Luận văn Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương với phương pháp gia nhiệt bằng điện trở (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương với phương pháp gia nhiệt bằng điện trở (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ÐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG ÐIỆN TRỞ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 0 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG ĐIỆN TRỞ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/ 2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN DŨNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1987 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khu lưu trú công nhân, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP HCM. Điện thoại di động: 01678152352 E-mail: nguyenvandung@dntu.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 09/2013 Nơi học (trường, thành phố): ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Ngành học: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy rang cà phê Người hướng dẫn: KS. Hồ Viết Bình III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty Nidec copal ,khu công nghệ cao 2013 – 2014 Kỹ Sư Q 9, TP.HCM 2015 - Đến Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên nay i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2016 ( Ký tên và ghi rõ họ tên ) Nguyễn Văn Dũng ii
5. LỜI CẢM ƠN Sau thời gian theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã đúc kết được nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sỹ, tác giả đã vận dụng những kiến thức để tiến hành giải quyết một bài toán cụ thể. Đề tài luận văn nghiên cứu và giải quyết vấn đề dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán về lĩnh vực phương pháp gia nhiệt bằng điện trở nên bước đầu tiếp cận tác giả đã gặp rất nhiều khó khăn và hạn chế. Tuy nhiên, với sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS. ĐỖ THÀNH TRUNG, Thầy TS. Phạm Sơn Minh, cùng với sự hỗ trợ từ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, tác giả đã lĩnh hội được nhiều kiến thức mới bổ ích về chuyên ngành và cho công tác chuyên môn sau khi ra trường. Vì vậy, tác giả xin chân thành cảm ơn. - Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. - Quý thầy cô Khoa Chế tạo máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. - Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp cùng các anh chị ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy khóa 2014-2016. Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2016 Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Văn Dũng iii
6. TÓM TẮT Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, các sản phẩm nhựa được thiết kế và phát triển theo xu hướng có kết cấu nhẹ hơn, nhỏ hơn, mỏng hơn. Do đó, quá trình phun ép các sản phẩm dạng này đang đối mặt với các thử thách lớn. Nếu trong suốt quá trình phun ép, nhiệt độ khuôn có thể duy trì ở giá trị cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa thì khả năng điền đầy khuôn với những chi tiết có kích thước micro sẽ tăng lên. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài. Biết được ảnh hưởng của vật liệu khuôn, hình dáng và kích thước khuôn, và hình dáng kênh giải nhiệt đến quá trình điều khiển nhiệt độ cho tấm khuôn dương. Nhiệt độ khuôn đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành chất lượng sản phẩm. Kiểm soát và điểu khiển nhiệt độ của khuôn là hết sức cần thiết để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất. Vì thế, một kỹ thuật mới đã được nghiên cứu và áp dụng thành công cho các sản phẩm đòi hỏi cao về độ chính xác cũng như cơ tính, đó là phương pháp gia nhiệt bằng điện trở cho tấm khuôn dương, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt nhanh và nhiệt độ cao cho bề mặt khuôn. Các kết quả của nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả tích cực của phương pháp trên . iv
7. ABSTRACT Nowadays, the rapid development of science and technology, plastic products are designed and developed according to lighter, smaller, thinner structures. Therefore, the injection process of these products is facing to big challenges. If during injection molding process, mold temperature can be maintained at a higher value than the phase – transition temperature of the plastic materials and then, the ability to full fill plastic into the mold with detailed micro size will be increased. Hence, the important goal of the temperature control process in injection molding is: preheating the mold surface temperature to gain the expected temperatures and ensuring the injection molding cycle time not too long. Knowing the impact of mold materials, mold shape and size, and shape of the cooling channel to process temperature control for positive mold plate Mold temperature plays an important role in the formation of product quality. The mold temperature control is essential to achieve the best quality. Therefore, a new technique has been studied and successfully applied to products requiring high accuracy as well as mechanical properties, which is the method by resistive heating for cavity, in order to meet requirements fast heating and high temperature for the mold surface. The results of the study showed the positive effect of the above methods. v
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH MỤC CÁC BẢNG xvii Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung. 1 1.1.1 Đặt vấn đề 1 1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến gia nhiệt cho tấm khuôn dương 2 1.1.2.1 Gia nhiệt bằng nước nóng 2 1.1.2.2 Gia nhiệt bằng điện trở 3 1.1.2.3 Gia nhiệt bằng khí nóng 4 1.1.2.4 Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí, đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan 4 1.2. Lý do chọn đề tài và giới hạn đề tài 5 1.2.1 Lý do chọn đề tài 5 1.2.2. Phạm vi và giới hạn đề tài 5 1.3. Mục tiêu của đề tài 6 1.4. Phương pháp nghiên cứu 6 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1. Giới thiệu về khuôn ép nhựa 7 vi
9. 2.1.1. Khái niệm chung về khuôn 7 2.1.2. Phân loại 7 2.1.3. Kết cấu chung của một bộ khuôn 7 2.2. Công nghệ phun ép 9 2.2.1. Khả năng công nghệ phun ép 9 2.2.1.1. Ưu điểm của phun ép 9 2.2.1.2. Khuyết điểm của phun ép 10 2.2.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với tấm insert 10 2.2.2.1 Yêu cầu hình học 10 2.2.2.2. Quy luật thiết kế cooling channel 10 2.2.2.3. Quy luật thiết kế heater 11 2.2.3. Chu trình ép phun 12 2.3. Quá trình điều khiển nhiệt độ cho khuôn 13 2.3.1. Tính toán lưu lượng nước cần thiết để giải nhiệt cho khuôn 13 2.3.2. Xác định đường kính kênh dẫn chất làm nguội 13 2.3.3. Kiểm soát nhiệt độ khuôn 14 2.4 Giới thiệu về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun 15 2.4.1. Khái niệm 15 2.4.2. Phân loại 15 2.4.2.1. Theo nguồn gốc 15 2.4.2.2. Theo cấu trúc hình học 15 2.4.2.3.Theo ứng dụng 15 2.4.2.4. Theo tính chịu nhiệt 16 2.4.3. Một số loại nhựa thông dụng 16 2.4.3.1. Nhựa PP (Polypropylene). 16 2.4.3.2. Nhựa PE (Polyetylene). 16 2.4.3.3. Nhựa PS (Polystyrene). 16 2.4.3.4. Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadene Styrene) 17 2.5. Cơ sở nghiên cứu và mô phỏng 17 vii
10. 2.5.1 Cơ sở nghiên cứu 17 2.5.2. Mô phỏng phần mềm ANSYS 14.0 18 Chương 3 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 26 3.1. Mục tiêu thiết kế và mô phỏng 26 3.2 Cơ sở cho quá trình thiết kế và mô phỏng: 26 3.3 Thay đổi vị trí đặt heater và hình dáng cooling channel. 29 3.3.1. Thiết kế mô hình phân tích 29 3.3.1.1. Thiết kế 1: 29 3.3.1.2. Thiết kế 2: 29 3.2.1.3. Thiết kế 3: 30 3.3.2 Kết quả mô phỏng. 30 3.3.2.1. Thiết kế 1: 30 3.3.2.2. Thiết kế 2: 31 3.3.2.3.Thiết kế 3: 31 3.3.3. Tổng hợp kết quả. 32 3.4. Thay đổi số lượng cooling channel ở thiết kế 1. 35 3.4.1. Thiết kế mô hình phân tích 35 3.4.1.1. Thiết kế 1 cooling channel . 35 3.4.1.2. Thiết kế 2 cooling channel. 36 3.4.1.3. Thiết kế 3 cooling channel . 36 3.4.2. Kết quả mô phỏng. 37 3.4.2. 1. Thiết kế 1 cooling channel . 37 3.4.2.2. Thiết kế 2 cooling channel . 37 3.4.2.3. Thiết kế 3 cooling channel . 38 3.4.3.Tổng hợp kết quả 39 3.5. Thay đổi số lượng heater ở thiết kế 3. 41 3.5.1. Thiết kế mô hình phân tích 41 3.5.1.1. Thiết kế 4 heater. 41 3.5.1.2. Thiết kế 6 heater. 42 viii
11. 3.5.1.3. Thiết kế 8 heater. 42 3.5.2. Kết quả mô phỏng. 43 3.5.2.1. Thiết kế 4 heater 43 3.5.2.2. Thiết kế 6 heater 43 3.5.2.3. Thiết kế 8 heater 44 3.5.3. Tổng hợp kết quả 45 3.6. Thay đổi góc độ khuôn . 48 3.6.1. Thiết kế mô hình phân tích 48 3.6.1.1. Thiết kế góc khuôn 900 48 3.6.1.2. Thiết kế góc khuôn 950 49 3.6.1.3. Thiết kế góc khuôn 980 49 3.6.2. Kết quả mô phỏng. 50 3.6.2.1. Thiết kế góc khuôn 900 50 3.6.2.2. Thiết kế góc khuôn 950 50 3.6.2.3. Thiết kế góc khuôn 980 51 3.6.3. Tổng hợp kết quả 52 3.7. Thay đổi kích thước chiều dài sản phẩm . 55 3.7.1. Thiết kế mô hình phân tích 55 3.7.1.1. Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 45 mm) 55 3.7.1.2. Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 50 mm) 56 3.7.1.3. Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 55 mm) 56 3.7.2. Kết quả mô phỏng. 57 3.7.2.1. Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 45 mm) 57 3.7.2.2. Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 50 mm) 57 3.7.2.3 Thiết kế chiều dài sản phẩm (L= 55 mm) 58 3.7.3. Tổng hợp kết quả. 59 3.8 Thay đổi vật liệu làm khuôn 62 3.8.1. Thiết kế mô hình phân tích 62 3.8.2. Kết quả mô phỏng. 63 ix
12. 3.8.2.1. Vật liệu CT3. 63 3.8.2.2. Vật liệu Al. 63 3.8.2.3. Vật liệu Cu. 64 3.8.3. Tổng hợp kết quả . 65 3.9. Mô hình tối ưu 68 3.9.1. Bản vẽ thân khuôn 69 3.9.2. Bản vẽ lõi nước 69 3.9.3. Bản vẽ lắp ráp khuôn 70 Chương 4 THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ 71 4.1.Chuẩn bị thí nghiệm. 71 4.2. Lắp ráp 73 4.3. Tiến hành thí nghiệm 76 4.4. Kết quả thí nghiệm 77 4.5. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng 84 4.5.1. Vật liệu nhôm (Al) 84 4.5.2. Vật liệu thép CT3 85 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 x
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABS : Acrylonitrile Butadene Styrene CFD : Computer Fluid Dynamic PE : Poly Etylene PP : Poly Propylene PS : Poly Styrene S : Bề dày thành sản phẩm lớn nhất( mm) TK : Thiết kế xi
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Đường Streamline nhiệt độ của nước cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn vật liệu nhôm 2 Hình1.2: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn Al. 3 Hình 1.3: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 3 Hình1.4: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn Al 4 Hình 1.5: So sánh sự thay đổi nhiệt độ đo được cho phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng và gia nhiệt bằng nước nóng 5 Hình 2.1: Kết cấu khuôn hai tấm 9 Hình 2.2: heater 11 Hình 2.3: Cốc thí nghiệm y tế 17 Hình 2.4: Tấm khuôn dương 17 Hình 2.5: Điên trở 18 Hình 2.6: Giao diện phần mềm ANSYS 14.0 19 Hình 2.7: Các module của phần mềm ANSYS workbench14.0 20 Hình 2.8: Các chức năng của Module Transient thermal. 20 Hình 2.9: Chức năng Engineering Data. 21 Hình 2.10: Các vật liệu có trong phần mềm ANSYS 14.0 21 Hình 2.11: Các thuộc tính của vật liệu. 22 Hình 2.12: Giao diện của Geometry. 22 Hình 2.13: Xuất file đuôi .igs vào Geometry. 23 Hình 2.14: Các chức năng mô phỏng trong Geometry 23 Hình 2.15: Khuôn sau khi đã chia lưới. 24 Hình 2.16: Cài đặt nhiệt độ mô phỏng. 24 Hình 2.17: Nhập số bước và thời gian bước. 24 Hình 2.18: Nhập công suất điện trở. 25 xii
15. Hình 2.19: Nhập hệ số làm mát của môi trường. 25 Hình 2.20: Kết quả mô phỏng tấm khuôn 25 Hình 3.1: Kích thước ban đầu của tấm khuôn dương. 27 Hình 3.2 Các điểm khảo sát nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn. 27 Hình 3.3: Thiết kế 1 với 6 heater và 2 cooling channel. 29 Hình 3.4: Thiết kế 2 với 6 heater và 2 cooling channel. 29 Hình 3.5: Thiết kế 3 với 6 heater và 1 cooling channel . 30 Hình 3.6: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt của thiết kế 1. 30 Hình 3.7. Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt của thiết kế 2. 31 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt của thiết kế 3. 32 Hình 3.9:Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi vị trí đặt heater và hình dáng cooling channel. 34 Hình 3.10: Thiết kế với 1 cooling channel. 35 Hình 3.11: Thiết kế với 2 cooling channel. 36 Hình 3.12: Thiết kế với 3 cooling channel. 36 Hình 3.13: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 1 cooling channel. 37 Hình 3.14: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 2 cooling channel. 37 Hình 3.15: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 2 cooling channel. 38 Hình 3.16: Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi số lượng cooling channel 40 Hình 3.17: Thiết kế với 4 heater. 41 Hình 3.18: Thiết kế với 6 heater 42 Hình 3.19: Thiết kế với 8 heater 42 Hình 3.20: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 4 heater. 43 Hình 3.21: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 6 heater. 43 Hình 3.22: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với 8 heater. 44 Hình 3.23: Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi số lượng heater. 47 xiii
16. Hình 3.24: Nhiệt độ chênh lệch bề mặt lòng khuôn ở cuối quá trình gia nhiệt khi thay đổi số lượng heater. 47 Hình 3.25: Thiết kế với góc khuôn 900 48 Hình 3.26: Thiết kế với góc khuôn 950 49 Hình 3.27: Thiết kế với góc khuôn 980 49 Hình 3.28: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với góc khuôn 900 50 Hình 3.29: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với góc khuôn 950 50 Hình 3.30: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với góc khuôn 980 51 Hình 3.31: Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi góc khuôn 54 Hình 3.32: Nhiệt độ chênh lệch bề mặt lòng khuôn ở cuối quá trình gia nhiệt khi thay đổi góc khuôn. 54 Hình 3.33: Thiết kế với chiều dài sản phẩm 45 mm 55 Hình 3.34: Thiết kế với chiều dài sản phẩm 50 mm 56 Hình 3.35: Thiết kế với chiều dài sản phẩm 55 mm 56 Hình 3.36: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với chiều dài sản phẩm 45 mm 57 Hình 3.37: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với chiều dài sản phẩm 50 mm 57 Hình 3.38: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với chiều dài sản phẩm 55 mm. 58 Hình 3.39: Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi kích thước chiều dài sản phẩm. 61 Hình 3.40: Nhiệt độ chênh lệch bề mặt lòng khuôn ở cuối quá trình gia nhiệt khi thay đổi kích thước chiều dài sản phẩm. 61 Hình 3.41: Thiết kế 3 62 Hình 3.42: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với vật liệu thép CT3 63 Hình 3.43: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với vật liệu Al. 63 Hình 3.44: Kết quả mô phỏng cuối quá trình gia nhiệt với vật liệu Cu. 64 xiv
17. Hình 3.45: Biểu đồ biến đổi nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn khi thay đổi vật liệu 67 Hình 3.46: Nhiệt độ chênh lệch bề mặt lòng khuôn ở cuối quá trình gia nhiệt khi thay đổi vật liệu 67 Hình 3.47: Thân khuôn 69 Hình.3.48: Lõi nước. 69 Hình.3.49: Tấm khuôn 70 Hình 3.50: Sơ đồ nghiên cứu của tấm khuôn dương 70 Hình 4.1: Thân khuôn vật liệu nhôm 71 Hình 4.2: Lõi khuôn vật liệu nhôm 71 Hình 4.3: Thân khuôn vật thép CT3 72 Hình 4.4: Lõi khuôn vật liệu thép CT3 72 Hình 4.5: Heater 73 Hình 4.6: Đầu nối ống nước 73 Hình 4.7: Máy đo nhiệt độ 73 Hình 4.8: Lắp lõi vào thân khuôn 74 Hình 4.9: Lắp đầu nối ống nước vào tấm insert 74 Hình 4.10: Lắp heater vào tấm insert 75 Hình 4.11: Heater được lắp hoàn chỉnh vào tấm insert. 75 Hình 4.12: Sơ đồ kết nối cooling channel 76 Hình 4.13: Sơ đồ thí nghiệm 76 Hình 4.14:Cuối quá trình gia nhiệt tấm khuôn Al 80 Hình 4.15:Cuối quá trình giải nhiệt tấm khuôn Al 80 Hình 4.16: Cuối quá trình gia nhiệt tấm khuôn thép CT3 81 Hình 4.17: Cuối quá trình giải nhiệt tấm khuôn thép CT3 81 Hình 4.18: Vị trí khảo sát nhiệt độ 81 Hình 4.19: Cuối quá trình gia nhiệt tấm khuôn thép CT3 ở vị trí số 7 82 Hình 4.20: Cuối quá trình gia nhiệt tấm khuôn Al ở vị trí số 7 82 xv
18. Hình 4.21: Biểu đồ nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn của hai tấm insert Al, CT3 khi thí nghiệm 83 Hình 4.22: Biểu đồ so sánh nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn của vật liệu AL 84 Hình 4.23: Biểu đồ so sánh nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn của vật liệu CT3 86 xvi
19. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Chu trình phun ép 12 Bảng 2.2: Các thông số của nước làm nguội 13 Bảng 2.3: Đường kính kênh làm nguội theo kinh nghiệm sản xuất 14 Bảng 3.1: Thông số vật liệu đưa vào mô phỏng 28 Bảng 3.2: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi vị trí đặt heater và hình dáng cooling channel. 33 Bảng 3.3: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi số lượng cooling channelthiết kế 1. 40 Bảng 3.4: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi số lượng heater ở thiết kế 3 46 Bảng 3.5: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi góc độ tấm khuôn dương. 53 Bảng 3.6: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi kích thước chiều dài sản phẩm . 60 Bảng 3.7: So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi vật liệu tấm khuôn. 66 Bảng 4.1: Kết quả trung bình sau 3 lần đo tại tâm bề mặt lòng khuôn 77 Bảng 4.2: Kết quả 3 lần thí nghiệm của vật liệu thép CT3 79 Bảng 4.3: Kết quả 3 lần thí nghiệm của vật liệu Al 80 Bảng 4.4:So sánh kết quả thí nghiệm tại tâm bề mặt lòng khuôn của tấm khuôn Al và CT3 82 Bảng 4.5: So sánh kết quả thí nghiệm và mô phỏng tại tâm bề mặt lòng khuôn của tấm insert Al 84 Bảng 4.6 : So sánh kết quả thí nghiệm và mô phỏng tại tâm bề mặt lòng khuôn của tấm khuôn CT3 85 xvii
20. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung. 1.1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, các nước trên thế giới như: Nhật, Đài Loan, Đức, Mỹ đã áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa, đã và đang nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả kinh tế to lớn. Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ này cũng còn khá mới mẻ, hầu hết các doanh nghiệp ngành nhựa sử dụng công nghệ này chủ yếu mua của nước ngoài từ khuôn cho đến bộ điều khiển với giá thành cao. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn là hết sức cần thiết cho ngành nhựa trong nước, giảm bớt sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài và chi phí sản xuất. Khi bộ khuôn được thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ, người kỹ sư sẽ kiểm soát được nhiệt độ bề mặt lòng khuôn hoặc nhiệt độ của cả khuôn tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình phun ép. Việc điều khiển được nhiệt độ trong suốt chu kỳ phun ép là hết sức quan trọng mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và kinh tế. Đối với những sản phẩm nhựa đơn giản không nhất thiết phải thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn, nhưng hệ thống này không thể thiếu đối với những sản phẩm phức tạp. Sản phẩm phức tạp có hình dáng và độ dày mỏng thay đổi ở nhiều vị trí khác nhau nên để giảm bớt các khuyết tật có thể xảy ra cho sản phẩm trong quá trình phun ép cần phải có sự điều khiển nhiệt độ. Điều khiển không chỉ đơn giản là tăng hay giảm nhiệt độ theo thời gian mà còn điều khiển phân bố nhiệt độ cao thấp ở những vị trí khác nhau cho phù hợp với hình dáng sản phẩm. Để làm được điều đó cần tính toán số lượng heater, cooling channel, vị trí, chất giải nhiệt, thời gian gia nhiệt, thời gian giải nhiệt cho phù hợp với thiết kế của khuôn. Có như vậy sản phẩm mới có thể điền đầy khuôn một cách tốt nhất, tránh được các hiện tượng: cong vênh, đường hàn, vết lõm, co rút 1
21. Điều khiển được nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cũng góp phần giảm được chu kỳ phun ép một cách đáng kể, điều này mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Thông qua điều khiển nhiệt độ sẽ tìm ra được thời gian gia nhiệt và giải nhiệt hợp lý tránh lãng phí thời gian cũng như công suất của điện trở. Giảm chu kỳ phun ép đồng nghĩa với sản lượng được tăng lên rất nhiều, giảm hao phí năng lượng không cần thiết trong quá trình gia nhiệt. Khi sản phẩm đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và sản lượng tăng chắc chắn sẽ mang lại nhiều lợi nhuận cho doanh nghiệp. Với mục đích nghiên cứu và chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn dương, nên tác giả đã quyết định chọn đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG ĐIỆN TRỞ”. 1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến gia nhiệt cho tấm khuôn dương 1.1.2.1 Gia nhiệt bằng nước nóng “ Tối ưu hóa hệ thống điều khiển nhiệt khuôn dương” tác giả Lê Quang Lưu [6]. Hình 1.1: Đường Streamline nhiệt độ của nước cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn vật liệu nhôm 2
22. S K L 0 0 2 1 5 4