Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng

Nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng.. 5 Hình 1.4: Ph

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 60520114

LUẬN VĂN THẠC SĨ

VŨ HOÀNG NGHIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CHO KHUÔN

PHUN ÉP BẰNG DÒNG ĐIỆN CAO TÀN

SKC007532

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

VŨ HOÀNG NGHIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT CHO KHUÔN

PHUN ÉP BẰNG DÒNG ĐIỆN CAO TẦN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 60520114

Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017

i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Ngày, tháng, năm sinh: 29/11/1982 Nơi sinh: Hà Nam

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 26/5HV, Kp1, P.Long Bình Tân, Biên Hòa, Đồng Nai

Fax:

E-mail: vhnghien@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Ngành học: Kỹ thuật Cơ điện tử

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Kinh tế chính trị, Chi tiết máy nâng cao, CAD/CAM/CNC

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 4 năm 2007 tại Đại Học Lạc Hồng, tỉnh Đồng Nai

Người hướng dẫn:

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

2007-2010 Công ty TNHH NEC/TOKIN, p.Long

Bình, Biên Hòa, Đồng Nai Nhân viên thiết kế máy 2010-2013 Công ty TNHH Thiên Long Long

Thành Long Thành, Đồng Nai Tổ trưởng tự động hóa 11/2013- nay Trường ĐH Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên

ii

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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2017

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Vũ Hoàng Nghiên

iii

CẢM TẠ

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gởi lời cảm ơn tới các thầy giáo những người đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy định hướng cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Phạm Sơn Minh đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài, những góp ý của thầy là những kiến thức quý báu và là nguồn động viên rất lớn cho tôi hoàn thành luận văn Tôi cũng gửi lời cảm ơn tới gia đình và những người bạn, đồng nghiệp xung quanh đã đóng góp rất nhiều về tinh thần cũng như những góp ý hết sức quý giá, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết sức mình, song chắc chắn luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Mong được sự chỉ bảo tận tình của Quý thầy

iv

TÓM TẮT

Việc xử lí nhiệt trong lĩnh vực khuôn ép nhựa đóng một vai trò cực kỳ quan

trọng Điều khiển nhiệt độ, tối ưu hóa quá trình gia nhiệt khuôn ép giúp hạn chế các lỗi trên bề mặt sản phẩm ép, tăng năng suất sản phẩm Cho phép chế tạo bộ khuôn và sản xuất các bộ phận, chi tiết siêu nhỏ ở cấp độ micro Những phương pháp gia nhiệt

truyền thống, như làm nóng bằng điện trở hay các chất dẫn trung gian là nước, dầu, gas…chúng đều có những hạn chế là thời gian gia nhiệt lâu và hiệu quả sản xuất thấp Gia nhiệt bằng phương pháp dùng dòng điện cao tần cho phép giảm tối đa thời

gian cho một chu kì ép bởi mật độ truyền dẫn nhiệt rất cao và khả năng làm nóng cục

bộ Hơn nữa, gia nhiệt bằng phương pháp dùng dòng điện cao tần giúp giảm thiểu chi

phí sản xuất, chất lượng bề mặt được nâng cao

Từ những kết quả mô phỏng và thực nghiệm trong luận văn cho thấy có thể áp dụng “Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằn dòng điện cao tần” trong lĩnh vực khuôn ép nhựa Phương pháp gia nhiệt bằng dòng điện cao tần có thể giảm đến 50% thời gian so với các phương pháp gia nhiệt khác khác Phù hợp với xu thế đa dạng hóa sản phẩm, năng suất cao và chất lượng tốt

v

ABSTRACT

Heat treatment is one of the most important process for manufacture of injection molding which could have a direct impact on precision, strength, working life and even manufacturing costs Thus optimization of heat treatment is a prerequirement to obtain a precision mold in small size, especially in micro scale Traditional heat treatment methods such as: stream heating, hot water-assisted annealing etc spend long treatment time, energy consumption and low efficiency The increasing demand for precision micro scale mold necessitate an annealing process which satisfy the specific functional and technical requirements of micro scale mold

In recent years, high-frequency proximity heating which demonstrated significantly accuracy, enhanced performance and quality, creating capabilities for mass manufacture of micro scale mold, was widely used The method utilizes the proximity effect between a pair of electrode which inserts facing each other with a small distance and thus produce a high-frequency electric loop Due to the proximity effect, the high-frequency current induce at the inner surface of the electrodes and cause the local heating in a short time

The simulations and experiments results indicate that high-frequency proximity heating could dramatically reduce the annealing time (up to 50%) in compare with traditional method Our results prove that high-frequency proximity annealing could utilize as mold annealing technology which can provide the basis of the next industrial revolution in injection mold heat treatment

vi

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

Mục lục viii

DANH MỤC HÌNH xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii

CHỮ VIẾT TẮT xiv

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước 2

1.1.1 Ngoài nước 2

1.1.2 Trong nước 6

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.3 Mục tiêu đề tài 10

1.4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 11

1.4.1 Cách tiếp cận 11

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 11

1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 11

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 11

1.6 Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện 12

Chương 2 QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ 13

2.1 Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 13

2.2 Hiệu ứng bề mặt 15

2.3 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

vii

Chương 3: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 18

3.1 Trang thiết bị thí nghiệm 18

3.2 Phương pháp thí nghiệm 26

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ 28

4.1 Giới thiệu 28

4.2 Mô phỏng quá trình gia nhiệt ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây 29

4.2.1 Qui trình mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics 29

4.2.2 Kết quả mô phỏng 29

CHƯƠNG 5: Thí nghiệm quá trình gia nhiệt bằng DÒNG ĐIỆN CAO TẦN 46

5.1 Giới thiệu 46

5.2 Các thông số thực nghiệm 46

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 75

6.1 Kết luận 75

6.2 Hướng phát triển của đề tài 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sự khác biệt về độ bóng của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn 2

Hình 1.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước 3

Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại 4

Hình 1.4: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) 5

Hình 1.5: Hệ thống khuôn phun ép được gia nhiệt khuôn bằng giòng khí nóng 5

Hình 1.6: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ 6

Hình 1.7: Đường nhiệt độ của nước cuối qt gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn nhôm 7

Hình 1.8: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn nhôm 8

Hình 1.9: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 8

Hình 1.10: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn Al 9

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 14

Hình 2.2: Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 14

Hình 2.3: Một hệ thống gia nhiệt cảm ứng từ điển hình 15

Hình 3.1: Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ 18

Hình 3.2: Cuộn dây 3D 19

Hình 3.3: Cuộn dây thí nghiệm 20

Hình 3.4: Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây cảm ứng từ 21

Hình 3 5: Tấm khuôn thí nghiệm hình chữ nhật 21

Hình 3.6: Thiết kế 1 22

Hình 3.7: Thiết kế 2 23

Hình 3.8: Thiết kế 3 23

Hình 3.9: Camera nhiệt 24

Hình 3.10: Thiết bị đo nhiệt (tiếp xúc) 25

Hình 3.11: Hệ thống đo nhiệt độ 27

Hình 4.1 : Kích thước của tấm khuôn L=100 mm, T=3 mm và W thay đổi 30

Hình 4.2: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn 100x3xW mm 31

Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3 mm 31

Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x40x3 mm 31

ix

Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt 3 giây 32

Hình 4.6: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt 6 giây 32

Hình 4.7: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x3x80 mm gia nhiệt 3 giây 32

Hình 4.8: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x80x3 mm gia nhiệt 6 giây 33

Hình 4.9: Phân bố nhiệt độ tấm 100x100x3 mm gia nhiệt 3 giây 33

Hình 4.10: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x100x3 mm gia nhiệt 6 giây 33

Hình 4.11: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn 100x3xW mm 34

Hình 4.12: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn 100x20x3 mm 34

Hình 4.13: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn 100x20x7 mm 35

Hình 4.14: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x11 mm 35

Hình 4.15: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x15 mm 35

Hình 4.16: Tấm khuôn âm W thay đổi 36

Hình 4.17: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn âm W thay đổi 36

Hình 4.18: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn W=20mm 37

Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn W=40mm 37

Hình 4.20: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn W=60mm 37

Hình 4.21: Tấm khuôn dương W thay đổi 38

Hình 4.22: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn dương W thay đổi 38

Hình 4.23: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W=20 mm 39

Hình 4.24: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W=40 mm 39

Hình 4.25: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương W=60 mm 39

Hình 4.26: Tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi 40

Hình 4.27: So sánh kết quả mô phỏng tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi 41

Hình 4.28: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương h=20mm 41

Hình 4.29: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương h=40mm 41

Hình 4.30: Phân bố nhiệt độ của tấm khuôn có phần khuôn dương h=60mm 42

Hình 4.31: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp đầu tấm phôi 42

Hình 4.32: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp chặt ở giữa tấm phôi 43

Hình 4.33: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí kẹp chặt cuối phôi 43

x

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 44

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 44

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 45

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 45

Hình 5.1: Hệ thống thiết bị thí nghiệm 46

Hình 5.2: Cuộn dây và tấm khuôn cho thí nghiệm 47

Hình 5.3: Hình vẽ tấm khuôn có chiều dài L thay đổi 47

Hình 5.4: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều dài L thay đổi 48

Hinh 5.5: Hình vẽ tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi 48

Hình 5.6: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi 49

Hình 5.7: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm 50

Hình 5.8: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm 50

Hình 5.9: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x40x3mm mô phỏng và thực nghiệm 50

Hình 5.10: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x40x3mm mô phỏng và thực nghiệm 51

Hình 5.11: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3mm mô phỏng và thực nghiệm 51

Hình 5.12: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3mm mô phỏng và thực nghiệm 51

Hình 5.13: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x80x3 thực nghiệm và mô phỏng 52

Hình 5.14: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x80x3mm thực nghiệm, mô phỏng 52

Hình 5.15: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x100x3 mm thực nghiệm, mô phỏng 52

Hình 5.16: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x100x3 mm thực nghiệm, mô phỏng 53

Hình 5.17: Hình vẽ tấm khuôn có chiều dày T thay đổi 53

Hinh 5.18: So sánh nhiệt độ các tấm khuôn có chiều dày T thay đổi 54

Hình 5.19: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm 54

Hình 5.20: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x3mm mô phỏng và thực nghiệm 55

Hình 5.21: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x7mm mô phỏng và thực nghiệm 55

xi

Hình 5.22: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x7mm mô phỏng và thực nghiệm 55

Hình 5.23: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x11mm mô phỏng và thực nghiệm 56

Hình 5.24: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x11mm mô phỏng và thực nghiệm 56

Hình 5.25: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x15mm mô phỏng và thực nghiệm 56

Hình 5.26: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x20x15mm mô phỏng và thực nghiệm 57

Hình 5.27: Hình vẽ tấm khuôn và vị trí đo nhiệt độ của tấm khuôn âm W thay đổi 57

Hình 5.28: So sánh nhiệt độ tấm khuôn âm có kích thước W thay đổi 58

Hình 5.29: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khuôn âm có W=20 mm mô phỏng, thực nghiệm 59 Hình 5.30: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khuôn âm có W=20 mm mô phỏng, thực nghiệm 59 Hình 5.31: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W=40mm mô phỏng, thực nghiệm 60

Hình 5.32: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W=60mm mô phỏng, thực nghiệm 60

Hình 5.33: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn âm có W=60mm mô phỏng, thực nghiệm 60

Hình 5.34: Hình vẽ và vị trí đo nhiệt độ tấm khuôn dương có kích W thay đổi 61

Hình 5.35: So sánh nhiệt độ tấm khuôn dương có kích thước W thay đổi 62

Hình 5.36: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương có W=20mm mô phỏng, thực nghiệm 63

Hình 5.37: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn dương có W=20mm mô phỏng, thực nghiệm 63

Hình 5.38: Phân bố nhiệt độ dương có W=40mm mô phỏng, thực nghiệm 63

Hình 5.39: Phân bố nhiệt độ dương có W=40mm mô phỏng, thực nghiệm 64

Hình 5.40: Phân bố nhiệt độ dương có W=60mm mô phỏng, thực nghiệm 64

Hình 5.41: Phân bố nhiệt độ dương có W=60mm mô phỏng, thực nghiệm 64

Hình 5.42: Hình vẽ và vị trí đo nhiệt độ của tấm khuôn dương thay đổi 65

Hình 5.43: So sánh nhiệt độ của tấm khuôn dương có kích thước H thay đổi 66

Hình 5.44: Phân bố nhiệt độ dương h=20mm mô phỏng, thực nghiệm 67

Hình 5.45: Phân bố nhiệt độ dương h=20mm mô phỏng, thực nghiệm 67

Hình 5.46: Phân bố nhiệt độ dương h=40mm mô phỏng, thực nghiệm 67

Hình 5.47: Phân bố nhiệt độ dương h=40mm mô phỏng, thực nghiệm 68

Hình 5.48: Phân bố nhiệt độ dương h=60mm mô phỏng, thực nghiệm 68

xii

Hình 5.49: Phân bố nhiệt độ dương h=60 mm mô phỏng, thực nghiệm 69

Hình 5.50: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phôi 70

Hình 5.51: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phôi 71

Hình 5.52: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí giữa 2 tấm khuôn 71

Hình 5.53: Phân bố nhiệt khi đường nước xa nguồn từ trường 72

Hình 5.54: Phân bố nhiệt khi đường nước gần nguồn từ trường 73

Hình 5.55: Phân bố nhiệt độ tấm khuôn 100x60x3mm 73

Hình 5.56: Phân bố nhiệt độ 2 tấm khuôn 100x20x3 mm đặt song song 74

xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ 19

Bảng 3.2: Bảng kê linh kiện của bộ thí nghiệm gia nhiệt 20

Bảng 3.3: Kích thước của tấm khuôn thí nghiệm 21

Bảng 3.4: Cơ tính của thép cacbon C45 24

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của camera nhiệt 25

Bảng 3.6: Thông số của thiết bị đo nhiệt tiếp xúc 26

Bảng 4.1: Thông số chính của quá trình mô phỏng 29

Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cho tấm khuôn 100x3 mm, chiều rộng W thay đổi 30

Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng gia nhiệt tấm khuôn 100x20xT thay đổi 34

Bảng 4.4: Kết quả mô phỏng tấm khuôn âm W thay đổi 36

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng với tấm khuôn dương W thay đổi 38

Bảng 4.6: Kết quả mô phỏng tấm khuôn dương chiều cao h thay đổi 40

Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng tấm khuôn thay đổi vị trí kẹp phôi 42

Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cấp nguồn cuộn dây 43

Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm tấm khuôn hình chữ nhật có chiều dài L thay đổi 47

Bảng 5.2: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có chiều rộng W thay đổi 49

Bảng 5.3: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có chiều dày T thay đổi 53

Bảng 5.4: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn âm có kích thước W thay đổi 58

Bảng 5.5: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn có kích thước W thay đổi 61

Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm với tấm khuôn dương có kích thước thay đổi 65

xiv

CHỮ VIẾT TẮT

CAD: Computer Aided Design

CAM: Computer Aided Manufacturing

CAE: Computer Aided Engineering

CNC: Computer Numerical Control

DMTC: Dynamic Mold Temperature Con

1

Chương 1: TỔNG QUAN

Nhựa hoặc polymer, được dùng làm vật liệu sản xuất nhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng như phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như; điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp… Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhựa còn được ứng dụng và trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống như: gỗ, kim loại, silicat v.v Do đó, ngành công nghiệp Nhựa ngày càng có vai trò quan trọng trong đời sống cũng như sản xuất của các quốc gia

Đa số những vật dụng bằng nhựa đều được sản xuất bởi công nghệ ép phun

Từ những thứ đơn giản như đế giày đến nón bảo hiểm, đồ chơi trẻ em, vỏ điện thoại

di động, hộp đựng bánh kẹo… Sản xuất đồ dùng bằng khuôn mẫu giúp tiết kiệm thời gian Có thể sản xuất hàng loạt giống nhau trong một thời gian ngắn Đo

đó, công nghệ ép phun trong đó khuôn mẫu, khuôn ép nhựa là trọng tâm đóng góp một vai trò quan trọng trong đời sống hàng ngày

Trong quá trình ép phun, nhựa nóng chảy được phun vào khuôn lạnh Nếu không có điều khiển nhiệt độ khuôn, bề mặt khuôn nóng lên không đồng đều sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm như: độ nhẵn bóng, độ chính xác, Thông qua kiểm soát nhiệt độ khuôn, mức nhiệt độ đồng đều đạt được trên bề mặt khuôn tương đối nhanh chóng Phân bố nhiệt độ trên toàn bộ bề mặt của khuôn là một điều kiện tiên quyết quan trọng cho chất lượng đúc mong muốn Nếu sự phân bố nhiệt độ trong khuôn khác nhau dẫn đến sự khác biệt về sự co rút, quá trình kết tinh của nhựa, ảnh hưởng đến sự ổn định hình dáng, kích thước của sản phẩm Nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng 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 Nhiệt độ khuôn ổn định, chu kì ép phun được rút ngắn, do đó chi phí sản xuất Vì những lý do điều khiển nhiệt độ khuôn phải được tối ưu hóa

2

Nhiệt độ khuôn 300C

Nhiệt độ khuôn 600C

Hình 1.1: Sự khác biệt về độ bóng của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn

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

1.1.1 Ngoài nước

Hiện nay, các nước có nền công nghiệp phát triển trên thế giới đều đã áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế 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, kích thước sản phẩm Có như vậy nhựa nóng mới có thể điền đầy lòng khuôn một cách tốt nhất, tránh được các hiện tượng: cong vênh, đường hàn, vết l m, co rút … Vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn là hết sức cần thiết cho ngành nhựa

Dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating) Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) có thể đạt được tốc độ gia nhiệt từ 1oC/s

3

đến 3oC/s [9] Tuy nhiên, gia nhiệt theo phương pháp này làm cho quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn

Một điều cần thiết cho việc kiểm soát nhiệt độ khuôn là kiểm soát được nhiệt

độ ở bề mặt lòng khuôn, vì bề mặt này ảnh hưởng trực tiếp đến chu kì phun ép và chất lượng sản phẩm Tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi sử dụng phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC [8, 12] Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), hình 1, được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa [10, 11]

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

4

Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá [6,7] Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60 oC đến 120

oC trong thời gian 2 s Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo

hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 s Ưu điểm của phương pháp “gas heating”

là tốc độ gia nhiệt rất cao, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 0.4) cần được thiết kế lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào

5

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

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

Tương tự với các phương pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn (welding line), cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa

6

Hình 1.6: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ Trong các nghiên cứu mới đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như:

 Tốc độ gia nhiệt cao

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

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

Tuy nhiên, hiện nay, các thiết kế của cuộn dây gia nhiệt chỉ giới hạn ở dạng 2D, toàn bộ cuộn dây chỉ được bố trí trên 2 mặt phẳng Điều này ảnh hưởng không tốt đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt của khuôn Đây cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép Để khắc phục hiện tượng này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm nâng cao độ đồng đều về nhiệt độ của bề mặt khuôn và giảm cong vênh sản phẩm

1.1.2 Trong nước

Ngành nhựa đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam Với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau ngành viễn thông và dệt

may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100% Sự tăng trưởng đó xuất

phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sử

7

dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao

Việc nghiên cứu, ứng dụng các phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa đang được thúc đẩy mạnh mẽ Tại Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giải quyết bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa Các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm chuyên dùng cho

mô phỏng quá trình gia công nhựa như: C-Mold, Moldflow, Moldex3D,…Trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE Sau đây xin giới thiệu một số nghiên cứu được tiến hành 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

8

Hình 1.8: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn nhôm Trong nghiên cứu này cho thấy cuối quá trình gia nhiệt 20s cho tấm khuôn dương, nhiệt độ thí nghiệm tại điểm P1 đạt được 52,25 0

C và tại điểm P2 là 65,50C, điểm P1 có sự chênh lệch nhiệt độ giữa thí nghiệm và mô phỏng lớn hơn điểm P2 Nhiệt độ cuối quá trình giải nhiệt P1 là 380C, P2 là 350 C.

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

Hình 1.9: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 Trong nghiên cứu này cho thấy nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt lúc mô phỏng là 960C và thí nghiệm là 740

C chênh lệch khoảng 220C, cuối quá trình giải nhiệt là 570C chênh lệch giữa thí nghiệm và mô phỏng là 0.130C

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

9

Hình 1.10: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn Al Qua biểu đồ cho thấy sự gia nhiệt bằng khí nóng làm nhiệt độ tấm insert khuôn tăng lên rất nhanh Khi gia nhiệt với nguồn nhiệt là 2000

C, thời gian gia nhiệt 5s đến 10s thì nhiệt độ khuôn tăng trung bình: 80C/s, thời gian gia nhiệt 10s đến 15s thì nhiệt độ khuôn tăng trung bình: 20C/s

Luận văn tốt nghiệp cao học của học “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”

tác giả Lê Minh Trí (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM) Luận văn này đã đề cập đến

cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng, kiểm tra kết quả Tuy nhiên, nội dung đề tài này chưa đưa ra được phương pháp tối ưu cho việc thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở một chi tiết quá đơn giản, chưa phù hợp với yêu cầu thực tế

Luận văn tốt nghiệp cao học “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống

làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE” của tác giả Nguyễn

Văn Thành (ĐH Bách Khoa TP HCM)[19] Luận văn này đã đề cập đến lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khuôn ép phun, nhằm xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE, áp dụng qui trình này cho sản phẩm

là khuôn vỏ bình nước nóng

Tuy nhiên, đến nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội

10

khuôn trong thời gian ngắn nhất.Quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức Các sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng Tuy nhiên, những năm gần đây ở Việt Nam đã có nhiều doanh nghiệp và trung tâm nghiên cứu bắt đầu đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ gia nhiệt mới vào sản xuất các sản phẩm công nghệ cao như: máy tính, điện thoại thông minh…

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Việc thiết kế hệ thống khuôn ép nhựa nói chung và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ nói riêng là một quá trình phức tạp, đòi hỏi tốn nhiều chi phí và thời gian Hiện nay, việc thiết kế hệ thống gia nhiệt được thực hiện theo 2 phương pháp:

 Thiết kế theo kinh nghiệm

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

Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều tập trung chủ yếu vào quá trình giải nhiệt cho khuôn Do đó, đa số các công ty sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng Ngoài ra, các phương án giải quyết các vấn đề về cong vênh, đường hàn, chất lượng bề mặt… vẫn còn rất hạn chế và tốn nhiều chi phí trong qua trình sản xuất

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 được 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 được cấu hình thiết

bị phù hợp, tối ưu hóa được 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 như:

 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

1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng 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

12

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

167 oC

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

1.6 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

13

Chương 2

QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

Chương này giới thiệu về hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ, các nguyên lý

cơ bản và các đặc điểm nổi bậc của phương pháp gia nhiệt này Hiện nay, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mới, vì vậy, khả năng ứng dụng của phương pháp này cũng sẽ được đề cập đến

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

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường được sử dụng trong quá trình gia nhiệt cho các vật liệu dẫn điện nhằm nâng nhiệt độ lên đến giới hạn chảy (quá trình hàn), hoặc đến nhiệt độ chuyển đổi pha (quá trình tôi cao tần) Hiện nay, trong các phương pháp gia nhiệt tiên tiến, phương pháp gia nhiệt này có ưu điểm vượt trội

về tốc độ gia nhiệt, độ ổn định, cũng như khả năng điều khiển quá trình gia nhiệt Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thuộc nhóm phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc Phương pháp này dựa trên ảnh hưởng của dòng điện cao tần trong cuộn dây (coil) tạo nên dòng điện cảm ứng trên bề mặt cần gia nhiệt Nhờ dòng điện cảm ứng này, bề mặt cần gia nhiệt sẽ được nung nóng đến giá trị cần thiết Do đặc điểm

về dòng điện cảm ứng từ, trong quá trình gia nhiệt, hầu như chỉ phần vật liệu gần lớp bề mặt bị ảnh hưởng (nung nóng), do đó, hiệu quả của quá trình gia nhiệt được nâng cao Ngoài ra, trong quá trình phun ép, sau khi bề mặt khuôn được gia nhiệt và đạt đến giá trị nhiệt độ nhất định, nhựa nóng sẽ được phun vào lòng khuôn, sau đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra Vì phương pháp cảm ứng từ chỉ gia nhiệt tại bề mặt khuôn, do đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra dễ dàng và tốc độ giải nhiệt sẽ nhanh hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được trình bày như hình 2.1 và 2.2 Thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cấp nguồn điện, tạo

ra dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây (Cuộn sơ cấp - coil) như hình 2.1 Dòng điện này sẽ tạo ra từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây với cùng tần số của nguồn cao tần Theo định luật Faraday, nếu có một cuộn dây khác nằm trong vùng ảnh hưởng của từ trường này, dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra bên trong cuộn thứ

14

cấp (Secondary coil) Vì vậy, trong phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn theo phương pháp cảm ứng từ, cuộn dây sẽ đóng vai trò như cuộn sơ cấp, và bề mặt khuôn sẽ đóng vai tro như cuộn thứ cấp (hình 2.2) Khi có dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây, từ trường biến thiên với tần số cao sẽ được tạo ra Nếu bề mặt cần gia nhiệt của khuôn được đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trên bề mặt khuôn, và quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện

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

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

từ (Magnetical permeability) thường là 1 Ngược lại, với các loại vật liệu sắt từ

16

(Ferromagnetic material), như thép, độ ngắm từ thường cao hơn rất nhiều Do đó, khi gia nhiệt cho vật liệu sắt từ, nhờ hiệu ứng bề mặt, quá trình gia nhiệt sẽ tập trung tại bề mặt của vật cần gia nhiệt Vì vậy, hiệu suất của quá trình gia nhiệt sẽ nâng cao đáng kể

2.3 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt (coil design)

Trong quá trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn, dòng điện cảm ứng trên bề mặt khuôn được tạo ra bởi từ trường thay đổi của dòng điện trong cuộn dây (coil) Do

đó, với các thiết kế khác nhau của cuộn dây, từ trường sẽ thay đổi, và kết quả là phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn cũng sẽ khác nhau Với thiết kế tốt, cuộn dây sẽ tạo ra vùng gia nhiệt hợp lý cho bề mặt khuôn, ngoài ra, hiệu suất của quá trình gia nhiệt cũng được tối ưu hơn Nhìn chung, trong lĩnh vực gia nhiệt cho khuôn phun ép theo nguyên lý cảm ứng từ, cuộn dây gia nhiệt (induction coil) thường được làm từ ống đồng với đường kính từ 5 mm đến 14 mm Tùy theo từng loại khuôn và khu vực cần gia nhiệt, cuộn dây có thể có 1 vòng (turn) hoặc nhiều vòng dạng xoắn ốc (helical) với tiết diện tròn (round) hoặc vuông (square) Bên cạnh thông số về cuộn dây, khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt cần gia nhiệt cũng

là một trong những thông số quan trọng Nếu khoảng cách này nhỏ, hiệu suất của quá trình gia nhiệt sẽ lớn hơn [14]

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

từ

 Quá trình gia nhiệt:

o Do mật độ dòng điện (current density) tập trung tại bề mặt gia nhiệt nên quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện với tốc độ cao

o Với mục tiêu nâng nhiệt độ bề mặt lên giá trị cao (cao hơn nhiệt độ chuyển pha (Tg) của vật liệu nhựa), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mang tính khả thi nhất

o Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có thể dùng cho trường hợp cần gia nhiệt cục bộ tại một cùng nhỏ trên bề mặt khuôn

o Các trang thiết bị được dùng trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ

có thể được tự động hóa dễ dàng

17

 Năng lượng:

o Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ mang tính hiệu quả cao về mặt năng lượng [4, 13, 14] Tuy nhiên, mức độ hiệu quả này phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu cần gia nhiệt

o Trong qui trình phun ép nhựa, quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường diễn ra với tốc độ nhanh, do đó, phần tổn thất nhiệt năng ra ngoài môi trường được hạn chế tốt đa

o Quá trình điều khiển nhiệt độ có thể được tiến hành dễ dàng

o Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ chỉ có ảnh hưởng đến lớp bề mặt của khuôn, do đó, hiệu quả về mặt năng lượng cao hơn rất nhiều so với phương pháp dùng điện trở để gia nhiệt

o Có khả năng gia nhiệt cục bộ tại một hoặc một số vùng trên bề mặt khuôn

o Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ gần như không phụ thuộc vào điều kiện môi trường bên ngoài

o Đây là phương pháp gia nhiệt không ảnh hưởng xấu đến môi trường

 Một số nhược điểm cần được khắc phục của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ:

o Chỉ ứng dụng tốt với các loại vật liệu sắt từ

o Giá của thiết bị vẫn còn khá cao

o Với các bề mặt phức tạp, rất khó để có được thiết kế của cuộn dây thích hợp

18

Chương 3: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Chương này sẽ giới thiệu về các trang thiết bị phục vụ cho quá trình thí nghiệm như: máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ, các tấm khuôn, cảm biến nhiệt độ, thiết bị đo nhiệt độ, cuôn dây cảm ứng từ

3.1 Trang thiết bị thí nghiệm

 Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ:

Trong nghiên cứu này, máy gia nhiệt (hình 3.1) bằng cảm ứng từ sẽ được sử dụng nhằm cung cấp nguồn điện xoay chiều có tần số cao cho cuộn dây (coil) nhằm tạo ra từ trường cảm ứng lên bề mặt gia nhiệt Trong quá trình gia nhiệt, nước sẽ được sử dụng như dung dịch giải nhiệt cho máy và cuộn dây Thiết bị này có thể cung cấp nguồn điện có cường độ cao nhất là 52A với công suất cực đại: 30 kW Các thông số chi tiết của thiết bị được trình bày như bảng 3.1

Hình 3.1: Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ

19

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)

Hình 3.2: Cuộn dây 3D

20

Hình 3.3: Cuộn dây thí nghiệm

Bảng 3.2: Bảng kê linh kiện của bộ thí nghiệm gia nhiệt Stt Số lượng 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 để điện và nhiệt được truyền tốt nhất Mặt tiếp xúc với các tấm nhôm được mài phẳng để tăng khẳ năng tiếp xúc Các lỗ taro M5 để khóa chặt tấm khuôn với bệ đỡ Hai lỗ taro M13 để lắp

co nối dẫn nước Các thông số về kích thước như hình 3.4