1

Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ trong sản xuất gốm sứ

2

3

4

Mã số nhiệm vụ (nếu có): CT03/04-2023-4

5

Tên tổ chức chủ trì: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

6

Cơ quan chủ quản: Bộ Giáo dục và Đào tạo

7

Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Nguyễn Văn Thiện

8

Danh sách cá nhân tham gia nhiệm vụ: ThS. Nguyễn Đức Luận PGS. TS. Phạm Đức Cường TS. Nguyễn Văn Thiện TS. Nguyễn Thế Vĩnh ThS. Đặng Quốc Việt ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền PGS. TS. Nguyễn Tiến Hán ThS. Lê Đình Mạnh ThS. Nguyễn Duy Trinh ThS. Phạm Việt Anh ThS. Trần Kim Thành Nghệ nhân Phùng Văn Hoàn CN. Đỗ Văn Kiên TS. Nguyễn Việt Hùng ThS. Đỗ Ngọc Tú TS. Nguyễn Trọng Mai ThS. Lê Ngọc Duy ThS. Bùi Huy Anh

9

Mục tiêu nghiên cứu:

- Thiết kế, chế tạo được thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ.

- Xây dựng được quy trình chế tạo thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ.

- Xây dựng được quy trình công nghệ tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ trên thiết bị tạo được chế tạo.

10

Tóm tắt nội dung nghiên cứu chính:

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan công nghệ và phương pháp tạo hình sản phẩm gốm dạng hình trụ trong nước và trên thế giới    

Nội dung 2: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm gốm dạng hình trụ trên thiết bị và sơ đồ nguyên lý của thiết bị

Nội dung 3: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ phận cấp vật liệu và tách khuôn tự động

Nội dung 4: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ phận tạo hình tự động

Nội dung 5: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế buồng sấy và băng tải

Nội dung 6: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và chế tạo phần cơ khí của thiết bị

Nội dung 7: Xây dựng yêu cầu kỹ thuật của các phần tử và chế tạo phần điện, điều khiển của thiết bị

Nội dung 8: Xây dựng quy trình lắp ráp và lắp ráp thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động, vận hành thử nghiệm thiết bị, xây dựng tài liệu hướng dẫn

11

Lĩnh vực nghiên cứu: Kỹ thuật cơ khí, chế tạo máy khác

12

Mục tiêu kinh tế xã hội của nhiệm vụ:

Do chủ động về công nghệ nên quy trình kiểm soát chất lượng có thể thực hiện được từ nguyên liệu đầu vào đến thiết kế, chế tạo. Sản phẩm khi đưa vào áp dụng vẫn được theo dõi, kiểm tra nhằm phát hiện những sai sót, tính hợp lý trong sử dụng để phục vụ lại quá trình hoàn thiện sản phẩm. Phần lớn thiết bị cả phần cứng cũng như phần mềm đều được thiết kế, chế tạo trong nước nên giá thành dự kiến sẽ giảm. Do chủ động về công nghệ nên đề tài cho phép giảm thiểu chi phí đào tạo, vận hành bảo trì, nâng cấp hệ thống khi cần thiết. Ở góc độ công nghệ, khi các nhà sản xuất sử dụng hệ thống này sẽ mang lại hiệu quả cao trong sản xuất. Đó là chất lượng sản phẩm ổn định trong sản xuất sản phẩm hàng loạt, tiết kiệm được nhiên liệu, quản lý được quy trình công nghệ tạo hình dẻo và tách khuôn, giảm thiểu lượng phôi liệu dư thừa ra môi trường.

Đề tài tạo ra sản phẩm có khả năng áp dụng vào sản xuất, làm tăng năng suất lao động, ổn định chất lượng sản phẩm, giảm chi phí giá thành và tăng chất lượng sản phẩm. Điều này sẽ làm cho giá thành sản phẩm thứ cấp giảm, tăng khả năng cạnh tranh, tăng khả năng xuất khẩu, kích thích sự phát triển của ngành sản xuất gốm sứ. Đề tài không chỉ tập trung giải quyết vấn đề nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm bằng các hệ thống tự động hoá hiện đại mà còn hạn chế phế phẩm dư thừa từ quá trình tạo hình cho sản phẩm và có thể tái sử dụng lại các phôi liệu dư thừa để giải quyết đồng thời cả vấn đề giảm thiểu gây ô nhiễm môi trường xung quanh khu vực xản xuất nói riêng và môi trường nói chung. Một ý nghĩa quan trọng khác của đề tài, đó là phát huy nội lực trong nước làm chủ công nghệ, chế tạo ra sản phẩm công nghệ cao, góp phần đẩy nhanh sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

13

Phương pháp nghiên cứu:

* Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

       - Đề tài kế thừa các kết quả nghiên cứu, các kinh nghiệm, kỹ thuật sản xuất trong nước và quốc tế một cách có chọn lọc, trên cơ sở phân tích thông tin sản xuất, xu hướng phát triển, phạm vi ứng dụng, hiệu quả kinh tế - xã hội trong quá trình sản xuất gốm sứ ứng dụng các công nghệ tạo hình bằng khuôn và tách khuôn tự động.

       - Nghiên cứu các tài liệu liên quan tới nguyên lý tạo hình các sản phẩm gốm tròn xoay tập trung vào phương pháp tạo hình dẻo và tách khuôn tại các làng nghề gốm sứ trong và ngoài nước. Nghiên cứu các dây chuyền tự động trên thế giới đã ứng dụng.

       - Thu thập, phân tích, đánh giá các phương pháp tạo hình dẻo và tách khuôn thủ công đến chất lượng, năng xuất, chi phí cho các sản phẩm gốm sứ dạng hình trụ.

       - Nghiên cứu, thu thập, tổng hợp các tiêu chuẩn quốc tế và tài liệu các công trình đã được áp dụng trên thế giới.

        - Phân tích, tổng kết kinh nghiệm phát triển các giải pháp cho cấu trúc thiết bị để tính toán, đưa ra cấu trúc phù hợp cùng các luật điều khiển thích nghi.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng để thực hiện:

- Nội dung 1 nhằm đưa ra cái nhìn tổng quan về công nghệ tạo hình sản phẩm dạng trọn xoay, đề xuất mô hình của thiết bị tạo hình các sản phẩm gốm dạng hình trụ và quy trình công nghệ tạo sản phẩm gốm sứ dạng hình trụ khi sử dụng thiết bị. Phương pháp nghiên cứu cũng được sử dụng ở nội dung 1 để xác định các bước tạo ra một sản phẩm gốm sứ từ đó đưa ra quy trình công nghệ. Các kiến thức lý thuyết về máy cũng được sử dụng để làm cơ sở thiết kế sơ đồ nguyên lý của thiết bị.

- Nội dung 2, 3, 4, 5, 6 nhằm đưa ra thiết kế tổng thể và kết cấu sơ bộ của thiết bị (kích thước của thiết bị, một số nguyên vật liệu cơ bản) làm cơ sở để ước lượng nguyên vật liệu cần thiết để chế tạo thiết bị khi xây dựng thuyết minh. Trong quá trình triển khai đề tài, phương pháp nghiên cứu lý thuyết cũng sẽ được sử dụng để tính toán chi tiết về kết cấu để đảm bảo đủ bền, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cần có của thiết bị, tính toán các thông số công nghệ khi lập quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết.

* Phương pháp điều tra khảo sát:

      - Thực hiện quá trình điều tra khảo sát trực tiếp tại các doanh nghiệp, làng nghề sản xuất gốm sứ hoặc điều tra hệ thống các thông tin của doanh nghiệp, làng nghề thông qua các website nhằm thu thập, phân tích và đánh giá cụ thể nhu cầu thị trường, khả năng, trình độ công nghệ và ứng dụng của công nghệ tạo hình, tự động hoá trong quá trình sản xuất sản phẩm gốm sứ.

      - Khảo sát về hiện trạng và nhu cầu ứng dụng công nghệ thay thế các quy trình thủ công của các cơ sở sản xuất và kinh doanh gốm sứ tại các làng nghề.

      - Khảo sát về cơ sở hạ tầng, điều kiện tự nhiên, xã hội các địa điểm tiềm năng ứng dụng thiết bị tự động cho một hay nhiều công đoạn sản xuất gốm sứ.

       - Từ kết quả điều tra, khảo sát, đề xuất mô hình hệ thống, phương hướng ứng dụng, phương hướng đào tạo, bồi dưỡng, nâng cao trình độ và năng lực sản xuất tại các doanh nghiệp, làng nghề sản xuất gốm sứ.

Phương pháp điều tra khảo sát được sử dụng để thực hiện Nội dung 1 nhằm thu thập kiến thức tổng quan, Nội dung 2, 3, 4 nhằm có cơ sở xác định kích thước bao của thiết bị cũng như bố trí các cụm chức năng của thiết bị.

* Phương pháp tính toán thiết kế, mô phỏng số và chế tạo:

      - Dựa trên nhiệm vụ của hệ thống sản xuất, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống, các chi tiết, cụm chi tiết, ... sẽ được tính toán, thiết kế dựa trên các nguyên lý cơ bản trong tính toán thiết kế máy, chi tiết máy, hệ thống và dựa trên các công thức lý thuyết, thực nghiệm, bán thực nghiệm, tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành trong và ngoài nước.

       - Ứng dụng các phần mềm mô phỏng số hiện đại trong việc phân tích, mô phỏng để đánh giá khả năng hoạt động của chi tiết máy, cụm chi tiết máy và hệ thống. Từ đó, tiến hành hiệu chỉnh và hoàn thiện bản thiết kế hệ thống đáp ứng các yêu cầu đặt ra.

       - Ứng dụng công nghệ gia công chế tạo tiến tiến như công nghệ gia công tự động, công nghệ gia công phi truyền thống phù hợp với từng chi tiết cơ khí nhằm gia công, chế tạo các chi tiết, cụm chi tiết cơ khí đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.

Phương pháp tính toán thiết kế, mô phỏng số và chế tạo được sử dụng để thực hiện:

- Nội dung 2, 3, 4, 5, 6, 7 nhằm thiết kế sơ bộ hệ thống khi xây dựng thuyết minh, tính toán kết hợp với mô phỏng nhằm tối ưu hóa kết cấu của thiết bị, tính toán các bước công nghệ khi lập quy trình công nghệ chế tạo. Phần mềm thiết kế cũng được sử dụng để hỗ trợ quá trình lập quy trình công nghệ lắp ráp thiết bị. Các bước được thực hiện trong các nội dung trên bao gồm:

+ Thiết kế các chi tiết máy (dựa trên cơ sở của bước tính toán lý thuyết) sử dụng phần mềm thiết kế SolidWorks để xây dựng mô hình 3D, AutoCAD để đưa ra các bản vẽ 2D, xác định yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết máy;

+ Sử dụng phần mềm 3D để lắp ghép và hiệu chỉnh lại thiết kế;

+ Gán vật liệu trên mô hình 3D của từng chi tiết để xác định sơ bộ khối lượng nguyên vật liệu cần dùng để chế tạo (tự động xác định khối lượng trên phần mềm);

+ Sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng, tính bền cho các chi tiết máy làm cơ sở để hiệu chỉnh lại thiết kế (nếu cần thiết);

+ Đối với cụm sấy sản phẩm, phần mềm Ansys được sử dụng để mô phỏng và tối ưu nguồn nhiệt.  Cơ sở của quá trình tối ưu nguồn nhiệt bao gồm: kích thước của buồng nhiệt, độ ẩm của sản phẩm trước và sau khi sấy, thời gian sấy.

+ Các chi tiết máy sau khi được thiết kế hoàn chỉnh sẽ được tính toán, thiết kế quy trình công nghệ chế tạo. Ở bước này, các bước công nghệ sẽ được định rõ để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Tại bước lập quy trình công nghệ, các bản vẽ lồng phôi sẽ được xác định (đây là cơ sở để xác định khối lượng phôi chính xác cần phải dùng để chế tạo một chi tiết máy), các loại máy cắt, dụng cụ gia công cũng được xác định chính xác về khối lượng (Toàn bộ bước này sẽ được áp dụng cho Nội dung 6).

+ Các chi tiết máy sẽ được chế tạo theo đúng quy trình công nghệ đã lập để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra (kích thước, dung sai, sai lệch hình dáng hình học).

 * Phương pháp chuyên gia:

      - Sử dụng kinh nghiệm của các chuyên gia (người có nhiều kiến thức và kinh nghiệm, cũng như am tường và hiểu biết sâu trong lĩnh vực sản xuất gốm sứ truyền thống và hiện đại) để đóng góp các ý kiến tư vấn phục vụ cho công tác lập mô hình.

      - Bằng các cuộc hội thảo khoa học, để nhận được nhiều ý kiến chuyên sâu của các chuyên gia cũng như các nhà quản lý, cơ quan, ban ngành liên quan, giúp nâng cao hiệu quả và tính thiết thực của đề tài. Phương pháp này sẽ được áp dụng trong toàn bộ quá trình thực hiện từ khi xây dựng đề cương đến từng nội dung công việc của đề tài và báo cáo tổng kết.

Phương pháp chuyên gia sẽ được sử dụng chủ yếu trong quá trình lập và hoàn thiện quy trình chế tạo sản phẩm gốm tròn xoay, quá trình đánh giá chất lượng của sản phẩm gốm tròn xoay chế tạo từ thiết bị của đề tài.

* Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

     - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để đánh giá chất lượng, hiệu quả của quá trình sản xuất gốm sứ ứng dụng công nghệ tạo hình và tách khuôn tự động nhằm đánh giá quá trình hoạt động của hệ thống đã được thiết kế, chế tạo. Các phương pháp qui hoạch thực nghiệm đơn và đa nhân tố, đơn hoặc đa mục tiêu sẽ được xem xét cân nhắc để sử dụng nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí trong nghiên cứu thực nghiệm đồng thời đảm bảo hiệu quả và chất lượng trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm.

     - Nghiên cứu thực hiện dự kiến được thực hiện trên hệ thống sản xuất gốm sứ có năng suất tối thiểu: 100 sản phẩm/giờ; với các dòng sản phẩm để tạo hình có đường kính ≤ 150 mm, góc vát sản phẩm không lớn hơn 20^o (sản phẩm có đường kính miệng lớn hơn đường kính đế); nguồn điện cấp 220V/50Hz; Vận hành tự động từ khâu cấp phôi tới khâu tách khuôn; Bộ gá khuôn phù hợp với 02 loại khuôn chế tạo sản phẩm dạng hình trụ đường kính ≤ 150 mm, góc vát sản phẩm không lớn hơn 20^o.

     - Trong nghiên cứu thực nghiệm, dữ liệu thực nghiệm được đo lường, tổng hợp, xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm bằng các phần mềm xử lý thống kê như: Excel, Minitab.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sẽ được sử dụng chủ yếu trong Nội dung 7 nhằm đưa ra phương pháp vận hành thử nghiệm và thu thập các thông số trong quá trình vận hành để làm cơ sở hiệu chỉnh thiết bị

14

Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:

Dạng I: Mẫu (model, maket); Sản phẩm (là hàng hoá, có thể được tiêu thụ trên thị trường); Vật liệu, Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống cây trồng; Giống vật nuôi và các loại khác,

Thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ

Sản phẩm mộc gốm sứ (được chế tạo từ thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động)

Dạng II: Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình công nghệ; Sơ đồ, bản đồ; Số liệu, cơ sở dữ liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo

Bộ hồ sơ thiết kế của thiết bị

Bộ hồ sơ quy trình công nghệ chế tạo thiết bị

Quy trình công nghệ tạo hình và tách khuôn tự động sản phẩm gốm dạng hình trụ trên thiết bị được chế tạo

Bộ hồ sơ lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thiết bị tạo hình và tách khuôn tự động dạng hình trụ, bao gồm:

- Tài liệu hướng dẫn lắp đặt thiết bị;

- Tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị;

- Tài liệu hướng dẫn bảo trì, bảo dưỡng thiết bị

Báo cáo khoa học tổng kết đề tài. Báo cáo tóm tắt đề tài. Bộ các báo cáo công việc. Kỷ yếu hội thảo.

Dạng III: Bài báo; sách chuyên khảo và các sản phẩm khác

01 bài báo đăng trên tạp chí khoa học uy tín trong nước

15

Địa chỉ và quy mô ứng dụng dự kiến: 1. Ủy ban Nhân dân xã Bát Tràng 2. Sở Công thương Hà Nội

16

Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ 11/2023 đến 10/2025)

17

Kinh phí được phê duyệt: 2.200 triệu đồng
trong đó:

18

Quyết định phê duyệt: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970

19

Hợp đồng thực hiện: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970