Luận văn Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ cho khuôn phun ép nhựa với cuộn dây gia nhiệt động (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ cho khuôn phun ép nhựa với cuộn dây gia nhiệt động (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 LÊ NGỌC MINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CẢM ỨNG TỪ CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA VỚI CUỘN DÂY GIA NHIỆT ÐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06520103 S K C0 0 4 8 6 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ NGỌC MINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CẢM ỨNG TỪ CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA VỚI CUỘN DÂY GIA NHIỆT ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ NGỌC MINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CẢM ỨNG TỪ CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA VỚI CUỘN DÂY GIA NHIỆT ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS.PHẠM SƠN MINH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: Lê Ngọc Minh Giới tính: Nam Ngày 03 tháng 07 năm 1986 Nơi sinh: Lâm đồng Quê quán: Bảo Lộc – Lâm Đồng Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: số 76 đường số 10 KCN Sóng Thần 1 – Dĩ An – Bình Dương Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0982.046.739 Fax: E-mail: lengocminh86@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến ./ Nơi học: Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 10/ 2010 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Công nghiệp Tên đồ án: Thiết kế chế tạo máy mài dao cắt 2 trục. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Năm 2010 - Trường cao đẳng nghề số 22 - BQP Giáo viên Đến nay i
5. 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 10 tháng 07 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) LÊ NGỌC MINH ii
6. CẢM TẠ Trước tiên cho tôi gởi lời chân thành cảm ơn đến Thầy hướng dẫn TS Phạm Sơn Minh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Đồng thời xin chân thành cảm ơn: - Các thầy trong khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM và tất cả quý Thầy đang giảng dạy lớp Cao học Kỹ thuật cơ khí khóa 2014 – 2016A đã cho tôi nhiều kiến thức bổ ích. - Ban Giám Hiệu và quí Thầy Cô trong khoa Cơ khí Trường Cao đẳng nghề số 22 - BQP, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành thực nghiệm cũng như đóng góp nhiều ý kiến rất thiết thực. - Các Thầy Cô phòng Thư viện Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. - Các bạn sinh viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM - Cha mẹ, những người thân trong gia đình và bạn bè đã hỗ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 10 tháng 07 năm 2016 iii
7. TÓM TẮT Trong những năm gần đây, công nghệ gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa tại Việt Nam được các doanh nghiệp ngành nhựa quan tâm nhiều hơn. Hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ được xem là công nghệ tiên tiến với ngành sản xuất nhựa, vì nó có ưu điểm hơn các phương pháp gia nhiệt khác, nó có tốc độ gia nhiệt nhanh nên được ứng dụng tốt trong sản xuất sản phẩm nhựa, các phương pháp gia nhiệt như khí nóng, điện trở .v.v. thường tốn kém nhiều về thời gian và năng lượng nhưng hiệu suất thấp. Khi gia nhiệt khuôn theo phương pháp cảm ứng từ với cuộn dây tĩnh: nhiệt độ phân bố trên bề mặt khuôn không đồng đều, gia nhiệt cho các khuôn ép lớn tốn nhiều thời gian, trang thiết bị sử dụng rất tốn kém khó đạt hiệu suất cao trong quá trình gia nhiệt. Do đó, đề tài “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CẢM ỨNG TỪ CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA VỚI CUỘN DÂY GIA NHIỆT ĐỘNG” sẽ giúp giải quyết vấn đề nói trên. Trong nghiên cứu, tác giả sử dụng hai cuộn dây có biên dạng tròn và vuông, cho cuộn dây di chuyển trên bề mặt khuôn với các tốc độ khác nhau và số lần gia nhiệt thay đổi. Đề tài sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics 5.0 mô phỏng quá trình gia nhiệt, thực nghiệm được thực hiện trên tấm khuôn thép C45 có kích thước 300x500x30 mm. iv
8. ABSTRACT In recent years, heating technology of molds casting plastic in Viet Nam is more interested by plastic companies. Heating system of magnetic induction is considered the advanced technology of plastic manufacturing branch as it has more advantace than other heating methods. The heating system of magnetic induction’s heating speed is quick, so it is applied to manufacture plastic products. Heating methods-hot air heating, electric resistance, etc- lost so much time and energy but low performance. When heated mold according to the magnetic induction method with static coil temperature distribution on the mold surface is uneven, while heating for large molds take much time, equipment use very expensive difficult to achieve high efficiency in the heating process. Therefore, the topic "RESEARCH METHODOLOGY FOR MOLD INDUCTION HEATING COILS PLASTIC WITH TEMPERATURE IN ACTION" will help solve the problems mentioned above. With a research, the author used two coils with spiral coil and square coil profile, moving the coil above the mold’s surface with different speeds and and the number of heating change. The topic used COMSOL Multiphysics 5.0 software to show heating process. The experiment is performed above C45 steel mold plate size 300x500x30 mm. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học I Lời cam đoan II Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh mục các ký hiệu ix Danh sách các hình x Danh sách các bảng xv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1 1.2.1. Các nghiên cứu ngoài nước 1 1.2.2. Các nghiên cứu trong nước 9 1.3. Mục tiêu đề tài, đối tượng nghiên cứu 10 1.3.1. Mục tiêu đề tài 10 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu 10 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 10 1.4.1. Nhiệm vụ nghiên cứu 10 1.4.2. Giới hạn đề tài 11 1.5. Phương pháp nghiên cứu 11 1.5.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 11 1.5.2. Phương pháp phân tích thực nghiệm 11 1.5.3. Phương pháp so sánh 11 1.6. Kết cấu của luận văn 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1. Giới thiệu về cảm ứng điện từ 13 vi
10. 2.2. Hiệu ứng bề mặt 14 2.3. Cuộn dây gia nhiệt (dây design) 15 2.4. Mô hình toán của cảm ứng điện từ 17 2.5. Các mô hình tính toán của quá trình nhiệt 20 2.6. Thông số vật liệu 21 2.6.1. Thép c45 21 2.6.2. Thông số vật liệu nhựa 22 2.7 Nhiệt độ lòng khuôn 22 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 24 3.1. Giới thiệu phần mềm comsol 24 3.2. Module truyền nhiệt (heat transfer module model library) 25 3.3. Các bước mô phỏng thí nghiệm trên comsol 26 3.4. Kết quả mô phỏng 28 3.3.1 Kết quả mô phỏng với cuộn dây tĩnh 29 3.3.2 Kết quả mô phỏng với cuộn dây động 36 3.3.2.1 Kết quả mô phỏng cuộn dây động hình tròn 37 3.3.2.2 Kết quả mô phỏng cuộn dây động hình vuông 42 CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 48 4.1. Trang thiết bị tiến hành thực nghiệm 48 4.1.1. Máy tôi cao tần 48 4.1.2. Cuộn dây thí nghiệm 49 4.1.3. Máy điều khiển cuộn dây 52 4.1.4. Khuôn 54 4.1.5. Thiết bị đo nhiệt độ 55 4.1.6. Gá khuôn lên máy tôi trục 55 4.2. Tiến hành thực nghiệm 57 4.2.1. Lựa chọn cuộn dây tối ưu 57 4.2.2. Hành trình gia nhiệt cho tấm khuôn 59 vii
11. CHƯƠNG 5 SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI MÔ PHỎNG 64 5.1 Thực nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt độ bề mặt 64 5.2 Biểu đồ so sánh 64 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 75 6.1 Kết luận 75 6.2 Hướng phát triển đề tài 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 76 viii
12. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU A Véc tơ điện thế Cp Nhiệt dung riêng E Cường độ điện trường f Tần số q điện tích điện trường hc Hệ số truyền nhiệt đối lưu Is Dòng điện cuộn cảm Js Mật độ dòng điện Je Mật độ dòng điện xoáy k hệ số dẫn nhiệt L chiều dài dây dẫn Nu hằng số Nu Pr hằng số Prandtl 푞̅ đầu nhiệt vào T Nhiệt độ v Vận tố di chuyển cuộn dây Z0 vị trí ban đầu cuộn dây Zc vị trí kết thúc dây c Nhiệt dung riêng Greek symbols 훼 Hệ số dẫn nhiệt 휀 Hệ số bức xạ 𝜎 Tính dẫn điện của vật liệu 𝜎푠 hằng số Stefan–Boltzmann 𝜌 mật độ dòng của vật liệu 휇 độ từ thẩm 휇0 độ từ thẩm chân không 휔 Tần số góc ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ thực nghiệm điều khiển nhiệt độ khuôn bằng môi chất khí 2 Hình 1.2: Biên dạng hình học của chíp và kênh dẫn của nó 3 Hình 1.3: Phân phối nhiệt độ bề mặt tấm khuôn được đo bằng hệ thống ảnh nhiệt hồng ngoại 4 Hình 1.4: Sự biến thiên nhiệt độ bề mặt khuôn tại những nhiệt độ mong muốn khác nhau khi sử dụng GMTC 4 Hình 1.5: Biểu đồ so sánh chu kỳ thời gian giữa phương pháp nung nóng bằng khí và nung nóng/ làm nguội bằng nước 5 Hình 1.6: Phân bố nhiệt độ bề mặt Khuôn 6 Hình 1.7: Sơ đồ kết cấu khuôn cho 2 chu trình RHCM 7 Hình 1.8: Sơ đồ thay đổi nhiệt độ khuôn trong suốt các chu trình RHCM 7 Hình 1.9: Các đáp ứng nhiệt tại điểm ’B’ nằm tại tâm của bề mặt lòng khuôn trong suốt quá trình nung nóng RHCM 7 Hình 1.10: Phân bố nhiệt độ bề mặt Khuôn 8 Hình 1.2: Chi tiết sản phẩm ssau khi hoàn thành 9 Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 14 Hình 2.2: Mô phỏng từ thông tác dụng lên vật liệu gây ra dòng điện cảm ứng 14 Hình 2.3: Các mẫu cuộn dây gia nhiệt (tôi) chi tiết hình trụ 16 Hình 2.4: Các mẫu cuộn dây gia nhiệt (tôi) mặt phẳng 17 HÌNH 3.1: Sơ đồ làm việc mô phỏng 24 Hình 3.2: các ứng dụng của phần mềm Comsol Multiphysisc 5.0 25 Hình 3.3: Set up phôi và cuộn dây vào phần mềm Comsol 26 Hình 3.4: Set up thuộc tính vật liệu 27 Hình 3.5: Cài đặt thông số thuộc tính đối tượng bài toán mô phỏng cuộn dây di dộng 27 Hình 3.6: Chia lưới tấm khuôn 28 x
14. Hình3.7 : Mô phỏng tĩnh và mô phỏng động 29 Hình 3.8 : Cuộn dây hình chữ nhật gia nhiệt tĩnh 30 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng khi gia nhiệt với cuộn dây 2 vòng cố định, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, với khoảng cách từ mặt cuộn dây đến bề mặt khuôn thay đổi 30 Hình 3.10 : Kết quả mô phỏng khi gia nhiệt với cuộn dây 4 vòng cố định, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, với khoảng cách từ mặt cuộn dây đến bề mặt khuôn thay đổi 32 Hình 3.11: Kết quả mô phỏng khi gia nhiệt với cuộn dây 6 vòng cố định, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, với khoảng cách từ mặt cuộn dây đến bề mặt khuôn thay đổi. 33 Hình 3.12 : Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng khi gia nhiệt tĩnh cuộn dây hình chữ nhật 2 vòng dây 34 Hình 3.13 : Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng khi gia nhiệt tĩnh của cuộn dây hình chữ nhật 4 vòng dây 34 Hình 3.14 : Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng khi gia nhiệt tĩnh cuộn dây hình chữ nhật vòng dây 35 Hình 3.15: Kết quả mô phỏng gia nhiệt di dộng với cuộn dây 2 vòng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi. 37 Hình 3.1: Kết quả mô phỏng gia nhiệt với cuộn dây 4 vòng di dộng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, chiều cao h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi. 38 Hình 3.17: Kết quả mô phỏng khi gia nhiệt với cuộn dây 6 vòng di dộng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, chiều cao h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi. 39 Hình 3.18 : Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây tròn 4 vòng dây với 2 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 39 Hình 3.19: Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây tròn 4 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 39 xi
15. Hình 3.20 : Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây tròn 6 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 40 Hình 3.21 : Kết quả mô phỏng gia nhiệt với cuộn dây vuông 2 vòng di dộng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, chiều cao h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi 42 Hình 3.22: Kết quả mô phỏng gia nhiệt với cuộn dây vuông 4 vòng di dộng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, chiều cao h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi. 43 Hình 3.23: Kết quả mô phỏng gia nhiệt với cuộn dây vuông 6 vòng di dộng, thời gian gia nhiệt t = 30 giây, chiều cao h = 3 mm, vận tốc di chuyển cuộn dây thay đổi. 44 Hình 3.24 : Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây vuông 2 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 45 Hình 3.25: Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây vuông 4 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 45 Hình 3.26 : Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây vuông 6 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 46 Hình 4.1: Mô tả các công việc trong quá trình làm thực nghiệm 47 Hình 4.2: Máy tôi cao tần 48 Hình 4.3: cuộn dây gia nhiệt tĩnh 48 Hình 4.4: Cuộn dây gia nhiệt mặt phẳng di động 49 Hình 4.5: Thực nghiệm với các dạng cuộn dây 50 Hình 4.6: Trang thiết bị trên máy điều khiển cuộn dây 51 Hình 4.7: Lắp cuộn dây di động trên máy điểu khiển 52 Hình 4.8: bản vẽ Khuôn 53 xii
16. Hình 4.9: Khuôn sau khi gia công 55 Hình 4.10: Súng đo hồng ngoại 2 tia 56 Hình 4.11: Gá Khuôn lên máy tôi trục 57 Hinh 4.12: gia nhiệt tĩnh với 3 vòng dây tròn 58 Hinh 4.13: gia nhiệt tĩnh với cuộn dây vuông 4 vòng dây thời gian 5 s 59 Hình 4.14 : Mô phỏng gia nhiệt chuyển động 60 Hình 4.15 : hình kích thước vùng cần gia nhiệt trên tấm khuôn 300x500x50 mm . 60 Hình 4.16: phương án hướng chuyển động của cuộn dây gia nhiệt cho khuôn 61 Hình 4.17 : khoảng cách mà cuộn dây di chuyển khi thực nghiệm. 61 Hình 4.18: Một số hình ảnh gia nhiệt 61 Hình 4.19: kết quả mô phỏng và thực nghiệm cuộn dây tĩnh chiều cao h = 3mm 62 Hình 4.20: kết quả mô phỏng và thực nghiệm cuộn dây tròn 4 vòng dây chạy V = 20mm/s chiều cao h = 3mm 62 Hinh 4.21 : kết quả mô phỏng và thực nghiệm khi chạy với V = 180 mm/s cuộn dây vuông và tròn. 63 Hình 5.1: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây tròn 4 vòng dây với tốc độ v=20mm/s, chiều cao h=3mm 64 Hình 5.2: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây tròn 4 vòng dây với tốc độ v=60mm/s, chiều cao h=3mm 65 Hình 5.3: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây tròn 4 vòng dây với tốc độ v=120mm/s, chiều cao h = 3mm 65 Hình 5.4: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây tròn 4 vòng dây với tốc độ v=180mm/s, chiều cao h = 3mm 66 Hình 5.5: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây vuông 4 vòng dây với tốc độ v = 20mm/s, chiều cao h = 3mm 66 Hình 5.6: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây vuông 4 vòng dây với tốc độ v = 60mm/s, chiều cao h = 3mm 67 Hình 5.7: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây vuông 4 vòng dây với tốc độ v = 120mm/s, chiều cao h = 3mm 67 xiii
17. Hình 5.8: Biểu đồ nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm khi gia nhiệt cuộn dây vuông 4 vòng dây với tốc độ v = 180mm/s, chiều cao h = 3mm 68 Hình 5.9: Biểu đồ so sánh nhiệt độ cao nhất (điểm 5) của cuộn dây tròn giữa mô phỏng và thực nghiệm ở cao độ h = 3mm 68 Hình 5.10: Biểu đồ so sánh nhiệt độ thấp nhất ( điểm 11) của cuộn dây tròn giữa mô phỏng và thực nghiệm ở cao độ h = 3mm. 69 Hình 5.11: Biểu đồ so sánh nhiệt độ cao nhất ( điểm 5) của cuộn dây vuông giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chiều cao h= 3mm. 69 Hình 5.12: Biểu đồ so sánh nhiệt độ thấp nhất ( điểm 11) của cuộn dây vuông giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chiều cao h= 3mm. 70 Hình 5.13: Biểu đồ mô phỏng quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây tròn 4 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau,khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm. 70 Hình 5.14: Biểu đồ thực nghiệm quá trình gia nhiệt động cho khuôn, sử dụng cuộn dây vuông 4 vòng dây với 4 vận tốc khác nhau, khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 3mm 71 Hình 5.15: Biểu đồ thực nghiệm so sánh nhiệt độ cao nhất ( điểm 5) giữa cuộn dây tròn và dây vuông cùng độ cao h=3mm với các vận tốc khác nhau. 72 Hình 5.16: Biểu đồ độ chênh lệch nhiệt độ thực nghiệm giữa các vận tốc trong cùng một cao độ h = 3mm của cuộn dây gia nhiệt tròn và vuông. 73 Hình 5.17 : Biểu đồ so sánh nhiệt đô giữa lòng khuông của cuộn dây hình chữ nhật 6 vòng dây (300x100mm) với cuộn dây di động hình tròn và hình vuông, cao độ h = 3mm 73 xiv
18. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.2: Các trường hợp được thiết kế cho mô phỏng đáp ứng nhiệt của các hệ thống RHCM 8 Bảng 2.1 Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C45 21 Bảng 2.2 Cơ tính của thép Các bon chất lượng C45 22 Bảng 2. 3: Nhiệt độ xylanh và nhiệt độ khuôn tương ứng từng loại nhựa 22 Bảng 2. 4: Nhiệt độ nhựa và khuôn khi ép 23 BẢNG 3.1 : các thông số mô phỏng cuộn dây tĩnh 27 Bảng 3.2 : Thông số mô phỏng cuộn dây tròn và vuông di động với vận tốc thay đổi 35 xv
19. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Theo xu hướng hội nhập quốc tế của đất nước, đặt ngành công nghiệp nước nhà phải thay đổi công nghệ phát triển công nghệ cao. Để có thể cạnh tranh với các sản phẩm của nước ngoài, ta phải đẩy mạnh phát triển công nghiệp hóa – hiện đại hóa, nâng cao chất lượng sản phẩm đi cùng đó là giảm giá thành[1]. Một sản phẩm chất lượng, giá thành phù hợp cho người thu nhập thấp là mục đích của tất cả các công ty, doanh nghiệp sản xuất, đó là chìa khóa cho sự thành công. Vì vậy việc ứng dụng những phương pháp mới, công nghệ mới là việc cấp thiết cần phải được thực hiện. Ứng dụng phương pháp cảm ứng từ vào trong quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa hiện chưa phổ biến. Trong ngành nhựa ứng dụng phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ thì giảm tối thiểu thời gian tái ép khuôn sản phẩm hay nói cách khác là giảm thời gian của mỗi chu kỳ sản xuất, điều này giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và tăng cao năng suất hoạt động của máy. 1.2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới lĩnh vực ứng dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ vào ngành luyện kim có từ rất sớm đặc biệt phát triển mạnh vào thế kỷ 20, nhất là sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nền công nghiệp nặng ngày càng phát triển mạnh ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nhưng chủ yếu là lĩnh vực luyện kim, chế tạo nhiệt luyện. Ứng dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ vào lĩnh vực khuôn ép nhựa vấn đề mấu chốt là việc xử lí nhiệt, nó đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, gia nhiệt tốt sẽ cho dòng chảy nhựa vào khuôn ít bị khuyết tật khi phun ép, tối ưu hóa quá trình gia nhiệt khuôn ép giúp hạn chế các lỗi trên bề mặt sản phẩm ép. Những phương pháp gia nhiệt truyền thống, như làm nóng bằng các chất dẫn trung gian là nước hay dầu, bằng điện trở, chúng có những hạn chế là thời gian gia nhiệt lâu và hiệu quả sản xuất thấp, mật độ truyền nhiệt rất thấp và phải làm lạnh một 1
20. diện tích lớn trên khuôn ép trước khi tiến hành quá trình ép mới. Gia nhiệt bằng phương pháp cảm ứng điện từ cho phép giảm thời gian tái ép khuôn bởi mật độ truyền dẫn nhiệt rất cao và khả năng làm nóng cục bộ. Hơn nữa, gia nhiệt bằng phương pháp cảm ứng điện từ giảm thiểu chi phí sản xuất, chất lượng bề mặt được nâng cao đáng kể. Khi so sánh một cách tương quan về thời gian thì và cùng yêu cầu về chất lượng bề mặt sản phẩm, phương pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ có thể giảm thiểu lên đến 50% thời gian so với các phương pháp gia nhiệt khác. Các nghiên cứu ứng dụng của phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ trên thế giới a) Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc trung tâm nghiên cứu và phát triểnkhuôn và công nghệ khuôn, Đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan: “Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding” [8] Trong nghiên cứu thực nghiệm này, các tác giả phát triển và khảo sát ứngdụng của hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn sử dụng khí (GMTC) trong việc đúccác chíp sinh học có một kênh dẫn vi mô trong kết cấu. Hình 1.1: Sơ đồ thực nghiệm điều khiển nhiệt độ khuôn bằng môi chất khí 2
21. Hình 1.2: Biên dạng hình học của chíp và kênh dẫn của nó Quá trình thực nghiệm cho thấy việc sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn sử dụng môi chất khí đã tạo ra sự biến thiên nhiệt độ bề mặt khuôn tại những điểm nhiệt độ mong muốn khác nhau. Hình 1.2 cho thấy sự phân bố nhiệt của bề mặt tấm khuôn được ghi lại bằng hệ thống ảnh nhiệt hồng ngoại, sử dụng hệ thống GMTC cho đáp ứng nhiệt đồng đều tại vị trí mong muốn. Hình 1.3 chỉ ra các kết quả tính trong một chu kỳ nhiệt để đạt nhiệt độ bề mặt tấm khuôn mong muốn lần lượt ở mức 100 0 C, 110 0 C và 120 0 C. Mỗi chu kỳ nhiệt bao gồm quá trình nung nóng từ 60 0 C đến nhiệt độ mong muốn sau đó lại làm nguội xuống mức 60 0 C. Nếu sử dụng phương pháp nung nóng bằng môi chất nước thì để đạt được các mức nhiệt mong muốn nêu ở trên ta cần thời gian tương ứng là 136 s, 158 s và 186 s trong khi đó nếu nung nóng bằng hệ thống GMTC ta chỉ mất lượng thời gian tương ứng 1 s, 1,5 s và 2 s. Hiệu quả mang lại khi sử dụng hệ thống GMTC để nung nóng là sự biến thiên nhiệt độ trong khoảng 30 ~ 40 0 C/ s. 3
22. S K L 0 0 2 1 5 4