(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dòng điện cao tầng

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Vũ Hoàng Nghiên ii CẢM TẠ Để hồn thành luận văn này, tơi xin gởi lời cảm ơn tới thầy giáo ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy định hƣớng cho tơi suốt q trình học tập trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Phạm Sơn Minh tận tình hƣớng dẫn tơi suốt q trình thực đề tài, góp ý thầy kiến thức quý báu nguồn động viên lớn cho tơi hồn thành luận văn Tơi gửi lời cảm ơn tới gia đình ngƣời bạn, đồng nghiệp xung quanh đóng góp nhiều tinh thần nhƣ góp ý q giá, động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng nỗ lực mình, song chắn luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Mong đƣợc bảo tận tình Quý thầy Tp HCM, ngày 22 tháng năm 2017 Học viên Vũ Hoàng Nghiên iii TĨM TẮT Việc xử lí nhiệt lĩnh vực khn ép nhựa đóng vai trị quan trọng Điều khiển nhiệt độ, tối ƣu hóa q trình gia nhiệt khuôn ép giúp hạn chế lỗi bề mặt sản phẩm ép, tăng suất sản phẩm Cho phép chế tạo khuôn sản xuất phận, chi tiết siêu nhỏ cấp độ micro Những phƣơng pháp gia nhiệt truyền thống, nhƣ làm nóng điện trở hay chất dẫn trung gian nƣớc, dầu, gas…chúng có hạn chế thời gian gia nhiệt lâu hiệu sản xuất thấp Gia nhiệt phƣơng pháp dùng dòng điện cao tần cho phép giảm tối đa thời gian cho chu kì ép mật độ truyền dẫn nhiệt cao khả làm nóng cục Hơn nữa, gia nhiệt phƣơng pháp dùng dòng điện cao tần giúp giảm thiểu chi phí sản xuất, chất lƣợng bề mặt đƣợc nâng cao Từ kết mô thực nghiệm luận văn cho thấy áp dụng “Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằn dịng điện cao tần” lĩnh vực khuôn ép nhựa Phƣơng pháp gia nhiệt dịng điện cao tần giảm đến 50% thời gian so với phƣơng pháp gia nhiệt khác khác Phù hợp với xu đa dạng hóa sản phẩm, suất cao chất lƣợng tốt iv 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 v 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 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nƣớc 1.1.1 Ngoài nƣớc 1.1.2 Trong nƣớc 1.2 Tính cấp thiết đề tài 10 1.3 Mục tiêu đề tài 10 1.4 Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu 11 1.4.1 Cách tiếp cận 11 1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 11 1.5 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 11 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu 11 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 11 1.6 Nội dung nghiên cứu tiến độ thực 12 Chƣơng QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƢƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ 13 2.1 Giới thiệu chung phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng từ 13 2.2 Hiệu ứng bề mặt 15 2.3 Thiết kế cuộn dây gia nhiệt (coil design) 16 2.4 Một số đặc điểm bật trình gia nhiệt theo phƣơng pháp cảm ứng từ 16 vi Chƣơng 3: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 18 3.1 Trang thiết bị thí nghiệm 18 3.2 Phƣơng pháp thí nghiệm 26 CHƢƠNG 4: MƠ PHỎNG Q TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ 28 4.1 Giới thiệu 28 4.2 Mơ q trình gia nhiệt ứng với thiết kế khác cuộn dây 29 4.2.1 Qui trình mơ phần mềm COMSOL Multiphysics 29 4.2.2 Kết mô 29 CHƢƠNG 5: Thí nghiệm q trình gia nhiệt DÒNG ĐIỆN CAO TẦN 46 5.1 Giới thiệu 46 5.2 Các thông số thực nghiệm 46 Chƣơng 6: Kết luận hƣớng phát triển 75 6.1 Kết luận 75 6.2 Hƣớng phát triển đề tài 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự khác biệt độ bóng sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn Hình 1.2: Hệ thống gia nhiệt cho khn nƣớc Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn tia hồng ngoại Hình 1.4: Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn dịng khí nóng (Gas heating) Hình 1.5: Hệ thống khn phun ép đƣợc gia nhiệt khn giịng khí nóng Hình 1.6: Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn cảm ứng từ Hình 1.7: Đƣờng nhiệt độ nƣớc cuối qt gia nhiệt giải nhiệt khn nhơm Hình 1.8: So sánh kết mơ thí nghiệm cho khn nhơm Hình 1.9: So sánh kết mơ thí nghiệm cho khn C45 Hình 1.10: So sánh kết mơ thí nghiệm cho khn Al Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng từ 14 Hình 2.2: Dịng điện cảm ứng phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng từ 14 Hình 2.3: Một hệ thống gia nhiệt cảm ứng từ điển hình 15 Hình 3.1: Máy gia nhiệt cảm ứng từ 18 Hình 3.2: Cuộn dây 3D 19 Hình 3.3: Cuộn dây thí nghiệm 20 Hình 3.4: Bệ gá khn cuộn dây cảm ứng từ 21 Hình 5: Tấm khn thí nghiệm hình chữ nhật 21 Hình 3.6: Thiết kế 22 Hình 3.7: Thiết kế 23 Hình 3.8: Thiết kế 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 thƣớc khuôn L=100 mm, T=3 mm W thay đổi 30 Hình 4.2: So sánh kết mơ khuôn 100x3xW mm 31 Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x3 mm 31 Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x40x3 mm 31 viii Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt giây 32 Hình 4.6: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x60x3 mm gia nhiệt giây 32 Hình 4.7: Phân bố nhiệt độ khn 100x3x80 mm gia nhiệt giây 32 Hình 4.8: Phân bố nhiệt độ khn 100x80x3 mm gia nhiệt giây 33 Hình 4.9: Phân bố nhiệt độ 100x100x3 mm gia nhiệt giây 33 Hình 4.10: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x100x3 mm gia nhiệt giây 33 Hình 4.11: So sánh kết mơ khuôn 100x3xW mm 34 Hình 4.12: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x3 mm 34 Hình 4.13: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x7 mm 35 Hình 4.14: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x11 mm 35 Hình 4.15: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x15 mm 35 Hình 4.16: Tấm khuôn âm W thay đổi 36 Hình 4.17: So sánh kết mô khuôn âm W thay đổi 36 Hình 4.18: Phân bố nhiệt độ khuôn W=20mm 37 Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ khn W=40mm 37 Hình 4.20: Phân bố nhiệt độ khuôn W=60mm 37 Hình 4.21: Tấm khn dƣơng W thay đổi 38 Hình 4.22: So sánh kết mơ khuôn dƣơng W thay đổi 38 Hình 4.23: Phân bố nhiệt độ khn dƣơng W=20 mm 39 Hình 4.24: Phân bố nhiệt độ khuôn dƣơng W=40 mm 39 Hình 4.25: Phân bố nhiệt độ khuôn dƣơng W=60 mm 39 Hình 4.26: Tấm khn dƣơng chiều cao h thay đổi 40 Hình 4.27: So sánh kết mơ khuôn dƣơng chiều cao h thay đổi 41 Hình 4.28: Phân bố nhiệt độ khn dƣơng h=20mm 41 Hình 4.29: Phân bố nhiệt độ khuôn dƣơng h=40mm 41 Hình 4.30: Phân bố nhiệt độ khn có phần khn dƣơng h=60mm 42 Hình 4.31: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí kẹp đầu phơi 42 Hình 4.32: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí kẹp chặt phơi 43 Hình 4.33: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí kẹp chặt cuối phơi 43 ix Hình 4.34: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí cấp nguồn cho gia nhiệt, khn 100x40x3 mm, gia nhiệt giây 44 Hình 4.35: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí cấp nguồn cho gia nhiệt, khuôn 100x40x3 mm, gia nhiệt giây 44 Hình 4.36: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí cấp nguồn cho gia nhiệt, khn 100x60x3 mm, gia nhiệt giây 45 Hình 4.37: Kết mơ ảnh hƣởng vị trí cấp nguồn cho gia nhiệt, khuôn 100x60x3 mm, gia nhiệt giây 45 Hình 5.1: Hệ thống thiết bị thí nghiệm 46 Hình 5.2: Cuộn dây khn cho thí nghiệm 47 Hình 5.3: Hình vẽ khn có chiều dài L thay đổi 47 Hình 5.4: So sánh nhiệt độ khn có chiều dài L thay đổi 48 Hinh 5.5: Hình vẽ khn có chiều rộng W thay đổi 48 Hình 5.6: So sánh nhiệt độ khn có chiều rộng W thay đổi 49 Hình 5.7: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x3mm mô thực nghiệm 50 Hình 5.8: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x3mm mơ thực nghiệm 50 Hình 5.9: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x40x3mm mô thực nghiệm 50 Hình 5.10: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x40x3mm mô thực nghiệm 51 Hình 5.11: Phân bố nhiệt độ khn 100x60x3mm mơ thực nghiệm 51 Hình 5.12: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x60x3mm mô thực nghiệm 51 Hình 5.13: Phân bố nhiệt độ khn 100x80x3 thực nghiệm mơ 52 Hình 5.14: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x80x3mm thực nghiệm, mơ 52 Hình 5.15: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x100x3 mm thực nghiệm, mô 52 Hình 5.16: Phân bố nhiệt độ khn 100x100x3 mm thực nghiệm, mơ 53 Hình 5.17: Hình vẽ khn có chiều dày T thay đổi 53 Hinh 5.18: So sánh nhiệt độ khn có chiều dày T thay đổi 54 Hình 5.19: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x3mm mô thực nghiệm 54 Hình 5.20: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x3mm mơ thực nghiệm 55 Hình 5.21: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x7mm mô thực nghiệm 55 x Hình 5.22: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x7mm mô thực nghiệm 55 Hình 5.23: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x11mm mơ thực nghiệm 56 Hình 5.24: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x11mm mô thực nghiệm 56 Hình 5.25: Phân bố nhiệt độ khuôn 100x20x15mm mô thực nghiệm 56 Hình 5.26: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x15mm mơ thực nghiệm 57 Hình 5.27: Hình vẽ khn vị trí đo nhiệt độ khn âm W thay đổi 57 Hình 5.28: So sánh nhiệt độ khn âm có kích thƣớc W thay đổi 58 Hình 5.29: Phân bố nhiệt nhiệt khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm 59 Hình 5.30: Phân bố nhiệt nhiệt khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm 59 Hình 5.31: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm 60 Hình 5.32: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm 60 Hình 5.33: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm 60 Hình 5.34: Hình vẽ vị trí đo nhiệt độ khn dƣơng có kích W thay đổi 61 Hình 5.35: So sánh nhiệt độ khn dƣơng có kích thƣớc W thay đổi 62 Hình 5.36: Phân bố nhiệt độ khn dƣơng có W=20mm mơ phỏng, thực nghiệm 63 Hình 5.37: Phân bố nhiệt độ khn dƣơng có W=20mm mô phỏng, thực nghiệm 63 Hình 5.38: Phân bố nhiệt độ dƣơng có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm 63 Hình 5.39: Phân bố nhiệt độ dƣơng có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm 64 Hình 5.40: Phân bố nhiệt độ dƣơng có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm 64 Hình 5.41: Phân bố nhiệt độ dƣơng có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm 64 Hình 5.42: Hình vẽ vị trí đo nhiệt độ khuôn dƣơng thay đổi 65 Hình 5.43: So sánh nhiệt độ khn dƣơng có kích thƣớc H thay đổi 66 Hình 5.44: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=20mm mô phỏng, thực nghiệm 67 Hình 5.45: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=20mm mô phỏng, thực nghiệm 67 Hình 5.46: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=40mm mơ phỏng, thực nghiệm 67 Hình 5.47: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=40mm mô phỏng, thực nghiệm 68 Hình 5.48: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=60mm mô phỏng, thực nghiệm 68 xi sau gia nhiệt, nhiệt độ khuôn nhỏ 229.20C Nhiệt độ tập trung lớn gần nguồn từ trƣờng Trƣờng hợp 2: Tại thời điểm giây sau gia nhiệt, nhiệt độ khuôn nhỏ 140.80C Tại thời điểm giây sau gia nhiệt, nhiệt độ khuôn nhỏ 133.70C Nhiệt độ tập trung lớn phần xa nguồn từ trƣờng Nhiệt độ khuôn nhỏ trƣờng hợp 300C Trƣờng hợp Thời gian gia nhiệt giây Temp max: 171.3°C Thời gian gia nhiệt giây Temp max: 229.2°C Hình 5.53: Phân bố nhiệt đƣờng nƣớc xa nguồn từ trƣờng 72 Trƣờng hợp Thời gian gia nhiệt giây Thời gian gia nhiệt giây Temp max: 140.8°C Temp max: 133.7°C Hình 5.54: Phân bố nhiệt đƣờng nƣớc gần nguồn từ trƣờng  Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằn camera nhiệt cho khuôn 100x60x3 mm, đƣờng nối ống nƣớc giải nhiệt đặt gần nguồn từ trƣờng Đƣờng cấp nguồn từ trƣờng đặt vng góc với gia nhiệt Nhiệt độ sau giây gia nhiệt 122.60C Nhiệt phân bố khn Temp max: 122.6°C Hình 5.55: Phân bố nhiệt độ khn 100x60x3mm  Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằn camera nhiệt cho hai khuôn 100x20x3 mm đặt song song nhau, đƣờng nối ống nƣớc giải nhiệt đặt gần nguồn từ trƣờng Đƣờng cấp nguồn từ trƣờng đặt vng góc với gia nhiệt Nhiệt độ sau giây gia nhiệt 139.50C Nhiệt độ khuôn bên trái (gần vùng từ trƣờng) cao nhiệt độ khuôn bên phải Nhiệt độ phân bố khuôn bên trái 73 Temp max: 139.5°C Hình 5.56: Phân bố nhiệt độ khn 100x20x3 mm đặt song song 74 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Thông qua nghiên cứu ta thấy, thông số chiều rộng, chiều dài, chiều cao, chiều dày khuôn ảnh hƣởng đến nhiệt độ trình gia nhiệt cảm ứng từ Cách bố trí nguồn cảm ứng, vị trí gá đặt phơi ảnh hƣởng đến tốc độ gia nhiệt nhiệt độ khuôn Với phƣơng pháp mô thực nghiệm kiểm chứng, kết sau đƣợc rút  Các kết cho thấy phƣơng pháp mơ dự đốn xác phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn  Khi gia nhiệt cuộn dây 3D, cuộn dây gần bề mặt khn, q trình gia nhiệt thuận lợi  Chiều cao (H), độ dày T, chiều rộng W khuôn nhỏ, tốc độ gia nhiệt nhanh  Với khn hình chữ nhật, có chiều rộng thay đổi, phân bố nhiệt độ bề mặt gia nhiệt không cân Nhiệt độ cao vùng gần nguồn từ trƣờng  Với khn hình chữ nhật, chiều dày T thay đổi, phân bố nhiệt cân khuôn có chiều dày lớn (nhiệt độ lại nhỏ hơn)  Với khn dƣơng, có chiều dày phần dƣơng lớn (W), phân bố nhiệt độ bề mặt gia nhiệt không cân  Với khuôn âm, phân bố nhiệt độ bề mặt gia nhiệt cân bằng, nhiệt độ tập trung phần khuôn  Vị trí kẹp giữ phơi ảnh hƣởng đến tốc độ gia nhiệt phân bố nhiệt độ khn Vị trí kẹp gần cuộn dây 3D có tốc độ gia nhiệt nhiệt độ lớn vị trí khác  Khi gia nhiệt lúc khuôn đặt song song gia nhiệt, nhiệt độ khuôn gần cuộn dây lớn  Khi đầu vào nguồn từ trƣờng mắc vng góc với gá phơi, phân bố nhiệt phôi bề mặt cần gia nhiệt 75 6.2 Hƣớng phát triển đề tài Thơng qua q trình nghiên cứu phƣơng pháp gia nhiệt dòng điện cao tần, bên cạnh kết đạt đƣợc, tác giả đề xuất hƣớng phát triển sau  Tiếp tục cải tiến thiết kế cuộn dây 3D nhằm nâng cao độ đồng phân bố nhiệt độ  Nghiên cứu trình gia nhiệt cảm ứng từ cho bề mặt khuôn phức tạp 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Anh [1] Ioan Marinescu, Handbook of Induction Hearting, University of Toledo, Ohio [2] J Callebaut, “Leonardo Energy – Power Quality Utilisation Guide” [3] S C Chen, P S Minh, J A Chang, Gas-assisted mold temperature control for improving the quality of injection molded parts with fiber additives, International Communications in Heat and Mass Transfer 38 (3) (2011) 304-312.[9] [4] S C Chen, R D Chien, S H Lin, M C Lin, J.A Chang, Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (8) (2009) 806-812.[8] [5] S C Chen, Y C Wang, S C Liu, J C Cin, Mold temperature variation for assisting micro molding of DVD micro-featured substrate and dummy using pulsed-cooling, Sensors and Actuators A 151 (1) (2009) 87-93.[1] [6] S C Chen, Y Chang, Y P Chang, Y C Chen, C Y Tseng, Effect of cavity surface coating on mold temperature variation and the quality of injection molded parts, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (10) (2009) 1030-1035.[4] [7] M C Jeng, S C Chen, P S Minh, J A Chang, C S Chung, Rapid mold temperature control in injection molding by using steam heating, International Communications in Heat and Mass Transfer 37(9) (2010) 12951304.[3] [8] M C Yu, W B Young, P M Hsu, Micro injection molding with the infrared assisted heating system, Materials Science and Engineering A 460461 (2007) 288-295.[7] [9] P C Chang, S J Hwang, Simulation of infrared rapid surface heating for injection molding, International Journal of Heat and Mass Transfer 49 (2122) (2006) 3846-3854.[6] 77 [10] S C Chen, H M Li, S S Hwang, H H Wang, Passive mold temperature control by a hybrid filming-microcellular injection molding processing, International Communications in Heat and Mass Transfer 35 (7) (2008) 822-827.[5] [11] S C Chen, Y W Lin, R D Chien, H M Li, Variable mold temperature to improve surface quality of microcellular injection molded parts using induction heating technology, Advances in Polymer Technology27 (4) (2008) 224-232.[2] [12] S Zinn and S L Semiatin, “Element of Induction Heating Design, Control, and Application”, Electric Power Research Institute, Inc, Palo Alto, California, 185-187 (1987) Tài liệu tham khảo tiếng Việt [13] Nguyễn Ngọc Đào (tháng 10/2007), Nghiên cứu, tính tốn tối ƣu hóa hệ thống nhiệt sản xuất khuôn mẫu, Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp HCM [14] Nguyễn Văn Minh, Chế tạo tạo thiết bị gia nhiệt cho khuôn theo nguyên lý cảm ứng điện từ, Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp HCM [15] Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt độ điện trở nƣớc cho khuôn dƣơng Tác giả Nguyễn Tấn Phùng (2013) [16] Gia nhiệt cục cho lịng khn ép nhựa khí nóng Tác giả Phùng Huy Dũng (2015) [17] Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt khn dƣơng Tác giả Lê Quang Lƣu (2013) [18] Tối ƣu hóa giải nhiệt khn ép phun Tác giả Lê Minh Trí [19] Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE Tác giả Nguyễn Văn Thành 78 NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP GIA NHIỆT CHO KHN PHUN ÉP BẰNG DỊNG ĐIỆN CAO TẦN RESEARCH HEAT TREATMENT METHODS FOR INJECTION MOLDS BY HIGH-FREQUENCY ELECTRIC PHẠM SƠN MINH , VŨ HOÀNG NGHIÊN Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM TÓM TẮT Gia nhiệt phương pháp dùng dòng điện cao tần cho phép giảm tối đa thời gian cho chu kì ép mật độ truyền dẫn nhiệt cao khả làm nóng cục Hơn nữa, gia nhiệt phương pháp dùng dòng điện cao tần giúp giảm thiểu chi phí sản xuất, chất lượng bề mặt nâng cao Từ kết mô thực nghiệm cho thấy áp dụng “Phương pháp gia nhiệt cho khn phun ép dịng điện cao tần” lĩnh vực khuôn ép nhựa Phương pháp gia nhiệt dịng điện cao tần giảm đến 50% thời gian so với phương pháp gia nhiệt khác khác Phù hợp với xu đa dạng hóa sản phẩm, suất cao chất lượng tốt Từ khóa: Khn phun, gia nhiệt khn, dịng điện cao tầng Abstract High-frequency electric heat treatment method allows for maximum reduction of the time required for a presser cycle due to very high thermal conductivity and local heating In addition, high frequency electric heat treatmen reduces the cost of production and improves surface quality 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 Key word: Injection molding, Induction heating, High-frequency I Giới thiệu Tính cấp thiết đề tài Việc thiết kế hệ thống khn ép nhựa nói chung thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ nói riêng q trình phức tạp, địi hỏi tốn nhiều chi phí thời gian Hiện nay, việc thiết kế hệ hệ thống gia nhiệt thực theo phương pháp: Thiết kế theo kinh nghiệm Thiết kế với trợ giúp máy tính (sử dụng cơng cụ CAE) Tuy nhiên, hai phương pháp tập trung chủ yếu vào trình giải nhiệt cho khn Do đó, đa số cơng ty sản xuất sản phẩm nhựa Việt Nam dừng lại nhóm sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng Ngoài ra, phương án giải vấn đề cong vênh, đường hàn, chất lượng bề mặt… cịn hạn chế tốn nhiều chi phí qua trình sản xuất Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nƣớc a Ngoài nƣớc Hiện nay, nước có cơng nghiệp phát triển giới áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ ngành công nghiệp nhựa, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩ c ng n ng cao hiệu kinh tế iều hiển h ng đơn giản t ng hay giả nhiệt độ theo thời gian điều hiển ph n ố nhiệt độ cao thấp nh ng v tr hác cho phù hợp với h nh dáng, ch thước sản phẩ ó nhựa nóng ới điền đ y lịng hu n ột cách tốt nhất, tránh tượng: cong vênh, đường hàn, vết l , co r t … V vậy, việc nghiên cứu, chế tạo điều khiển nhiệt độ cho khuôn c n thiết cho ngành nhựa Một điều c n thiết cho việc iể soát nhiệt độ hu n iể sốt nhiệt độ ề ặt lịng hu n, v ề ặt ảnh hưởng trực tiếp đến chu phun p chất lượng sản phẩ Tốc độ gia nhiệt cải tiến đáng ể sử dụng phương pháp gia nhiệt cho bề mặt hu n Quá tr nh điền đ y nhựa vào lòng hu n cải thiện bề mặt hu n phủ lớp cách nhiệt Phương pháp t ng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25o [8, 12] Sau đó, hệ thống gia nhiệt tia hồng ngoại (infrared heating) b Trong nƣớc Hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn hiểu thực theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng làm nguội khuôn thời gian ngắn Q trình gia nhiệt cho khn chưa quan t đ ng ức II Phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Phƣơng pháp thu thập tổng hợp tài liệu Thu thập, phân tích biên d ch tài liệu liên quan tới kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa: đảm bảo t nh đa dạng, tận dụng kết nghiên cứu nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu đề tài 2.2 Phƣơng pháp phân tích thực nghiệm Dựa kết thực nghiệm, lựa chọn cấu hình thiết b phù hợp, tối ưu hóa quy trình thu thập kết thí nghiệm 2.3 Phƣơng pháp phân tích so sánh Dựa kết mô thực nghiệm so sánh kết thiết kế khn khác q trình gia nhiệt như: Phân bố nhiệt độ bề mặt khn Giá tr nhiệt độ cao q trình gia nhiệt Từ sáng tỏ lý thuyết kết có tính thuyết phục cao II KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Thí nghiệm q trình gia nhiệt dịng điện cao t n Trong chương trình bày thí nghiệm gia nhiệt khn dịng điện cao t n với tấ hu n chương 3, từ so sánh ết mơ với thực nghiệ để tìm kết tốt Trong chương c ng khảo sát ảnh hưởng v tr gá đặt khn, v trí cấp nguồn vào dòng điện t n số cao thời gian gia nhiệt phân bố nhiệt bề mặt khuôn 3.1 Giới thiệu  Q trình gia nhiệt bề mặt khn  Q trình truyền nhiệt từ bề mặt khn vào phía khuôn 3.2 Các thông số thực nghiệm Trong ph n này, mơ hình thí nghiệ chế tạo ước thí nghiệm thực tế tiến hành với thiết b h nh 3.1 3.2 Các thơng số q trình truyền nhiệt, phân bố nhiệt lịng khn, thay đổi nhiệt độ bề mặt hu n thu thập Hình 3.1: Hệ thống thiết b thí nghiệm Hình 3.2: Cuộn dây khn cho thí nghiệm  Kết thí nghiệm với tấ hu n ch thước h nh 3.3, ch thước ph n âm W thay đổi ảng 3.1, v tr đo nhiệt độ h nh 3.3 Thời gian gia nhiệt từ: 3; 6; giây Dòng điện sử dụng: 30A, điện áp: 380V Kết thí nghiệ trình bày bảng 5.4 Nhiệt độ đo điểm phía khn thấp nhiệt độ điể ph a tấ hu n hơn100C Nhiệt độ cao tập trung vùng gi a khuôn Nhiệt độ đ y ph n ố há đồng Hình 3.3: Hình vẽ khuôn v tr đo nhiệt độ tấ Bảng 3.1: Kết thí nghiệm với tấ hu n có hu n W thay đổi ch thước W thay đổi STT W(mm) 20 40 60 Thời gian đo (gi y) 9 P1A 281 550 676 365 599 718 351 606 724 Hình 3.4: So sánh nhiệt độ tấ Thời gian gia nhiệt giây Thực nghiệm Nhiệt độ đo v tr (0C) P2A P3A P1B P2B 168 158 299 170 314 310 565 308 461 412 684 478 167 167 342 180 317 283 611 360 422 375 699 457 176 185 339 176 318 361 607 390 450 499 721 506 hu n có P3B 158 276 429 192 310 378 171 322 456 ch thước W thay đổi Mơ Temp max: 305.8°C Hình 3.5: Phân bố nhiệt nhiệt khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt giây Mô Thực nghiệm Temp max: >371.6° Hình 3.6: Phân bố nhiệt nhiệt khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt giây Thực nghiệm Mơ Temp max: 345.8°C Hình 3.7: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt giây Thực nghiệm Mô Temp max: >371.6°C Hình 3.8: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt giây Thực nghiệm Mô Temp max: 345.2°C Hình 3.9: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt giây Mô Thực nghiệm Temp max: >371.6°C Hình 3.10: Phân bố nhiệt độ khn âm có W=60mm mô phỏng, thực nghiệm IV KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Thông qua nghiên cứu ta thấy, thông số chiều rộng khn ảnh hưởng đến nhiệt độ q trình gia nhiệt cảm ứng từ Cách bố trí nguồn cảm ứng, v tr gá đặt ph i c ng ảnh hưởng đến tốc độ gia nhiệt nhiệt độ khuôn Với phương pháp thực nghiệm kiểm chứng, kết sau rút  ác ết cho thấy phương pháp dự đốn há ch nh xác ph n ố nhiệt độ ề ặt tấ hu n  Khi gia nhiệt ằng cuộn d y 3D, cuộn d y g n ề ặt hu n, tr nh gia nhiệt thuận lợi  Chiều rộng W tấ hu n nhỏ, tốc độ gia nhiệt nhanh  Với tấ hu n h nh ch nhật, có chiều rộng thay đổi, ph n ố nhiệt độ ề ặt gia nhiệt h ng c n ằng Nhiệt độ cao vùng g n nguồn từ trường  Với tấ hu n , ph n ố nhiệt độ ề ặt gia nhiệt c n ằng, nhiệt độ tập trung ph n gi a tấ hu n  V tr ẹp gi ph i c ng ảnh hưởng đến tốc độ gia nhiệt ph n ố nhiệt độ tấ hu n V tr ẹp g n cuộn d y 3D có tốc độ gia nhiệt nhiệt độ lớn nh ng v tr hác Hƣớng phát triển đề tài Thông qua trình nghiên cứu phương pháp gia nhiệt dịng điện cao t n, bên cạnh nh ng kết đạt được, tác giả đề xuất hướng phát triển sau  Tiếp tục cải tiến thiết ế cuộn d y 3D nhằ n ng cao độ đồng ph n ố nhiệt độ  Nghiên cứu tr nh gia nhiệt ằng ứng từ cho ề ặt hu n phức tạp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tha hảo tiếng Anh [1] Ioan Marinescu, Handbook of Induction Hearting, University of Toledo, Ohio [2] J alle aut, “Leonardo Energy – Power Quality Utilisation Guide” [3] S C Chen, P S Minh, J A Chang, Gas-assisted mold temperature control for improving the quality of injection molded parts with fiber additives, International Communications in Heat and Mass Transfer 38 (3) (2011) 304-312 Tài liệu tha hảo tiếng Việt [4] Nguyễn Ngọc (tháng 10/2007), Nghiên cứu, t nh tốn tối ưu hóa hệ thống nhiệt sản xuất hu n ẫu, ại học Sư phạ ỹ thuật Tp H M [5] Nguyễn V n Minh, hế tạo tạo thiết gia nhiệt cho hu n theo nguyên lý ứng điện từ, ại học Sư phạ ỹ thuật Tp H M [6] Tối ưu hóa hệ thống điều hiển nhiệt độ ằng điện trở nước cho tấ hu n dương Tác giả Nguyễn Tấn Phùng (2013) S K L 0 ... mặt đƣợc nâng cao Từ kết mô thực nghiệm luận văn cho thấy áp dụng “Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằn dịng điện cao tần” lĩnh vực khuôn ép nhựa Phƣơng pháp gia nhiệt dịng điện cao tần giảm... khiển nhiệt độ cho khuôn cần thiết cho ngành nhựa Dựa vào ảnh hƣởng nhiệt độ lên khuôn, q trình gia nhiệt cho khn phun ép đƣợc chia làm nhóm chính: gia nhiệt khn (volume heating) gia nhiệt cho. .. tài Nghiên cứu phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa theo nguyên lý gia nhiệt bề mặt cảm ứng từ với tiêu chí nhƣ sau:  Tốc độ gia nhiệt đủ nhanh (sau - s, nhiệt độ bề mặt khuôn đạt tới nhiệt