Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng

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

MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT .v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Các cơng trình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.3 Tính cấp thiết đề tài 23 1.4 Mục đích đề tài 24 1.5 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 24 1.5.1 Ý nghĩa khoa học .24 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn .24 1.6 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 24 1.6.1 Nhiệm vụ đề tài 24 1.6.2 Giới hạn đề tài .25 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu 25 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Tổng quan khuôn ép nhựa 26 vi 2.1.1 Khái niệm chung khuôn 26 2.1.2 Kết cấu chung khuôn 26 2.1.3 Phân loại khuôn ép phun 28 2.2 Lý thuyết truyền nhiệt 33 2.2.1 Truyền nhiệt 33 2.2.2 Truyền nhiệt đối lƣu [9] 34 2.2.3 Bức xạ nhiệt [18] .36 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN 39 3.1 Thiết kế sản phẩm 39 3.2 Tách khuôn 40 3.3 Thiết kế hồn chỉnh khn[16] 41 3.3.1 Cụm insert 41 3.3.2 Khuôn di động 41 3.3.3 Khuôn cố định 42 3.3.4 Bộ khn hồn chỉnh 42 3.4 Lắp ráp .43 3.4.1 Các phân khuôn .43 3.4.2 Tấm kẹp cố định 43 3.4.3 Khuôn cố định 44 3.4.4 Khuôn di động 44 3.5 Quá trình lắp 45 3.5.1 Lắp khuôn cố định .45 3.5.2 Lắp khuôn di động .47 Chƣơng MÔ PHỎNG 50 vii 4.1 Mơ hình mơ 50 4.1.1 Mơ hình 3D .50 4.1.2 Tiến hành phân tích 52 4.2 Kết mô 54 Chƣơng THỰC NGHIỆM 64 5.1 Thiết bị thực nghiệm 64 5.1.1 Máy ép nhựa 64 5.1.2 Block air heating .64 5.1.3 Tay máy .65 5.1.4 Khuôn ép 66 5.1.5 Camera nhiệt 66 5.2 Thực nghiệm gia nhiệt cho khuôn 68 Chƣơng SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 74 6.1 So sánh kết phân tích thực nghiệm 74 6.2 Khảo sát độ ổn định nhiệt bề mặt mơ thay đổi nhiệt độ khí đầu vào 81 6.3 Khảo sát độ ổn định nhiệt bề mặt tiến hành thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .83 6.3.1 Độ ổn định nhiệt giá trị đầu vào khí 200°C 83 6.3.2 Độ ổn định nhiệt giá trị đầu vào khí 250°C 86 6.3.3 Độ ổn định nhiệt giá trị đầu vào khí 300°C 87 6.3.4 Độ ổn định nhiệt giá trị đầu vào khí 350°C 89 6.3.5 Độ ổn định nhiệt giá trị đầu vào khí 400°C 90 6.4 So sánh phân bố nhiệt mô thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .93 viii Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 105 7.1 Kết luận 105 7.2 Hƣớng phát triển 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tube phịng thí nghiệm Hình 1.2: Các sản phẩm nhựa .2 Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khn nƣớc (Steam heating)[9] Hình 1.4: Tọa độ điểm khảo sát nhiệt độ[17] .4 Hình 1.5: So sánh nhiệt độ đo thí nghiệm đƣợc mơ vị trí P4 Hình 1.6: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30°C đến 150°C .5 Hình 1.7: Hệ thống gia nhiệt cho khn tia hồng ngoại [1] .7 Hình 1.8: Quá trình gia nhiệt dùng tia hồng ngoại[1] Hình 1.9: Phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng từ[2] Hình 1.10: (a) Coil dạng xoắn thiết bị cấp nguồn (b) Tọa độ điểm kiểm tra [2] Hình 1.11: So sánh gia nhiệt mô thực nghiệm [2] Hình 1.12: Phân bố nhiệt độ gia nhiệt cảm ứng 10 Hình 1.13: Quy trình gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép nhựa[3] .11 Hình 1.14: Gia nhiệt dùng dòng điện cảm ứng 12 Hình 1.15: Hƣớng di chuyển để tạo từ trƣờng động 12 Hình 1.16: Nhiệt độ A thay đổi theo thời gian ứng với vận tốc khác 13 Hình 1.17: Cuộn coil đặt chung khn[6] 14 Hình 1.18: So sánh kết mô thực nghiệm 14 Hình 1.19: Hình dạng coil tùy theo biên dạng sản phẩm [5] 15 Hình 1.20: Mơ phân bố nhiệt độ bề mặt khn mẫu cho cuộn dây (a) Mơ hình 3D (ba vòng); (b) phân bố nhiệt độ sau 5s cảm ứng 16 Hình 1.21: Mơ phân bố nhiệt độ bề mặt cho cuộn dây M2 (a) Hình dạng cuộn; (b) nhiệt độ bề mặt sử dụng Coil M2 cho 6s cảm ứng; (c) nhiệt độ điều kiện nhƣng với dòng điện ngƣợc lại 16 Hình 1.22: Các hình dạng coil khác [7] 17 Hình 1.23: Kết mơ đổi hƣớng dịng điện 17 x Hình 1.24: Thiết kế hình dạng kênh khí khác bao gồm (a) kênh khí hình quạt .18 Hình 1.25: Cấu trúc dạng khuôn composite[8] 18 Hình 1.26: (a) Vị trí đonhiệt độ thử nghiệm (b) Tấm Niken 19 Hình 1.27: Nhiệt độ khn với thời gian gia nhiệt khác nhau.[8] 19 Hình 1.28: So sánh nhiệt độ khuôn khuôn đƣợc thiết kế có khơng có 20 Hình 1.29: So sánh phân bố nhiệt độ khn thiết kế ống hình trụ hình quạt 20 Hình 1.30: Đo nhiệt độ vị trí xác định 21 Hình 1.31: Nhiệt độ bề mặt khuôn với thời gian gia nhiệt khác 21 Hình 1.32: Kích thƣớc mẫu insert có tích hợp micro 22 Hình 1.33: Mơ nhiệt độ phân bố lịng khn nhiệt độ lớp khác 23 Hình 2.1: Khn âm khn dƣơng trạng thái đóng[13] .26 Hình 2.2: Kết cấu chung khuôn[13] 27 Hình 2.3: Cấu tạo khn tấm[13] 29 Hình 2.4: Khn lịng khn[13] 30 Hình 2.5: Hình thực tế khn nhiều tầng (hình a)và hệ thống bơm nhựa + hệ thống gia nhiệt (hình b) .32 Hình 2.6: Nguyên lý dẫn nhiệt [18] 33 Hình 2.7: Các yếu tố truyền nhiệt đối lƣu [9] 35 Hình 2.8: Các dạng truyền nhiệt đối lƣu [9] .36 Hình 2.9: Truyền nhiệt xạ [13] 37 Hình 3.1: Thiết kế sản phẩm[16] .39 Hình 3.2: Biên dạng sản phẩm 39 Hình 3.3: Biên dạng mặt phân khn .40 Hình 3.4: Mặt phân khuôn hƣớng mở khuôn .40 Hình 3.5: Khn âm, khn dƣơng sản phẩm mở khn 40 Hình 3.6: Tấm khuôn di động 41 xi Hình 3.7: Lịng khuôn khuôn di động 41 Hình 3.8: Tấm khn cố định 42 Hình 3.9: Bộ khn hồn chỉnh 42 Hình 3.10: Linh kiện khn hồn chỉnh .43 Hình 3.11: Tấm kẹp cố định 43 Hình 3.12: Khn cố định 44 Hình 3.13: Khuôn di động 44 Hình 3.14: Lắp bạc dẫn hƣớng vào khuôn cố định 45 Hình 3.15: Lắp kẹp cố định vào khuôn cố định .46 Hình 3.16: Lắp bạc cuống phun 46 Hình 3.17: Lắp vòng định vị .47 Hình 3.18: Lắp insert chốt dẫn hƣớng 47 Hình 3.19: Lắp hệ thống đẩy .48 Hình 3.20: Lắp gối đỡ kẹp di động .49 Hình 3.21: Bộ Khn hồn chỉnh .49 Hình 4.1: Mơ hình thí nghiệm 50 Hình 4.2: Các thơng số khảo sát 51 Hình 4.3: Phần mềm ANSYS 14.5 52 Hình 4.4: Modul Fluid Flow (CFX) 53 Hình 4.5: Chia lƣới cho mơ hình .53 Hình 4.6: Nhiệt độ khí đầu vào 54 Hình 4.7: Kết mơ .54 Hình 4.8: Khảo sát nhiệt độ tâm C 55 Hình 4.9: Khảo sát nhiệt độ C thay đổi A 55 Hình 4.10: Ảnh hƣởng khoảng cách A đến Tmax 56 Hình 4.11: Khảo sát nhiệt độ C thay đổi T 56 Hình 4.12: Ảnh hƣởng chiều dày T đến Tmax .57 Hình 4.13: Khảo sát nhiệt độ C thay đổi L 57 Hình 4.14: Ảnh hƣởng chiều dài L đến Tmax 58 xii Hình 4.15: Khảo sát nhiệt độ C thay đổi W 59 Hình 4.16: Ảnh hƣởng chiều rộng W đến Tmax 59 Hình 4.17: Tổng hợp thông số ảnh hƣởng đến Tmax 60 Hình 4.18: Khảo sát nhiệt độ mặt cắt ngang 61 Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ thay đổi A 62 Hình 4.20: Phân bố nhiệt độ thay đổi T 63 Hình 4.21: Tổng hợp phân bố nhiệt độ thay đổi A T .63 Hình 5.1: Máy ép nhựa 64 Hình 5.2: Block Air heating 65 Hình 5.3: Điện trở công suất 200W 65 Hình 5.4: Tay máy điều khiển 66 Hình 5.5: Khn ép nhựa 66 Hình 5.6: Camera nhiệt .67 Hình 5.7: Kích thƣớc mơ hình thực nghiệm .68 Hình 5.8: Kết đo nhiệt thực tế với Tkhí = 2000C 69 Hình 5.9: Kết đo nhiệt thực tế với Tkhí = 2500C 70 Hình 5.10: Kết đo nhiệt thực tế với Tkhí = 3000C .71 Hình 5.11: Kết đo nhiệt thực tế với Tkhí = 3500C .72 Hình 5.12: Kết đo nhiệt thực tế với Tkhí = 4000C .73 Hình 6.1: So sánh nhiệt độ khí đầu vào 200°C .75 Hình 6.2: So sánh nhiệt độ khí đầu vào 300°C .76 Hình 6.3: So sánh nhiệt độ khí đầu vào 300°C .77 Hình 6.4: So sánh nhiệt độ khí đầu vào 350°C .78 Hình 6.5: So sánh nhiệt độ khí đầu vào 400°C .79 Hình 6.6: Tổng hợp so sánh mô thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .80 Hình 6.7: Khảo sát độ ổn định nhiệt đƣờng L 81 Hình 6.8: Độ ổn định nhiệt đƣờng L thay đổi nhiệt độ .82 Hình 6.9: Khảo sát phân bố nhiệt độ toàn bề mặt với lần đo 83 xiii Hình 6.10: Phân bố nhiệt độ bề mặt thực nghiệm .83 Hình 6.11: So sánh phân bố nhiệt đầu vào khí 200°C 85 Hình 6.12: So sánh phân bố nhiệt đầu vào khí 250°C 87 Hình 6.13: So sánh phân bố nhiệt đầu vào khí 300°C 88 Hình 6.14: So sánh phân bố nhiệt đầu vào khí 350°C 90 Hình 6.15: So sánh phân bố nhiệt đầu vào khí 400°C 91 Hình 6.16: Phân bố nhiệt độ thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào 92 Hình 6.17: Tổng hợp phân bố nhiệt bề mặt mô thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào 93 xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các chi tiết khuôn 28 Bảng 4.1 Các thông số khảo sát 52 Bảng 4.2: Bảng thông số thay đổi kích thƣớc A .55 Bảng 4.3: Thay đổi kích thƣớc T 56 Bảng 4.4: Thay đổi kích thƣớc L 58 Bảng 4.5: Thay đổi kích thƣớc W .59 Bảng 4.6: Kết phân tích thay đổi A 61 Bảng 4.7: Kết phân tích thay đổi T 62 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật camera nhiệt 67 Bảng 5.2: Kết nhiệt độ đo thực tế nhôm ứng với mức nhiệt độ khác dịng khí (tkhí) Đơn vị: 0C 68 Bảng 6.1: Kết mô 74 Bảng 6.2: Giá trị nhiệt độ khuôn mô thay đổi nhiệt độ khí đầu vào 81 Bảng 6.3: Bảng so sánh sai số phân bố nhiệt mô thực nghiệm 94 Bảng 6.4: Bảng so sánh kết phân tích thực nghiệm nhiệt độ 200°C 95 Bảng 6.5: Bảng so sánh kết phân tích thực nghiệm nhiệt độ 250°C 97 Bảng 6.6: Bảng so sánh kết phân tích thực nghiệm với nhiệt độ 300°C .99 Bảng 6.7: Bảng so sánh kết phân tích thực nghiệm nhiệt độ 350°C 101 Bảng 6.8: Bảng so sánh kết phân tích thực nghiệm nhiệt độ 400°C 103 xv Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Luận văn hoàn tất đạt đƣợc yêu cầu đề ra, bao gồm:  Tìm hiều sở lý thuyết khn ép nhựa  Tìm hiểu sở lý thuyết trình truyền nhiệt  Tổng quan phƣơng pháp gia nhiệt lịng khn  Mơ phân tích đƣợc yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ lịng khn phân bố nhiệt lịng khn  So sánh kết mơ kết thực nghiệm  Kết đạt đƣợc:  Tạo đƣợc phƣơng pháp mơ q trình gia nhiệt khn khí nóng dùng phần mềm Ansys  Hồn thành q trình thực nghiệm cho q trình gia nhiệt  Mô đƣợc nhiệt độ cao lịng khn với độ xác 6.6%  Khảo sát đƣợc nhiệt độ phân bố bề mặt mô thực nghiệm  Mô nhiệt độ phân bố bề mặt với độ xác 5.4% 7.2 Hƣớng phát triển Với kết đạt đƣợc, hƣớng phát triển sau đƣợc đề xuất:  Làm nhiều lịng khn thay đổi nhiều loại vật liệu nhựa khác để nghiên cứu trình điền đầy gân micro loại nhựa  Nghiên cứu thêm hệ thống giải nhiệt cho khuôn để rút ngắn thời gian phun ép sản phẩm 105  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khuôn ép ứng dụng cho sản phẩm thực tế  Tìm hiểu sâu hình dạng chi tiết có kết cấu phức tạp ( có thành mỏng, góc lƣợn, gấp khúc, tiết diện thay đổi, )  Nghiên cứu thêm vật liệu khn nhựa để gia nhiệt mức nhiệt độ cao 106 PHỤ LỤC Bảng số liệu phân bố nhiệt độ thực nghiệm 200°C STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Lần đo 182.6 183.2 183.5 183.7 184.0 184.2 184.1 183.9 183.8 183.6 183.6 183.6 183.6 183.6 183.8 184.0 184.2 184.5 184.0 183.4 182.8 182.2 182.3 182.9 183.4 183.8 184.2 184.4 184.6 184.7 184.7 184.4 184.1 183.7 183.7 183.8 184.0 184.2 184.2 183.9 183.6 183.4 183.1 Lần đo 183.4 183.5 183.5 184.0 184.4 184.8 185.2 185.2 185.1 185.0 185.0 184.8 184.6 184.3 184.1 184.2 184.2 184.4 184.5 184.4 184.2 184.0 183.8 184.1 184.5 184.9 185.4 185.5 185.4 185.2 185.1 184.7 183.9 183.2 182.5 182.5 183.2 183.8 184.4 184.6 184.4 184.2 184.0 Lần đo 183.7 183.8 184.0 184.1 184.2 184.4 184.5 184.6 184.7 184.7 184.7 184.7 184.7 184.7 184.7 184.7 184.7 184.8 184.9 185.0 185.2 185.1 184.9 184.7 184.5 184.6 184.8 185.0 185.2 185.4 185.6 185.7 185.8 185.6 185.2 184.7 184.2 184.2 184.5 184.7 184.9 184.9 184.8 107 Lần đo 184.5 184.7 184.6 184.5 184.4 184.2 184.5 184.7 185.0 185.2 185.2 185.2 185.2 185.2 185.0 184.8 184.7 184.5 184.2 184.0 183.7 183.4 183.8 184.5 185.2 185.8 185.9 185.8 185.8 185.6 185.2 184.7 184.2 183.5 183.5 183.6 183.8 184.0 184.2 184.3 184.4 184.5 184.6 Lần đo 183.5 183.8 184.3 184.7 184.5 184.5 184.2 184.1 184.4 184.7 185.1 185.5 185.5 185.4 185.3 185.2 185.1 184.9 184.8 184.7 184.5 184.2 183.9 183.7 184.1 184.7 185.2 185.7 185.8 185.6 185.5 185.3 185.2 184.9 184.7 184.5 184.4 184.4 184.4 184.4 184.3 184.3 184.3 Bảng số liệu phân bố nhiệt độ thực nghiệm 250°C STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Lần đo 240.2 240.4 240.5 240.6 240.7 241.0 241.2 241.5 241.7 241.2 240.2 241.5 241.7 240.6 240.7 241.0 238.1 237.0 235.9 234.9 233.8 232.3 232.8 232.3 232.8 233.9 233.9 232.6 231.7 231.0 231.1 232.5 234.0 234.9 235.5 236.2 236.8 237.5 238.2 238.8 239.4 239.4 239.0 Lần đo 240.2 240.4 240.5 240.7 240.8 241.0 241.2 241.6 241.8 241.4 241.1 240.7 240.4 239.7 239.0 238.4 237.7 236.4 235.2 233.9 232.6 231.7 231.0 230.1 229.3 229.2 229.1 229.0 229.0 230.4 232.1 233.9 235.6 236.2 236.4 236.5 236.8 237.3 238.0 238.6 239.3 239.3 238.9 Lần đo 241.4 241.7 241.8 241.7 241.4 241.1 240.8 240.0 239.2 238.3 237.5 236.0 234.4 232.9 231.3 231.2 231.1 231.0 231.0 230.6 230.3 230.0 229.6 231.2 233.2 235.2 237.3 237.5 237.2 236.9 236.5 237.0 237.7 238.5 239.3 239.3 238.8 238.4 238.0 237.7 237.7 237.4 237.2 108 Lần đo 241.1 241.1 241.1 241.2 241.2 241.0 240.8 240.6 240.2 237.6 234.9 233.7 233.3 233.6 232.0 230.4 230.8 231.3 231.8 232.3 232.8 233.8 234.8 235.8 236.9 237.0 237.0 236.9 236.9 236.8 236.8 236.7 236.7 237.0 237.4 237.8 238.2 238.2 238.0 237.6 237.4 237.2 237.1 Lần đo 239.9 240.2 240.5 240.7 241.0 241.1 241.3 241.6 241.7 241.6 241.4 241.2 241.1 239.2 237.4 235.6 235.7 235.5 234.4 235.2 233.9 232.6 231.7 229.8 230.0 231.2 231.0 230.9 230.8 232.4 234.4 236.2 238.2 238.2 237.6 237.1 236.4 236.8 237.6 238.4 239.2 239.2 238.7 Bảng số liệu phân bố nhiệt độ thực nghiệm 300°C STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Lần đo 271.6 271.9 272.1 272.3 272.4 272.6 272.7 272.7 272.7 272.6 272.5 272.3 272.3 272.3 272.3 272.3 272.7 273.1 273.4 273.9 273.9 273.9 274.0 274.0 273.9 273.7 273.6 273.4 273.3 273.1 273.0 272.9 272.6 272.2 271.9 271.6 271.4 271.2 271.0 270.9 270.9 271.0 271.0 Lần đo 272.2 272.3 272.3 272.2 272.1 272.0 271.8 271.7 271.5 271.3 271.2 271.6 272.1 272.4 272.8 273.1 273.2 273.4 273.7 273.8 273.9 274.0 274.1 274.0 273.9 273.8 273.7 273.7 273.7 273.7 273.7 273.7 273.6 273.4 273.4 272.5 271.1 269.9 268.6 268.4 268.6 268.9 269.2 Lần đo 271.9 272.1 272.3 272.3 272.5 272.6 272.7 272.7 272.8 272.8 272.8 272.6 272.2 271.9 271.6 272.2 272.8 273.3 274.0 274.0 274.0 273.9 273.9 273.8 273.6 273.4 273.3 273.5 273.7 273.9 274.2 273.7 272.9 272.2 271.5 271.0 270.8 270.4 270.1 270.1 270.3 270.4 270.6 109 Lần đo 271.9 272.1 272.3 272.6 272.7 272.9 272.5 272.0 271.6 271.2 271.8 272.4 273.0 273.6 273.6 273.5 273.4 273.4 273.6 273.7 273.9 274.0 273.9 273.8 273.7 273.5 273.0 272.2 271.5 270.8 270.9 271.3 271.7 272.1 272.1 272.0 271.9 271.7 271.7 271.8 271.9 271.9 271.6 Lần đo 272.2 272.1 272.1 272.1 272.2 272.4 272.6 272.7 272.7 272.7 272.7 272.7 272.3 272.0 271.6 271.2 271.9 272.5 273.1 273.8 274.0 274.2 274.3 274.5 274.4 274.3 274.1 274.0 274.0 274.0 274.1 274.2 273.8 273.2 272.7 272.1 271.5 270.8 270.1 269.4 269.4 269.7 269.9 Bảng số liệu phân bố nhiệt độ thực nghiệm 350°C STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Lần đo 316.9 316.8 316.6 316.4 316.3 316.3 316.4 316.5 316.5 317.3 318.2 319.1 319.9 320.7 321.5 322.2 323.0 323.4 323.7 324.1 324.5 324.0 323.5 323.0 322.5 321.3 319.9 318.6 316.9 316.8 316.6 316.4 316.3 316.3 315.7 317.7 319.7 320.3 320.3 320.3 320.3 319.6 318.3 Lần đo 316.1 315.5 314.9 314.9 314.9 314.9 314.9 316.1 317.2 318.3 319.5 319.8 320.1 320.3 320.6 319.9 319.1 318.3 317.5 318.3 319.2 320.1 321.0 321.8 322.3 323.0 323.7 323.5 323.0 322.5 322.0 321.8 321.6 321.4 321.2 320.5 319.5 318.5 317.6 317.8 318.8 319.8 320.7 Lần đo 317.1 316.4 315.8 315.8 315.7 315.7 315.6 316.3 316.9 317.6 318.2 318.7 319.2 319.7 320.1 320.4 320.7 320.9 321.1 321.8 322.3 323.0 323.6 323.6 323.4 323.2 323.0 322.1 321.1 320.0 318.9 318.0 317.2 316.5 315.7 316.2 317.3 318.5 319.6 320.1 320.3 320.5 320.7 110 Lần đo 316.4 315.8 316.6 316.6 316.4 316.3 316.3 316.5 316.5 317.3 314.4 316.0 317.7 319.3 320.1 321.0 321.8 322.5 323.0 323.6 324.1 324.7 323.6 323.6 324.1 323.6 323.6 323.6 324.1 323.6 324.1 322.7 319.9 319.2 318.5 317.8 317.0 316.3 316.5 317.0 317.5 318.0 317.1 Lần đo 314.8 314.9 314.9 317.8 316.7 315.7 314.8 314.8 314.9 314.9 315.0 316.2 317.5 318.7 319.9 320.0 320.1 320.2 320.3 320.1 319.8 319.6 319.3 320.1 321.0 321.9 322.7 323.0 323.2 323.3 323.8 323.3 322.8 322.2 321.6 321.3 321.0 320.8 320.5 320.1 319.7 319.2 318.8 Bảng số liệu phân bố nhiệt độ thực nghiệm 400°C STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Lần đo 350.7 350.9 351.1 351.6 350.2 348.9 347.5 346.1 345.5 345.1 344.5 343.9 344.4 344.9 345.4 345.8 346.7 347.7 348.7 349.7 348.0 345.6 343.2 340.9 341.6 343.3 344.9 346.5 347.7 348.7 349.8 350.8 351.1 351.2 351.2 351.9 351.3 350.4 349.6 348.7 346.3 342.8 339.4 Lần đo 348.0 348.9 349.8 350.6 350.6 350.5 350.5 350.5 350.8 351.1 351.4 351.8 351.9 352.0 352.2 352.3 352.4 352.5 352.7 352.8 352.5 352.2 351.9 351.5 350.6 349.8 348.8 347.9 347.5 347.3 347.2 347.0 346.6 346.2 345.7 345.3 346.1 347.6 349.1 350.5 350.7 350.1 349.4 Lần đo 350.7 350.9 351.1 351.3 349.6 348.1 346.4 344.7 344.1 343.5 342.8 342.2 342.7 343.2 343.7 344.2 345.8 347.4 349.1 350.8 348.2 344.7 341.2 337.7 338.6 340.9 343.2 345.5 346.9 348.0 349.1 350.2 350.6 350.7 350.8 350.8 350.2 349.3 348.4 347.5 344.5 339.9 335.3 111 Lần đo 350.8 351.1 351.5 351.8 352.0 351.1 350.1 349.0 348.0 346.4 344.8 343.3 341.6 342.5 343.6 344.7 345.8 346.5 347.2 347.9 348.5 351.1 351.5 351.1 351.5 351.8 352.0 340.2 342.6 344.3 345.9 347.4 348.9 348.1 346.1 346.6 345.4 344.5 343.7 342.9 351.1 351.5 351.8 Lần đo 350.6 350.3 350.0 349.6 349.3 350.3 351.3 352.2 353.2 353.6 353.9 354.2 354.5 354.5 354.5 354.5 354.5 354.3 354.2 354.1 354.0 352.6 351.0 349.3 347.6 347.0 346.6 346.2 345.9 344.8 343.4 342.0 340.7 341.8 344.2 346.6 349.0 349.5 349.1 348.6 348.2 346.6 344.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Ming-Ching Yu, Pe-Ming Hsu, "Micro-injection molding with the infrared assisted mold heating system" February 2007 [2] Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, "Dynamic Mold Surface Temperature Control Using Induction Heating and Its Effects on the Surface Appearance of Weld Line" November 2005 [3] Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, "Gas-assisted mold temperature control for improving the quality of injection molded parts with fiber additives" December 2010 [4] Feng Li, Tianxing Zhu, Yiming (Kevin) Rong, "Numerical Simulation of the Moving Induction Heating Process w ith Magnetic Flux Concentrator" September 2013 [5] Shiou-Yueh Shih, Ming-Shyan Huang, "Comparison between single- and multiple-zone induction heating of largely curved mold surfaces" April 2016 [6] Patrick Guerrier, Kaspar Kirstein Nielsen, Jesper Henri Hattel, "Threedimensional numerical modeling of an induction heated injection molding tool with flow visualization" October 2015 [7] Yu-Ting Sung, Huei-Huang Lee, and Durn-Yuan Huang, "Study on Induction Heating Coil for Uniform Mold Cavity Surface Heating" January 014 [8] Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang, "Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process", Chung Yuan Christian University, Chung-Li 32023, Taiwan July 2009 [9] Theodore L Bergman, Adrienne S Lavine, Frank P Icropera, David P Dewitt "Fundamentals of Heat and Mass Transfer" NXB John Wiley & Sons, Inc, 2011 [10] John Bird, "Higher Engineering Mathematics" seventh edition, p624-p627 112 [11] Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh, "Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding", Department of Mechanical Engineering, Chung Yuan Christian University, Taiwan 2008 [12] J.A.Chang, S.C.Chen and J C Cin, “Rapid Mold Temperature Control on Micro Injection Molded Parts with High Aspect Ratio Micro-Features” Department of Mechanical Engineering, Chung Yuan Christian University, Taiwan Tiếng Việt [13] Trần Minh Thế Uyên, "Thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa," NXB ĐHQG TP HCM, 2014 [14] Vũ Hồi Ân, "Thiết kế khn cho sản phẩm nhựa," Viện máy dân dụng công nghiệp, Hà Nội 1994 [15] Phan Thế Anh, "Kỹ thuật sản xuất chất dẻo," NXB Đại Học Đà Nẵng, 2008 [16] Trần Minh Thế Uyên, Huỳnh Phƣớc An, Nguyễn Hồng Phúc, "Nghiên cứu kết cấu lịng khn cho phƣơng pháp gia nhiệt khí nóng" 2017 [17] Nguyễn Hộ, Phạm Sơn Minh, "Nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng pháp gia nhiệt khí nóng đến khả điền đầy lịng khn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng' trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật, tháng năm 2015 [18] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, Kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo dục Việt Nam, 1999 113 International Journal of Research in Engineering and Science (IJRES) ISSN (Online): 2320-9364, ISSN (Print): 2320-9356 www.ijres.org Volume Issue Ver I ǁ 2018 ǁ PP 40-45 Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold Pham Son Minh1, a, Phan The Nhan 1, b, and Luong Minh Tự 1, c a University of Technology and Education, Hochiminh City, Vietnam minhps@hcmute.edu.vn, b 1424004@student.hcmute.edu.vn, c 1720411@student.hcmute.edu.vn Corresponding Author: Pham Son Minh Abstract Gas-assisted mold temperature control (GMTC) is a new technology in the field of mold temperature control, which can heat and cool a cavity surface rapidly during the injection molding process In this study, a gas-assisted mold surface heating system was simulated with different heating areas The temperature distribution of the stamp insert and the influence of the stamp size was observed The results show that higher temperatures will occur at the center of the stamp insert due to the location of the gas inlet In addition, the larger the size of the stamp, the lower heating rate that could be achieved Keywords: injection molding, mold heating, dynamic mold temperature control, air heating - -Date of Submission: 11-08-2018 Date of acceptance: 15-10-2018 - -I INTRODUCTION Injection molding is a popular technology for manufacturing However, as parts become thinner and smaller, they become difficult to manufacture using conventional injection molding, because heat transfers rapidly from the melt to mold wall due to the thinness of the parts Increasing the mold temperature, melt temperature, or packing pressure increases the cycle time At higher mold surface temperatures, the surface quality of the part will improve [1, 2] In the injection molding field, micro injection molding is being used to manufacture a variety of polymer components, because of its low cost and potential for high-volume production Most applications are in the field of micro optics (such as CDs and DVDs) and micro fluidic devices Production of other molded micro optical components including optical gratings, optical switches and waveguides [3 - 5], and a variety of molded micro fluidic devices including pumps, capillary analysis systems and lab-on-a-chip applications [6, 7] In general, for improvement of an injection-molded part while minimizing part thickness and injection pressure, a higher mold temperature during injection is needed However, maintaining a high mold temperature during the filling process, while ensuring it does not exceed the deflection temperature during the post-filling process, without significant increases in cycle time and energy consumption can be challenging To solve this problem, a variety of dynamic mold temperature controls have been explored in recent years The goal is to eliminate the heat loss from the melt to the mold, ideally producing a hot mold during the filling stage and a cool mold for the cooling stage The most inexpensive way to achieve a high mold temperature is to use water at temperatures as high as 90˚C or 100˚C [8] Another heating method is local mold heating using an electric heater [9], which can be used to assist high mold temperature control However, this requires additional design and tooling costs Furthermore, electrical heating is usually only used as an auxiliary heating method, and it is limited to increases in mold temperature of roughly several tens of degrees centigrade Other mold surface heating techniques, such as induction heating [10 - 12], high-frequency proximity heating [13, 14], and gas-assisted mold temperature control (GMTC) [15, 16] can provide sufficient heating rates without significant increases in cycle time In recent years, we provide a systematic study on mold surface heating and mold surface localization heating of the processing characteristics GMTC is a new technique in the field of mold temperature control, which can heat and cool the cavity surface rapidly during the injection molding process In general, the goals of mold temperature control is to increase the mold surface to the target temperature before the filling of melt and cool the melt to ejection temperature In this study, a GMTC with different heat area designs was simulated to verifying the heating ability of the external gas heating method www.ijres.org 40 | Page Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold II SIMULATION METHOD Figure Gas heating model In this research, the hot gas generator consists of an air compressor, an air dryer, a gas valve for volumetric control of the flow, and a high-efficiency gas heater The function of the high power hot gas generator system is to support a heat source, which provides a flow of hot air up to 500 °C with an inlet gas pressure up to MPa For the coolant system, a temperature controller was used to provide water at a defined temperature to cool the mold after the filling process and to warm the mold to the initial temperature at the beginning of the cycle The valve system was used to control the water for cooling channels and the air for the heating stage To control and observe the temperature at the cavity surface, three temperature sensors were used to obtain the real time mold temperature and to provide feedback to the GMTC controller In this paper, the hot gas will be used as a heating source to increase the cavity surface temperature of the injection mold This hot gas will heat the cavity surface to the target temperature The heating step will be simulated with the model as shown in Figure The heating process will be observed with different heating areas, as shown in Figure In the simulation, 400 °C gas will be setup at the gas inlet with a pressure of MPa The stamp thickness is 1.0 mm with the width and the length shown in Table In the simulation, ANSYS software will be used with the meshing model as shown in Figure 3, with boundary condition of gas flow as shown in Figure To investigate the influence of the heating area on the heating process, a parametric study with a range of heating areas shown in Table will be conducted The comparison will be conducted using the center point, as shown in Figure Gas gate 400oC, 7MPa Stamp insert W x L x 1.0 mm Figure Schematic detailing the stamp configuration (heating area) www.ijres.org 41 | Page Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold Gas Inlet Gas Outlet Stamp insert Figure The boundary conditions for gas flow Figure The mesh for the model Table Parameters for parametric study to investigate stamp size (heating area) Case W (mm) 20 23 26 29 32 L (mm) 30 33 26 36 39 10 42 Figure Schematic of the stamp showing the location of the temperature measurement III RESULT AND DISCUSSION The simulation results in a temperature distribution of the stamp insert as shown in Figure In this case, the size of stamp is 23 mm x 36 mm x 1.0 mm, and the heating time is 10 s This result shows that the high temperature will focus at the center of the stamp, due to the gas inlet The results also show that the heating rate is about °C/s with an initial temperature of 30 °C and a max temperature of 101.0 °C, measured at point C in Figure www.ijres.org 42 | Page Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold To observe the influence of the width and length of heating area, the length (L) was varied from 30 mm to 42 mm and the width was varied from 20 mm to 32 mm The heating process was simulated with the same parameters as above The temperature at point C was collected and is shown in Tables and 3, and compared as in Figure and Figure shows that when the length increases from 30 mm to 42 mm, with the same 26 mm width, the max temperature at point C decreased from 101.7 °C to 96.4 °C This result is similar to the result observed by changing the width, in which the maximum temperature dropped from 101 °C to 97.1 °C This result is attributed to the transfer of thermal energy of the stamp When the width or the length increase, the volume of material that needs to be heated will increase as well To increase the temperature of the stamp, more thermal energy will be needed However, heating time and the energy supplied by the heat convection of the hot gas is nearly the same Therefore, the result is a lower temperature at the end of the same heating time for a larger stamp surface Figure Temperature distribution of the heating area Table Temperature measurement at C with different length of heating area A (mm) T (mm) 1.5 W (mm) 26 L (mm) Tmax (°C) 30 101.7 33 100.8 36 99.1 39 97.9 42 96.4 Table Temperature measurement at C with different width of heating area A (mm) T (mm) 1.5 W (mm) L (mm) Tmax (°C) 20 101.0 23 100.3 26 36 99.1 29 98.4 32 97.1 www.ijres.org 43 | Page Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold Figure Effect of the heating area length on the surface temperature Figure Effect of the heating area width on the surface temperature IV CONCLUSION In this study, a gas-assisted mold surface heating system was simulated with different heating areas The temperature distribution of the stamp insert and the influence of the stamp size was observed The results show that: • The higher temperature will occur at the center of stamp insert due to the proximity to the gas inlet valve • A larger stamp will result in a lower heating rate and a lower temperature that could be achieved REFERENCES K Yao, F Gao, F Allgöwer, Barrel temperature control during operation transition in injection molding, Elsevier, Control Engineering Practice, Vol.16, No.11, 1259–1264 S J Liu, , P C Su, Novel three-dimensional in-cavity transient temperature measurements in injection molding and fluid-assisted injection molding, Elsevier, Polymer Testing, Vol.28, No.1, 66–74 L Liu, X L Ni, H Q Yin, X H Qu, Mouldability of various zirconia micro gears in micro powder injection moulding, Elsevier, Journal of the European Ceramic Society, Vol 35, No.1, 171–177 M Rahimi, M Esfahanian, M Moradi, Effect of reprocessing on shrinkage and mechanical properties of ABS and www.ijres.org 44 | Page Numerical Study on The Air Heating for Injection Mold 10 11 12 13 14 15 16 investigating the proper blend of virgin and recycled ABS in injection molding, Elsevier, Journal of Materials Processing Technology, Vol.214, No.11, 2359–2365 F Yu, H Deng, Q Zhang, K Wang, C Zhang, F Chen, Q Fu, Anisotropic multilayer conductive networks in carbon nanotubes filled polyethylene / polypropylene blends obtained through high speed thin wall injection molding, Elsevier, Polymer, Vol.54, No.23, 6425–6436 M.C Song, , Z Liu, M.J Wang, T.M Yu, D.Y Zhao, Research on effects of injection process parameters on the molding process for ultra-thin wall plastic parts, Elsevier, Journal of Materials Processing Technology, Vol.187– 188, 668–671 Y K Shen, J J Liu, C T Chang, C Y Chiu, Comparison of the results for semisolid and plastic injection molding process, Elsevier, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.29, No.1, 97–105 F Czerwinski, Size evolution of the unmelted phase during injection molding of semisolid magnesium alloys, Elsevier, Scripta Materialia, Vol.48, No.4, 327–331 C Rauber , A Lohmüller, S Opel, R.F Singer, Microstructure and mechanical properties of SiC particle reinforced magnesium composites processed by injection molding, Elsevier, Materials Science and Engineering: A, Vol.528, No.19–20, 6313–6323 E Leroy, I Petit, J L Audic, G Colomines, , R Deterre, Rheological characterization of a thermally unstable bioplastic in injection molding conditions, Elsevier, Polymer Degradation and Stability, Vol.97, No.10, 1915–1921 T.V Zhil’tsova, M.S.A Oliveira, J.A.F Ferreira, Relative influence of injection molding processing conditions on HDPE acetabular cups dimensional stability, Elsevier, Journal of Materials Processing Technology, Vol.209, No.8, 3894–3904 S.M Zebarjad, S.A Sajjadi, On the strain rate sensitivity of HDPE/CaCO3 nano composites, Elsevier, Materials Science and Engineering: A, Vol.475, No.1–2, 365–367 M W L Wilbrink, A S Argon, R E Cohen, M Weinberg, Toughenability of Nylon-6 with CaCO3 filler particles: new findings and general principles, Elsevier, Polymer, Vol 42, No.26, 10155–10180 M S Huang, Cavity pressure based grey prediction of the filling-to-packing switchover point for injection molding, Elsevier, Journal of Materials Processing Technology, Vol.183, No.2–3, 419–424 S Kitayama, S Natsume, Multi-objective optimization of volume shrinkage and clamping force for plastic injection molding via sequential approximate optimization, Elsevier, Simulation Modelling Practice and Theory, Vol.48, 35– 44 S Selvaraj, P Venkataramaiah, Design and Fabrication of an Injection Moulding Tool for Cam Bush with Baffle Cooling Channel and Submarine Gate, Elsevier, Procedia Engineering, Vol.64, 1310–1319 www.ijres.org 45 | Page ... hoạt hệ thống gia nhiệt hồng ngoại, nhiệt độ khuôn khoang đƣợc nâng lên cao tùy thuộc vào thời gian gia nhiệt Hình 1.8: Quá trình gia nhiệt dùng tia hồng ngoại[1] Nhiệt độ bề mặt khuôn đƣợc nâng... đƣợc phân bố khuôn làm cho trình phun ép diễn dễ dàng 23 1.4 Mục đích đề tài Mơ q trình gia nhiệt cho lịng khn dùng khí nóng Tiến hành thực nghiệm q trình gia nhiệt để kiểm tra độ xác q trình mơ... hƣởng nhiệt độ lên khn, q trình gia nhiệt cho khuôn phun ép đƣợc chia làm nhóm chính: gia nhiệt khn (volume heating) gia nhiệt cho bề mặt khn (surface heating) Trong nhóm thứ nhất, phƣơng pháp gia