Các số liệu, tài liệu ban đầu: Sản phẩm khuôn tạo hình trái cây hình giọt nước, chữ thư pháp chữ Thọ.. Nhờ những xu thế và tiềm năng của ngành công nghiệp nhựa hiện nay và đúngvới chuyên
QUAN
Lý do chọn đề tài
Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang ngày càng phát triển với sự đa dạng và sáng tạo của các mẫu mã sản phẩm nhằm đáp ứng mọi nhu cầu cuộc sống Đáng chú ý, các sản phẩm từ nhựa đã trở nên rất gần gũi và được ưa chuộng nhờ đặc tính nhẹ, bền, giá thành rẻ và khả năng tái chế, giúp tối ưu chi phí và thân thiện với môi trường khi được tái sử dụng Nhờ đó, nhựa hiện diện ở khắp nơi, từ dụng cụ gia đình, linh kiện điện tử cho đến sản xuất máy móc và trang thiết bị, với sự đa dạng về hình dáng và màu sắc.
Nhờ nắm bắt xu thế và tiềm năng của ngành công nghiệp nhựa hiện nay và đúng với chuyên ngành mà nhóm đang theo đuổi, nhóm đã thảo luận và đi đến một đề tài liên quan đến công nghệ ép phun, tập trung vào thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa Đề tài nhằm áp dụng toàn bộ kiến thức được học để thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh mang tính thực tế, kết nối giữa lý thuyết và thực hành trong công nghệ ép phun Kết quả mong muốn là giải quyết các thách thức kỹ thuật gia công khuôn, tối ưu chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ bền, chi phí và tính khả thi của dự án.
Qua quá trình tìm hiểu, nhóm nghiên cứu đã phát hiện một phương pháp trồng cây độc đáo và mới lạ: tạo hình trái cây bằng khuôn nhựa Khuôn nhựa cứng được dùng để ép các loại trái cây như bưởi, dưa hấu, dưa lưới thành nhiều dáng hình thù khác nhau, ví dụ giọt nước, thỏi vàng hay hồ lô, và trên bề mặt khuôn còn khắc chữ thư pháp như tài, lộc Những trái cây thành phẩm mang hình dáng và nét chữ của khuôn ép, nhìn rất bắt mắt và độc đáo.
Nhóm nghiên cứu quyết định triển khai đề tài "Thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa tạo hình trái cây giọt nước chữ thư pháp", một dự án có tính thực tiễn cao, ứng dụng trực tiếp trong đời sống và sản xuất Đề tài cho phép nhóm áp dụng đồng bộ các kiến thức, kỹ năng đã tích lũy được vào quá trình thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa mang tính thực tiễn, đồng thời bổ sung các kiến thức còn thiếu và rèn luyện các kỹ năng cần thiết để tự tin bước vào đời sống nghề nghiệp sau này.
Tính thực tiễn của đề tài
Đây là một phương pháp trồng trái cây mới lạ đang được các nhà vườn áp dụng phổ biến trong nước và quốc tế trong những năm gần đây Sau khi quả phát triển đạt kích thước và khỏe mạnh, không bị mối mọt hay hư hỏng, chúng được đưa vào khuôn tạo hình để chăm sóc trong khuôn ép cho đến ngày thu hoạch; đặc biệt nếu các quả được ép mọc thành cặp có cuống cùng nhau thì giá trị kinh tế sẽ tăng cao Thành phẩm trái cây sau khi ép có những hình thù độc đáo, bắt mắt, phục vụ nhu cầu người tiêu dùng, nhất là dịp Tết Thay vì bán một trái hay một ký với giá chỉ từ vài ngàn đến vài chục ngàn, những trái cây hình dáng đặc biệt này có thể bán lên tới vài trăm ngàn, thậm chí vài triệu đồng cho mỗi trái hoặc một cặp trái Nhờ giá trị kinh tế mang lại, phương pháp này giúp các nhà vườn có nguồn thu nhập lớn trong mùa vụ.
Mục tiêu và giới hạn của đề tài
- Nghiên cứu về nhu cầu sử dụng của sản phẩm hiện nay.
- Thiết kế hình dáng 3D của sản phẩm và kết cấu bộ khuôn ép nhựa từ các phần mềm hỗ trợ.
- Phân tích dòng chảy nhựa trong khuôn và tính toán sức bền khuôn.
- Gia công chế tạo bộ khuôn ép nhựa đã thiết kế.
- Ép thử bộ khuôn và thử nghiệm sản phẩm (ép thử trái cây).
Đề tài giới hạn phạm vi kiến thức ở việc thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm khuôn tạo hình trái cây, với số lòng khuôn là 1 và loại khuôn 2 tấm Quá trình thiết kế bao gồm xác định yêu cầu kỹ thuật, lựa chọn vật liệu phù hợp và tính toán độ bền cũng như khả năng vận hành của khuôn để đảm bảo sản phẩm hình trái cây đạt kích thước và chất lượng mong muốn Việc sử dụng vật liệu nhựa PP cho khuôn giúp rút ngắn thời gian gia công, giảm chi phí sản xuất và tăng tính tương thích với quy trình sản xuất thực tế Quy trình sản xuất tập trung tối ưu hóa thiết kế và vận hành khuôn 2 tấm, đồng thời nâng cao hiệu suất ép nhựa và độ bền của khuôn Các yếu tố SEO có thể nhấn mạnh như thiết kế khuôn ép nhựa, khuôn 2 tấm, khuôn có 1 lòng, vật liệu PP, tiết kiệm chi phí và thời gian, cùng ứng dụng của khuôn tạo hình trái cây trong công nghiệp chế tạo khuôn.
- Việc thử nghiệm sản phẩm khuôn ép trái cây của bộ khuôn sẽ được thực hiện trên trái dưa lưới.
Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát, tìm hiểu nhu cầu sử dụng của đề tài.
- Hình thành ý tưởng hình dáng của sản phẩm theo đúng yêu cầu và mục đích sử dụng.
- Vận dụng tất cả các kiến thức đã học, các nguồn tài liệu từ sách vở, giáo trình, internet và từ những người xung quanh.
- Nghiên cứu về vật liệu nhựa, vật liệu chế tạo bộ khuôn với giá cả hợp lí để tiết kiệm được chi phí làm bộ khuôn.
- Sử dụng phần mềm PTC Creo Parametric là phần mềm hỗ trợ chính trong quá trình thiết kế sản phẩm, bộ khuôn ép nhựa và tính toán bền khuôn.
- Sử dụng phần mềm Moldex 3D để phân tích dòng chảy nhựa trong khuôn
- Gia công bộ khuôn bằng máy CNC.
- Sử dụng máy SHINE WELL W - 120B để ép sản phẩm.
- Lấy sản phẩm để ép thử trên trái dưa lưới để đánh giá độ bền và khả năng ứng dụng của sản phẩm.
Ý nghĩa của đề tài
- Vận dụng những kiến thức đã học về khuôn ép nhựa, áp dụng vào việc thiết kế và chế tạo một bộ khuôn ép nhựa thực tế.
Nhóm thiết kế và chế tạo đã cho ra khuôn ép nhựa chuyên dụng cho sản phẩm ép trái cây, có hình dáng giọt nước và chữ thư pháp mới 'Thọ' chưa từng xuất hiện trên thị trường, với mức giá thành rẻ Khuôn này giúp các doanh nghiệp nhanh chóng có mẫu mã sản phẩm mới, từ đó tăng sức cạnh tranh và làm đa dạng hóa sự lựa chọn của người tiêu dùng Thiết kế độc đáo và chi phí tối ưu của khuôn ép trái cây này còn là giải pháp hiệu quả để mở rộng danh mục sản phẩm và nâng cao nhận diện thương hiệu trên thị trường.
- Tạo ra sản phẩm áp dụng vào nông nghiệp, mang tính thực tế cao.
Nội dung của đồ án tốt nghiệp
- Nghiên cứu về nhu cầu sử dụng và tính thực tế của đề tài.
- Nghiên cứu hình dáng chi tiết phù hợp với mục đích sử dụng đã đề ra.
- Thiết kế hình dáng 3D của sản phẩm.
- Mô phỏng dòng chảy nhựa trong khuôn bằng phần mềm Moldex 3D.
- Thiết kế vỏ khuôn và tính toán bền khuôn.
- Nghiên cứu vật liệu nhựa và vật liệu làm khuôn để chọn ra vật liệu tốt nhất với giá thành rẻ.
- Ép thử sản phẩm và lấy sản phẩm ép thử trái cây.
- Đánh giá và viết báo cáo.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Nghệ thuật tạo hình trái cây
Phương pháp tạo hình trái cây đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam, mang lại vô số hình dáng trái cây độc đáo và bắt mắt Những tác phẩm nghệ thuật từ trái cây không chỉ gây ấn tượng thị giác mà còn thu hút sự quan tâm và ưa chuộng của người tiêu dùng, nâng cao trải nghiệm thưởng thức ẩm thực Việc áp dụng kỹ thuật cắt tỉa, sắp đặt và trang trí trái cây đã trở thành xu hướng trong ngành ẩm thực và sự kiện, giúp sản phẩm nổi bật và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.
Phương pháp này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng và tạo ra được nhiều hình dáng trái cây khác nhau.
Ít người biết đến những cái tên lạ như dưa hấu bạch tuyết, dưa hấu hình vuông (Hình 2.1) và cam hình 5 cạnh (Hình 2.2) Đó là những sản phẩm tạo hình trái cây được làm bằng bàn tay khéo léo và tỉ mỉ của người Nhật Bản – đất nước của những phát minh độc đáo.
Hình 2.1: Các loại trái dưa tạo hình của Nhật Bản
Hình 2.3 thể hiện một cặp quả lê được tạo hình Phật vô cùng độc đáo, được chế tác tại khuôn viên vườn của công ty Fruit Mould ở Trung Quốc, một doanh nghiệp chuyên sản xuất khuôn nhựa cho các sản phẩm rau củ quả.
Hình 2.3: Cặp trái lê hình phật
Ở Chungju, miền nam Hàn Quốc, nông dân đã thành công trồng những quả táo hình vuông đặc biệt với ý nghĩa chúc may mắn cho các sĩ tử vào mùa thi, một biểu tượng độc đáo của nông nghiệp địa phương được thể hiện qua hình ảnh Hình 2.4.
Những thành tựu mà một số quốc gia trên thế giới đạt được khi áp dụng phương pháp tạo hình trái cây cho thấy sự tiến bộ và tiềm năng của công nghệ này trong chế biến nông sản Các kết quả này chứng minh tính khả thi và mang lại lợi ích về thẩm mỹ, tính độc đáo và giá trị thương mại của trái cây được tạo hình Trong tương lai, phương pháp này được kỳ vọng sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn, mở ra nhiều loại trái cây có hình thù đa dạng và sáng tạo để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.
Hiện nay nhiều nhà vườn đã ứng dụng phương pháp tạo hình trái cây, như ép bưởi hồ lô, bưởi hình giọt nước, dưa hấu thỏi vàng và dừa hình bánh tết, mang lại hiệu quả kinh tế cao so với trồng trái cây truyền thống Ngoài hình dáng độc đáo, sản phẩm còn được khắc chữ thư pháp đẹp mắt như chữ tài, chữ lộc, tăng giá trị và sức hút cho thị trường Dưới đây là một số hình ảnh về các loại trái cây được tạo hình đẹp mắt mà người dân nước ta đã thực hiện.
Bưởi hồ lô là loại bưởi có hình dáng hồ lô với vỏ in chữ 'tài' và 'lộc', vừa lạ mắt vừa mang ý nghĩa may mắn và thịnh vượng Nhờ thiết kế độc đáo và thông điệp tích cực, sản phẩm được nhiều khách hàng đón nhận, yêu thích và dùng làm quà biếu vô cùng ý nghĩa trong các dịp lễ, tết và các dịp đặc biệt (Hình 2.5).
Dưa hấu thỏi vàng khắc chữ tài, lộc: với ý nghĩa cầu mong năm mới được nhiều may mắn, phát tài có giá từ 1,3 - 2 triệu đồng/cặp (Hình 2.6).
Hình 2.6: Dưa hấu thỏi vàng
Dừa hình bánh tét là kết quả hai năm nghiên cứu của người dân nhằm cho ra đời một sản phẩm dừa được tạo hình đòn bánh tét (Hình 2.7) Loại dừa này nổi bật với thiết kế độc đáo và cực kỳ hấp dẫn khách hàng nhờ sự sáng tạo trong nghệ thuật trang trí quả dừa.
Trong Hình 2.7, quả dừa được mô phỏng thành hình bánh tét, thể hiện những sản phẩm tạo hình trái cây độc đáo và đẹp mắt do bàn tay khéo léo của người dân nước ta làm ra Chính vì vậy, việc lựa chọn đề tài thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa để tạo hình trái cây mang ý nghĩa thực tế cao, góp phần đa dạng hóa thị trường khuôn ép và giới thiệu hình dáng trái cây mới kèm họa tiết in ấn phong phú trên thị trường.
Giới thiệu sơ lược về trái dưa lưới
Dưa lưới là giống cây thuộc họ bầu bí, là rau ăn quả có thời gian sinh trưởng ngắn và có thể trồng được nhiều vụ trong năm với năng suất khá cao Quả dưa lưới có hình ôval, da xanh và khi chín thương phẩm ngã xanh vàng, có các đường gân trắng đan xen như lưới nên được gọi là vân lưới (như hình 2.8) Thịt quả dưa vân lưới có màu vàng cam nghiêng vàng đỏ.
Dưa lưới có trọng lượng trung bình từ 1.5 kg đến 3.5 kg và có nguồn gốc từ châu Phi và Ấn Độ Người Ai Cập là những người trồng đầu tiên giống dưa này, ban đầu quả nhỏ và ít ngọt, nhưng qua thời gian đã phát triển thành loại trái to hơn và ngọt hơn Dưa lưới sinh trưởng khỏe, phân nhánh nhiều và thích nghi tốt với điều kiện nhiệt đới như ở Việt Nam (Hình 2.9) Thời gian từ gieo hạt đến thu hoạch tùy thuộc vào từng giống dưa.
Hiện nay dưa lưới được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản và Hàn Quốc, những thị trường lớn đang ngày càng mở rộng Ở Việt Nam, dưa lưới mới được trồng vài năm gần đây tại các khu vực áp dụng công nghệ cao như TP.HCM và Bình Dương, tuy nhiên chất lượng, đặc biệt là độ ngọt, vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Để nâng cao tính cạnh tranh, các nhà sản xuất đang tăng cường ứng dụng công nghệ và cải thiện giống nhằm tăng độ ngọt và chất lượng dưa lưới Việt Nam.
Dưa trồng thường được trồng trong nhà kính Dưa được tưới nước, bón phân bằng hệ thống tưới hiện đại nên cây phát triển rất đồng đều.
Mỗi cây dưa thường chỉ giữ lại 1 quả; để tập trung dinh dưỡng nuôi quả, người ta ngắt ngọn khi cây phát triển tới khoảng 2 m Sau khoảng 2 tháng chăm sóc, dưa bắt đầu chín Trước khi thu hoạch khoảng 10 ngày, cần ngừng cấp nước và chất dinh dưỡng để trái giảm nước, tăng độ giòn và ngọt, đồng thời loại bỏ dưỡng chất thủy canh tồn dư trong quả.
Dưa lưới chứa chất chống oxy hóa giúp tăng cường hệ miễn dịch và hỗ trợ phòng chống ung thư, đồng thời các chất này điều tiết sự hình thành nitric oxit, đóng vai trò quan trọng đối với nội mạc và hệ tim mạch khỏe mạnh.
Giới thiệu về vật liệu nhựa (Polymer)
Vật liệu dẻo là nhóm vật liệu phổ biến hiện diện trong đời sống hàng ngày, phục vụ từ các dụng cụ gia đình đến sản phẩm công nghiệp và gắn liền với nhịp sống hiện đại Chúng có khả năng biến dạng dưới tác động của nhiệt và áp suất và có thể duy trì trạng thái biến dạng khi tác dụng ngừng Với đặc tính bền, nhẹ, khó vỡ, dễ tạo hình và đa dạng màu sắc, vật liệu dẻo được sử dụng rộng rãi để thay thế các vật liệu như vải, gỗ, da, kim loại và thủy tinh, đáp ứng yêu cầu về tính thẩm mỹ và chức năng trong thiết kế và sản xuất.
Nhựa là thuật ngữ mô tả một nhóm vật liệu dẻo tổng hợp hoặc bán tổng hợp được sử dụng phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp Những vật liệu nhựa hiện diện ở khắp mọi nơi trong cuộc sống, hỗ trợ các hoạt động hàng ngày trở nên dễ dàng, an toàn và thú vị hơn.
Vật liệu nhựa cũng là hợp chất hữu cơ, giống như gỗ, giấy hoặc len Các nguyên liệu phục vụ sản xuất nhựa là những sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên như xenlulozơ, than đá, khí thiên nhiên, muối và dĩ nhiên quan trọng nhất là dầu mỏ.
Phân loại theo hiệu ứng của nhựa với nhiệt độ: gồm 2 loại (Hình 2.10).
- Nhựa nhiệt dẻo: khi nung nóng đến nhiệt độ chảy sẽ chảy mềm ra và khi nguội sẽ đóng rắn lại, tính cơ học không cao so với nhựa nhiệt rắn nhưng có khả năng tái sinh được nhiều lần Vật liệu nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất bao gồm PolyEthylen (PE) và dẫn xuất của chúng (HDPE, LDPE, LLDPE), PolyPropylen (PP), PolyStyren (PS) và PolyVinyl Clorua (PVC) Sản phẩm đầu ra chính của vật liệu nhựa nhiệt dẻo phổ biến là bao bì nhựa, vật liệu xây dựng, sản phẩm tiêu dùng, thiết bị điện/điện tử và đồ nội thất gia dụng
Nhựa nhiệt rắn là hợp chất cao phân tử có khả năng hình thành mạng 3 chiều dưới tác động của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học, và sau đó không thể nóng chảy hay hòa tan trở lại, cũng không có khả năng tái sinh Các loại nhựa nhiệt rắn phổ biến gồm epoxy, melamine, phenolic, polyurethane và nhựa urea, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, đồ nội thất, vận tải, chất kết dính, thiết bị điện tử, mực in và các loại chất phủ, mang lại độ bền và khả năng chịu tác động của môi trường cho sản phẩm.
Hình 2.10: Phân loại theo hiệu ứng của nhựa (Polymer) với nhiệt độ
Phân loại theo ứng dụng: gồm 3 loại
Nhựa thông dụng là những loại nhựa được sử dụng nhiều, có giá thành rẻ và xuất hiện trong nhiều vật dụng hàng ngày, từ đồ gia dụng đến vật liệu đóng gói (PP, PE, PS, PVC, PET…) Trong số này, hai loại phổ biến nhất là PP và PE, nhờ đặc tính bền và chi phí sản xuất thấp, được ứng dụng rộng rãi trong đóng gói, sản phẩm nhựa gia dụng và nhiều ngành công nghiệp khác.
PE và PP chiếm đến 48,5% nhu cầu của ngành nhựa thế giới.
- Nhựa kỹ thuật: có tính chất cơ học vượt trội so với nhựa thông thường, được dùng trong sản xuất các mặt hàng công nghiệp (PA, PC…).
- Nhựa chuyên dụng: là loại nhựa được tổng hợp để sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp [2].
2.3.3 Một số tính chất cơ bản của vật liệu nhựa.
Các tính chất cơ bản chung nhất của Polymer.
- Trọng lượng nhẹ, độ cứng bề mặt không cao.
- Vật liệu cách điện, cách nhiệt và cách âm.
- Chảy tốt, có thể dùng nhiều phương pháp gia công.
- Kháng nước và hóa chất.
- Nhiều ứng dụng tùy thuộc vào công nghệ sản xuất.
- Có những tính chất đặc biệt tùy thuộc vào cấu trúc hóa học.
- Độ kháng dung môi thấp
- Tính chất dẫn điện thấp.
Độ bền nén là đặc trưng cho khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dưới tác dụng của lực nén và được xác định bằng lực nén tối thiểu cần thiết để phá hủy một mẫu thử có kích thước chuẩn, từ đó phản ánh độ ổn định và khả năng chịu tải của vật liệu trong các ứng dụng thực tế.
Độ bền uốn là đặc trưng của vật liệu thể hiện khả năng chống lại biến dạng vuông góc với phương của lực tác dụng; đây là lực cần thiết để gây gãy trên một đơn vị diện tích của mẫu thử, cho biết mức độ chịu uốn của vật liệu trong các ứng dụng thiết kế và kết cấu Đánh giá độ bền uốn giúp so sánh hiệu suất chịu uốn giữa các loại vật liệu, từ đó tối ưu hóa lựa chọn vật liệu cho các bộ phận chịu tải và ứng dụng công nghiệp.
- Độ dai là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng và phá hủy dọc theo phương của lực tác dụng
Độ dai tương đương là khái niệm dùng để biểu thị độ dãn dài của mẫu thử khi bị đứt so với chiều dài ban đầu của mẫu trước khi tiến hành kéo thử Nói cách khác, đây là tỉ lệ giữa chiều dài sau khi đứt và chiều dài ban đầu, phản ánh mức độ dai của vật liệu trong quá trình thử nghiệm kéo.
Độ dai tương đương của polymer phụ thuộc vào từng loại vật liệu: các polymer giòn như PS có độ dai rất thấp, chỉ ở mức vài phần trăm, còn các polymer dai như PA có thể đạt tới 50–150%.
Độ dai va đập là đặc tính thể hiện khả năng của vật liệu chống lại sự phá hủy do tải trọng động gây nên Chỉ số này được đo bằng đơn vị kilojoule trên mét vuông (KJ/m^2), phản ánh mức độ chịu đựng của vật liệu trước tác động của va đập và giúp đánh giá tính bền chắc dưới tải trọng động Vì vậy, độ dai va đập càng cao cho thấy vật liệu có khả năng chịu va đập tốt hơn.
Modun đàn hồi là thước đo đặc trưng cho khả năng biến dạng của vật liệu khi chịu tác dụng của ứng suất Khi ứng suất tác dụng tăng lên đến một mức nhất định, biến dạng tăng theo tỉ lệ thuận với ứng suất, cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa hai đại lượng này Giá trị của modun đàn hồi được gọi là E và được đo bằng đơn vị N/mm^2 (gần bằng MPa trong hệ SI).
- Modun đàn hồi của Polymer nói chung là nhỏ Ví dụ EPE0 ÷ 1000 N/mm 2 ; các chất khác nhau khoảng 1500 ÷ 4000 N/mm 2 (so với thép khoảng 2.10 4 N/mm 2 ).
Ở nhiều polymer, ngoài khả năng biến dạng do nhiệt độ cao và do áp lực kéo-nén, còn có khả năng chảy lạnh Hiện tượng này xảy ra khi polymer chịu một tải trọng không đổi trong một thời gian dài, mẫu thử dần dần bị biến dạng Hiện tượng chảy lạnh sẽ tăng theo thời gian chịu tải trọng.
Độ cứng của chất dẻo có thể được đo bằng các phương pháp chuẩn như kim loại; tuy nhiên, để đo độ cứng của các vật liệu mềm mà không làm biến dạng hay phá hủy mẫu, người ta thường dùng phương pháp đo độ cứng Brinell (HB).
Nhờ đặc điểm cấu tạo bền vững, polymer có khả năng chịu được tác động của kiềm và axit Đánh giá độ bền hóa học của polymer dựa trên liên kết yếu nhất trong cấu trúc và xem xét các mặt cấu trúc có thể bị phá vỡ khi tiếp xúc với các tác nhân hóa học Vì vậy, độ bền hóa học của polymer được xác định bởi yếu tố liên kết dễ bị tách rời ở điều kiện tiếp xúc với kiềm, axit và các yếu tố hóa học khác.
Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Một số loại khuôn ép nhựa
Khuôn 2 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 Đối với khuôn 2 tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn
Phương pháp dùng khuôn hai tấm là một kỹ thuật phổ biến trong hệ thống khuôn ép phun Khuôn gồm hai phần chính: khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương) Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng khuôn hai tấm thường chỉ được dùng để tạo ra các sản phẩm có bố trí cổng vào nhựa dễ dàng, phù hợp với những thiết kế mà cổng nhựa được bố trí thuận lợi.
Một số loại khuôn 2 tấm được thể hiện từ hình 2.11 – 2.14.
Hình 2.11: Khuôn 2 tấm có 1 lòng khuôn
Hình 2.12: Khuôn 2 có lõi lắp ghép
Hình 2.13: Khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn
Hình 2.14: Khuôn 2 tấm có lõi ghép bên trong lõi ghép
Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được bố trí trên 2 mặt phẳng và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm ra và khoảng mở kia để lấy kênh nhựa Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí 2 hệ thống nên kết cấu khuôn sẽ phức tạp và lớn hơn khuôn 2 tấm Điều khiển nhiệt: thiết kế đường nước, số lớp. Đối với khuôn 3 tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn Đối với khuôn 3 tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn cần nhiều miệng phun thì có thể dùng khuôn ba tấm
Nhược điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn khá dài, có thể làm giảm áp lực phun khi nhựa được đổ vào lòng khuôn Để khắc phục hiện tượng này và nâng cao hiệu suất sản xuất, ta có thể dùng hệ thống kênh dẫn nhựa nóng (hot runner) [3], giúp tăng áp lực phun và phân bổ nhựa đồng đều vào khuôn, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm.
Kết cấu khuôn 3 tấm được thể hiện ở hình 2.15.
Hình 2.15: Kết cấu khuôn 3 tấm 2.4.3 Khuôn nhiều tầng.
Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun được cấu thành từ hai hoặc nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau để thực hiện quá trình đúc trên nhiều tầng cùng lúc Việc ghép các khuôn thành nhiều tầng cho phép tăng năng suất bằng cách sản xuất nhiều sản phẩm hơn trong một chu kỳ Nhờ đó, quá trình sản xuất trở nên hiệu quả và tối ưu hoá chi phí, đáp ứng yêu cầu sản xuất linh hoạt với khối lượng hàng hóa lớn.
Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng Hiện nay, khuôn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng được sử dụng rộng rãi hơn vì chiều dài kênh dẫn trên khuôn nhiều tầng quá dài, khiến việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất khi dùng kênh dẫn nguội trở nên khó khăn.
Kết cấu khuôn nhiều tầng được thể hiện ở hình 2.16.
Hình 2.16: Kết cấu khuôn nhiều tầng
Khi yêu cầu số lượng sản phẩm lớn thì dùng khuôn nhiều tầng Hệ thống khuôn này có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn.
Khuôn 2 tầng này sử dụng hệ thống Hot runner để dẫn nhựa, nhựa được bơm vào tấm khuôn trung tâm, rồi từ đó, nhựa chảy theo các đường dẫn đi đến các lòng khuôn.
Trong khuôn nhiều tầng, cách nhiệt giữa các tấm khuôn đóng vai trò then chốt để đảm bảo quá trình gia công diễn ra ổn định Tấm dẫn nhựa nóng và tấm khuôn âm (hoặc dương) không được tiếp xúc trực tiếp với nhau nhằm ngăn ngừa nguội nhựa ở tấm dẫn keo nóng và tránh làm tấm sản phẩm bị quá nóng Vì khuôn nhiều tầng dùng hệ thống Hot Runner, các tấm sản phẩm phải duy trì nhiệt độ ở mức thấp để nhựa được làm nguội nhanh khi vào lòng khuôn, từ đó rút ngắn chu kỳ sản xuất và tăng năng suất.
Kết cấu chung của một bộ khuôn ép nhựa
Kết cấu chung của khuôn ép nhựa được thể hiện ở hình 2.17.
Hình 2.17: Kết cấu chung của một bộ khuôn ép nhựa
Tấm kẹp trên là bộ phận chịu trách nhiệm kẹp chặt tấm khuôn ở phía trên, ghép chúng thành một khối và kẹp chặt khối này lên bàn tĩnh của máy ép nhựa Quá trình hoạt động của tấm kẹp trên đảm bảo tấm khuôn luôn được cố định trên bàn tĩnh, tăng độ ổn định trong quá trình ép nhựa, giảm rung lắc và lệch vị trí khuôn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất vận hành của máy ép nhựa.
Tấm khuôn trên (khuôn âm) là bộ phận quan trọng nhất của khuôn, quyết định hình dạng bao ngoài và độ chính xác của cả khuôn lẫn sản phẩm Bề mặt ngoài của sản phẩm đẹp hay xấu, chính xác hay không phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình gia công tấm khuôn trên, vì vậy chất lượng gia công và kiểm soát kích thước tấm khuôn là yếu tố then chốt Từ thiết kế đến gia công và kiểm tra chất lượng, mọi bước đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ bóng, nhẵn và độ chính xác của sản phẩm cuối cùng, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
- Bạc định vị: đảm bảo vị trí thích hợp của khuôn với vòi phun.
- Bộ định vị: đảm bảo sự phù hợp giữu phần cố định và phần chuyển động của khuôn Nó bao gồm chốt định vị và bạc định vị.
- Tấm đỡ: giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài.
- Thanh kê (Gối đỡ): dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía dưới để cho giàn đẩy hoạt động được.
- Tấm kẹp dưới: tấm này kẹp toàn bộ cụm khuôn dưới thành một khối và kẹp khối này vào bàn máy động của máy ép nhựa.
- Chốt đẩy: dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở.
- Tấm kẹp đẩy (Tấm giữ): giữ chốt đẩy, chốt hồi, chốt giật cuống.
Trong hệ thống khuôn ép, tấm đẩy được dùng để chặn các chốt lắp trên tấm kẹp đẩy trong quá trình đẩy sản phẩm ra ngoài, giúp các chốt không bị rơi ra Tấm đẩy và tấm kẹp đẩy được ghép chặt thành một khối gọi là giàn đẩy Giàn đẩy nằm phía dưới khuôn và trên tấm kẹp dưới, đảm bảo quá trình đẩy diễn ra liên tục và an toàn cho sản phẩm.
- Chốt hồi: làm cho giàn đẩy có thể quay trở về khi khuôn đóng lại.
- Trụ kê: dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đẩy, tránh cho tấm khuôn khỏi bị cong do áp lực đẩy cao, tăng tuổi thọ cho khuôn.
Trong hệ thống khuôn của quy trình đúc, tấm khuôn dưới (khuôn đực) là một bộ phận rất quan trọng, nó là đường bao quyết định hình dáng bên trong của sản phẩm Khuôn dưới và khuôn trên kết hợp với nhau để tạo ra hình dáng hoàn chỉnh của chi tiết Khuôn trên là bộ phận đứng yên, khuôn dưới là bộ phận di động [8].
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SẢN PHẨM, PHÂN TÍCH DÒNG
CHẢY NHỰA VÀ TÍNH TOÁN BỀN KHUÔN
Thiết kế hình dáng 3D của sản phẩm (CAD)
Việc sản xuất khuôn tạo hình trái cây giọt nước chữ thư pháp sẽ đáp ứng nhu cầu trưng bày và trang trí những loại trái cây đẹp, lạ cho dịp Tết Kiểu dáng giọt nước của khuôn mang vẻ đẹp thanh lịch, đơn giản và dễ thiết kế, được đa số người tiêu dùng ưa chuộng Trái cây ép từ khuôn có đế bằng ở phía dưới để dễ dàng trưng bày trên bàn hoặc quầy Kiểu chữ 'Thọ' thư pháp được thiết kế dựa trên phong cách thư pháp hiện đại, phổ biến ngày nay, giúp tạo nên hình dáng chữ đẹp và tinh tế trên sản phẩm Với chữ 'Thọ' xuất hiện trên khuôn, sản phẩm sẽ ép trái cây trông nổi bật và thu hút, và vì trên thị trường chưa có sản phẩm tương tự nên dự đoán sẽ tăng sự quan tâm của khách hàng và nâng cao cạnh tranh cho doanh nghiệp.
Hình 3.18: Kiểu dáng giọt nước của khuôn ép trái cây
Hình 3.19: Kiểu dáng giọt nước của trái cây
Hình 3.20: Hình chữ Thọ thư pháp
Hình 3.21: Chữ Thọ thư pháp trên bề mặt của sản phẩm
Việc thiết kế sản phẩm khuôn tạo hình trái cây này sẽ được thiết kế dựa trên các tiêu chí sau:
Thiết kế sản phẩm với dáng giọt nước tinh tế và bề mặt in chữ 'Thọ' thư pháp nổi bật, tạo nên điểm nhấn nghệ thuật và sang trọng Sản phẩm được dùng để ép trái dưa lưới, cho khối lượng thành phẩm sau khi ép khoảng 1,5 kg và tối ưu hóa quá trình chế biến.
- Sản phẩm nhẹ, đủ bộ bền để có thể ép được trái cây.
- Các kích thước gần chính xác so với thiết kế.
- Sản phẩm có độ bóng và thẩm mỹ.
- Sản phẩm được thiết kế trên phần mềm PTC Creo Parametric.
- Sản phẩm được mô phỏng dòng chảy nhựa trên phần mềm Moldex 3D.
3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sau khí ép.
- Có hình dáng và các kích thước gần giống với thiết kế 3D.
- Không có bavia và các lỗi xuất hiện trên sản phẩm nhựa.
- Đạt độ bóng và tính thẩm mỹ theo yêu cầu.
- Sản phẩm đủ độ bền để ép được trái cây.
- Sản phẩm dùng lại được nhiều lần.
3.1.3 Thiết kế hình dáng 3D sản phẩm bằng phần mềm PTC Creo Parametric.
Khảo sát thực tế tại vườn trái cây.
Nhóm đã bàn bạc, thảo luận và quyết định thử nghiệm ép sản phẩm trên trái dưa lưới Để làm cơ sở cho thiết kế, nhóm tiến hành khảo sát tại vườn dưa lưới (Hình 3.5) và đo kích thước của trái dưa Dựa trên các kích thước này, nhóm thiết kế kích thước sản phẩm cho phù hợp Địa điểm dự kiến để ép dưa là Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.
Hồ Chí Minh tại địa chỉ số 2347, QL1A, Khu phố 2, Quận 12, TP Hồ Chí Minh.
Hình 3.22: Vườn dưa tại trung tâm
Sau khi đo đạt tại vườn (Hình 3.6), ta thu được các kích thước trái dưa như sau:
- Hình dạng trái dưa: giống dưa dạng tròn.
Hình 3.23: Đo đạt kích thước trái dưa
Nhóm sẽ dựa vào các kích thước thực tế này để thiết kế sản phẩm với các kích thước phù hợp để có thể ép được trái dưa.
Các bước thiết kế sản phẩm.
- Vẽ sketch hình dáng, kích thước phần thân của sản phẩm (phần dáng hình giọt nước) (Hình 3.7).
Hình 3.24: Sketch phần thân sản phẩm (dáng giọt nước)
- Dùng lệnh Revolve quay biên dạng sketch dưới dạng mặt (Surface) (Hình 3.8).
Hình 3.25: Kết quả revolve biên dạng sketch
- Dùng lệnh Trim để cắt một nửa khối biên dạng tròn xoay của lệnh revolve (Hình3.9).
- Tạo mặt phẳng và vẽ sketch biên dạng của chữ Thọ thư pháp trên mặt phẳng vừa tạo (Hình 3.10).
Hình 3.27: Biên dạng sketch của chữ Thọ thư pháp
- Dùng lệnh Offset để in và phóng biên dạng sketch của chữ Thọ lên bề mặt của lệnh Revolve với chiều cao 2,5 (mm) (Hình 3.11).
Hình 3.28: Kết quả Offset biên dạng sketch của chữ Thọ
- Dùng lệnh Thicken để phóng độ dày cho bề mặt Surface (Hình 3.12).
Hình 3.29: Kết quả của lệnh Thicken
- Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude để vẽ phần vành ngoài cho sản phẩm (Hình 3.13).
Hình 3.30: Vẽ phần vành ngoài của sản phẩm
- Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude để vẽ 2 nửa lỗ thoát nước và hơi nước cho sản phẩm (Hình 3.14).
Hình 3.31: Vẽ 2 nửa lỗ thoát nước và hơi nước
- Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude để vẽ nửa lỗ phần cuống trái cho cho sản phẩm (Hình 3.15).
Hình 3.32: Vẽ nửa lỗ phần cuống trái
- Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude để vẽ các lỗ bắt vít trên vành sản phẩm (Hình 3.16).
Hình 3.33: Vẽ lỗ bắt vít trên vành sản phẩm
Ở bước cuối cùng của quy trình gia công, ta sử dụng lệnh Round để bo cung các vị trí cần thiết Việc bo tròn các cạnh bằng Round giúp tăng độ thẩm mỹ cho sản phẩm và tạo thuận lợi cho các bước gia công tiếp theo, đồng thời giảm nguy cơ góc nhọn gây hại hoặc cản trở quá trình lắp ráp Thực hiện đúng kỹ thuật bo cạnh bằng Round sẽ cho các cạnh mịn, đều và tối ưu hóa hiệu suất sản xuất.
Kết quả thiết kế sản phẩm.
Sản phẩm có dáng hình giọt nước với chữ “Thọ” thư pháp trên bề mặt được thể hiện như hình 3.17.
Hình 3.34: Hình dáng 3D của sản phẩm khi thiết kế
Sản phẩm có bề dày đồng nhất là 3 (mm), chữ Thọ có bề cao 2,5 (mm) so với bề mặt cong của thân sản phẩm.
Ngoài ra, sản phẩm còn được thiết kế với một nửa lỗ vuông ở đầu để cuống của trái có thể đưa ra ngoài, đồng thời ở phần đuôi có hai nửa lỗ nhỏ nhằm thoát nước và hơi nước cho khuôn khi có mưa hoặc hơi nước đọng lại (Hình 3.18 và 3.19).
Phần vành ngoài của sản phẩm có bề rộng 15 mm, là khu vực dùng để lắp ghép hai nửa sản phẩm lại với nhau nhằm ép trái cây Trên vành ngoài có 11 lỗ bắt vít phục vụ cho việc ghép hai nửa, và được thể hiện trong Hình 3.19.
Hình 3.36: Lỗ bắt vít và lỗ vuông thoát nước và hơi nước 3.1.4 Vật liệu, thể tích và khối lượng của sản phẩm.
- Vật liệu là nhựa PP trong (Polypropylene) với các thông số kỹ thuật sau:
+ Nhựa dung riêng trung bình: 0,84 – 2,5 (kJ/kg.k).
+ Nhiệt độ nhựa ép phun: 250 – 270 ( o C).
+ Độ ẩm (phương pháp ASTM):