Chế tạo khuôn tạo mẫu dùng cho nghiên cứu cong vênh của sản phẩm dạng phẳng

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết của đề tài

Chủ trương “Nhân bản – Sáng tạo – Hội nhập” của nhà trường cùng với tinh thần nghiên cứu khoa học tạo điều kiện cho sinh viên thực hiện Đồ án tốt nghiệp, giúp họ tiếp cận và giải quyết các vấn đề thực tiễn dưới sự hướng dẫn của giảng viên có kinh nghiệm Quá trình này không chỉ giúp sinh viên phát huy điểm mạnh và cải thiện điểm hạn chế mà còn trau dồi kiến thức chuyên môn và kỹ năng cần thiết Đề tài “Chế tạo khuôn tạo mẫu dùng cho nghiên cứu cong vênh của sản phẩm dạng phẳng” cho phép sinh viên áp dụng kiến thức từ cơ sở đến chuyên ngành, đồng thời tìm hiểu sâu hơn về khuôn mẫu và sự biến dạng của vật liệu nhựa Sinh viên cũng được nâng cao kỹ năng sử dụng phần mềm mô phỏng, thiết kế, vận hành máy, và có cơ hội thực hành, phân tích, giải quyết các tình huống phát sinh trong quá trình thực nghiệm Ngoài ra, họ còn được hướng dẫn cách trình bày báo cáo nghiên cứu khoa học một cách chuyên nghiệp, đảm bảo tính khoa học và khách quan.

Trong công nghệ ép phun nhựa, sản phẩm thường gặp phải một số khuyết tật và hạn chế do nhiều yếu tố như thông số ép phun, thiết kế khuôn mẫu, vật liệu và thiết bị Việc kiểm soát sự biến dạng của sản phẩm sau khi làm nguội và đông đặc là rất quan trọng để đảm bảo hình dạng và kích thước thực tế phù hợp với thiết kế Đặc biệt, các sản phẩm có bề dày nhỏ dễ bị biến dạng và khó kiểm soát hơn.

Để cải thiện tình trạng biến dạng của sản phẩm ép phun nhựa có bề dày nhỏ, cần áp dụng các phương pháp hiệu quả Đồ án "Chế tạo khuôn tạo mẫu dùng cho nghiên cứu cong vênh của sản phẩm dạng phẳng" sẽ đề xuất giải pháp nhằm nâng cao độ chính xác và giảm cong vênh cho sản phẩm ép phun nhựa.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường: “Theo báo cáo hiện trạng chất thải nhựa năm

Năm 2022, tổng khối lượng chất thải nhựa phát sinh đạt 2,9 triệu tấn, trong đó 1,6 triệu tấn đến từ đô thị và 1,3 triệu tấn từ nông thôn, với tốc độ gia tăng khoảng 5% mỗi năm Tổng lượng rác thải nhựa được thu gom là 2,4 triệu tấn, bao gồm 1,55 triệu tấn ở đô thị và 0,85 triệu tấn ở nông thôn Tuy nhiên, chỉ có 0,9 triệu tấn rác thải nhựa được phân loại để tái chế và 0,77 triệu tấn thực sự được tái chế Tổng lượng chất thải nhựa thất thoát vào môi trường lên tới 0,42 triệu tấn.

Chính phủ đang thực hiện các biện pháp giảm thiểu rác thải nhựa và thúc đẩy nghiên cứu khoa học Đồ án “Chế tạo khuôn mẫu dùng cho nghiên cứu cong vênh của sản phẩm dạng phẳng” nhằm cung cấp giải pháp cải thiện tình trạng biến dạng của sản phẩm ép phun nhựa dạng phẳng Điều này không chỉ giúp giảm thiểu sản phẩm khuyết tật mà còn giảm thiểu rác thải nhựa, đồng thời tạo tiền đề cho việc nghiên cứu các giải pháp kiểm soát và giảm thiểu độ biến dạng cho sản phẩm ép phun nhựa.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu nhằm cải thiện độ cong vênh của sản phẩm ép phun nhựa dạng phẳng bằng cách áp dụng các phương pháp khoa học kết hợp với kiến thức tích lũy từ quá trình học tập và thực hành.

Thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun nhựa cho thực nghiệm với nhiều lòng khuôn khác nhau nhằm thu thập dữ liệu phục vụ kiểm tra và so sánh với các mô phỏng Qua đó, tìm ra phương án điều chỉnh thiết kế của lòng khuôn hiệu quả hơn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu độ cong vênh của sản phẩm ép phun nhựa dạng phẳng cần đi đôi với việc thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép phun nhựa hoàn chỉnh Quá trình thực nghiệm và thu thập dữ liệu phải đảm bảo tính hệ thống và chính xác, vì điều này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả nghiên cứu.

Do đó, đối tượng nghên cứu là:

- Sự cong vênh của sản phẩm ép phun nhựa

- Thiết kế và chế tạo bộ khuôn hoàn chỉnh

- Phạm vi về không gian:

Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp chủ yếu diễn ra tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, với các thí nghiệm được tiến hành trong các phòng Lab và phòng thiết mô phỏng của trường.

- Phạm vi về thời gian:

Từ ngày nhận đồ án 15/02/2023 đến này nộp đồ án 18/07/2023

Bài nghiên cứu này nhằm cải thiện độ cong vênh cho sản phẩm ép phun nhựa dạng phẳng, phục vụ cho đồ án tốt nghiệp “Chế tạo khuôn mẫu dùng cho nghiên cứu cong vênh của sản phẩm dạng phẳng”.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, sinh viên nên bắt đầu bằng việc tìm hiểu thực tiễn và nắm bắt tình hình các bài nghiên cứu liên quan đến công nghệ ép phun nhựa và sự biến dạng của sản phẩm ép phun nhựa Điều này giúp xác định phương hướng và phương án nghiên cứu một cách hiệu quả.

Nắm vững kiến thức nền tảng từ các môn học như Thiết kế khuôn mẫu, Vật liệu học, Nguyên lý – chi tiết máy, và Công nghệ chế tạo máy là rất quan trọng trong quá trình thực hiện đồ án Việc áp dụng triệt để những kiến thức này cùng với trải nghiệm thực hành sẽ giúp sinh viên tránh sai sót, tiết kiệm thời gian và tiền bạc Hơn nữa, khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn không chỉ nâng cao năng suất mà còn cải thiện trình độ chuyên môn của sinh viên, phản ánh quá trình học tập và rèn luyện hiệu quả.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để đảm bảo tính khoa học và khách quan Đồng thời, việc thể hiện sự logic trong các kết quả nghiên cứu cũng là một yếu tố quan trọng.

- 3 - và tối ưu hóa các vấn đề phát sinh trong quá trình làm việc Cần phải kể đến một số phương pháp nghiên cứu mà nhóm đã sử dụng:

Phương pháp luận nghiên cứu khoa học là nền tảng quan trọng giúp hình thành mục tiêu và nhiệm vụ một cách nhanh chóng, dựa trên kiến thức đã có và trải nghiệm từ quá trình học tập Nó đóng vai trò trong việc hoạch định kế hoạch cho cả nhóm và từng thành viên, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các nghiên cứu hiệu quả.

Phương pháp lịch sử là việc tìm hiểu và nâng cao kiến thức về các chủ đề như công nghệ ép phun nhựa và các nghiên cứu liên quan đến sự biến dạng của vật liệu nhựa.

Phương pháp hệ thống hóa lý thuyết là việc tổ chức và tổng hợp kiến thức hiện có, đồng thời tìm kiếm và lưu trữ các tài liệu liên quan để phát triển mô hình lý thuyết cho các vấn đề cần giải quyết trong công việc.

Phương pháp phân tích và tổng hợp không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc hoạch định kế hoạch, mà còn hỗ trợ hiệu quả cho các quá trình hoạt động khác như mô phỏng và thiết kế khuôn.

Phương pháp thực nghiệm là cách trực quan để kiểm tra các số liệu thu thập được từ các hoạt động trước đó Qua bước thực nghiệm, chúng ta có thể điều chỉnh những điểm chưa hợp lý dựa trên kết quả thu được, nhằm đạt được mục tiêu đã đề ra.

Sinh viên không chỉ áp dụng các phương pháp nghiên cứu chính mà còn kết hợp thêm nhiều phương pháp khác nhằm tối ưu hóa quá trình thực hiện đồ án, cả về thời gian và chi phí.

Kết cấu của ĐATN

Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương, trong đó:

- Chương 1 giới thiệu về đề tài

- Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết về khuôn mẫu và sản phẩm của công nghệ ép phun nhựa

- Chương 3 trình bày tiến trình nghiên cứu và mô phỏng

- Chương 4 trình bày thiết kế và chế tạo khuôn dùng cho thực nghiệm

- Chương 5 trình bày phương pháp thu thập và đo kiểm dữ liệu độ cong vênh của sản phẩm

- Chương 6 trình bày quá trình và kết quả thực nghiệm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA

Tổng quan về khuôn ép nhựa

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun là một trong những phương pháp sản xuất phổ biến nhất, cho phép tạo ra nhiều loại sản phẩm đa dạng, từ những sản phẩm đơn giản đến phức tạp, với kích thước từ nhỏ đến lớn, như tấm khung xe.

Công nghệ ép phun là quá trình sử dụng vật liệu nóng chảy để phun vào khuôn đúc đã được định hình sẵn cho sản phẩm Các loại vật liệu được sử dụng trong công nghệ này rất đa dạng, bao gồm nhựa (chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn), kim loại, thủy tinh, vật liệu đàn hồi và các loại vật liệu pha trộn khác.

Nhìn chung, quá trình của công nghệ ép phun gồm 04 bước chính:

Bộ khuôn được chế tạo chính xác từ kim loại như thép hoặc nhôm, tùy thuộc vào loại vật liệu ép phun, nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và hình dạng sản phẩm.

2.1.2 Máy ép phun a Lịch sử hình thành

Máy ép phun xuất hiện lần đầu vào năm 1972 ở Mỹ, được thiết kế bởi hai anh em John Weslay Hyatt và Isaiah

Hình 2.1: 2 anh em nhà khoa học người Mỹ John Weslay Hyatt và Isaiah

Vào năm 1903, các nhà khoa học Đức phát hiện ra vật liệu Cellulose Acetate, giúp cải thiện quy trình phun ép và tăng khả năng chống cháy Đến năm 1933, Arthur Eichengrun đã nhận được bằng sáng chế đầu tiên về khuôn ép phun nhựa.

Sau chiến tranh thế giới II, nhu cầu sản xuất hàng hóa thiết yếu với giá thành rẻ gia tăng để phục hồi kinh tế Năm 1946, nhà phát minh James Watson Hendry đã giới thiệu máy bơm trục vít, giúp kiểm soát và nâng cao tốc độ phun Đến năm 1970, ông tiếp tục phát triển hệ thống trợ khí, góp phần làm nguội nhanh cho các sản phẩm phức tạp.

Trộn và nóng chảy vật liệu Ép phun vật liệu vào lòng khuôn

Làm nguội và đông đặc

Tách khuôn và lấy thành phẩm

Công nghệ ép phun đã trải qua sự phát triển mạnh mẽ và hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất nhựa, bao gồm đồ dùng sinh hoạt, bao bì, bàn ghế, nắp chai, và các chi tiết máy như bánh răng, trục, con xoay cơ học, cũng như phụ tùng ô tô.

Máy ép phun được phân loại theo nhiều cách:

- Theo loại pitton hay trục vít

- Theo loại trục vít: trục vít đặt nằm ngang hay dọc

- Theo lực kẹp khuôn: loại 7,… 50,… 100,… 8000 tấn

- Theo lượng nguyên liệu trong một lần phun tối đa: 1, 2, 3, 5, 8… 56, 120 oz (1 oz 28,349 g)

- Theo cách gọi tên của các hãng sản xuất máy c Cấu tạo của máy ép phun

Một số bộ phận chính của máy ép phun:

Hệ thống kẹp là bộ phận quan trọng trong quá trình gia công, có chức năng gá đặt và di chuyển tấm khuôn di động nhằm tạo ra áp lực giữ khuôn Các loại kẹp khuôn bao gồm kẹp cơ khí, kẹp thủy lực và kẹp kết hợp giữa cơ khí và thủy lực, mỗi loại đều có ưu điểm riêng trong việc đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong sản xuất.

- Bộ khuôn: là dụng cụ (thiết bị) định hình sản phẩm

Hệ thống thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng và hỗ trợ cho hệ thống kẹp trong quá trình đóng/mở khuôn Các bộ phận chính của hệ thống này bao gồm bơm van, động cơ thủy lực, hệ thống ống dẫn và hệ thống ống chứa, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác trong quy trình sản xuất.

Hệ thống điều khiển là một phần quan trọng trong quy trình ép phun, chịu trách nhiệm hiển thị và điều chỉnh các thông số công nghệ như nhiệt độ trục vít, áp suất và tốc độ phun Những thông số này quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất.

- Hệ thống ép phun: theo tuần tự từ đầu vào vật liệu:

Hình 2.2: Mô hình hệ thống ép phun

Hình 2.3: Các bộ phận trong hệ thống ép phun d Máy ép phun nhựa sử dụng trong quá trình nghiên cứu

Nhóm được tạo điểu kiện tiếp xúc với máy ép phun nhựa Haitian, modle MA1200III/400eeco với các Thông số kỹ thuật:

- Loại trục vít: có thể tích 214 𝑐𝑚 và đường kính 40mm B

- Điện áp: AC380V 3P/N/PE 50Hz

- Cường độ dòng điện đủ tải: 34 A

Hình 2.4: Nhãn của máy ép phun nhựa Haitian model MA1200III-B

• Chứa vật liệu ở nhiệt độ phòng, đã được xử lí và vệ sinh, được cắt thành viên nhỏ nhằm giúp quá trình gia nhiệt và nóng chảy nhanh hơn

• Sấy và gia nhiệt để nóng chảy vật liệu

• Đoạn nhập liệu: chưa vật liệu đã nóng chảy (dạng lỏng)

• Đoạn nén ép: nén ép vật liệu và đẩy hết không khí còn tồn đọng ra ngoài

• Đoạn định lượng: chuẩn bị ép phun theo thông số được thiết lập phunĐầu

Đầu phun là bộ phận nối tiếp miệng phun của bộ khuôn, với kích thước lỗ được thiết kế nhỏ hơn miệng phun Điều này giúp tối ưu hóa quá trình ép phun, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu.

Máy sấy nhựa là thiết bị quan trọng giúp đảm bảo độ ổn định của nhựa trước khi sản xuất Nó không chỉ làm nóng nhựa để rút ngắn chu kỳ ép mà còn giúp điều chỉnh nhiệt độ của xy lanh nhiệt với độ chính xác cao hơn.

Hình 2.5: Hệ thống hút và chứa vật liệu phun

Hệ thống trục vít và bộ phận gia nhiệt đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất nhựa, giúp nung nóng nhựa và duy trì ở trạng thái lỏng Điều này cho phép nhựa được bơm vào khuôn một cách hiệu quả qua vòi phụn và cuống phun.

Hình 2.7: Hệ thống trục vít và bộ phận gia nhiệt (mặt trước)

Hình 2.8: Hệ thống trục vít và bộ phận gia nhiệt (mặt sau)

Hình 2.9: Bạc cuốn phun và cuốn phun Hình 2.10: Vòi phun

Hình 2.11: Hệ thống gá keph bộ khuôn

Bảng điều khiển là thiết bị quan trọng dùng để thiết lập các thông số như thời gian chu kỳ phun, nhiệt độ nung nóng nhựa, áp suất phun và thời gian bão hòa, đồng thời cho phép điều chỉnh chế độ làm việc ở các mức tự động, bán tự động hoặc thủ công Trên bảng điều khiển, người dùng có thể tìm thấy các phím đóng/mở cho các bộ phận trong chế độ thủ công, bao gồm hệ thống đẩy sản phẩm, khuôn, và điều khiển trục vít Ngoài ra, hàng phím trên cùng được đánh số từ F1 đến F10, giúp mở các tab để thiết lập và điều chỉnh thông số ép một cách dễ dàng.

Máy làm lạnh nước là thiết bị quan trọng dùng để điều chỉnh nhiệt độ của nước, giúp làm nguội sản phẩm hiệu quả Nước được bơm qua hệ thống van để cung cấp cho quy trình làm lạnh, đảm bảo sản phẩm luôn đạt được nhiệt độ yêu cầu.

Hình 2.13: Máy làm lạnh nước

Hình 2.14: Hệ thống van nước cấp cho hệ thống làm mát sản phẩm

- Máy gia nhiệt nước: dùng để tăng nhiệt độ nước

Hình 2.15: Máy gia nhiệt nước

- Hệ thống tay robot: dùng để lấy sản phẩm tự động

Hình 2.16: Hệ thống tay robot

- Công tắc nguồn của máy ép nhựa: đóng/mở nguồn điện của máy ép nhựa được đặt bên hông

Hình 2.17: Công tắc nguồn của máy ép nhựa

Hình 2.18 Hình 2.19: Máy băm nhựa

Khuôn ép phun nhựa là thiết bị quan trọng trong việc định hình sản phẩm, với cấu tạo và kích thước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thông số công nghệ, hình dạng sản phẩm (góc nghiêng, áp suất gia công, nhiệt độ khuôn), đặc tính vật liệu (độ cứng, hệ số co rút, tính đàn hồi) và tính kinh tế trong quá trình chế tạo khuôn.

Bộ khuôn ép phun nhựa gồm 2 phần chính:

- Phần khuôn cố định (hay còn gọi là khuôn cái, Cavity)

- Phần khuôn di động (hay còn gọi là khuôn dương, Core)

Tổng quan về vật liệu ép phun nhựa

2.2.1 Giới thiệu chung về vật liệu nhựa

Nhựa, hay còn gọi là chất dẻo (plastic), là các hợp chất cao phân tử với tính ứng dụng cao, thường được sử dụng để sản xuất các vật dụng sinh hoạt thiết yếu.

Nhựa được cấu thành từ nhiều nguyên tố như carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, chlorine và sulfur, trong đó carbon chiếm tỉ lệ cao nhất trong hầu hết các loại nhựa, ngoại trừ nhựa silicone, có thành phần chính là silicon.

Hiện nay, có hai phướng pháp tổng hợp nhựa: phản ứng trùng hợp (gọi là addition polymerization) và phản ứng trùng ngưng (gọi là condensation polymerization)

- Phản ứng trùng hợp: quá trình tổng hợp polymer dựa vò phương pháp hợp chuỗi, tức là kết hợp các chuỗi polymer giống nhau

Hình 2.22: Mô tả các chuỗi polyme sau phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng ngưng là quá trình tổng hợp polymer, trong đó các monomer với các nhóm chức tham gia phản ứng để tạo ra liên kết mới trong mạch polymer Quá trình này thường sinh ra các hợp chất phụ như axit HCl và nước (H2O).

Hình 2.23: Mô tả các chuỗi polyme sau phản ứng trùng ngưng

Nhựa được chia thành hai dạng cấu trúc chính: cấu trúc vô định hình (amorphous polymer) và cấu trúc bán tinh thể (semi-crystalline polymer) Nhựa vô định hình thường có độ trong suốt cao hơn so với nhựa bán tinh thể.

- Nhựa có cấu trúc vô định hình: các mạch nhựa nằm ngẫu nhiên, không theo tuần tự hay hình dạng nào

Nhựa có cấu trúc bán tinh thể bao gồm các mạch nhựa với hình dạng rõ ràng, được gọi là tinh thể nhựa, và các tinh thể này kết hợp với các mạch nhựa ngẫu nhiên tạo thành cấu trúc bán tinh thể.

Hình 2.24: Mô tả các cấu trục của nhựa

Trong lòng polymer chain, các monomer lặp lại tạo thành mạch nhựa Có ba dạng chính của mạch nhựa: mạch thẳng (linear), mạch nhánh (branched) và mạch lưới (cross-linked).

Hình 2.25: Mô tả các dạng mạch của nhựa 2.2.2 Phân loại vật liệu nhựa

Dựa vào cấu trục mạch polyme, nhựa có thể chia thành 2 loại cơ bản:

Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn

Có cấu trúc polyme dạng mạch thẳng hoặc mạch nhánh

Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp

Mềm khi nung nóng và cứng khi làm nguội

Thường mềm và ít giòn

Dùng phổ biến trong công nghệ phun ép

Có cấu trúc polyme dạng mạch lưới

Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng

Không mềm khi nung nóng Thường cứng và giòn Không thể tái chế

Một số ví dụ về vật liệu nhựa nhiệt dẻo:

- Nhựa nhiệt dẻo vô định hình: Polymethyl methacrylate (PMMA / Acrylic), Polystyrene (PS), Polycarbonate (PC), Polysulfone (PSU), Polyvinyl chloride (PVC), Aacrylonitrile butadiene styrene (ABS), Polyetherimide (PEI)

- Nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể: Polyethelyne (PE), Polypropylene (PP), Polybutylene terephthalate (PBT), Polyethylene terephthalate (PET), Polyetheretherketone (PEEK)

Ngoài ra, còn có thể phân loại theo ứng dụng của vật liệu nhựa:

- Nhựa thông dụng: được sửa dụng phổ biến với giá thành thấp như PP, ABS, PE, PET, PVC, PS…

- Nhựa kỹ thuật: thường được sử dụng trong công nghiệp với đặc điểm về cơ lý tính cao so với nhựa thông dụng

- Nhựa chuyên dụng: đây là những loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho những trường hợp riêng biệt

2.2.3 Các thông số kỹ thuật của vật liệu nhựa a Các tính chất chung của vật liệu nhựa

- Mô đun đàn E: 1 – 100.000 N/mm2 (thép 500.000 𝑁/𝑚𝑚 )

- Dễ tạo hình: nhiệt độ gia công < 400°C

- Dễ thay đổi đặc tính bằng cách thêm phụ gia và chất độn

- Cách nhiệt và cách điện tốt:

- Hệ số truyền nhiệt: nhựa (0.1 – 1 W/m/K), thép (100 – 1000 W/m/K)

- Cách điện: nhựa 1010 – 1018 Ω, thép 1Ω b Nhiệt độ thủy tinh hóa (𝑻 𝒈 ) và Nhiệt độ nóng chảy (𝑻 𝒎 )

Dựa vào biểu đồ nhiệt độ, có các trường hợp sau:

Hình 2.26: Biểu đồ nhiệt độ của nhựa

- Khi nhiệt độ thấp hơn 𝑇 : polyme ở trạng thái rắn với độ cứng cao, bởi thiếu sự di chuyển của các chuỗi polymer trong cấu trúc

Khi nhiệt độ vượt quá 𝑇, polyme sẽ trở nên mềm và dẻo như nhựa cao su do sự di chuyển của các chuỗi polyme trong cấu trúc Sự thay đổi này dẫn đến sự biến đổi về cơ và lý tính của polyme.

- Khi nhiệt độ cao hơn 𝑇 : polyme ở trạng thái lỏng với độ nhớt cao

Bảng 2-2: Nhiệt độ thủy tinh hóa (𝑇 ) và Nhiệt độ nóng chảy (𝑇 ) của một số loại polyme

Tên polyme Nhiệt độ thủy tinh hóa 𝑻𝒈 (℃)

Polyethylene terephthalate (PET) có độ nhớt là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình ép phun nhựa Độ nhớt thể hiện tính lưu động của chất lỏng, với nước có độ nhớt thấp nhất và dòng nhựa lỏng có độ nhớt cao Việc kiểm tra độ nhớt trước khi sử dụng là cần thiết, vì nó có thể thay đổi theo các điều kiện môi trường khác nhau Khi dòng chảy nhựa tiếp xúc với khuôn, nhiệt độ giảm làm cho nhựa đông đặc, dẫn đến sự chuyển pha trong dòng chảy Trong trường hợp tốc độ phun lớn, có thể coi như không có dòng chuyển pha Độ nhớt cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nóng chảy, áp suất, tốc độ cắt và trọng lượng phân tử tương đối.

Hệ số co rút (Shrinkage) đóng vai trò quan trọng trong quá trình ép phun nhựa, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Khi nhựa chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn sau quá trình làm nguội, hiện tượng co lại sẽ xảy ra, dẫn đến giảm thể tích Điều này có thể gây ra các khuyết tật như cong vênh và sai lệch kích thước, ảnh hưởng đến tính chính xác và thẩm mỹ của sản phẩm nhựa.

Hệ số co rút của nhựa được xác định dựa trên các thông số vật lý qua thử nghiệm, và nó có sự khác biệt giữa các loại nhựa khác nhau.

Có thể chia thành 3 loại co rút: co rút trong chu kỳ ép, co rút sau khi lấy sản phẩm, co rút toàn bộ (bằng tổng của 2 loại trên)

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số co rút:

Bề dày của sản phẩm có ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số HSCR; bề dày càng lớn thì HSCR càng tăng Yếu tố bề dày đóng vai trò quan trọng trong quá trình co ngót và khó có thể điều chỉnh bằng các thông số máy khác.

Áp suất trong quá trình sản xuất ảnh hưởng đáng kể đến độ co ngót và khối lượng sản phẩm Thời gian duy trì áp suất càng lâu và áp suất cực đại trong khuôn càng cao thì độ co ngót sẽ càng thấp, dẫn đến khối lượng sản phẩm tăng lên Tuy nhiên, cần lưu ý rằng áp suất có thể thay đổi theo chiều dài dòng chảy, do đó HSCR tại các vị trí khác nhau sẽ không giống nhau.

Nhiệt độ của nhựa ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lấp đầy khuôn; khi nhiệt độ cao, nhựa nở ra nhiều hơn, dẫn đến việc vật liệu phun vào lòng khuôn giảm và làm tăng HSCR Đối với nhựa bán tinh thể, nhiệt độ khuôn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến thời gian làm nguội, từ đó tác động đến HSCR.

Sự định hướng phân tử xảy ra khi các phân tử bị ảnh hưởng bởi ứng suất trượt, và hiện tượng này được duy trì thông qua quá trình làm nguội Các phân tử polymer thường có xu hướng trở lại trạng thái ban đầu của chúng sau khi chịu tác động.

- 17 - trạng thái tự do khi có điều kiện (nhiệt độ thường và không ở trong khuôn) Sự co ngót theo dòng chảy sẽ lớn hơn theo định hướng

Bảng 2-3: Thông số co rút và khối lượng riêng của 1 số loại nhựa

Nhựa Hệ số co rút (%) Khối lượng riêng (𝒈 𝒄𝒎⁄ 𝟑 )

2.2.4 Một số loại phụ gia dùng cho nhựa

Chất phụ gia là hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ, có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp, được sử dụng để cải thiện và bổ sung tính chất cho nhựa nguyên chất Chúng có thể tăng cường độ dai, khả năng cách điện, và tạo độ bóng cho sản phẩm Một trong những loại phụ gia quan trọng là phụ gia bôi trơn, giúp nâng cao hiệu suất của nhựa trong quá trình sản xuất và sử dụng.

Như rượu béo, acid béo, xà phòng kim loại, paraffin Được phân làm 2 loại:

Chất bôi trơn nội: hạn chế sự ma sát giữa các polyme nhựa

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP PHUN NHỰA BẰNG PHẦN MỀM

Tổng quan về phần mềm Moldex3D

3.1.1 Giới thiệu phần mềm Moldex3D

Phần mềm Moldex3D, phát triển bởi tập đoàn Core Tech Đài Loan từ năm 1995, cho phép mô phỏng và phân tích các quá trình công nghệ ép phun nhựa Đây là giải pháp CAE hàng đầu thế giới trong lĩnh vực này, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả.

Moldex3D cung cấp khả năng phân tích và đánh giá thiết kế khuôn cũng như chi tiết ép phun, cho phép tính toán mô phỏng các thông số quan trọng như thời gian điền đầy, nhiệt độ và áp suất tại các vùng khuôn, độ cong vênh và đường hàn.

Các phiên bản Moldex3D bao gồm: eDesign Basic – eDesign – Professional – Advanced, với các tính năng đã đucợ phát triển:

- Hỗ trợ thiết kế các hệ thống chính như hệ thống kênh dẫn nhựa, cổng phun, hệ thống làm mát, áo khuôn

- Chức năng tạo lưới tứ diện, lục lăng… bằng công nghệ 3D True Mesh

- Hỗ trợ phân tích, tính toán song song trên máy tính đa lõi, đa chip, đa CPU, đa cụm CPU

- Hỗ trợ các dạng ép phun, khuôn đặc biệt, có nhiều chế độ mô phỏng…

3.1.2 Các tính năng nổi bật của phần mềm Moldex3D

- Tạo ra một Mesh khuôn hoàn chỉnh hơn và dễ dàng hơn

- Cung cấp một nền tảng để tăng tốc độ công việc mô phỏng và hiệu quả

- Mô phỏng nhiều quá trình kết hợp để thỏa mãn nhu cầu cụ thể đối với các sản phẩm nhựa có độ chính xác cao

- Khả năng mô phỏng mới cho quá trình tạo bọt Polyurethane (PU)

- Khả năng mô phỏng mở rộng cho khuôn cán thép tấm (Sheet Molding Compound- SMC)

- Đồng bộ hóa các tham số quy trình mô phỏng với các máy khuôn mẫu thực tế

- Mô phỏng quản lý vòng đời sản phẩm (Products Lifecycle Management – PLM) một cách thông minh

- Cập nhật thêm thư viện 116 loại nhựa, nhựa nhiệt mới, thêm mới giao diện bảng điều khiển cho máy ép phun nhựa ENGEL và TOSHIBA

Các bước mô phỏng quá trình ép phun nhựa

Trong bài nghiên cứu này, để giới hạn phạm vi nghiên cứu, nhóm chọn mô phỏng 2 vật liệu nhựa là Polypropylene (PP) và Aacrylonitrile butadiene styrene (ABS)

Bảng 3-1: Các thông số kỹ thuật của các loại nhựa

Cụng thức húa học (C3H6)n (C8H8ãC4H6ãC3H3N)n

Khối lượng riêng Dạng vô định hình: 0,85 g/cm3

Dạng tinh thể: 0,95 g/cm3 1,060–1,080 g/cm3

Mô đun đàn hồi 30 – 40 N/mm2 2,06 GPa

Hấp thụ nước 250 – 700 % 0,410 % Độ cứng Rockwell ~ 165 °C 106

Nhiệt độ sấy 60,0 – 120 °C 70,0 – 120 °C Độ ẩm 0,050 – 0,20 % 0,010 – 0,050 % Áp suất phun 0,500 – 120 MPa 4,83 – 150 MPa

3.2.2 Quá trình mô phỏng trên Moldex3D

Sau khi đã thiết kế hình dạng của chi tiết nghiên cứu, xuất tệp CAD thành tệp Step với đuôi là “.STP”

Bước 1: Import file Step vào môi trường MOLDEX 3D

Bước 2: Chọn tab Attribute  chọn chi tiết  phân loại chi tiết là Part  OK

 chọn kênh dẫn nhựa  phân loại là Cold Runner  OK

Bước 3: Chọn vị trí cổng vào nhựa  chọn tab Gate  thiết lập đường kính cổng phun  Chọn Gate Location Advisor  chọn vị trí đặt cổng phun  OK

Bước 4: Thiết lập kích thước áo khuôn  chọn tab Moldbase  chọn chiều của mặt phân khuôn (2)  thiết lập kích thước chiều dài x chiều rộng của áo khuôn (3)

 chọn Next  thiết lập kích thước chiều cao của các tấm khuôn (5)  OK

Bước 5: Thiết lập hệ thống làm nguội  chọn tab Cooling Chanel  thiết lập các thông số của đường ống nước  OK

Step 6: Select the Check Cooling System tab The software indicates an error due to a horizontal cut in the Runner's water pipe, which needs to be removed Navigate to the Model tree, locate the water pipe under the Cooling Channel section, right-click on it, and select Delete.

Bước 7: Thiết lập kích thước lưới  chọn tab Mesh  chọn Part và Runner  chọn tab Seeding  thiết lập kích thước lưới  OK

Bước 8: Chọn tab Parameter để thiết lập loại lưới và các thông số khác  OK  Chọn Generate

- 22 - Hình 3-1: Kết quả chia lưới

Bước 9: Chọn vật liệu cho chi tiết  về tab Home  chon tab Material và chọn vật liệu trong thư viện của MOLDEX 3D

Bước 10: Lựa chọn máy ép phun nhựa, sau đó chọn chế độ Machine mode 1 (theo hồ sơ) và xác định máy ép phun phù hợp Tiếp theo, điều chỉnh các thông số công nghệ cần thiết cho chi tiết ở các tab còn lại.

Bước 11: Chọn các kết quả cần mô phỏng  chọn tab Analysis  Chọn Full Analysis -C F P W (tức Cooling, Filling, Packing, Warpage)

Quá trình mô phỏng có thể tốn nhiều thời gian, phụ thuộc vào độ phức tạp của chi tiết Đối với chi tiết mà nhóm nghiên cứu, thời gian mô phỏng dao động từ 15 đến 30 phút.

Quá trình mô phỏng hoàn tất, cho ra các kết quả như yêu cầu:

Kết quả của các mô phỏng chuẩn bị cho thiết kế khuôn

3.3.1 Mô phỏng lần 1: Chi tiết dạng phẳng

Hình 3.3: Kết quả tổng cong vênh

- 25 - Hình 3.4: Kết quả cong vênh theo phương X

Hình 3.5: Biểu đồ cong vênh theo mặt phẳng Oxy

- 26 - Hình 3.6: Kết quả cong vênh theo phương Z

Hình 3.7: Biểu đồ cong vênh theo mặt phẳng Oyz

Hình 3.8: Kết quả cong vênh theo phương Y

- 29 - Hình 3.12: Kết quả cong vênh theo phương Z

3.3.2 Mô phỏng lần 2: Chi tiết dạng cong

- 32 - Hình 3.18: Kết quả cong vênh theo phương ngang Z

Hình 3.24: Kết quả cong vênh theo phương Z

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN CHO SẢN PHẨM DẠNG PHẲNG

Thiết kế khuôn

Creo Parametric, được phát triển bởi công ty Parametric Technology Corporation (PTC), là phần mềm chuyên dụng trong thiết kế và gia công khuôn đúc, khuôn ép nhựa, đồng thời hỗ trợ mô phỏng quá trình ép phun nhựa.

The software offers a variety of functions through multiple modules, including Modeling, Drawing, Assembly, Moldesign, and Manufacturing Additionally, the Expert Moldbase Extension (EMX) module is utilized to assist in designing various types of molds, featuring a rich database for enhanced support.

Quá trình thiết kế khuôn cơ bản:

Hình 4.1: Các bước thiết kế khuôn Thông số thiết kế của một số chi tiết:

Hình 4.2: Thông số thiết kế tấm kẹp trên

Hình 4.3: Thông số thiết kế tấm kẹp dưới 4.1.3 Khuôn âm (Cavity)

Hình 4.4: Thông số thiết kế tấm khuôn âm (Cavity)

Hình 4.5: Thông số thiết kế tấm khuôn dương (Core)

Hình 4.6: Thông số thiết kế gối đỡ

Hình 4.7: Thông số thiết kế tấm đỡ 4.1.7 Tấm đẩy

Hình 4.8: Thông số thiết kế tấm đẩy

Hình 4.9: Thông số thiết kế chốt dẫn hướng 4.1.9 Bạc dẫn hướng

Hình 4.10: Thông số thiết kế bạc dẫn hướng

4.1.10 Trục vít tấm kẹp trên

Hình 4.11: Thông số thiết kế trục vít tấm kẹp trên 4.1.11 Trục vít tấm kẹp dưới

Hình 4.12: Thông số thiết kế trục vít tấm kẹp dưới

Hình 4.13: Thông số thiết kế trục vít tấm đẩy

Hình 4.14: Thông số thiết kế chốt hồi

Hình 4.15: Thông số thiết kế lò xo

Chế tạo các bộ phận của khuôn

4.2.1 Gia công tấm kẹp trên

Nguyên công 1 Máy Máy Phay CNC Makino GF6

Phôi Vật liệu: thép C45 Kích thước: 250x200x25

Hình 4.16: Mặt trên tấm kẹp trên

Phương pháp gia công Dao Đường kính (mm)

1 Khoan mồi 2 lỗ trong Drill ỉ4 1000 300 09

2 Khoan mở rộng 2 lỗ trong

3 Phay 4 lỗ bậc ngoài Endmill ỉ10 1500 150 08

Hình 4.17: Mặt dưới tấm kẹp trên

Trình tự Phương pháp gia công Dao Đường kính (mm)

Hình 4.18: Ảnh thực của tấm kẹp trên

4.2.2 Gia công tấm kẹp dưới

Hình 4.19: Mặt trên tấm kẹp dưới

2 Khoan mở rộng 4 lỗ Drill ỉ12 800 150 03

Hình 4.20: Mặt dưới tấm kẹp dưới

Hình 4.21: Ảnh thực của tấm kẹp dưới

4.2.3 Gia công tấm khuôn âm (Cavity)

Hình 4.22: Mặt trên tấm khuôn âm

Hình 4.23: Mặt bên trái tấm khuôn âm

Hình 4.24: Mặt bên phải tấm khuôn âm

Hình 4.25: Ảnh thực của tấm khuôn âm

4.2.4 Gia công tấm khuôn dương (Core)

Hình 4.26: Mặt trên tấm khuôn dương

Trình Phương pháp gia Dao Đường Chế độ cắt

1 Khoan mồi cỏc lỗ Drill ỉ4 1500 200 09

2 Phay cỏc lỗ ty đẩy Endmill ỉ4 1200 150 10

4 Khoan suốt 4 lỗ trên dưới Drill ỉ10 1000 150 13

5 Khoan suốt 4 lỗ trái phải Drill ỉ12 1000 150 03

7 Taro 4 lỗ trên dưới Taro M11 100 50

Hình 4.27: Mặt dươi tấm khuôn dương

Hình 4.28: Mặt bên trái tấm khuôn dương

2 Phay 4 lỗ bậc suốt Endmill ỉ8 1200 150 14

Hình 4.29: Mặt bên phải tấm khuôn dương

Hình 4.30: Ảnh thực của tấm khuôn dương

Hình 4.31: Mặt trên gối đỡ

Hình 4.32: Mặt dưới gối đỡ

Hình 4.33: Ảnh thực của gối đỡ

Hình 4.34: Mặt trên tấm đẩy

Hình 4.35: Mặt dưới tấm đẩy

Hình 4.36: Ảnh thực của tấm đẩy

4.2.7 Một số hình ảnh thực tế của bộ khuôn

Hình 4.37: Ảnh thực của tấm khuôn âm (Cavity) trong lần thực nghiệm thứ 1

Hình 4.38: Ảnh thực của tấm khuôn âm (Cavity) trong lần thực nghiệm thứ 2

- 54 - Hình 4.39: Ảnh thực tấm insert lòng khuôn trong lần thực thực nghiệm thứ 1

Hình 4.40: Kích thước tấm insert lòng khuôn trong lần thực thực nghiệm thứ 2

Hình 4.41: Ảnh thực tấm insert lõi khuôn trong lần thực thực nghiệm thứ 2

Hình 4.42: Ảnh thực bạc cuống phun

Hình 4.43: Ảnh thực ty đẩy

- 56 - Hình 4.44: Ảnh thực bạc dẫn hướng

Hình 4.45: Ảnh thực chốt dẫn hướng

Hình 4.46: Ảnh thực của lò xo và chốt hồi 4.2.8 Lắp ráp bộ khuôn

Hình 4.47: Trình tự lắp ráp của bộ khuôn

Hình 4.48: Các bộ phận của bộ khuôn trước khi lắp ráp

- 58 - Hình 4.49: Các hình chiếu của bộ khuôn

Hình 4.50: Bộ khuôn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh

Ép thử

Bảng 4-1: Thông số ép thử của nhựa PP và ABS

TT Quá trình phun Quá trình bão áp

Kết quả Áp suất Vận tốc Áp suất Vận tốc

5 35 35 35 95 17 42 SP điền đầy, có vết cháy ở mép

Hình 4.51 : Sản phẩm nhựa ABS chưa điền đầy

- 60 - Hình 4.52: Sản phẩm nhựa ABS điền đầy

Hình 4.53: Sản phẩm nhựa PP điền đầy

PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ ĐO KIỂM DỮ LIỆU ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN PHẨM DẠNG PHẲNG

Phương án thu thập dữ liệu cong vênh của sản phẩm

Với sản phẩm có độ dày từ 1-2 mm và được làm từ nhựa nhiệt dẻo, việc gá kẹp để đo các thông số vật lý gặp nhiều khó khăn Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất phương pháp quét 3D (scan) để thu thập biên dạng sản phẩm, từ đó sử dụng phần mềm để đo độ biến dạng một cách chính xác.

Nhóm được tạo điều kiện tiếp xúc với các thiết bị quét 3D hiện đại:

- Thiết bị GOM ATOS COMPACT SCAN 2M

- Thiết bị GOM ATOS CORE 500

5.1.1 Giới thiệu về thiết bị quét 3D a Thiết bị GOM ATOS COMPACT SCAN 2M

Dòng máy ATOS COMPACT cho phép quét 3D và đo kiểm 3D với thiết kế nhỏ gọn, có thể thích nghi với nhiều điều kiện môi trường

Hình 5.1: Máy quét 3D ATOS COMPAC Các tính năng nổi bật:

- Công nghệ ánh sáng xanh

- Có thể điều chỉnh phạm vi quét

- Camera lập thể cho phép thu chụp vật thể chính xác, dùng để đo kiểm 3D

- Thiết kế nhỏ gọn, linh động, có thể quét các chi tiết phức tạp

- Có thể dùng trong nhiều môi trường khác nhau, tính lưu động cao

- Được tích hợp với các phần mềm xử lí và phân tích dữ liêu scan

Hình 5.2: Máy quét 3D ATOS COMPAC có thể điều chỉnh phạm vi quét

Thông số kỹ thuật của máy GOM ATOS COMPACT SCAN 2M:

- Vùng đo nhỏ nhất: 35x35 mm

- Vùng đo lớn nhất: 1000x1000 mm

- Khoảng cách giữa các điểm đo: 0,021 – 0,615 mm b Thiết bị GOM ATOS CORE 500

Công nghệ ATOS CORE kết hợp quang học và điện tử trên một thiết bị duy nhất, cho phép đo lường chính xác các vật thể trong không gian hạn chế với độ ổn định cao Hệ thống cảm biến có khả năng thay đổi linh hoạt để phù hợp với điều kiện môi trường như ánh sáng, cũng như đáp ứng các yêu cầu về độ phân giải, biên dạng và kích thước sản phẩm.

Hình 5.3: Mẫu máy quét 3D ATOS CORE seri từ 25, 80, 135, 200 Các tính năng nổi bật:

- Độ phân giải cao và chích xác

- Dễ dàng thu thập dữ liệu 3D

- Nâng cấp các chức năng scan, phát triển tính năng đo đối tượng scan

- Kết hợp với phần mềm xử lí và phân tích dữ liệu

- Tính lưu động cao, có thể sử dụng trong nhiều môi trường (Phòng thí nghiệm, xưởng sản xuất…)

Hình 5.4: Các hình ảnh về máy quét 3D GOM ATOS CORE Các dòng ATOS CORE:

Dòng Essential đáp ứng nhu cầu quét 3D chính xác, lý tưởng cho thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh mà không cần các tính năng cao cấp như đo kiểm.

- Dòng Professional: đáp ứng các yêu cầu quét 3D với mức độ phúc tạp hơn kết hợp với tính năng đo lường quang học

Dòng Atos Scanport là thiết bị cố định chuyên dụng cho việc quét 3D các chi tiết nhỏ với tính năng tự động và định kỳ Thiết bị này kết hợp cùng phần mềm Motion Replay, giúp tự động ghi lại các chuyển động một cách hiệu quả.

Dòng Kinematics là một giải pháp tự động hoàn toàn, cho phép quét các chi tiết nhỏ với năng suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Máy được tích hợp với phần mềm hiện đại, tạo ra môi trường ảo và giúp phát hiện các điểm tham chiếu thông qua việc chụp lại toàn diện phạm vi quét.

Các thông số kỹ thuật của máy GOM ATOS CORE 500:

- Khoảng cách hoạt động: 440 mm

- Khoảng cách các điểm đo: 0,19 – 0,31 mm

- Kích thước cảm biến: 361x205x64 mm

- Nhiệt độ vận hành: từ 5℃ - 40℃, không ngưng tụ

Ngoài máy GOM ATOS CORE 500, còn có các loại có phạm vi quét khác: 45, 80,

135, 200 (mẫu bên phải) và 185, 300, 500 (mẫu bên trái)

Hình 5.5: 2 mẫu máy GOM ATOS CORE 5.1.2 Cấu tạo chung của máy GOM ATOS COMPACT SCAN 2M

Cặp đèn chiếu tia laze là bộ phận quan trọng giúp xác định vị trí quét rõ nhất, kết hợp với đèn chiếu vùng quét và cụm camera quét Bên cạnh đó, máy còn được trang bị các trục và khớp xoay để điều chỉnh vị trí, tối ưu hóa các góc chụp.

Hình 5.6: Ngoại quan của máy GOM ATOS COMPACT SCAN 2M

Hình 5.7: Bộ phận gá đặt máy

Hình 5.8: Khớp xoay điều chỉnh phạm vi quét

Sử dụng phần mềm hỗ trợ chuyển đổi và xử lý dữ liệu quét là rất cần thiết Dữ liệu chi tiết được quét sẽ được chuyển giao cho phần mềm, và các thông tin này sẽ tự động được ghép nối nhờ vào các điểm định vị.

Hình 5.9: Giao diện phần mềm The GOM ATOS

5.1.3 Các bước scan sản phẩm a Scan chi tiết

Bước 1: Mở máy scan và phần mềm The GOM Atos – quản lí các lớp quét (layer), căn chỉnh góc scan

Hình 5.10: Căn chỉnh góc scan

Bước 2: Gá đặt chi tiết cứng vững để chụp được tối ưu và đầy đủ biên dạng

Hình 5.11: Gá đặt sản phẩm Bước 3: Trong giao diện phần mềm The GOM Atos

- Vào tab File → chọn New Project cho file scan mới

Quản lý việc bắt điểm của máy scan rất quan trọng; điểm màu xanh cho biết vị trí đã được bắt chính xác, trong khi điểm màu đỏ chỉ ra rằng cần điều chỉnh lại vị trí máy scan hoặc vùng chiếu đèn Nếu điểm bị mờ, cần dán lại điểm mới để đảm bảo chất lượng quét.

Hình 5.12: Giao diện phần mềm The GOM Atos

Sau khi điều chỉnh vị trí máy và chi tiết một cách hợp lý, bạn có thể sử dụng Remote để bấm nút chụp Hình ảnh 2D thu được sẽ hiển thị trong phần mềm The GOM Atos, bao gồm cả chi tiết và mặt đế gá đặt.

Tiếp tục chụp từ nhiều góc độ khác nhau, phần mềm sẽ tự động ghép các chi tiết dựa trên các điểm định vị trên mặt đế gá Do đó, cần chú ý cẩn thận khi thay đổi góc chụp để không làm thay đổi vị trí của sản phẩm trong một Elements.

Số lượng Element phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết Đối với chi tiết dạng phẳng, chỉ cần thu thập dữ liệu biên dạng của một mặt, yêu cầu tối thiểu là 2 Elements: chụp mặt trước và mặt sau của kênh dẫn nhựa.

Hình 5.13: Đèn quét bị khuất do kênh dẫn nhựa b Xử lí dữ liệu scan

Bước 1: Xóa các mặt đế gá đặt

- Vào Cut Background → chọn vùng cần xóa → nhấn Shift + Delete để xóa

Bước 2: Xuất file scan với đuôi stl hoặc step

- Vào tab File → Save As → chọn thư lưu file với đuôi stl hoặc stp

Phương pháp đo kiểm dữ liệu cong vênh

5.2.1 Giới thiệu phần mềm GOM Inspect

Phầm mềm GOM Inspect là phần mềm đo kiểm 3D từ dữ liệu scan 3D

Các tính năng nổi bật:

- Nhập dữ liệu: xử lí lưới 3D, nhập liệu CT, nhập liệu CAD

- Phân tích toàn bộ dữ liệu: so sánh giá trị chênh lệch giữ CAD và sản phẩm thực tế

- Phân tích theo ứng dựng, phân tích theo biến dạng và dịch chỉnh, kiểm tra khuyết tật bề mặt, kiểm tra đường cong…

- Lập trình trực quan: Phân tích xu hướng sai số, phòng đo ảo, kiểm tra tham số, giao diện người – máy

5.2.2 Các bước thực hiện đo kiểm:

- Bước 1: Mở phần mềm GOM Inspect  chọn File  Import  Chọn file step cần đo kiểm  Chonk New Part  sau đó chọn đơn vị và dạng lưới cho file step

- Bước 2: Tiếp tục Import file CAD có biên dạng phẳng, để so sánh với sản phẩm thực tế  chọn Add to part

Step 3 involves merging the step file with the CAD file Navigate to the Operation tab, select Alignment, then choose Initial Alignment followed by Prealignment Once the Prealignment interface appears, wait for the software to analyze and assemble the files, then click OK.

Hình 5-5.14: Hai file CAD và file Step đã được ghép với nhau

- Bước 4: Đo kiểm chênh lệch  chọn tab  chọn Surface Comparison on CAD

 chọn khoảng cách lơn nhất  OK

Hình 5.15: Kết quả đo kiểm độ chênh lệch giữa file CAD và file sản phẩm thực tế

QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Các bước thực hiện thực nghiệm

Do gặp khó khăn trong việc mô phỏng thiết kế hình dạng có độ cong vênh cao, nhóm đã quyết định chuyển hướng sang thực nghiệm Họ tiến hành ép phun các chi tiết dạng phẳng, từ đó thu thập biên dạng sản phẩm và điều chỉnh thiết kế lòng khuôn nhằm cải thiện độ cong vênh của chi tiết.

Mô phỏng quá trình ép phun nhựa sao cho biến dạng lớn nhất

Thiết kế khuôn ép phun cho sản phẩm

Gia công khuôn ép phun

Tiến hành thực nghiệm: ép phun chi tiết dạng phẳng

Tiến hành ép lấy mẫu

Tiến hành đo kiểm độ biến dạng

So sánh các kết quả thực nghiệm và mô phỏng

Thiết kế và gia công khuôn cho chi tiết dạng phẳng Ép lấy mẫu và scan hình dạng sản phẩm để lấy biên dạng

Thiết kế lại khuôn cho chi tiết dạng cong

Hình 6.1: Sơ đồ quá trình thực hiện đồ án của nhóm

Thiết kế sản phẩm dạng phẳng

Nhóm thiết kế chi tiết bằng phần mềm Ceo Parametric với module Modeling

- Vẽ Sketch với kích thước 100x80 (mm)

- Dùng lệnh Extrude tào bề dày 1mm

- Tiếp đó, tạo đầu có bề dày 2 mm với mục đích đánh dấu  vẽ sketch vớ kích thước 5x80 (mm)

- Dùng lệnh Extrude để tạo thêm bề dày 1 mm cho Sketch 5x80

- Sau đó bo góc các cạnh với bán kính là R3

Mô hình chi tiết dạng phẳng:

Hình 6.2: Hoàn thành thiết kế chi tiết dạng phẳng.

Kết quả thực nghiệm lần 1

Trong lần thực nghiệm đầu tiên, nhóm thiết kế đã tạo ra các chi tiết phẳng nhằm kiểm tra độ cong vênh thực tế và so sánh với các mô phỏng từ MOLDEX 3D.

Với sản phẩm thu được là:

- 1 tấm insert của chi tiết dạng phẳng ( gọi là insert phẳng)

Mẫu ép phẳng có hiện tượng co rút theo hai chiều, trong đó đầu có bề dày 2 mm ít biến dạng hơn so với đầu còn lại Sự khác biệt giữa hai loại nhựa là rõ rệt, với nhựa PP cho thấy mức độ cong vênh nhiều hơn so với nhựa ABS.

Hình 6.3: Sản phẩm ép thực ngjieemj lần 1: nhựa PP (phải) và ABS (trái)

Sau quá trình đo kiểm bằng phần mềm GOM Inspect, thống kê được các số liệu: 6.3.1 Đối với nhựa PP:

Bảng 6-1: Kết quả đo độ cong vênh của 10 mẫu nhựa PP theo phương X

Bảng 6-2: Kết quả đo độ cong vênh của 10 mẫu nhựa PP theo phương Z

Biểu đồ cong vênh theo phương X

Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Mẫu 7 Mẫu 8 Mẫu 9 Mẫu 10

Hình 6.4: Biểu đồ cong vênh 10 mẫu nhựa PP theo phương X

Biểu đồ cong vênh theo phương Z

Hình 6.5: Biểu đồ cong vênh 10 mẫu nhựa PP theo phương Z

- So sánh với kết quả mô phỏng bằng Moldex3D, biểu đồ biến dạng thực tế theo phương X có sự khác biệt so với kết quả mô phỏng

- Các giá trị của độ cong vênh có sự sai lệch:

Bảng 6-3: Các khoảng giá trị cong vênh trong mô phỏng và thực tế

Phương X Tổng cong vênh Phương Z Tổng cong vênh

Hình 6.6: Biểu đồ cong vênh trong mô phỏng nhựa PP theo phương X (phải) và phương Z

Biểu đồ cong vênh mẫu nhựa ABS theo phương X

Hình 6.7: Biểu đồ cong vênh 10 mẫu nhựa ABS theo phương X

Biểu đồ cong vênh mẫu nhựa ABS theo phương Z

Hình 6.8: Biểu đồ cong vênh 10 mẫu nhựa ABS theo phương Z

- So sánh với kết quả mô phỏng bằng Moldex3D, biểu đồ biến dạng thực tế theo phương X có sự khác biệt so với kết quả mô phỏng

- Các giá trị của độ cong vênh có sự sai lệch:

Phương X Tổng cong vênh Phương Z Tổng cong vênh

Hình 6.9: Biểu đồ cong vênh trong mô phỏng nhựa ABS theo phương X (phải) và phương Z

Điều chỉnh thiết kế khuôn cho lần thực nghiệm thứ 2

6.4.1 Thiết thiết chi tiết dạng cong

Dựa trên dữ liệu quét biên dạng của mẫu, nhóm đã sử dụng các biên dạng này để tái thiết kế mặt cong của sản phẩm Các bước thiết kế chi tiết cho dạng cong được thực hiện một cách tỉ mỉ và khoa học.

- Sau khi Import dữ liệu biên dạng vào Creo  Vẽ lại Sketch theo biên dạng đó và điều chỉnh lại kích thước cho hợp lí

- Tiếp đó, tạo các mặt phẳng song song với Oxy và Oyz để vẽ các Sketch đường biên dạng

- Tạo mặt phẳng đi qua các Sketch biên dạng

- Dùng lệnh Thickness để tạo bề dày 1 mm

Để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn, cần xác định chiều cong vênh ở lần đầu tiên Việc này giúp xác định độ dày phần đầu, nhằm tạo hình dạng biến dạng của chi tiết ngược lại so với sản phẩm thực tế đã được kiểm tra.

- Tiếp đến, vẽ phần đầu có bề dày 2 mm  dùng lệnh Sketch vẽ 1 đường Spline ngang

5 mm ôm theo mặt cong cao 2 mm như hình bên dưới

- Dùng lệnh Sweep để tạo khối

- Sau đó, dùng lệnh Offset để tạo một mặt phẳng tương tự mặt cong để cắt phần đầu dày cho đạt kích thước bề dày 2 mm

Hình 6.10: Hoàn thành thiết kế vhi tiết dạng cong

6.4.2 Thiết kế tấm insert dạng cong a Tấm insert lòng khuôn

Nhóm đã sử dụng chi tiết dạng cong để cắt và tạo ra lòng khuôn mới Vì lòng khuôn có mặt cong 3D, nhóm quyết định chia thành hai tấm nhỏ hơn: tấm khung và tấm lòng khuôn.

- Từ chi tiết dạng cong, dùng lệnh Extrude tạo khối với kích thước 100x80x10 kéo về hướng có kênh dẫn nhựa

- Dụng lệnh Hole tạo các lỗ ty đẩy đường kính ∅6

- Bo các góc cạnh với bán khinh R10

- Từ mặt bên, vẽ Sketch như hình bên dưới

- Dùng lệnh Extrude tạo khối, kéo ra 10 mm

- Bo các góc cạnh với bán khính R2, vạt các đường mép của 2 khối vừa tạo dùng lệnh Mirror để lấy đối xứng qua mặt bên còn lại

Hình 6.11: Hoàn thành thiết kế tấm lòng khuôn

- Tạo khối với kích thức 120x120x12

- Dùng lệnh Extrude Cut để cắt phần tấm lòng khuôn

- Dùng lệnh Hole tạo các lỗ bậc gắn vít với đường kính ∅8 và ∅6,5; các lỗ suốt định vị

- Từ mặt phẳng thành bên trong, vẽ Sketch như hình bên dưới

- Dùng lệnh Extrude Cut để cắt khối với chiều dài 10 mm

- Bo góc cạnh với bán kính R2 và dùng lệnh Mirror tạo 4 bậc Hoàn thành thiết kế

Hình 6.12: Hoàn thành tấm insert lòng khuôn

- Từ chi tiết dạng cong vẽ, dùng lệnh Extrude để vẽ vỏ insert với kích thước 120x120x12

- Từ mặt đáy phẳng của chi tiết cong, vẽ Sketch 120x120, căn chỉnh các mép như hình dưới

- Dùng lệnh Extrude tạo tổng bề dày là 12 mm, điều chỉnh chiều cao của phần lõi sao cho điểm thấp nhất cao hơn vỏ insert 0,5 mm

Hình 6.13: Thiết kế tấm insert lõi khuôn

- Dùng lệnh Hole tạo kênh dẫn nhựa với đường kính ∅10; tạo lỗ bậc gắn vít với đường kính ∅8 và ∅6,5; lỗ ren M6x1 để tháo lắp insert

- Bo các góc cạnh với bán kính R10 và vạt các đường mép mặt đáy và lỗ bậc gắn vít bằng lệnh Chamfer

Hình 6.14: Hoàn thành thiết kế tấm insert lõi khuôn

Kết quả thực nghiệm lần 2

Trong lần thực nghiệm thứ hai, nhóm đã cải tiến thiết kế lòng khuôn cho nhựa PP dựa trên mẫu 37, điều chỉnh chiều của độ biến dạng Do sản phẩm dạng phẳng biến dạng theo hai chiều khó kiểm soát, nhóm đã quyết định giảm độ lớn biến dạng xuống một nửa so với độ biến dạng thực tế.

Với sản phẩm thu được là:

- 1 cặp tấm insert được điều chỉnh (gọi là insert cong)

Độ cong vênh của sản phẩm có xu hướng giảm, dẫn đến bề mặt phẳng hơn Nhóm ép đã lấy thêm mẫu nhựa ABS, và mẫu đầu ra cho thấy sự co rút ít, với biên dạng khớp khá tốt với lòng khuôn.

Hình 6.15: sản phẩm ép ở lần 2 nhựa PP (phải) và nhựa ABS (trái) Sau quá trình đo kiểm bằng phần mềm GOM Inspect, thống kê được các số liệu:

Chiều dài theo phương Z Biểu đồ cong vênh theo phương X

Chiều dài theo phương Z Biểu đồ cong vênh theo phương Z

- So sánh với kết quả mô phỏng bằng Moldex3D, biểu đồ biến dạng giữa mô phỏng và thực tế là tương tự nhau

- Các giá trị của độ cong vênh cho thấy có sự sai lệch hình dạng cong vênh, nhưng tổng cong vênh thì gần bằng nhau

Phương X Tổng biến dạng Phương Z Tổng biến dạng

Hình 6.18: Biểu đồ cong vênh trong mô phỏng nhựa ABS theo phương X (phải) và phương Z (trái)

Chiều dài theo phương X Biểu đồ cong vênh theo phương X

Chiều dài theo phương Z Biểu đồ cong vênh theo phương Z

- So sánh với kết quả mô phỏng bằng Moldex3D, biểu đồ biến dạng giữa mô phỏng và thực tế là tương tự nhau

- Các giá trị của độ cong vênh cho thấy có sự sai lệch hình dạng cong vênh, nhưng tổng cong vênh thì gần bằng nhau

Phương X Tổng biến dạng Phương Z Tổng biến dạng

Hình 6.21: Biểu đồ cong vênh trong mô phỏng nhựa ABS theo phương X (phải) và phương

So sánh các lần thực nghiệm của nhựa PP

Bảng 6-13: Một số hình ảnh thiết kế và ảnh thực tế của lòng khuôn

Thiết kế insert lòng khuôn

Kích thước lòng khuôn: 100x80x2 Kích thước bao: 120x120x12

- 91 - Ảnh thực của insert lòng khuôn

Thiết kế của lõi khuôn

Kích thước lòng khuôn: 100x80x1,5 Kích thước bao: 120x120x13

Kích thước lòng khuôn: 100x80x1,5 Ảnh thực của insert lõi khuôn

Tấm insert lõi khuôn lắp với khuôn cố định

6.6.2 Sản phẩm thực tế a Nhựa PP

Hình 6.22: Sản phẩm nhựa PP ép trong lần 1 (phải) và lần 2 (trái) theo phương X

Hình 6.23: Sản phẩm nhựa PP ép trong lần 1 (phải) và lần 2 (trái) theo phương Z

Hình 6.24: Sản phẩm nhựa ABS ép trong lần 1 (phải) và lần 2 (trái) theo phương X

Hình 6.25: Sản phẩm nhựa ABS ép trong lần 1 (phải) và lần 2 (trái) theo phương Z

Kết quả cong vênh của nhựa ABS cho thấy hiệu suất tốt, trong khi nhựa PP đã có sự cải thiện rõ rệt về vấn đề này Do đó, việc kiểm tra và so sánh kết quả của nhựa PP là rất cần thiết.

Bảng 6-14: Dữ liệu đo kiểm của một số mẫu nhựa PP (mm)

Bảng 6-15: Tỷ lệ cải thiện độ cong vênh ở lần 2 so với lần 1 (%)

Bảng 6-16: Một số kết quả đo kiểm của nhựa PP

 Nhận xét về kết quả đo kiểm:

Hình dạng cong vênh của sản phẩm có sự khác biệt về màu sắc do thiết kế độ cong vênh ngược lại so với ban đầu Điều này dẫn đến hình dạng cong vênh ở lần thứ hai cũng ngược so với lần đầu tiên.

Mức độ cong vênh đã giảm đáng kể qua hai lần kiểm tra Cụ thể, màu sắc ở lần 2 có xu hướng nhạt hơn so với lần 1 Dữ liệu đo kiểm cho thấy độ cong vênh ở lần 2 giảm từ 28% đến 39% so với lần đầu.

Tiêu đề	Chế Tạo Khuôn Tạo Mẫu Dùng Cho Nghiên Cứu Cong Vênh Của Sản Phẩm Dạng Phẳng
Tác giả	Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Nhật Thiên Kim, Nguyễn Đình Lộc
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Trọng Hiếu
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	2022-2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	15,92 MB