhiệt độ 1: 220 Nhiệt độ 2: 215 Nhiệt độ 3: 210 Nhiệt độ 4: 205 Nhiệt độ 5: 200 Áp suất phun nhựa (MPa) 45 50 60 55

Tốc độ phun của trục vít (%) 40 45 55 50

Thời gian làm nguội (s) 35 35 35 35 Đánh giá, kết luận:

Với nhiệt độ nhựa ép phun 220℃, áp suất phun 45Mpa và tốc độ phun 40%, sản phẩm ép ra chưa được điền đầy sau 1 giây do dòng chảy nhựa không ổn định Để khắc phục tình trạng này, cần tăng áp suất và tốc độ phun để cải thiện chất lượng sản phẩm.

Hình 6.10: Sản phẩm ép thử lần 1

Trong lần thử nghiệm thứ hai, khi giữ nguyên thời gian điền đầy và thời gian làm nguội, nhưng tăng áp suất từ 45 MPa lên 50 MPa và tốc độ phun từ 40% lên 50%, chúng tôi nhận thấy khả năng điền đầy cao hơn so với lần đầu Tuy nhiên, lòng khuôn vẫn chưa được điền đầy hoàn toàn Để khắc phục tình trạng này, chúng tôi sẽ tiếp tục điều chỉnh các thông số.

Lần thứ ba, áp suất được tăng từ 50 MPa lên 60 MPa và tốc độ phun từ 45 MPa lên 55 MPa, đồng thời thời gian điền đầy cũng được kéo dài từ 1 giây lên 1.5 giây Kết quả cho thấy tất cả bốn sản phẩm đều được điền đầy hoàn toàn, tuy nhiên, bavia xuất hiện khá nhiều trên cạnh sản phẩm.

Trong lần thử nghiệm thứ tư, chúng tôi đã giảm áp suất phun xuống 55 MPa và tốc độ phun xuống 50%, trong khi giữ nguyên các thông số khác Kết quả cho thấy sản phẩm được điền đầy hoàn toàn mà không còn bavia ở cạnh Tuy nhiên, bề mặt sản phẩm xuất hiện hoa văn do vật liệu nhựa ép chưa qua quá trình sấy, mất khoảng 4-5 giờ Mặc dù vậy, sản phẩm vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật.

Nhóm đã tiến hành ép hàng loạt sản phẩm với thông số ép ở lần thứ 4, đạt yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo tính thẩm mỹ.

Hình 6.14: Sản phẩm ép thử hàng loạt

Để đạt được sản phẩm nhựa đạt yêu cầu kỹ thuật như không có lỗi bavia, kích thước chính xác và không bị cháy bề mặt, cần điều chỉnh các thông số máy ép nhựa phù hợp Mặc dù hạt nhựa ABS chưa được xử lý sấy, dẫn đến bề mặt sản phẩm chưa tối ưu, nhưng vẫn đảm bảo chức năng ứng dụng thực tế.

Bảng 6.4: Thông số ép sản phẩm với nhựa ABS

Nhiệt độ gia nhiệt trên trục vít

Nhiệt độ 1: 220 Nhiệt độ 2: 215 Nhiệt độ 3: 210 Nhiệt độ 4: 205 Nhiệt độ 5: 200 Áp suất phun nhựa (MPa) 55

Tốc độ phun của trục vít (%) 50 Thời gian điền đầy (s) 1.5 Thời gian làm nguội (s) 35

Trong quá trình ép thử và thu sản phẩm, nhóm đã ứng dụng “nắp che ổ cắm điện” để kiểm tra chức năng thực tế Kết quả cho thấy sản phẩm hoạt động hiệu quả và đáp ứng được các yêu cầu cần thiết.

- Về kiểu dáng: đạt được các kích thước yêu cầu về thiết kế

- Về vật liệu: nhựa ABS mang lại độ bền tốt cho sản phẩm, giúp sản phẩm hoạt động theo chức năng mà không lo lắng về hư hỏng

- Về màu sắc: sản phẩm có thể pha trộn với nhiều màu làm cho nó trở nên thu hút hơn

Sản phẩm ứng dụng này tương thích với nhiều loại ổ cắm điện trong gia đình và văn phòng Tuy nhiên, đối với một số loại ổ cắm có thiết kế khác biệt, sản phẩm chưa thể đáp ứng tốt do đường kính chân cắm nhỏ hơn, dẫn đến việc không giữ chắc chắn.

Hình 6.15: Ứng dụng sản phẩm trong thực tế

Tiêu đề	Thiết Kế Chế Tạo Khuôn Ép Nhựa Cho Sản Phẩm “Nắp Che Ổ Cắm Điện”
Tác giả	Nguyễn Quốc Toàn, Kiều Cao Công, Nguyễn Thế Khoa
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Văn Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	9,06 MB