Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng

Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng

TỔNG QUAN

Giới thiệu đề tài

Sản phẩm nhựa hiện nay rất phổ biến, với yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, độ bóng và năng suất chế tạo Phun ép là công nghệ chế tạo nhựa phổ biến, nhưng trong chu kỳ ép phun, việc tăng nhiệt độ lòng khuôn để cải thiện khả năng điền đầy có thể ảnh hưởng đến quá trình giải nhiệt cho chu trình ép tiếp theo.

Việc làm mát hiệu quả không chỉ giúp giảm thời gian chu kỳ và chi phí vận hành mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Nhiệt độ khuôn thấp tạo ra lớp nguội dày hơn trên dòng nhựa, hạn chế khả năng chảy và gây ra nhiều khuyết tật như đường hàn, độ bóng bề mặt và ứng suất dư Hơn nữa, sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong lòng khuôn cũng ảnh hưởng đến độ co rút của vật liệu Do đó, việc duy trì nhiệt độ khuôn cao có thể giảm thiểu các vấn đề liên quan đến khuôn ép nhựa.

Hiện nay, sản phẩm được thiết kế theo xu hướng nhẹ hơn và nhỏ hơn đang gặp phải nhiều thách thức trong quá trình phun ép, bao gồm yêu cầu về máy ép, kết cấu khuôn và vật liệu nhựa Một trong những vấn đề quan trọng là hạn chế mất nhiệt của dòng nhựa khi chảy vào khuôn Nếu nhiệt độ khuôn được duy trì cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa, áp suất phun ép sẽ giảm, khả năng điền đầy khuôn sẽ tăng cao, và chất lượng sản phẩm nhựa cũng được cải thiện.

Các chi tiết nhựa hiện nay yêu cầu độ chính xác cao, đặc biệt là những chi tiết có thành mỏng, khiến cho việc điền đầy nhựa trở nên khó khăn Ví dụ điển hình là các ống trong phòng thí nghiệm.

Để đảm bảo nhựa có thể lấp đầy chi tiết có thành mỏng và đạt kích thước chính xác, nhiệt độ khuôn cần được điều chỉnh gần với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu nhựa.

Hình 1.1: Tube trong phòng thí nghiệm

Hình 1.2: Các sản phẩm nhựa

Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao giúp quá trình điền đầy nhựa dễ dàng hơn và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tấm khuôn quá cao, thời gian giải nhiệt sẽ kéo dài, dẫn đến chu kỳ phun ép lâu hơn và tăng giá thành sản phẩm Do đó, mục tiêu chính trong điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là gia nhiệt bề mặt khuôn đến mức yêu cầu mà vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài.

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

Bài viết "Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa" của tác giả Vũ Hoài Ân tại viện máy và dân dụng công nghiệp Hà Nội đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ lên tấm khuôn, trong đó quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia thành hai nhóm chính: gia nhiệt toàn bộ tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt bề mặt khuôn (surface heating) Phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) thuộc nhóm gia nhiệt toàn bộ, có khả năng đạt tốc độ gia nhiệt từ 1 °C/s đến 3 °C/s Tuy nhiên, phương pháp này không được đánh giá cao do gặp nhiều khó khăn trong quá trình giải nhiệt cho khuôn.

Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước có thể sử dụng nước ở nhiệt độ cao khoảng 90-100°C để gia tăng nhiệt độ khuôn với chi phí thấp Tuy nhiên, nếu yêu cầu nhiệt độ cao hơn 100°C, nước cần được nén với áp suất cao hoặc sử dụng dầu nóng Việc sử dụng nước ở áp suất cao có thể làm giảm tuổi thọ của các vị trí nối và cần xem xét các vấn đề an toàn trong quá trình sử dụng Bên cạnh đó, tiêu hao năng lượng cũng là một yếu tố quan trọng Khi sử dụng dầu nóng, khả năng truyền nhiệt giữa lưu chất và khuôn sẽ giảm do hệ số truyền nhiệt của dầu thấp.

Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện tốc độ gia nhiệt cho bề mặt khuôn có thể đạt được thông qua việc sử dụng lớp cách nhiệt Khi bề mặt khuôn được phủ lớp cách nhiệt, quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn được nâng cao, giúp tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25 độ C Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả trong khuôn phun ép nhựa.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng” của tác giả Nguyễn

Hộ, Phạm Sơn Minh từ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã tiến hành thí nghiệm gia nhiệt cho khuôn kết hợp với mô phỏng nhiệt độ trên phần mềm ANSYS Nghiên cứu sử dụng kết quả từ các thí nghiệm ép nhựa ở nhiều nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau và độ dày tương ứng để phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng điền đầy lòng khuôn Kết quả cho thấy có thể xác định những nhiệt độ tối ưu cho từng độ dày và loại nhựa cụ thể.

Hình 1.4: Tọa độ các điểm khảo sát nhiệt độ[17]

Tác giả đã thực hiện mô phỏng và thí nghiệm để xác định nhiệt độ tại các điểm được chỉ ra trong hình 1.4 Kết quả thu được từ việc thay đổi thời gian gia nhiệt tại từng vị trí khác nhau trên sản phẩm đã được tổng hợp thành biểu đồ như thể hiện trong hình 1.5.

Hình 1.5: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí P4

So sánh nhiệt độ giữa đo thực tế và mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khoảng thời gian từ 15 đến 25 giây Đây là giai đoạn mà quá trình gia nhiệt gặp khó khăn do hiện tượng sụp áp của máy nén khí.

Hình 1.6: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30°C đến 150°C

Tác giả đã tiến hành thực nghiệm ép sản phẩm nhựa ABS với các độ dày dòng chảy lần lượt là 0.2mm, 0.4mm và 0.6mm, sau đó so sánh các kết quả thu được.

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đến tỉ lệ điền đầy, kết quả cho thấy rằng với chiều dày dòng chảy 0,2 mm, tỉ lệ tăng chiều dài dòng chảy chỉ đạt 8,7% khi nhiệt độ tăng từ 30°C lên 150°C Đối với chiều dày 0,4 mm, sự khác biệt rõ rệt hơn với tỉ lệ điền đầy tăng 18,3% trong cùng điều kiện nhiệt độ Đặc biệt, với chiều dày 0,6 mm, tỉ lệ điền đầy tăng lên 21,2% khi nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tăng từ 30°C lên 150°C, cho thấy sự ảnh hưởng mạnh mẽ của nhiệt độ đến khả năng điền đầy lòng khuôn.

“Micro-injection molding with the infrared assisted mold heating system” (Hệ thống gia nhiệt khuôn micro dùng tia hồng ngoại) [1] Bài báo của tác giả

Ming-Ching Yua, Wen-Bin Younga, và Pe-Ming Hsu từ Đại học Quốc tế Cheng Kung, Đài Loan, đã nghiên cứu vào tháng 2 năm 2007 về ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và áp suất phun đối với quá trình đúc khuôn Nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát khả năng làm đầy, và trong ép phun vi khuôn, nhiệt độ này cần gần với nhiệt độ nóng chảy của nhựa để đảm bảo hiệu quả điền đầy Nghiên cứu nhằm điều tra hiệu quả của hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại trong khuôn ép phun, với một hệ thống được thiết kế để làm nóng bề mặt khuôn Kết quả cho thấy, với nhiệt độ khuôn khoảng 80°C, việc gia nhiệt trên 10 giây có thể đạt được khả năng điền đầy hoàn toàn trong khuôn.

Hình 1.7: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại [1]

Thời gian gia nhiệt trong thí nghiệm dao động từ 10 đến 40 giây, với mỗi bước tăng 10 giây Các cặp nhiệt được cài đặt để đo biến đổi nhiệt độ của polymer trong toàn bộ chu trình đúc Khi hệ thống gia nhiệt hồng ngoại được kích hoạt, nhiệt độ khuôn trong khoang sẽ tăng lên tùy thuộc vào thời gian gia nhiệt đã chọn.

Hình 1.8: Quá trình gia nhiệt dùng tia hồng ngoại[1]

Nhiệt độ bề mặt khuôn có thể đạt từ 40,5 đến 75°C chỉ trong 10 giây khi sử dụng công suất nhiệt hồng ngoại 4kW Phương pháp này mang lại tốc độ gia nhiệt tương đương với hệ thống gia nhiệt cảm ứng điện từ.

Nghiên cứu "Kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn dùng gia nhiệt từ trường và ảnh hưởng của nó đến đề mặt mối hàn" của tác giả Shia-Chung Chen, Wen-Ren Jong, Jen-An Chang từ đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan, đề xuất phương pháp gia nhiệt cảm ứng kết hợp với làm mát để đạt nhiệt độ khuôn mong muốn Nghiên cứu sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng và xác minh độ chính xác bằng thực nghiệm Một tấm khuôn kích thước tương đương với vỏ điện thoại di động có bốn kênh làm mát đã được thử nghiệm với các nhiệt độ bề mặt khác nhau, từ 110 đến 180°C và 110 đến 200°C Kết quả cho thấy quá trình gia nhiệt cảm ứng mất 4 giây để đạt 200°C và 21 giây để trở về 110°C.

Kênh làm mát (đầu vào)

Kênh làm mát (đầu ra)

Hình 1.9: Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ[2]

Nhiệt độ bề mặt tấm khuôn có thể tăng lên đến 22,5°C và giảm xuống với tốc độ 4,3°C/s, đảm bảo sự đồng nhất trong quá trình làm nóng và làm mát Phân bố nhiệt độ trên tấm khuôn thể hiện tính đồng nhất tốt trong tất cả các giai đoạn của quy trình.

Hình 1.10: (a) Coil dạng xoắn và thiết bị cấp nguồn (b) Tọa độ các điểm kiểm tra [2]

Thiết bị thực nghiệm và tọa độ các điểm T 1 , T 2 T 3 để kiểm tra đƣợc thể hiện ở hình 1.10

Hình 1.11: So sánh gia nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm [2]

Nghiên cứu cho thấy trong quá trình làm nóng cảm ứng và làm mát, nhiệt độ trung tâm của tấm cần 3 giây để tăng từ 110 đến 180°C và 21 giây để trở về 110°C Đối với chu trình làm nóng/làm mát thứ hai, thời gian cần thiết để nhiệt độ trung tâm tăng từ 110 đến 200°C là 4 giây, trong khi thời gian để quay trở lại 110°C vẫn là 21 giây.

Hình 1.12: Phân bố nhiệt độ khi gia nhiệt cảm ứng

Kết quả nhiệt độ bề mặt tấm khuôn trong chu trình gia nhiệt cảm ứng từ 110-200°C được trình bày trong hình 1.12, cho thấy mô hình phân bố nhiệt độ mô phỏng ở cuối quá trình gia nhiệt tương đồng với kết quả đo thực tế.

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa trên thị trường đang gia tăng nhanh chóng, đặt ra thách thức lớn cho ngành sản xuất nhựa và ngành phun ép Để đáp ứng yêu cầu về số lượng lớn, độ chính xác cao và giá thành hợp lý, các doanh nghiệp cần giải quyết bài toán này ngay lập tức Sản phẩm ngày càng trở nên phức tạp và gọn nhẹ hơn để phù hợp với nhu cầu hiện tại.

Trong thời gian ngắn, vấn đề này khó có thể được giải quyết do phụ thuộc vào nhiều yếu tố và trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Vì vậy, yêu cầu quan trọng đầu tiên là cần nâng cao năng suất trong quá trình ép phun sản phẩm nhựa.

Hiện nay, nhiều giải pháp đã được đề xuất để tối ưu hóa quá trình điền đầy khuôn ép nhựa, nhằm giảm chi phí cho quy trình phun ép Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, phù hợp với mục đích sử dụng khác nhau.

Phương pháp gia nhiệt khuôn bằng khí nóng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm thiết bị gia nhiệt đơn giản và khả năng kiểm soát nhiệt độ khí dễ dàng Phương pháp này không gây ra hiện tượng chuyển pha, giúp bảo toàn tính chất vật liệu khuôn, đồng thời đảm bảo nhiệt độ phân bố đều trong khuôn, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phun ép.

Mục đích của đề tài

Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn dùng khí nóng

Tiến hành thực nghiệm quá trình gia nhiệt để kiểm tra độ chính xác của quá trình mô phỏng

Nghiên cứu và dự đoán kết quả của quá trình phun ép thực tế sẽ tạo cơ sở vững chắc cho việc áp dụng rộng rãi trên nhiều loại khuôn, nhựa và sản phẩm khác nhau.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu các thông số như nhiệt độ khí đầu vào, khoảng cách giữa đầu phun khí và khuôn, cùng với kích thước và chiều dày của tấm nhôm có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ của lòng khuôn Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất nhiệt trong khuôn.

Xác định mối tương quan giữa các thông số khảo sát với nhiệt độ lòng khuôn thông qua việc mô phỏng trước bằng phần mềm

Có thể dự đoán trước được kết quả của quá trình phun ép như thế nào dựa vào kết quả mô phỏng

Tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất, giảm thiểu giời gian thử nghiệm

Thiết lập được phương pháp tổng quát để dự đoán quá trình ép nhựa khi các thông số đầu vào thay đổi

Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.6.1 Nhiệm vụ của đề tài

Do những điều kiện khách quan cũng nhƣ chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau:

- Tổng quan về khuôn ép nhựa và giới thiệu sản phẩm

- Tổng quan về các phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa

- Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết của truyền nhiệt

- Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến phân bố nhiệt độ lòng khuôn

- Thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn

- So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm, đánh giá độ ổn định của phân bố nhiệt trong lòng khuôn

1.6.2 Giới hạn của đề tài Đề tài nằm trong phạm vi làm luận văn thạc sĩ nên điều kiện vật chất và thời gian yêu cầu chỉ dừng lại ở mức độ thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng Việc thực nghiệm trên các bề mặt lòng khuôn phức tạp cũng nhƣ thông số gia nhiệt tối ƣu sẽ đƣợc nghiên cứu chuyên sâu sau này Do đó đề tài tập trung mô phỏng và thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn dùng khí nóng, đồng thời so sánh đánh giá độ chính xác của quá trình mô phỏng.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong bài viết này tập trung vào khuôn ép nhựa và quá trình truyền nhiệt đối lưu Đặc biệt, quá trình gia nhiệt được mô phỏng bằng phần mềm Ansys, giúp phân tích và tối ưu hóa hiệu suất trong sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện bằng cách gia nhiệt cho khuôn ở các mức nhiệt độ và thời gian khác nhau Mục tiêu là xác định nhiệt độ đạt được của lòng khuôn và phân bố nhiệt độ trong khuôn.

So sánh kết quả thực nghiệm với giá trình mô phỏng và đánh giá kết quả

Phương pháp phân tích và so sánh dựa trên lý thuyết, kết quả mô phỏng và dữ liệu thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả đạt được Qua đó, có thể rút ra kết luận về sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tiễn, cũng như khả năng ứng dụng trong thực tế.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về khuôn ép nhựa

2.1.1 Khái niệm chung về khuôn

Khuôn là một hệ thống bao gồm nhiều chi tiết lắp ráp để hình thành một bộ khuôn hoàn chỉnh Sản phẩm được tạo ra bằng cách đổ nguyên liệu vào khoảng trống giữa hai phần khuôn, nơi mà hình dạng của sản phẩm sẽ được định hình.

Khuôn là thiết bị quan trọng dùng để tạo hình sản phẩm thông qua phương pháp định hình Được thiết kế và chế tạo để phục vụ cho một số lượng chu trình nhất định, khuôn có thể được sử dụng cho cả một lần hoặc nhiều lần.

- Khuôn bao gồm hai chính:

 Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): đƣợc gá lên tấm cố định của máy ép nhựa

 Phần core (khuôn đực, khuôn di động): đƣợc gá lên tấm di động của máy ép nhựa

Hình 2.1: Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng[13]

2.1.2 Kết cấu chung 1 bộ khuôn

Ngoài core và cavity, khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác, các bộ phận này kết hợp với nhau để hình thành các hệ thống cơ bản của bộ khuôn.

- Hệ thống dẫn hướng và định vị: chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, chốt hồi…

- Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa…

- Hệ thống đẩy sản phẩm: chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ…

- Hệ thống lõi mặt bên: lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xylanh thủy lực…

- Hệ thống làm nguội: đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối…

Hình 2.2: Kết cấu chung của 1 bộ khuôn[13]

Bảng 2.1: Các chi tiết trong khuôn

1 – tấm kẹp trước 6 – bạc cuống phun 11 – chốt hồi 16 – tấm giữ

2 – sản phẩm nhựa 7 – khóa khuôn cái 12 – gối đỡ 17 – chốt định vị

3 – đường làm nguội 8 – khóa khuôn đực 13 – tấm kẹp sau 18 – lò xo

4 – vòng định vị 9 – bạc dẫn hướng 14 – ty lói 19 – đấu nối

5 – kênh dẫn nhựa 10 – chốt dẫn hướng 15 – tấm đẩy 20 – tấm kẹp sau

2.1.3 Phân loại khuôn ép phun

Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa nằm ngang mặt sản phẩm và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa

Cổng vào nhựa có thể được thiết kế để 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.

Khuôn 2 tấm đƣợc sử dụng rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhƣng chỉ sử dụng khuôn 2 tấm cho những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa

Hình 2.3: Cấu tạo khuôn 2 tấm[13]

 Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn,do kênh dẫn nhựa ở bên hông

 So với khuôn 3 tấm thì khuôn 2 tấm đơn giản hơn do không cần có tấm giựt cuống keo nhƣ khuôn 3 tấm, rẻ hơn, chu kỳ ép ngắn hơn

 Thời gian để gia công và chế tạo khuôn cũng ngắn hơn

 Giá thành thấp hơn khuôn 3 tấm hay khuôn nhiều tầng

 Khuôn 2 tấm chỉ sử dụng đƣợc cho các chi tiết đòi hỏi có độ chính xác thấp hơn so với các loại khuôn nhiều

 Phải tốn nhiều nhiên liệu hơn so với kênh dẫn nóng vì phần xương keo không đƣợc sử dụng cho lần phun tiếp theo nhƣ trong kênh dẫn nóng

Ứng dụng này phù hợp với các sản phẩm có vòng đời ngắn, chẳng hạn như thiết bị điện tử dân dụng, thường có thời gian sử dụng chỉ trong vài tháng Nó đặc biệt hiệu quả cho những sản phẩm yêu cầu ít miệng phun.

Ứng dụng khuôn 2 tấm giá rẻ là giải pháp lý tưởng để sản xuất các sản phẩm dân dụng và đồ dùng cá nhân phục vụ cho gia đình, đặc biệt là những sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao.

Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn đƣợc bố trí trên 2 mặt phẳng, khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở khác để lấy kênh dẫn nhựa

Sản phẩm và kênh dẫn sẽ tự động tách rời khi được lấy ra khỏi khuôn Đối với sản phẩm lớn yêu cầu nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng, việc sử dụng khuôn 3 tấm là một giải pháp hiệu quả.

Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ nhất của quy trình mở khuôn (giật đuôi keo)

Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ hai của quy trình mở khuôn (mở tấm giật đuôi keo)

Hình 2.4: Khuôn 3 tấm 2 lòng khuôn[13]

 Giá thành thấp hơn so với khuôn kênh dẫn nóng

 Ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng

 Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém

 Năng suất cao do hệ thống dẫn nhựa tự động tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn

 Cho khả năng phân phối nhựa tốt hơn và đồng đều hơn do các nhánh kênh dẫn đƣợc bố trí cách đều nhau

 Chu kỳ ép phun tăng và cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình của của dòng nhựa để đến đƣợc lòng khuôn dài

 Lãng phí nhiều vật liệu do có thêm tấm stripper plate chứa hệ thống kênh dẫn

 Khuôn có nhiều lòng khuôn

 Khuôn có một lòng khuôn nhƣng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa

 Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác

 Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn

2.1.3.3 Khuôn nhiều tầng (stack mold)[14]

Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do 2 hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng năng suất (tăng số lƣợng sản phẩm trong 1 chu kỳ ép)

Khuôn nhiều tầng có thể sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc nóng, nhưng hiện nay, kênh dẫn nóng được ưa chuộng hơn Nguyên nhân là do chiều dài kênh dẫn trên khuôn nhiều tầng quá dài, khiến việc duy trì nhiệt độ và áp suất trở nên khó khăn khi sử dụng kênh dẫn nguội.

Hình 2.5: Hình thực tế bộ khuôn nhiều tầng (hình a)và hệ thống bơm nhựa + hệ thống gia nhiệt (hình b)

 Do 2 hay nhiều khuôn ghép lại nên năng suất cao

 Giảm số lượng máy, diện tích nhà xưởng

 Giá thành cao do kết cấu khuôn phức tạp

 Sử dụng máy ép chuyên dụng, cần lực ép lớn

 Hao tốn vật liệu do kênh dẫn dài

 Áp suất cao để điền đầy khuôn do kênh dẫn dài

 Khuôn có nhiều lòng khuôn

 Khuôn có một lòng khuôn nhƣng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa

 Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác

 Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn a) b)

Lý thuyết về truyền nhiệt

Dẫn nhiệt xảy ra khi các phân tử, nguyên tử hoặc electron ở vùng nóng tương tác với các hạt lân cận ở vùng lạnh, chuyển giao động năng từ hạt dao động nhanh sang hạt dao động chậm Sức nóng được trao đổi giữa các nguyên tử hay phân tử khi chúng dao động và va chạm, trong đó sự trao đổi này cũng có thể được coi là sự dịch chuyển của dòng proton trong hầu hết vật chất.

Dẫn nhiệt là quá trình quan trọng trong việc truyền nhiệt giữa các vật thể rắn khi chúng tiếp xúc, đặc biệt trong các chất rắn Trong chất rắn, dẫn nhiệt diễn ra mạnh mẽ do mạng lưới các nguyên tử được sắp xếp gần nhau và ở vị trí cố định, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi năng lượng qua dao động.

Khi mật độ các hạt giảm, khoảng cách giữa chúng trở nên xa hơn, dẫn đến khả năng dẫn nhiệt giảm Sự gia tăng khoảng cách giữa các nguyên tử làm giảm tần suất va chạm và trao đổi nhiệt Do đó, chất lỏng và đặc biệt là khí có khả năng dẫn nhiệt thấp Tuy nhiên, ở các chất khí, khi nhiệt độ hoặc áp suất tăng, tần suất va chạm giữa các nguyên tử tăng lên, dẫn đến khả năng dẫn nhiệt cũng tăng theo.

Hình 2.6: Nguyên lý dẫn nhiệt [18]

Trong nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt, Fourrier phát hiện rằng lượng nhiệt dQ truyền qua bề mặt dF trong khoảng thời gian dτ tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ, thời gian và diện tích bề mặt.

Nếu quá trình ổn định thì:

hệ số dẫn nhiệt (hệ số tỷ lệ, độ dẫn nhiệt)

F : bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt (m 2 ) τ : thời gian (s)

Chế độ truyền nhiệt đối lưu bao gồm hai cơ chế chính: sự chuyển giao năng lượng qua chuyển động phân tử ngẫu nhiên và dịch chuyển năng lượng với lưu lượng lớn Khi có gradient nhiệt độ, sự chuyển động của chất lỏng giúp truyền nhiệt hiệu quả Tổng lượng nhiệt chuyển tiếp là kết quả của sự kết hợp giữa chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử và chuyển động số lượng lớn của chất lỏng.

Truyền nhiệt đối lưu xảy ra giữa một chất dịch chuyển và bề mặt xung quanh khi có sự chênh lệch nhiệt độ Khi xem xét lưu lượng chất lỏng trên bề mặt nóng, sự tương tác giữa chất lỏng và bề mặt tạo ra một vùng trong chất lỏng, nơi mà vận tốc thay đổi từ 0 tại bề mặt đến một giá trị hữu hạn liên quan đến dòng chảy, được gọi là lớp ranh giới động lực Bên cạnh đó, nếu bề mặt và nhiệt độ dòng chảy khác nhau, sẽ hình thành một vùng trong chất lỏng nơi nhiệt độ thay đổi từ bề mặt đến dòng chảy bên ngoài, được gọi là ranh giới nhiệt Trong mọi trường hợp, sự trao đổi nhiệt đối lưu sẽ diễn ra từ bề mặt đến dòng chảy bên ngoài.

Hình 2.7: Các yếu tố trong truyền nhiệt đối lưu [9]

Sự truyền nhiệt đối lưu được phân loại thành hai loại chính: đối lưu cưỡng bức và đối lưu tự do Đối lưu cưỡng bức xảy ra khi dòng chảy được tạo ra bởi các thiết bị như quạt, máy bơm hoặc gió trong khí quyển Ngược lại, đối lưu tự do xảy ra do các lực nổi, được hình thành từ sự chênh lệch mật độ do thay đổi nhiệt độ trong chất lỏng Khi không khí tiếp xúc với các bề mặt nóng, nó sẽ nóng lên, giảm mật độ và tạo ra lực nổi, dẫn đến chuyển động thẳng đứng, trong đó không khí ấm được thay thế bởi không khí mát xung quanh.

Năng lượng thường được truyền dưới dạng năng lượng nhiệt và năng lượng của chất lỏng Tuy nhiên, trong một số quá trình đối lưu, còn có sự trao đổi nhiệt tiềm ẩn.

Sự trao đổi nhiệt tiềm ẩn thường xảy ra trong quá trình thay đổi pha giữa chất lỏng và hơi, với hai trường hợp đặc biệt là sôi và ngưng tụ Chẳng hạn, sự trao đổi nhiệt đối lưu được tạo ra bởi chuyển động của chất lỏng, như khi các bong bóng hình thành ở đáy nồi nước sôi hoặc khi hơi nước ngưng tụ trên bề mặt ống nước lạnh.

Hình 2.8: Các dạng truyền nhiệt đối lưu [9]

Bất kể tính chất của quá trình truyền nhiệt đối lưu, phương trình truyền nhiệt đều có dạng: n q h(TsT ) 

Nhiệt độ dòng đối lưu (q n) được tính bằng công thức W/m², tỷ lệ thuận với sự chênh lệch giữa nhiệt độ bề mặt (T s) và nhiệt độ chất lỏng (T) Đây là định luật làm mát của Newton, trong đó h (W/m².K) được gọi là hệ số truyền nhiệt đối lưu Hệ số này phụ thuộc vào các điều kiện trong lớp ranh giới, bị ảnh hưởng bởi hình học bề mặt, tính chất chuyển động của chất lỏng, cũng như các đặc tính nhiệt động lực học và vận chuyển.

Tất cả các vật thể có nhiệt độ trên 0°K đều phát ra tia bức xạ năng lượng ra không gian xung quanh Điều này cho thấy năng lượng đã chuyển thành bức xạ Khi nhiệt độ của vật thể cao, lượng nhiệt truyền đi dưới dạng năng lượng cũng lớn hơn Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, bức xạ trở nên rất nhỏ và không có ý nghĩa trong kỹ thuật.

Bức xạ nhiệt là quá trình chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, trong đó nhiệt năng của vật biến thành năng lượng dao động điện từ Khi bức xạ gặp các vật thể khác, một phần hoặc toàn bộ năng lượng sẽ được hấp thu và chuyển hóa thành nhiệt năng, mức độ hấp thu này phụ thuộc vào độ đen của vật Năng lượng hấp thu sau đó có thể được phát lại dưới dạng sóng điện từ, tạo thành một chu trình liên tục Do đó, mỗi vật không chỉ phát ra năng lượng bức xạ mà còn nhận năng lượng bức xạ từ các vật khác xung quanh.

Hình 2.9: Truyền nhiệt bức xạ [13]

Vào năm 1879, Stefan đã phát hiện ra định luật này thông qua các thí nghiệm, và đến năm 1884, Baltzman đã lý thuyết hóa rằng "cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4".

   Với E 0 : cường độ bức xạ (W/m 2 )

T: nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (°K)

C 0 = 5,7 W/m 2 k 4 : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối Định luật này chỉ chính xác đúng cho vật đen tuyệt đối

Nhƣng qua các thí nghiệm của Stefan và các nhà khoa học khác thì định luật này cũng áp dụng cho vật xám Trong trường hợp này:

Hệ số bức xạ của vật xám, ký hiệu là C, phụ thuộc vào bản chất, trạng thái bề mặt và nhiệt độ của vật Giá trị của C nằm trong khoảng từ 0 đến C0, cho thấy sự biến đổi của nó theo các yếu tố này.

  c gọi là độ đen của vật (0 < đƣợc xác định bằng thực nghiệm

THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN

Thiết kế sản phẩm

Mục đích chính của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lòng khuôn đến chiều cao của gân Sản phẩm được thiết kế bao gồm hai gân với chiều cao 7mm, có bề dày hình thang vuông với đáy lớn 0.5mm và đáy bé 0.3mm.

Hình 3.1: Thiết kế sản phẩm[16 ]

Hình 3.2: Biên dạng sản phẩm

Tách khuôn

Hình 3.3: Biên dạng mặt phân khuôn

Hình 3.4: Mặt phân khuôn và hướng mở khuôn

B2: Tách khuôn thành 2 nửa gọi là khuôn âm và khuôn dương

Hình 3.5: Khuôn âm, khuôn dương và sản phẩm khi mở khuôn

Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn[16]

Hình 3.6: Tấm khuôn di động

Hình 3.7: Lòng khuôn trên tấm khuôn di động

Hình 3.8: Tấm khuôn cố định

Hình 3.9: Bộ khuôn hoàn chỉnh

Lắp ráp

3.4.1 Các bộ phân của khuôn

Hình 3.10: Linh kiện của 1 bộ khuôn hoàn chỉnh

Hình 3.11: Tấm kẹp cố định

Quá trình lắp

B1: Gắn 4 bạc dẫn hướng, tấm nhựa cách nhiệt và tấm nhôm vào trong tấm khuôn cố định

Hình 3.14: Lắp 4 bạc dẫn hướng vào trong tấm khuôn cố định

B2: Gắn tấm kẹp cố định vào tấm khuôn cố định sau đó định vị bằng 4 bulong và siết chặt

Hình 3.15: Lắp tấm kẹp cố định vào tấm khuôn cố định

B3: Gắn bạc cuống phun vào tấm kẹp cố định và tấm khuôn cố định

Hình 3.16: Lắp bạc cuống phun

B4: Gắn vòng định vị vào và định vị bằng 2 bulong và siết chặt

Hình 3.17: Lắp vòng định vị

B1: Gắn 4 chốt dẫn hướng vào tấm khuôn di động

B2: Gắn 4 tấm insert vào trong lòng khuôn di động

B3: Gắn tấm nhựa cách nhiệt và tâm nhôm lên tấm insert

B4: Gắn 8 co nước vào 4 đầu vào và 4 đầu ra của hệ thống làm nước nguội

Hình 3.18: Lắp 4 tấm insert và chốt dẫn hướng

B5: Định vị các tấm insert bằng 4 bulong và siết chặt

B6: Chốt hồi và ty đẩy đƣợc định vị và kẹp chặt nhờ tấm giữ và tấm đẩy bằng 2 bulong siết chặt

B7: Để thực hiện bước này, gắn chốt hồi vào tấm khuôn di động, sau đó đưa ty đẩy vào trong Tiếp theo, lắp tấm đẩy và tấm giữ để cố định chốt hồi cùng với ty đẩy Cuối cùng, gắn lò xo vào chốt hồi và siết chặt tấm đẩy cũng như tấm giữ bằng hai bulong.

Hình 3.19: Lắp hệ thống đẩy

B8: Gắn 2 tấm gối đỡ và tấm kẹp di động vào tấm khuôn di động sau đó định vị và siết chặt bằng 4 bulong lục giác dài

Hình 3.20: Lắp gối đỡ và tấm kẹp di động

B9: Lắp hệ thống khuôn cố định vào hệ thống khuôn di động đƣợc định vị và dẫn hướng bằng 4 chốt dẵn hướng và 4 bạc dẫn hướng

Hình 3.21: Bộ Khuôn hoàn chỉnh

MÔ PHỎNG

Mô hình mô phỏng

- Mô hình truyền nhiệt dựa trên nguyên lý truyền nhiệt đối lưu

- Nung nóng khối gia nhiệt bằng các heater ( điện trở đốt nóng ), ở nhiệt độ

- Khí được dẫn trong ống có đường kính Φ10 mm để gia nhiệt cho tấm Stamp (Hình 4.1)

Hình 4.1: Mô hình thí nghiệm

- Khảo sát sự tác động đến nhiệt độ T max trong quá trình mô phỏng với 4 thông số sau: (Hình 4.2)

 A: Khoảng cách từ miệng phun đến bề mặt tấm

Hình 4.2: Các thông số khảo sát

- Bảng giá trị các thông số khảo sát, cố định 3 thông số và lần lƣợt thay đổi thông số còn lại nhƣ sau

Bảng 4.1 Các thông số khảo sát

STT A (mm) T (mm) W (mm) L (mm)

Sử dụng Modul CFX trong phần mềm ANSYS 14.5 để phân tích

Hình 4.4: Modul Fluid Flow (CFX)

Tiến hành chia lưới cho mô hình

Hình 4.5: Chia lưới cho mô hình

Các thông số đầu vào của quá trình mô phỏng

 Nhiệt độ khí đầu vào: 400°C

 Nhiệt ban đầu của tấm stamp: 30°C

 Áp suất khí đầu vào: 7Mpa

 Vận tốc đầu ra của khí: 10m/s

 Các thông số A, T, L, W theo bảng 4.1

Hình 4.6: Nhiệt độ khí đầu vào

Kết quả mô phỏng

Hình 4.7: Kết quả mô phỏng

- Tiến hành khảo sát nhiệt độ lớn nhất T max ( o C) tại tâm C của tấm stamp

Hình 4.8: Khảo sát nhiệt độ tại tâm C của tấm

- Mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách A (mm) tác động đến nhiệt độ

Hình 4.9: Khảo sát nhiệt độ tại C khi thay đổi A Bảng 4.2: Bảng thông số thay đổi kích thước A

A (mm) T (mm) W (mm) L (mm) Tmax (°C)

Hình 4.10: Ảnh hưởng của khoảng cách A đến T max

- Khi thay đổi khoảng cách A thì nhiệt độ lòng khuôn cũng thay đổi theo Hầu nhƣ nhiệt độ thay đổi tuyến tính theo khoảng cách A

- Mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách T (mm) tác động đến nhiệt độ

Hình 4.11: Khảo sát nhiệt độ tại C khi thay đổi T

Bảng 4.3: Thay đổi kích thước T

Hình 4.12: Ảnh hưởng của chiều dày T đến T max

Khi thay đổi độ dày của tấm Stamp, nhiệt độ tại điểm C đạt mức cao nhất là 197°C Tuy nhiên, khi độ dày giảm xuống còn 1mm, nhiệt độ giảm nhanh chóng xuống còn 127,7°C Nhìn chung, sự thay đổi độ dày T (mm) dẫn đến sự thay đổi phi tuyến của nhiệt độ tại điểm C.

- Mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của chiều dài L (mm) tác động đến nhiệt độ

T max tại C đƣợc kết quả bảng 4.4

Hình 4.13: Khảo sát nhiệt độ tại C khi thay đổi L

Bảng 4.4: Thay đổi kích thước L

Hình 4.14: Ảnh hưởng của chiều dài L đến T max

- Khi tăng kích thước L từ 30 mm đến 42 mm thì nhiệt độ khảo sát tại C giảm từ 101,7°C xuống còn 96,4°C Biểu đồ thay đổi gần nhƣ tuyến tính

- Mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của chiều rộng W tác động đến nhiệt độ T max đƣợc bảng 4.5

Hình 4.15: Khảo sát nhiệt độ tại C khi thay đổi W

Bảng 4.5: Thay đổi kích thước W

Hình 4.16: Ảnh hưởng của chiều rộng W đến T max

- Khi tăng kích thước L từ 20 mm đến 32 mm thì nhiệt độ khảo sát tại C giảm từ 101°C xuống còn 97,1°C Độ chênh lệch nhiệt độ là 3,9°C

- Nhận xét chung về kết quả phân tích:

Hình 4.17: Tổng hợp các thông số ảnh hưởng đến T max

Chiều dày T của tấm stamp là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt độ, với độ dốc biểu đồ rõ rệt, đặc biệt trong khoảng từ 0.5 mm đến 1.5 mm, cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ lần lượt là 69.3°C và 28.6°C Bên cạnh đó, khoảng cách A cũng có tác động đáng kể, với tổng chênh lệch nhiệt độ là 23.7°C.

Chiều rộng W và chiều dài L của tấm stamp không có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ, với nhiệt độ chênh lệch lớn nhất khi thay đổi W là 3.9°C và khi thay đổi L là 5.3°C.

Khảo sát nhiệt độ lớn nhất là cần thiết, nhưng việc xem xét phân bố nhiệt cũng rất quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Do đó, chúng ta tiến hành khảo sát phân bố nhiệt độ Trong bốn thông số đã được xem xét, khoảng cách A và chiều dày T cho thấy sự ảnh hưởng lớn nhất, vì vậy chúng ta chỉ tập trung vào hai thông số này Khảo sát nhiệt độ sẽ được thực hiện tại mặt cắt ngang của tấm stamp như hình 4.18.

Hình 4.18: Khảo sát nhiệt độ tại mặt cắt ngang

- Ta có bảng thống kê kết quả phân tích khi thay đổi A (mm) nhƣ sau:

Bảng 4.6: Kết quả phân tích khi thay đổi A

Tọa độ X A (1mm) A (2mm) A (3mm) A (4mm) A (5mm)

Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi A

- Bảng thống kê kết quả phân tích khi thay đổi T (mm) nhƣ sau

Bảng 4.7: Kết quả phân tích khi thay đổi T

X T (0.5mm) T (1.0mm) T (1.5mm) T (2.0mm) T (2.5mm)

Hình 4.20: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi T

Sự thay đổi của thông số A và T ảnh hưởng đáng kể đến phân bố nhiệt độ, với A = 1mm cho thấy độ chênh lệch nhiệt độ cao nhất là 3.4°C Đối với A = 2mm, độ chênh lệch giảm xuống còn 2°C, trong khi A = 5mm chỉ còn 0.5°C Khi thay đổi thông số T, độ chênh lệch nhiệt độ đạt 1.7°C ở T = 0.5mm và giảm còn 0.5°C khi T = 2.5mm.

Khi thay đổi khoảng cách A (mm), nhiệt độ lòng khuôn cũng thay đổi Nhiệt độ cao nhất được ghi nhận tại điểm C, trung tâm của tấm Stamp, với giá trị 197,4°C khi khoảng cách A bằng 1 mm Nhiệt độ tại biên là 195,7°C, tạo ra độ chênh lệch nhiệt độ là 1,7°C.

Hình 4.21: Tổng hợp phân bố nhiệt độ khi thay đổi A và T

VÀ ÉP THỬ SẢN PHẨM VÀ ÉP THỬ SẢN PHẨM

THỰC NGHIỆM

Thiết bị thực nghiệm

Máy ép nhựa tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh (Số 01, Võ

Văn Ngân, Linh Chiểu, quận Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh)

Bộ gia nhiệt bao gồm ba tấm gia nhiệt: tấm trên, tấm giữa và tấm dưới, cùng với 16 thanh điện trở cung cấp nhiệt cho các tấm này Các tấm gia nhiệt được chế tạo từ vật liệu thép CT3 và được gia công trên máy CNC, đảm bảo độ chính xác cao Mỗi thanh gia nhiệt có công suất 200 W, giúp gia nhiệt hiệu quả cho khí khi đi qua.

Hình 5.3: Điện trở công suất 200W

5.1.3 Tay máy Điều khiển vị trí của khối block tới vị trí gia nhiệt cần thiết

- Xi lanh hành trình gắn bộ gia nhiệt

- Bo mạch điều khiển nhiệt độ

Hình 5.4: Tay máy điều khiển

Tấm stamp đƣợc làm từ vật liệu nhôm, đƣợc gia công và lắp ghép vào lòng khuôn

Chế độ lắp ghép có độ dôi

Trong nghiên cứu này, camera nhiệt FLUKE sẽ được sử dụng để quan sát nhiệt độ bề mặt tấm khuôn Camera này hoạt động dựa trên nguyên lý bức xạ của tia hồng ngoại, cho phép đo đạc nhiệt độ và thể hiện chúng qua các dải màu sắc.

Bằng cách sử dụng phần mềm đi kèm với thiết bị, chúng ta có thể xác định nhiệt độ cần đo tại vị trí mong muốn từ hình ảnh có 67 màu.

Hình 5.6: Camera nhiệt Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của camera nhiệt

Bước sóng cảm biến (Sensor wavelength)

Tần số quét (Scanning frequency)

0.1 (sec) Độ chính xác (Minimum sensor accuracy) ±2 0 C

Khoảng nhiệt độ đo (Temperature range)

Thực nghiệm gia nhiệt cho khuôn

Hình 5.7: Kích thước mô hình thực nghiệm

Bảng 5.2: Kết quả nhiệt độ đo thực tế tại tấm nhôm ứng với các mức nhiệt độ khác nhau của dòng khí (t khí ) Đơn vị: 0 C

STT Thời gian gia nhiệt Ex_200 0 C Ex_250 0 C Ex_300 0 C Ex_350 0 C Ex_400 0 C

Kết quả đo nhiệt thực tế với T khí = 200 0 C

Hình 5.8: Kết quả đo nhiệt thực tế với T khí = 200 0 C

SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

So sánh kết quả phân tích và thực nghiệm

Tiến hành mô phỏng với các thông số nhƣ hình 5.7 (A=3mm, T=1mm,

Thời gian gia nhiệt từ 5 đến 60 giây, cùng với việc thay đổi nhiệt độ khí đầu vào, đã cho kết quả như bảng 6.1 Kết quả này được so sánh với dữ liệu thực nghiệm có trong bảng 5.2.

Bảng 6.1: Kết quả mô phỏng

STT Thời gian gia nhiệt Si_200 0 C Si_250 0 C Si_300 0 C Si_350 0 C Si_400 0 C

Hình 6.1: So sánh khi nhiệt độ khí đầu vào là 200°C

- Nhiệt độ trong quá trình mô phỏng cao hơn so với nhiệt độ trong quá trình thực nghiệm

- Nhiệt độ chênh lệch nhỏ nhất là khi gia nhiệt 5s, giá trị chênh lệch là 10°C

- Khi gia nhiệt đến 15s thì độ chênh lệch ngày càng tăng, sau đó độ chênh lệch tương đối ổn định trong suốt quá trình gia nhiệt đến 60s

- Sai số lớn nhất khi gia nhiệt ở 200°C là tại thời gian 10s (17.5°C tương đương

- Sai số trung bình của tổng quá trình gia nhiệt ở 200°C là o i

- Nhiệt độ chênh lệch nhỏ nhất là khi gia nhiệt 5s, giá trị chênh lệch là 9.7°C

- Khi gia nhiệt đến 15s thì độ chênh lệch ngày càng tăng, sau đó độ chênh lệch tương đối ổn định trong suốt quá trình gia nhiệt đến 60°C

- Khi gia nhiệt đến 20s thì độ chênh lệch ngày càng tăng, sau đó độ chênh lệch bắt đầu giảm trong suốt quá trình gia nhiệt đến 60°C

- Khi mô phỏng đến 20s thì nhiệt độ đạt đƣợc hầu nhƣ tăng không đáng kể cho dù có tăng thời gian gia nhiệt

- Sai số lớn nhất khi gia nhiệt ở 400°C là tại thời gian 20s (33°C tương đương

Hình 6.6: Tổng hợp so sánh mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Nhiệt độ trong mô phỏng thường cao hơn nhiệt độ thực nghiệm do điều kiện biên không thể hoàn toàn khớp với thực tế Trong quá trình thực nghiệm, nhiệt độ bị hao tổn nhiều hơn do quá trình gia nhiệt, bao gồm truyền nhiệt ra môi trường và truyền nhiệt vào khuôn Thêm vào đó, hao tổn nhiệt độ cũng xảy ra do quá trình bức xạ nhiệt.

Khi so sánh độ chênh lệch nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm, chúng ta nhận thấy rằng độ chính xác của quá trình mô phỏng đạt cao nhất ở nhiệt độ 250°C với sai số chỉ 5.3%, trong khi đó, sai số cao nhất là 8.5% khi nhiệt độ khí đầu vào đạt 350°C.

- Nhiệt độ tại 5s thì chênh lệch là nhỏ nhất Khi gia nhiệt thời gian lớn hơn 10s thì độ chênh lệch bắt đầu ổn định

- Khi gia nhiệt ở nhiệt độ 400°C trong 20s thì khoảng chênh lệch cao nhất 33°C, nguyên nhân ở đây là do quán tính nhiệt trong quá trình mô phỏng gây ra

- Sai số lớn nhất trong quá trình gia nhiệt là khi gia nhiệt ở 400°C tại thời gian 20s

(33°C tương đương 10.4% ) Sai số nhỏ nhất trong quá trình gia nhiệt là khi gia nhiệt ở 400°C tại thời gian 55s (12.1°C tương đương 3.5% )

- Sai số trung bình của tổng quá trình gia nhiệt là

Si_200°C Ex_200°C Si_300°C Ex_300°C Si_400°C Ex_400°C Si_250°C Ex_250°C Si_350°C Ex_350°C

Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi mô phỏng thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Hình 6.7: Khảo sát độ ổn định nhiệt trên đường L

Trên tấm Stamp ta tiến hành khảo sát độ ổn định nhiệt theo đường L như hình

6.5 Lần lƣợt mô phỏng tại các nhiệt độ 200°C, 250°C, 300°C, 350°C, 400°C đƣợc bảng số liệu sau

Bảng 6.2: Giá trị nhiệt độ khuôn khi mô phỏng thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Nhiệt độ đầu vào của khí Tọa độ

X(mm) Si_200°C Si_250°C Si_300°C Si_350°C Si_400°C

Hình 6.8: Độ ổn định nhiệt trên đường L khi thay đổi nhiệt độ

- Khi mô phỏng, độ ổn định nhiêt trên bề mặt rất cao Giá trị chênh lệch lớn nhất là

1.2°C khi gia nhiệt ở 400°C Nhiệt độ tại tâm C là cao nhất

Si_200°C Si_250°C Si_300°C Si_350°C Si_400°C

Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi tiến hành thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Đối với từng mức nhiệt độ khí đầu vào, chúng tôi đã thực hiện 5 lần đo đạc phân bổ đều trên toàn bộ bề mặt khảo sát, như thể hiện trong hình 6.7 và bảng số liệu ở phần phụ lục Quá trình xử lý dữ liệu được tiến hành nhằm xác định giá trị nhiệt độ cũng như độ chênh lệch nhiệt độ tương ứng.

Hình 6.9: Khảo sát phân bố nhiệt độ trên toàn bề mặt với 5 lần đo

Kết quả đo nhiệt độ phân bố trên bề mặt đƣợc thể hiện dạng 3D với phổ màu nhiệt độ nhƣ hình 6.8

Hình 6.10: Phân bố nhiệt độ bề mặt khi thực nghiệm

6.3.1 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 200°C

Khảo sát ở nhiệt độ 200°C, tiến hành tính giá trị trung bình và phương sai tương ứng của 5 lần đo với

Các hệ số độ tin cậy  i :

Xác định kích thước trung bình x và

Với độ tin cậy   95%, k  5 tra đƣợc t α = 2.015 Vậy độ chính xác đo đạt: t x x 2.015x0.132 0.3

Khi đó, giá trị nhiệt độ sẽ là: x     x  184.5 0.3 

So sánh độ ổn định nhiệt độ trên bề mặt giữa giá trị mô phỏng và thực nghiệm ta đƣợc biểu đồ sau

Hình 6.11: So sánh phân bố nhiệt khi đầu vào khí 200°C

Nhiệt độ thực tế trên tấm stamp đạt mức cao, với giá trị chênh lệch so với nhiệt độ bề mặt xung quanh lên tới 105.7°C.

- Giá trị chênh lệch nhiệt ở bề mặt thực nghiệm là 0.3°C

- Giá trị chênh lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm là 12°C (tương đương 6.5%)

Tiến hành khảo sát tương tự như ở nhiệt độ 200°C, ta được:

Nhiệt độ thực tế trên tấm stamp đạt mức cao, với giá trị chênh lệch so với nhiệt độ bề mặt xung quanh lên đến 129.6°C.

- Giá trị chênh lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm là 11.9°C (tương đương 4.9%)

Nhiệt độ thực tế của tấm stamp đạt mức cao, với giá trị chênh lệch so với nhiệt độ bề mặt xung quanh lên tới 149.4°C.

- Giá trị chênh lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm là 16.4°C (tương đương 6%)

Nhiệt độ thực tế tập trung cao ở tấm stamp, với giá trị chênh lệch giữa tấm và nhiệt độ bề mặt xung quanh lên tới 178°C.

Nhiệt độ thực tế tập trung cao nhất ở tấm stamp, với giá trị chênh lệch giữa tấm và nhiệt độ bề mặt xung quanh lên tới 198.5°C.

Hình 6.16: Phân bố nhiệt độ khi thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Ex_200°C Ex_250°C Ex_300°C Ex_350°C Ex_400°C

So sánh phân bố nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào, chúng tôi đã khảo sát sự ổn định nhiệt trên bề mặt, thể hiện qua biểu đồ hình 6.14.

Hình 6.17: Tổng hợp phân bố nhiệt trên bề mặt giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào

Nhiệt độ tập trung cao ở tấm stamp, cho thấy rằng khi giá trị nhiệt độ khí đầu vào tăng, nhiệt độ của tấm stamp và lòng khuôn xung quanh cũng sẽ tăng theo.

Giá trị chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình mô phỏng và nhiệt độ trung bình thực nghiệm, cùng với sai số mô phỏng, đã được tổng hợp trong bảng 6.2.

Ex_200°C Si_200°C Ex_250°C Si_250°C Ex_300°C Si_300°C Ex_350°C Si_350°C Ex_400°C Si_400°C

Bảng 6.3: Bảng so sánh sai số phân bố nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm

Nhiệt độ đầu vào của khí Ex_200°C Ex_250°C Ex_300°C Ex_350°C Ex_400°C

Nhiệt độ trung bình mô phỏng

Nhiệt độ trung bình thực nghiệm 184.5 241.5 272.5 319 349.1

Giá trị sai số tuyệt đối 12 11.9 16.4 19.7 11.7

- Sai số lớn nhất là tại 200°C với giá trị 6.5%

- Sai số nhỏ nhất tại 400°C với giá trị 3.4%

- Sai số trung bình của phân bố nhiệt độ trên khuôn khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào là: 5.4%

Bảng 6.4: Bảng so sánh kết quả phân tích và thực nghiệm tại nhiệt độ 200°C

STT Thời gian gia nhiệt Si_200°C Ex_200°C Phân bố nhiệt độ khi thực nghiệm 200°C

Bảng 6.6: Bảng so sánh kết quả phân tích và thực nghiệm với nhiệt độ 300°C

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	6,62 MB