(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng

TỔNG QUAN

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước

Hiện nay, các quốc gia có nền công nghiệp phát triển đã áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa để cải thiện chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế Điều khiển nhiệt độ không chỉ đơn thuần là tăng hoặc giảm nhiệt theo thời gian, mà còn yêu cầu phân bố nhiệt độ đồng đều tại các vị trí khác nhau để phù hợp với hình dáng và kích thước sản phẩm Điều này giúp nhựa nóng có thể lấp đầy lòng khuôn một cách tối ưu, tránh các vấn đề như cong vênh, đường hàn, vết lún và co rút Do đó, nghiên cứu và chế tạo bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn là rất cần thiết cho ngành nhựa.

Quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia thành hai nhóm chính dựa trên ảnh hưởng của nhiệt độ lên tấm khuôn: gia nhiệt toàn bộ tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt bề mặt khuôn (surface heating) Trong nhóm gia nhiệt toàn bộ, phương pháp sử dụng hơi nước (steam heating) cho phép đạt tốc độ gia nhiệt từ 1 oC/s đến 3 oC/s Tuy nhiên, phương pháp này cũng gây ra khó khăn trong quá trình giải nhiệt cho khuôn.

Kiểm soát nhiệt độ bề mặt lòng khuôn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chu kỳ phun ép và chất lượng sản phẩm Việc cải thiện tốc độ gia nhiệt thông qua phương pháp gia nhiệt bề mặt khuôn cho phép quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn diễn ra hiệu quả hơn Bằng cách phủ một lớp cách nhiệt, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể tăng lên khoảng 25 oC Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại đã được nghiên cứu và áp dụng thành công cho khuôn phun ép nhựa.

Hình 1.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước

Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại được sử dụng để đáp ứng nhu cầu gia nhiệt hiệu quả Để gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gia nhiệt bằng khí) đã được nghiên cứu và đánh giá.

Phương pháp "gas heating" cho phép tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60 oC lên 120 oC chỉ trong 2 giây, nhưng sẽ đạt trạng thái bão hòa nếu thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 giây Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tốc độ gia nhiệt rất cao, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ sản phẩm Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả, thiết kế khuôn phun ép cần được điều chỉnh để tích hợp hệ thống gia nhiệt.

Hình 1.4: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating)

Hình 1.5: Hệ thống khuôn phun ép đƣợc gia nhiệt khuôn bằng giòng khí nóng

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) được áp dụng tương tự như các phương pháp gia nhiệt bề mặt để giảm thiểu hiện tượng cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn và các khuyết tật khác trên sản phẩm nhựa.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ kết hợp với lưu chất giải nhiệt đang được nghiên cứu để điều khiển nhiệt độ khuôn hiệu quả Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống khác.

 Tốc độ gia nhiệt cao

 Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 s

 Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép nhƣ một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn

Hiện nay, thiết kế cuộn dây gia nhiệt chủ yếu chỉ ở dạng 2D, dẫn đến việc bố trí cuộn dây trên hai mặt phẳng Điều này gây ảnh hưởng tiêu cực đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn, góp phần làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép Để khắc phục tình trạng này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm cải thiện độ đồng đều nhiệt độ trên bề mặt khuôn và giảm thiểu cong vênh của sản phẩm.

Ngành nhựa Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với mức tăng trưởng hàng năm từ 16% đến 18%, chỉ đứng sau ngành viễn thông và dệt may Một số mặt hàng có tốc độ tăng trưởng gần 100%, nhờ vào thị trường rộng lớn và tiềm năng phát triển còn lớn Ngành nhựa vẫn đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển so với thế giới, với sản phẩm nhựa được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực, bao gồm bao bì nhựa, vật liệu xây dựng, đồ gia dụng và sản phẩm kỹ thuật cao.

Nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa đang được thúc đẩy mạnh mẽ tại Việt Nam, nhằm tối ưu hóa quá trình giải nhiệt và giảm chi phí sản xuất trong ngành nhựa Các doanh nghiệp trong nước đang khai thác phần mềm chuyên dụng như C-Mold, Moldflow, và Moldex3D để mô phỏng quá trình gia công nhựa Ngoài ra, nhiều đề tài nghiên cứu đã tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE trong lĩnh vực này Dưới đây là một số nghiên cứu tiêu biểu được thực hiện trong nước.

Gia nhiệt bằng nước nóng “ Tối ưu hóa hệ thống điều khiển nhiệt khuôn dương” tác giả Lê Quang Lưu

Hình 1.7: Đường nhiệt độ của nước cuối qt gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn nhôm

Trong nghiên cứu này, kết quả so sánh giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn nhôm cho thấy sau 20 giây gia nhiệt, nhiệt độ tại điểm P1 đạt 52,25 °C và tại điểm P2 là 65,5 °C, với điểm P1 có sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn so với P2 Cuối quá trình giải nhiệt, nhiệt độ tại P1 là 38 °C và tại P2 là 35 °C.

Gia nhiệt bằng điện trở “Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng điện trở và nước cho tấm khuôn dương” tác giả Nguyễn Tấn Phùng

Kết quả nghiên cứu so sánh giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 cho thấy nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt trong mô phỏng đạt 96 °C, trong khi thí nghiệm chỉ đạt 74 °C, tạo ra sự chênh lệch khoảng 22 °C Đối với quá trình giải nhiệt, nhiệt độ cuối cùng ghi nhận được là 57 °C, với sự chênh lệch giữa thí nghiệm và mô phỏng chỉ là 0.13 °C.

Gia nhiệt bằng khí nóng “Gia nhiệt cục bộ cho lòng khuôn ép nhựa bằng khí nóng’’ tác giả Phùng Huy Dũng

Hình 1.10 so sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn Al, cho thấy rằng việc gia nhiệt bằng khí nóng làm nhiệt độ tấm insert khuôn tăng nhanh chóng Cụ thể, khi gia nhiệt với nguồn nhiệt 200 °C, trong khoảng thời gian từ 5s đến 10s, nhiệt độ khuôn tăng trung bình 8 °C/s, trong khi từ 10s đến 15s, nhiệt độ khuôn chỉ tăng trung bình 2 °C/s.

Luận văn tốt nghiệp cao học "Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun" của tác giả Lê Minh Trí từ ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã trình bày cơ sở thiết kế hệ thống giải nhiệt cho khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt Tác giả đã áp dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm tấm mỏng và sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng và kiểm tra kết quả Tuy nhiên, luận văn chưa đưa ra phương pháp tối ưu cho thiết kế hệ thống giải nhiệt và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở chi tiết quá đơn giản, chưa đáp ứng yêu cầu thực tế.

Luận văn tốt nghiệp cao học của tác giả Nguyễn tập trung vào việc nghiên cứu và xây dựng quy trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa, ứng dụng công nghệ CAD/CAE Nghiên cứu này không chỉ nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế mà còn tối ưu hóa quá trình sản xuất khuôn, góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm nhựa Thông qua việc áp dụng các công cụ CAD/CAE, tác giả đã phát triển một quy trình thiết kế khoa học, hỗ trợ các kỹ sư trong ngành công nghiệp nhựa.

Tính cấp thiết của đề tài

Thiết kế hệ thống khuôn ép nhựa, đặc biệt là hệ thống điều khiển nhiệt độ, là một quá trình phức tạp, tốn kém về chi phí và thời gian Hiện tại, có hai phương pháp chính được áp dụng để thiết kế hệ thống gia nhiệt.

 Thiết kế theo kinh nghiệm

 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (sử dụng công cụ CAE)

Cả hai phương pháp giải nhiệt cho khuôn hiện nay chủ yếu dẫn đến việc các công ty sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ tập trung vào các sản phẩm đơn giản và chất lượng thấp, chủ yếu trong lĩnh vực hàng tiêu dùng Hơn nữa, các giải pháp cho các vấn đề như cong vênh, đường hàn và chất lượng bề mặt vẫn còn hạn chế và tốn kém trong quá trình sản xuất.

Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa theo nguyên lý gia nhiệt bề mặt bằng cảm ứng từ với các tiêu chí nhƣ sau:

 Tốc độ gia nhiệt đủ nhanh (sau 3 - 6 s, nhiệt độ bề mặt khuôn đạt tới nhiệt độ > 100 o C)

 Phân tích, mô phỏng quá trình gia nhiệt nhằm dự đoán phân bố nhiệt độ ứng với các thiết kế hình dạng lòng khuôn khác nhau

 Phân tích quá trình gia nhiệt, sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn ứng với các thiết kế hình dạng lòng khuôn khác nhau.

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa: đảm bảo tính đa dạng, tận dụng đƣợc các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài b Phương pháp phân tích thực nghiệm Dựa trên các kết quả trong thực nghiệm, lựa chọn đƣợc cấu hình thiết bị phù hợp, tối ƣu hóa đƣợc quy trình thu thập kết quả thí nghiệm c Phương pháp phân tích so sánh Dựa trên các kết quả mô phỏng và thực nghiệm so sánh kết quả của các thiết kế tấm khuôn khác nhau trong quá trình gia nhiệt nhƣ:

 Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn

 Giá trị nhiệt độ cao nhất của quá trình gia nhiệt

Từ đó làm sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.

Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

Mô hình gia nhiệt cho tấm lòng khuôn phun ép bao gồm:

 Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng cảm ứng từ

 Hệ thống dẫn nước giải nhiệt trong lòng khuôn

 Phương pháp mô phỏng nhằm dự đoán kết quả gia nhiệt cho bề mặt khuôn

 Tấm khuôn mẫu kích thước như trong bảng 3.3

 Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng cảm ứng từ: 40 o C 

 Quá trình gia nhiệt cho khuôn đạt nhiệt độ cao nhất: 154 o C

Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện

 Thu thập và phân tích tài liệu về kỹ thuật điều khiển nhiệt độ cho khuôn phun ép gồm 2 nhóm chính o Giải nhiệt cho khuôn o Gia nhiệt cho khuôn

 Tìm hiểu các yêu cầu về kết cấu khuôn ứng với phương pháp điều khiển nhiệt độ theo nguyên lý cảm ứng từ

 Phân tích và đề xuất các thiết kế cho cuộn dây trong hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho khuôn phun ép

 Mô phỏng các thiết kế của cuộn dây và chọn ra các thiết kế khả thi

 Thí nghiệm kiểm chứng các kết quả mô phỏng

 Tổng kết và đưa ra các phương án tối ưu hóa

QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một kỹ thuật hiệu quả trong việc gia nhiệt các vật liệu dẫn điện, giúp nâng nhiệt độ lên đến giới hạn chảy trong quá trình hàn hoặc nhiệt độ chuyển đổi pha trong quá trình tôi cao tần Phương pháp này nổi bật với tốc độ gia nhiệt nhanh, độ ổn định cao và khả năng điều khiển chính xác Là một phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc, nó hoạt động dựa trên dòng điện cao tần trong cuộn dây, tạo ra dòng điện cảm ứng trên bề mặt vật liệu cần gia nhiệt, làm nóng chỉ phần gần bề mặt, từ đó nâng cao hiệu quả gia nhiệt Trong quá trình phun ép, sau khi bề mặt khuôn đạt nhiệt độ yêu cầu, nhựa nóng được phun vào và quá trình giải nhiệt diễn ra nhanh chóng nhờ khả năng gia nhiệt chỉ tại bề mặt khuôn, giúp tăng tốc độ giải nhiệt so với các phương pháp khác.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra dòng điện cao tần trong cuộn sơ cấp, tạo ra từ trường biến đổi xung quanh Theo định luật Faraday, khi có cuộn dây thứ cấp nằm trong vùng từ trường này, dòng điện cảm ứng sẽ được sinh ra Trong quá trình gia nhiệt, cuộn dây đóng vai trò cuộn sơ cấp, trong khi bề mặt khuôn hoạt động như cuộn thứ cấp Khi dòng điện cao tần chạy qua cuộn dây, từ trường với tần số cao sẽ xuất hiện, và nếu bề mặt khuôn được đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ hình thành trên bề mặt khuôn, từ đó thực hiện quá trình gia nhiệt hiệu quả.

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Hình 2.3: Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Hình 2.4: Một hệ thống gia nhiệt cảm ứng từ điển hình

Hiệu ứng bề mặt

Trong quá trình gia nhiệt khuôn, dòng điện cao tần khiến hiện tượng gia nhiệt chỉ tập trung ở bề mặt lòng khuôn Nghiên cứu về cảm ứng điện từ cho thấy, với tần số dòng điện càng cao, dòng điện cảm ứng trên vật cần gia nhiệt sẽ càng tập trung ở bề mặt, dẫn đến hiệu ứng nung nóng bề mặt được thể hiện rõ rệt.

Chiều sâu lớp gia nhiệt (Heating layer or Penetration depth) tính từ bề mặt của vật cần gia nhiệt đƣợc xác định theo công thức sau [6]: f

Với: : Điện trở suất (Resistivity) [W.m] à: Độ ngấm từ (Magnetical permeability) [H/m] f: Tần số (Frequency) [Hz]

Theo công thức trên, độ ngấm từ phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tần số dòng điện Đối với cùng loại vật liệu, hiệu suất và độ dày lớp gia nhiệt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số dòng điện Với các vật liệu từ tính thấp như đồng (Cu) và nhôm (Al), độ ngấm từ thường bằng 1, trong khi đó, các vật liệu sắt từ có độ ngấm từ khác biệt.

Vật liệu ferromagnetic như thép có độ ngắm từ cao, dẫn đến việc gia nhiệt tập trung chủ yếu ở bề mặt của vật liệu Nhờ vào hiệu ứng bề mặt, quá trình gia nhiệt này không chỉ hiệu quả hơn mà còn nâng cao đáng kể hiệu suất gia nhiệt tổng thể.

Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt (coil design) 16 2.4 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm ứng từ 16

Trong quá trình gia nhiệt bề mặt khuôn, dòng điện cảm ứng được tạo ra bởi từ trường thay đổi của cuộn dây Các thiết kế cuộn dây khác nhau dẫn đến sự biến đổi của từ trường, ảnh hưởng đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn Một cuộn dây được thiết kế tốt sẽ tạo ra vùng gia nhiệt hợp lý và tối ưu hóa hiệu suất gia nhiệt Cuộn dây gia nhiệt thường được làm từ ống đồng với đường kính từ 5 mm đến 14 mm, có thể có 1 hoặc nhiều vòng xoắn ốc, với tiết diện tròn hoặc vuông Khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt cần gia nhiệt cũng rất quan trọng; khoảng cách nhỏ sẽ tăng hiệu suất gia nhiệt.

2.4 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm ứng từ

Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ diễn ra nhanh chóng nhờ mật độ dòng điện tập trung tại bề mặt gia nhiệt Phương pháp này hiệu quả trong việc nâng nhiệt độ bề mặt lên mức cao hơn nhiệt độ chuyển pha (Tg) của vật liệu nhựa Đặc biệt, nó cho phép gia nhiệt cục bộ tại những khu vực nhỏ trên bề mặt khuôn Hơn nữa, các thiết bị sử dụng trong quá trình này có thể được tự động hóa một cách dễ dàng.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được đánh giá cao về hiệu quả năng lượng, nhưng mức độ hiệu quả này phụ thuộc vào loại vật liệu cần gia nhiệt Trong quy trình phun ép nhựa, quá trình gia nhiệt diễn ra nhanh chóng, giúp giảm thiểu tối đa tổn thất nhiệt năng ra ngoài môi trường.

Chất lượng vùng gia nhiệt được cải thiện nhờ vào thiết kế cuộn dây gia nhiệt hợp lý, cho phép điều khiển dễ dàng Hơn nữa, quá trình gia nhiệt có thể được mô phỏng và tính toán chính xác trước khi thực hiện, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp gia nhiệt khác Đầu tiên, quá trình điều khiển nhiệt độ diễn ra một cách dễ dàng và chính xác Thứ hai, gia nhiệt bằng cảm ứng từ chỉ tác động lên lớp bề mặt của khuôn, giúp nâng cao hiệu quả năng lượng so với phương pháp dùng điện trở Ngoài ra, phương pháp này cho phép gia nhiệt cục bộ tại một hoặc nhiều vùng trên bề mặt khuôn, đồng thời gần như không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường bên ngoài Cuối cùng, đây là phương pháp thân thiện với môi trường, không gây tác động xấu đến tự nhiên.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có một số nhược điểm cần khắc phục, bao gồm việc chỉ hiệu quả với các loại vật liệu sắt từ, giá thiết bị còn cao và khó khăn trong việc thiết kế cuộn dây phù hợp cho các bề mặt phức tạp.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Trang thiết bị thí nghiệm

 Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ:

Trong nghiên cứu này, máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cung cấp nguồn điện xoay chiều tần số cao cho cuộn dây, tạo ra từ trường cảm ứng trên bề mặt gia nhiệt Nước được sử dụng làm dung dịch giải nhiệt cho cả máy và cuộn dây Thiết bị có khả năng cung cấp cường độ điện tối đa 52A và công suất cực đại 30 kW, với các thông số chi tiết được trình bày trong bảng 3.1.

Hình 3.1: Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Hệ thống điều khiển Mạch điện tử

Công suất cực đại 30(Kw)

Cường độ dòng điện lớn nhất 52(A)

Nghiên cứu này áp dụng thiết kế cuộn dây 3D để thực hiện thí nghiệm, với cuộn dây được chế tạo từ ống đồng có đường kính ngoài 8mm và đường kính trong 6mm cho phép nước chảy bên trong Kích thước cuộn dây được thiết kế để tương thích với nhiều tấm khuôn khác nhau, với tổng chiều dài của cuộn dây là 1.2m.

Hình 3.3: Cuộn dây thí nghiệm

Bảng 3.2: Bảng kê linh kiện của bộ thí nghiệm gia nhiệt

Stt Số lƣợng Tên chi tiết

 Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây cảm ứng từ

Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây được chế tạo từ đồng thau, đảm bảo khả năng truyền điện và nhiệt tốt nhất Mặt tiếp xúc với các tấm nhôm được mài phẳng để tăng cường khả năng tiếp xúc Bệ có hai lỗ taro M5 để khóa chặt tấm khuôn với bệ đỡ, cùng với hai lỗ taro M13 để lắp co nối dẫn nước Các thông số kích thước được thể hiện trong hình 3.4.

Hình 3.4: Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây cảm ứng từ

Nghiên cứu này sử dụng các tấm khuôn hình chữ nhật với kích thước chiều dài L, chiều rộng W và chiều dày T, được trình bày trong bảng 3.3 Các tấm khuôn khác có kích thước W và H thay đổi như minh họa trong hình 3.5, 3.6 và 3.7 Tất cả các tấm khuôn đều được chế tạo từ thép cacbon C45, có cơ tính được ghi trong bảng 3.4 Đây là các thiết kế hình dạng cơ bản nhất thường gặp trong các lòng khuôn.

Hình 3 5: Tấm khuôn thí nghiệm hình chữ nhật

Bảng 3.3: Kích thước của tấm khuôn thí nghiệm

 Các tấm khuôn có hình dạng khác

Thiết kế 1: Tấm khuôn âm có chiều dài 100, chiều rộng 20 và kích thước W lần lƣợt là: 20; 40; 60mm

Hình 3.6: Thiết kế 1 Thiết kế 2: Tấm khuôn dương có chiều dài 100, chiều rộng 20 và kích thước

Thiết kế 3: Tấm khuôn có phần âm và phần dương H thay đổi, kích thước H lần lƣợt là: 20; 40; 60mm

Bảng 3.4: Cơ tính của thép cacbon C45

Camera nhiệt Avio NEO THERMO TVS-700 được sử dụng để quan sát và ghi nhận nhiệt độ trên bề mặt tấm khuôn Các tín hiệu nhiệt độ sẽ được hiển thị bằng bảng màu, giúp người dùng dễ dàng nhận diện sự phân bố nhiệt độ Ngoài ra, phần mềm chuyên dụng đi kèm với camera cho phép phân tích và lưu trữ các giá trị nhiệt độ tại bất kỳ vị trí nào trên bề mặt, phục vụ cho việc so sánh kết quả trong quá trình gia nhiệt.

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của camera nhiệt

Tần số quét 0.1(sec) Độ chính xác 0.08(°C)

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong quá trình thí nghiệm, giúp thu thập giá trị nhiệt độ khuôn bên cạnh việc sử dụng camera nhiệt Hai cảm biến có thể được sử dụng đồng thời để quan sát nhiệt độ, và thông qua thiết bị cầm tay, giá trị nhiệt độ sẽ được ghi nhận theo thời gian để phục vụ cho phân tích sau này Đặc biệt, thiết bị đo nhiệt có khả năng kết nối với máy tính qua phần mềm, cho phép hiển thị sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian trên màn hình, nâng cao hiệu quả quan sát và phân tích dữ liệu.

. Hình 3.10: Thiết bị đo nhiệt (tiếp xúc)

Bảng 3.6: Thông số của thiết bị đo nhiệt tiếp xúc

Khoảng nhiệt độ đo -200°C~1370°C Độ chính xác ±（0.3％rdg）＋1 °C Độ nhạy (Resolution) 0.1 °C Nhiệt độ môi trường làm việc 0°C~50°C

Nhiệt độ lưu trữ thiết bị -20°C~60°C

Kích thước 184mm × 64mm × 30mm

Trong nghiên cứu này, phần mềm COMSOL Multiphysics sẽ được sử dụng để mô phỏng quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ Mô phỏng sẽ phân tích các thông số quan trọng như hình dạng, độ dày các tấm khuôn và quá trình truyền nhiệt Kết quả phân bố nhiệt độ trên bề mặt tấm khuôn vào cuối quá trình gia nhiệt sẽ được so sánh với kết quả thí nghiệm thực tế.

Phương pháp thí nghiệm

Bước đầu tiên trong quá trình thiết kế tấm khuôn là sử dụng phương pháp mô phỏng để so sánh phân bố nhiệt độ, nhằm xác định phân bố tối ưu nhất Sau đó, các thí nghiệm sẽ được thực hiện để so sánh với kết quả mô phỏng Đối với thiết kế có phân bố nhiệt độ tốt hơn, các thông số của tấm khuôn sẽ được phân tích chi tiết hơn Cuối cùng, sẽ tổng hợp và đưa ra kết luận về các thiết kế khác nhau của tấm khuôn.

Trong quá trình nghiên cứu, hệ thống thí nghiệm được thiết lập theo hình 3.11, bao gồm việc gá đặt các tấm khuôn và kết nối hệ thống điện, nước với máy gia nhiệt Sau khi cuộn dây cảm ứng từ được kết nối, quá trình gia nhiệt sẽ được tiến hành Khi quá trình này kết thúc, cuộn dây sẽ được di chuyển ra xa tấm khuôn và thiết bị giám sát nhiệt độ, như camera nhiệt hoặc cảm biến nhiệt, sẽ được sử dụng để thu thập dữ liệu Sau khi thu thập kết quả, thiết bị điều khiển nhiệt độ sẽ được kích hoạt, cho phép nước lưu chuyển trong các kênh dẫn để giải nhiệt cho khuôn Ngoài việc ghi nhận phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn qua camera nhiệt, giá trị nhiệt độ tại các điểm đo cũng sẽ được ghi nhận bằng cảm biến nhiệt tiếp xúc.

Hình 3.6: Hệ thống đo nhiệt độ

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ

Giới thiệu

Để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất cũng như phế phẩm, việc ứng dụng phần mềm và công cụ mô phỏng trong nghiên cứu và cải tiến sản phẩm là rất quan trọng Qua quá trình mô phỏng, nhà sản xuất có thể dự đoán kết quả trước khi triển khai thiết bị hoặc giải pháp mới, đây là một trong những giải pháp hiệu quả nhất.

Mô phỏng hiện nay được coi là công cụ hữu ích giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và vật liệu Phần mềm COMSOL Multiphysics là giải pháp hiệu quả cho việc mô phỏng các hiện tượng như biến dạng cơ học, truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất Nghiên cứu này sẽ sử dụng COMSOL Multiphysics để dự đoán kết quả của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ thông qua hai bước.

 Quá trình gia nhiệt bề mặt khuôn

Quá trình truyền nhiệt từ bề mặt khuôn vào bên trong tấm khuôn được thực hiện thông qua phương pháp mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics, với các đặc điểm nổi bật như khả năng phân tích nhiệt độ và hiệu suất truyền nhiệt.

Với phần mềm COMSOL Multiphysics, loại phần tử đƣợc sử dụng nhƣ sau

+ 0-D: sử dụng cho vùng không khí + 3D: sử dụng cho các vị trí có hình dạng phức tạp (dùng cho cuộn dây và các vị trí khuôn phức tạp)

+ 2D: phần tử cho dạng tấm

 Mô hình mô phỏng Với qui trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ, mô hình sẽ đƣợc nhập từ file *.igs vào trong môi trường COMSOL Multiphysics.

Mô phỏng quá trình gia nhiệt ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây

Quá trình mô phỏng sử dụng cuộn dây 3D để gia nhiệt các tấm khuôn, sau đó sẽ so sánh kết quả phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn Các thông số mô phỏng cho quá trình gia nhiệt này được trình bày trong Bảng 4.1.

4.2.1 Qui trình mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics

Trong mô phỏng này sử dụng tấm khuôn có kích thước chiều dài L, chiều rộng W, chiều dày T (hình 4.1)

Bảng 4.1: Thông số chính của quá trình mô phỏng

Thời gian gia nhiệt (sec) 3-6

Quá trình gia nhiệt được mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics, với kết quả cho thấy nhiệt độ bề mặt khuôn được đo tại cuối quá trình Mô phỏng phương pháp gia nhiệt bằng dòng điện tần số cao cho thấy tốc độ gia nhiệt nhanh và phân bố nhiệt độ đồng đều Nhiệt độ tăng nhanh đối với các tấm khuôn mỏng và có chiều dài nhỏ Kết quả mô phỏng đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa, và sẽ được sử dụng để so sánh với kết quả thực nghiệm.

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng với tấm khuôn L0 mm, T=3 mm và thời gian gia nhiệt 3 giây, tấm khuôn có chiều rộng nhỏ nhất (W mm) đạt nhiệt độ cao nhất sau gia nhiệt, trong khi tấm khuôn có chiều rộng lớn nhất (W0 mm) có nhiệt độ thấp nhất Nhiệt độ tăng nhanh tại khu vực gần nguồn từ trường (gần cuộn dây 3D) Tương tự, với thời gian gia nhiệt 6 giây, kết quả cũng cho thấy xu hướng tương tự Các kết quả mô phỏng được trình bày trong bảng và hình ảnh minh họa sự phân bố nhiệt độ cho các trường hợp thay đổi chiều rộng tấm khuôn.

Hình 4.1 : Kích thước của tấm khuôn L0 mm, T=3 mm và W thay đổi

Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cho tấm khuôn 100x3 mm, chiều rộng W thay đổi

Thời gian gia nhiệt Nhiệt độ ( 0 C)

Hình 4.2: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn 100x3xW mm

Thời gian gia nhiệt 3 giây Thời gian gia nhiệt 6 giây

Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3 mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x40x3 mm

Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt 3 giây

Hình 4.6: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt 6 giây vvvHình 4.7: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x3x80 mm gia nhiệt 3 giây

Hình 4.9: Phân bố nhiệt độ tấm 100x100x3 mm gia nhiệt 3 giây

 Kết quả mô phỏng với tấm khuôn 100x20xT mm, chiều dày T thay đổi

Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng gia nhiệt tấm khuôn 100x20xT thay đổi

Stt Chiều dày T(mm) Thời gian gia nhiệt Nhiệt độ ( 0 C)

Hình 4.11: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn 100x3xW mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.12: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn 100x20x3 mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.13: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn 100x20x7 mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây

Hình 4.14: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x11 mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.15: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x15 mm

 Kết quả mô phỏng với tấm khuôn âm 100x20x7 mm (hình 3.11), có kích thước chiều rộng phần âm (W) thay đổi Thời gian gia nhiệt 3 và 6 giây

Hình 4.16: Tấm khuôn âm W thay đổi

Bảng 4.4: Kết quả mô phỏng tấm khuôn âm W thay đổi

Hình 4.17: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn âm W thay đổi

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.18: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn W mm

Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn W@mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.20: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn W`mm

Kết quả mô phỏng với tấm khuôn dương có kích thước 100x20x7mm cho thấy sự thay đổi của chiều rộng phần dương (W) ảnh hưởng đến nhiệt độ gia nhiệt trong thời gian 3 và 6 giây Nhiệt độ tăng nhanh và đạt giá trị cao nhất tại phần mỏng của tấm khuôn, đặc biệt là gần thanh gá tấm khuôn, trong khi nhiệt độ cao nhất tập trung gần nguồn từ trường, tức là gần cuộn dây 3D.

Hình 4.21: Tấm khuôn dương W thay đổi

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng với tấm khuôn dương W thay đổi

Hình 4.22: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn dương W thay đổi

Hình 4.23: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W mm

Hình 4.24: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W@ mm

Hình 4.25: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W` mm

Kết quả mô phỏng với tấm khuôn dương có chiều cao đáy (h) thay đổi trong thời gian gia nhiệt 3 và 6 giây cho thấy nhiệt độ tăng nhanh ở khu vực gần nguồn từ trường (cuộn dây 3D) và khu vực tiếp xúc với thanh gia nhiệt Các kết quả mô phỏng được trình bày trong bảng dưới đây.

Hình 4.26: Tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi

Bảng 4.6: Kết quả mô phỏng tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi

Hình 4.27: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi

Hình 4.28: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương h mm

Hình 4.29: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương h@mm

Gia nhiệt 3 giây Gia nhiệt 6 giây Hình 4.30: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn có phần khuôn dương h`mm

 Kết quả mô phỏng phân bố nhiệt độ ảnh hưởng bởi vị trí kẹp giữ tấm huôn

Mô phỏng được thực hiện với tấm khuôn có kích thước 100x40x3 mm, với vị trí giữ phôi thay đổi từ phải qua trái, bao gồm kẹp trên đầu, kẹp giữa và kẹp cuối tấm khuôn Thời gian gia nhiệt là 3 giây, và tại cả ba vị trí kẹp, nhiệt độ cao nhất đạt hơn 3000C Nhiệt độ tăng nhanh ở vùng gần từ trường.

Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng tấm khuôn thay đổi vị trí kẹp phôi

Stt Vị trí kẹp Thời gia

Hình 4.31: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp đầu tấm phôi

Hình 4.32: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp chặt ở giữa tấm phôi

Hình 4.33: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp chặt cuối phôi.

Kết quả mô phỏng phân bố nhiệt độ cho thấy ảnh hưởng của cách bố trí đầu vào của cuộn dây và nguồn cung cấp từ trường (cuộn dây 3D) khi được đặt vuông góc với thanh gá tấm khuôn Mô phỏng được thực hiện trên các tấm phôi có kích thước 100x40x3 mm và 100x60x3 mm Kết quả cho thấy nhiệt độ tăng nhanh và phân bố đều ở hai biên tấm khuôn.

Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cuộn dây

Stt Tấm khuôn Thời gia (giây) Nhiệt độ (°C)

Hình 4.34: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cho bộ gia nhiệt, tấm khuôn 100x40x3 mm, gia nhiệt 3 giây.

Hình 4.35: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cho bộ gia nhiệt, tấm khuôn 100x40x3 mm, gia nhiệt 6 giây

Hình 4.36: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cho bộ gia nhiệt, tấm khuôn 100x60x3 mm, gia nhiệt 3 giây

Hình 4.37: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cho bộ gia nhiệt, tấm khuôn 100x60x3 mm, gia nhiệt 6 giây.

Thí nghiệm quá trình gia nhiệt bằng DÒNG ĐIỆN CAO TẦN

Giới thiệu

 Quá trình gia nhiệt bề mặt khuôn

 Quá trình truyền nhiệt từ bề mặt khuôn vào phía trong của tấm khuôn

Các thông số thực nghiệm

Trong phần này, mô hình thí nghiệm được thiết lập và thực hiện với các thiết bị như hình 4.1 và 4.2 Các thông số liên quan đến quá trình truyền nhiệt, sự phân bố nhiệt trong khuôn, cùng với sự thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn được thu thập và phân tích.

Hình 5.1: Hệ thống thiết bị thí nghiệm

Hình 5.2: Cuộn dây và tấm khuôn cho thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm được thực hiện với tấm khuôn hình chữ nhật có chiều dài L thay đổi lần lượt là 25mm, 50mm, 75mm và 100mm, chiều rộng W mm, và chiều dày T=3mm Thời gian gia nhiệt được thử nghiệm là 3, 6 và 9 giây, với dòng điện sử dụng là 30A và điện áp 380V Nhiệt độ đo được tại điểm giữa tấm khuôn đã được ghi lại trong bảng 5.1.

Hình 5.3: Hình vẽ tấm khuôn có chiều dài L thay đổi

Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm tấm khuôn hình chữ nhật có chiều dài L thay đổi

Thời gian gia nhiệt(giây)

Nhiệt độ ( 0 C) Nhiệt độ trung bình

Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Lần đo 5

Hình 5.4: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều dài L thay đổi

Kết quả thí nghiệm được thực hiện với tấm khuôn có kích thước 100x3xW mm, trong đó chiều rộng W thay đổi lần lượt là 20mm, 40mm, 80mm và 100mm Thời gian gia nhiệt được thử nghiệm là 3, 6 và 9 giây, với dòng điện sử dụng là 30A và điện áp 380V Nhiệt độ đo được tại điểm giữa tấm khuôn đã được ghi lại trong bảng 5.2.

Hinh 5.5: Hình vẽ tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi

Bảng 5.2: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi

Thời gian gia nhiệt (giây)

( 0 C) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Lần đo 5

Hình 5.6: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi

Thời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 276.9°C Thực nghiệm Mô phỏng

Hình 5.7: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 6 giây

Hình 5.9: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x40x3mm mô phỏng và thực nghiệm

Hình 5.13: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x80x3 thực nghiệm và mô phỏng Thời gian gia nhiệt 6 giây

Hình 5.14: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x80x3mm thực nghiệm, mô phỏng Thời gian gia nhiệt 3 giây

Hình 5.15: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x100x3 mm thực nghiệm, mô phỏng

Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: 239°C

Hình 5.16: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x100x3 mm thực nghiệm, mô phỏng

Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn kích thước 20x100xT (mm) cho thấy, khi thay đổi chiều dày T và thời gian gia nhiệt từ 3 đến 9 giây, dòng điện sử dụng là 30A và điện áp 380V Nhiệt độ đo tại điểm giữa tấm khuôn được ghi trong bảng 5.3 Đối với các tấm khuôn mỏng, tốc độ gia nhiệt diễn ra nhanh chóng, dẫn đến nhiệt độ cao ở vùng gần nguồn từ trường Ngược lại, các tấm khuôn có chiều dày lớn có nhiệt độ sau gia nhiệt thấp hơn, nhưng nhiệt độ phân bố khá đồng đều và cân bằng (hình 5.16).

Hình 5.17: Hình vẽ tấm khuôn có chiều dày T thay đổi

Bảng 5.3: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có chiều dày T thay đổi

Thời gian gia nhiệt (giây)

Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Lần đo 5

Hinh 5.18: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều dày T thay đổi

Thời gian gia nhiệt 3 giây:

Temp max: 276.9°C Hình 5.19: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm

Thực nghiệm Mô Phỏng Temp max: 112.9°C

Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: 192.5°C

Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn âm có kích thước như hình 3.18 cho thấy, khi thay đổi kích thước phần âm W theo bảng 5.4 và đo nhiệt độ tại các vị trí như hình 5.18, thời gian gia nhiệt là 3, 6 và 9 giây với dòng điện 30A và điện áp 380V Kết quả được trình bày trong bảng 5.4 cho thấy nhiệt độ đo được ở các điểm phía trên tấm khuôn thấp hơn nhiệt độ ở các điểm phía dưới hơn 10°C Nhiệt độ cao nhất và tập trung tại vùng giữa tấm khuôn, với sự phân bố nhiệt độ khá đồng đều ở khu vực này.

Hình 5.27: Hình vẽ tấm khuôn và vị trí đo nhiệt độ của tấm khuôn âm W thay đổi

Bảng 5.4: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn âm có kích thước W thay đổi

Nhiệt độ đo tại các vị trí ( 0 C)

Hình 5.28: So sánh nhiệt độ tấm khuôn âm có kích thước W thay đổi

Hình 5.29: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khuôn âm có W mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 6 giây

Hình 5.30: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khuôn âm có W mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây

Hình 5.30: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W@mm mô phỏng, thực nghiệm

Hình 5.31: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W@mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây

Hình 5.32: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W`mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây

Hình 5.33: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W`mm mô phỏng, thực nghiệm

Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn dương có kích thước như hình 5.23 cho thấy, phần dương W thay đổi lần lượt là 20mm, 40mm và 60mm (bảng 5.5) Thời gian gia nhiệt được thực hiện trong khoảng 3, 6 và 9 giây, với dòng điện 30A và điện áp 380V Nhiệt độ đo được tại các điểm được ghi trong bảng 5.5 cho thấy nhiệt độ tại các điểm phía trên tấm khuôn (P1A, P2A, P3A) cao hơn các điểm phía dưới (P1B, P2B, P3B) hơn 10°C Nhiệt độ cao nhất xuất hiện tại phần mỏng của tấm khuôn, trong khi tốc độ gia nhiệt nhanh nhất xảy ra ở vùng gần nguồn từ trường Phân bố nhiệt tương đối cân bằng như thể hiện trong hình 5.26.

Hình 5.34: Hình vẽ và vị trí đo nhiệt độ tấm khuôn dương có kích W thay đổi

Bảng 5.5: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có kích thước W thay đổi

STT W (mm) Thời gian (giây)

Hình 5.35: So sánh nhiệt độ tấm khuôn dương có kích thước W thay đổi Thời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 339.1°C Hình 5.36: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương có W mm mô phỏng, thực nghiệm

Hình 5.37: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương có W mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 330.1°C Hình 5.38: Phân bố nhiệt độ dương có W@mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 6 giây

Temp max: >371.6°C Hình 5.39: Phân bố nhiệt độ dương có W@mm mô phỏng, thực nghiệm

Temp max: 234.2°C Hình 5.40: Phân bố nhiệt độ dương có W`mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 6 giây

Temp max: 369.6°C Hình 5.41: Phân bố nhiệt độ dương có W`mm mô phỏng, thực nghiệm

Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có kích thước như hình 5.28 cho thấy phần khuôn dương (H) thay đổi từ 20mm, 40mm đến 60mm, với thời gian gia nhiệt là 3, 6 và 9 giây Dòng điện sử dụng là 30A và điện áp 380V Nhiệt độ đo tại các điểm được ghi trong bảng 5.6 cho thấy tốc độ gia nhiệt nhanh, với nhiệt độ tăng cao ở những tấm khuôn có phần khuôn h lớn, chênh lệch nhiệt độ giữa các kích thước đạt hơn 10°C Phần tấm khuôn gần nguồn từ trường có nhiệt độ cao hơn, cho thấy sự phân bố nhiệt trong trường hợp này rất hiệu quả.

Hình 5.42: Hình vẽ và vị trí đo nhiệt độ của tấm khuôn dương thay đổi

Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn dương có kích thước thay đổi

Hình 5.43: So sánh nhiệt độ của tấm khuôn dương có kích thước H thay đổi Thời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 187°C Hình 5.44: Phân bố nhiệt độ dương h mm mô phỏng, thực nghiệm

Temp max: 343.1°C Hình 5.45: Phân bố nhiệt độ dương h mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây

Hình 5.46: Phân bố nhiệt độ dương h@mm mô phỏng, thực nghiệm

Hình 5.47: Phân bố nhiệt độ dương h@mm mô phỏng, thực nghiệmThời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 187°C Hình 5.48: Phân bố nhiệt độ dương h`mm mô phỏng, thực nghiệm

Temp max: 343.1°C Hình 5.49: Phân bố nhiệt độ dương h` mm mô phỏng, thực nghiệm

Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằng camera nhiệt cho tấm khuôn 100x40x3mm cho thấy sự thay đổi nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phôi từ trái qua phải Cụ thể, khi kẹp ở vị trí trên tấm khuôn, nhiệt độ ghi nhận thấp hơn so với khi kẹp ở vị trí cuối tấm khuôn Thí nghiệm với thời gian gia nhiệt 3 giây này chứng minh rằng vị trí kẹp ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt của tấm khuôn.

Nhiệt độ phân bố tại ba vị trí kẹp ở 100 °C là không đồng đều, với nhiệt độ cao hơn ở vùng gần nguồn từ trường Kết quả này cũng tương tự khi vị trí tấm khuôn được thay đổi để gần hơn với nguồn từ trường.

Kẹp phía trên tấm khuôn Kết quả mô phỏng

Kẹp ở giữa tấm khuôn Kết quả mô phỏng

Kẹp cuối tấm khuôn Kết quả mô phỏng

Hình 5.50: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phôi

Khi thay đặt tấm khuôn gần nguồn từ trường và điều chỉnh vị trí kẹp phôi, phân bố nhiệt vẫn tương tự như trường hợp trước Tại khu vực gần từ trường, tốc độ gia nhiệt diễn ra nhanh chóng.

Kẹp phía trên Kẹp ở giữa Kẹp cuối

Temp max: 253.4°C Temp max: 218°C Temp max: 303.9°C

Hình 5.51: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phôi

Hình ảnh phân bố nhiệt độ từ camera nhiệt cho thấy sự khác biệt giữa tấm khuôn 100x20x3mm và tấm khuôn 100x40x3mm khi được lắp trên cùng một bộ gia nhiệt Trong thí nghiệm, tấm khuôn 100x20x3mm được lắp ở phía trước và phía sau tấm khuôn 100x40x3mm với thời gian gia nhiệt là 3 giây Kết quả cho thấy tấm khuôn phía trước, gần vùng từ trường, luôn có nhiệt độ cao hơn tấm khuôn phía sau, dẫn đến phân bố nhiệt không cân bằng trong trường hợp này.

Tấm khuôn nhỏ phía trước Tấm khuôn nhỏ phía sau

Hình 5.52: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí giữa 2 tấm khuôn

Hình ảnh phân bố nhiệt độ được ghi lại bằng camera nhiệt khi lắp cuộn dây 3D vuông góc với bộ kẹp tấm khuôn 100x40x3 mm cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai trường hợp thí nghiệm Trong trường hợp 1, khi đường nước nối giữa hai tấm gá phôi ở xa cuộn dây 3D, nhiệt độ trên tấm khuôn đạt 171.3 °C sau 3 giây và 229.2 °C sau 6 giây, với nhiệt độ tập trung lớn gần nguồn từ trường Ngược lại, trong trường hợp 2, với đường nước nối gần cuộn dây 3D, nhiệt độ chỉ đạt 140.8 °C sau 3 giây và giảm xuống 133.7 °C sau 6 giây, cho thấy nhiệt độ tập trung lớn ở phần xa nguồn từ trường Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai trường hợp cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của vị trí đường nước đối với hiệu suất gia nhiệt của tấm khuôn.

Trường hợp 1 Thời gian gia nhiệt 3 giây

Temp max: 171.3°C Thời gian gia nhiệt 6 giây

Temp max: 229.2°C Hình 5.53: Phân bố nhiệt khi đường nước xa nguồn từ trường

Trường hợp 2 Thời gian gia nhiệt 3 giây Thời gian gia nhiệt 6 giây

Temp max: 140.8°C Temp max: 133.7°C Hình 5.54: Phân bố nhiệt khi đường nước gần nguồn từ trường

Hình ảnh phân bố nhiệt độ từ camera nhiệt cho tấm khuôn kích thước 100x60x3 mm cho thấy nhiệt độ đạt 122.6 °C sau 3 giây gia nhiệt Đường nối ống nước giải nhiệt được đặt gần nguồn từ trường, trong khi đường cấp nguồn từ trường được bố trí vuông góc với thanh gia nhiệt, đảm bảo nhiệt độ phân bố đều trên toàn bộ tấm khuôn.

Temp max: 122.6°C Hình 5.55: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3mm

Hình ảnh phân bố nhiệt độ từ camera nhiệt cho hai tấm khuôn 100x20x3 mm đặt song song cho thấy rằng, sau 3 giây gia nhiệt, nhiệt độ đạt 139.5 °C Tấm khuôn bên trái, gần vùng từ trường, có nhiệt độ cao hơn và phân bố nhiệt độ đều hơn so với tấm khuôn bên phải.

Temp max: 139.5°C Hình 5.56: Phân bố nhiệt độ 2 tấm khuôn 100x20x3 mm đặt song song

Tiêu đề	Nghiên Cứu Phương Pháp Gia Nhiệt Cho Khuôn Phun Ép Bằng Dòng Điện Cao Tần
Tác giả	Vũ Hoàng Nghiên
Người hướng dẫn	TS. Phạm Sơn Minh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	8 MB