(Đồ án hcmute) thực nghiệm quá trình gia và giải nhiệt cho khuôn bằng khí nóng và nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ KHÍ THỰC NGHIỆM Q TRÌNH GIA VÀ GIẢI NHIỆT CHO KHN BẰNG KHÍ NĨNG VÀ NƯỚC GVHD: TS PHẠM QUÂN ANH SVTH: LÊ VIẾT NAM NGUYỄN HỒNG THIÊN NGỌC SKL009925 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 2/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH GIA VÀ GIẢI NHIỆT CHO KHN BẰNG KHÍ NĨNG VÀ NƯỚC SVTH : LÊ VIẾT NAM NGUYỄN HOÀNG THIÊN NGỌC MSSV: 18144140 MSSV: 18144146 Khố : 2018 Ngành : Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí GVHD : Phạm Quân Anh Tp Hồ Chí Minh, 18 tháng 02 năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kì I / năm học 2022-2023 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Quân Anh Sinh viên thực hiện: Lê Viết Nam MSSV: 18144140 Nguyễn Hoàng Thiên Ngọc MSSV: 18144146 Mã số đề tài: DT69 – Tên đề tài: Thực nghiệm gia giải nhiệt cho khn khí nóng nước Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tham khảo tài liệu, báo về: thiết kế, gia công chế tạo mơ hình khn gia giải nhiệt - Các số liệu thiết kế khuôn, thông số nhiệt độ để gia giải nhiệt cho khuôn Nội dung đồ án: - Thiết kế mơ hình khn thí nghiệm - Mơ q trình gia giải nhiệt modul CFX (Ansys) - Thực nghiệm trình gia giải nhiệt - Phân tích liệu nhiệt độ từ mô thực nghiệm Các sản phẩm dự kiến - Báo cáo kết gia giải nhiệt - Mẫu ép thử sản phẩm Ngày giao đồ án: 04/09/2022 Ngày nộp đồ án: 03/02/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: Tiếng Việt Tiếng Việt TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Thiên Ngọc MSSV: 18144146 Hội đồng: 03 Họ tên sinh viên: Lê Viết Nam MSSV:18144140 Hội đồng: 03 Mã số đề tài: 69 Tên đề tài: Thực nghiệm q trình gia giải nhiệt cho khn khí nóng nước Ngành đào tạo: CNKT Cơ Khí CLC Tiếng Việt Họ tên GV hướng dẫn: Phạm Quân Anh Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên - Thực đầy đủ yêu cầu - Tích cực tham gia buổi meeting thảo luận, trao đổi báo cáo kết - Tích cực xây dựng hồn thiện đồ án Nhận xét kết thực ĐATN 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: - Format yêu cầu - Nội dung đầy đủ, rõ ràng - Cách thức trình bày dễ hiểu 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) - Xây dựng mơ hình gia giải nhiệt cho khn khí nóng nước - Thực thí nghiệm trường hợp đề ra, thu kết gồm: hình ảnh, số liệu - Tiến hành mơ trường hợp đề ra, thu kết gồm: hình ảnh, số liệu - Thực bước so sánh thí nghiệm với mơ - Hoàn thành biểu đồ so sánh chi tiết trường hợp với 2.3.Kết đạt được: - Qua bước thực nghiệm mô phỏng, kết bao gồm: hình ảnh thí nghiệm mơ phỏng, số liệu, biểu đồ phân bố nhiệt - Hiểu rõ tầm quan trọng việc gia giải nhiệt 2.4 Những tồn (nếu có): - Mơ hình đơn giản, chưa thể phát triển thành mơ hình lớn - Số liệu thu thập cịn ít, chưa thể phân tích rõ ràng Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2023 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Thiên Ngọc MSSV: 18144146 Hội đồng: 03 Họ tên sinh viên: Lê Viết Nam MSSV:18144140 Hội đồng: 03 Mã số đề tài: 69 Tên đề tài: Thực nghiệm q trình gia giải nhiệt cho khn khí nóng nước Ngành đào tạo: CNKT Cơ Khí CLC Tiếng Việt Họ tên GV phản biện: Trần Minh Thế Uyên Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: - Format yêu cầu - Nội dung đày đủ - Cách trình bày dễ hiểu Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) - Xây dựng mơ hình gia giải nhiệt cho khn khí nóng nước - Thực thí nghiệm trường hợp đề ra, thu kết gồm: hình ảnh, số liệu - Tiến hành mô trường hợp đề ra, thu kết gồm: hình ảnh, số liệu - Thực bước so sánh thí nghiệm với mơ - Hoàn thành biểu đồ so sánh chi tiết trường hợp với Kết đạt được: - Qua bước thực nghiệm mô phỏng, kết bao gồm: hình ảnh thí nghiệm mô phỏng, số liệu, biểu đồ phân bố nhiệt - Hiểu rõ tầm quan trọng việc gia giải nhiệt Những thiếu sót tồn ĐATN: - Một số hình ảnh mờ Câu hỏi: - Để ứng dụng vào thực tiễn, theo nhóm cần cải tiến thiết kế nào? - Theo nhóm sản phẩm ép phun phải gia nhiệt khn? Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2023 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT II SUMMARY III DANH MỤC BẢNG BIỂU IV DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH V TÀI LIỆU THAM KHẢO X CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 I Tầm quan trọng đề tài II Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài III Mục tiêu nghiên cứu đề tài IV Đối tượng phạm vi nghiên cứu V Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Tổng quan khuôn ép nhựa Khái niệm chung: Phân loại khuôn ép phun: Kết cấu chung khuôn .8 II Tổng quan vật liệu nhựa ép phun Polymer .10 Độ bền học: 11 Độ dai va đập: 11 Mô-đun đàn hồi: 12 Tỷ trọng nhựa: 12 Chỉ số nóng chảy: 12 Chỉ số chảy cao: 13 Độ co rút nhựa .13 Tính cách điện: 14 10 Một số loại Polymer thường gặp 14 III Tổng quan trình gia nhiệt 16 Khái niệm điều khiển nhiệt độ gia nhiệt khuôn 16 Phân loại phương pháp gia nhiệt : 16 IV Tổng quan trình giải nhiệt 23 Khái niệm điều khiển nhiệt độ giải nhiệt khuôn .23 a) Giải nhiệt khuôn 23 b) Mục đích 23 Nguyên lí hoạt động: 23 Phương pháp làm mát khuôn ép 24 Các kiểu bố trí đường nước .25 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 27 I Giới thiệu khuôn 27 Tấm insert 27 Heating xoay .29 a) Tại cần heating xoay 29 b) Cấu tạo Heating xoay 31 Thiết kế khuôn 32 II Hệ mơ hình thí nghiệm 35 Thí nghiệm gia nhiệt 35 Thí nghiệm giải nhiệt 37 III Thiết bị hỗ trợ 39 Nguồn nhiệt .39 Camera nhiệt .40 Phần mềm Smartview 4.4 40 IV Mơ hình mơ 42 Giới thiệu phần mềm Ansys 42 a) Giới thiệu chung 42 b) Giới thiệu module CFX phần mềm ANSYS 42 Mơ hình mơ gia nhiệt .43 Mơ hình mơ giải nhiệt 55 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .65 I Thông số thực nghiệm mô 65 Mơ hình gia nhiệt 65 a) Thông số thực nghiệm 65 b) Thông số mô .66 Mơ hình giải nhiệt .68 a) Thông số thực nghiệm 68 b) Thông số mô .69 II Kết trình gia nhiệt 69 Kết q trình gia nhiệt mơ thực nghiệm .69 a) Kết thực nghiệm 69 b) Kết mô 76 c) So sánh bề mặt Insert mô thực nghiệm 80 d) So sánh biểu đồ đánh giá .82 Kết q trình gia nhiệt mơ mơ 90 III Kết trình giải nhiệt 114 Kết thực nghiệm .114 Kết mô 116 So sánh đánh giá 119 IV Kết ép thử sản phẩm 125 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 127 I Kết luận 127 II Hướng phát triển 127 Length: 50 mm Width: 10 mm Thickness: 0.5 mm Gate Height: Change Heating Time: 20s Holding Time: 10s Total Time: 30s Inlet Temputure: 500oC Insert Temputure: 30oC Hình 4.46 Biểu đồ so sánh nhiệt độ giữ nhiệt Insert thay đổi khoảng cách cổng khí III Kết trình giải nhiệt Kết thực nghiệm Thống kê lại kết quả, ta có trường hợp làm mát nước 30oC, 40oC, 60oC, 80oC, trường hợp đo lần chọn lần đo có bề mặt phân bố nhiệt ổn định Trang 114 Bảng 4.18 Kết chụp phân bố nhiệt giải nhiệt Nhiệt độ nước Hình chụp phân bố nhiệt 30oC 40oC Trang 115 60oC 80oC Kết mô Theo kết mô phỏng, nhiệt độ Insert giảm mạnh khoảng 0.5s đầu Sau 0.5s nhiệt độ gần khơng thay đổi Do đó, ta xét kết so sánh nhiệt độ giải nhiệt mốc 0.5s Trang 116 Bảng 4.19 Kết mô giải nhiệt 0.5s Nhiệt độ nước Kết mô 30oC 40oC Trang 117 60oC 80oC Trang 118 So sánh đánh giá Temp_Si_Water 30 Temp_Ex_Water 30 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Inlet water temperature: 30oC - Opening temperature: 30oC - Cooling time: 0.5s - Timestep: 0.1s Hình 4.47 Biểu đồ Water 30oC Nhận xét: - Giải nhiệt Insert 200oC, thời gian 0.5s - Nhiệt độ giải nhiệt mô phỏng: max 69.5oC, 48.1oC - Nhiệt độ giải nhiệt thí nghiệm: max 59.4oC, 43.4oC - Dải nhiệt độ thí nghiệm thấp dải nhiệt độ mô ảnh chịu ảnh hưởng điều kiện bên ngồi như: sai số gia cơng Insert, thời gian, gia nhiệt, điều kiện phịng thí nghiệm,…làm thất thoát phần nhiệt Trang 119 Temp_Si_Water 40 Temp_Ex_Water 40 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Inlet water temperature: 40oC - Opening temperature: 30oC - Cooling time: 0.5s - Timestep: 0.1s Hình 4.48 Biểu đồ Water 40oC Nhận xét: - Giải nhiệt Insert 200oC, thời gian 0.5s - Nhiệt độ giải nhiệt mô phỏng: max 85.1oC, 57.8oC - Nhiệt độ giải nhiệt thí nghiệm: max 74.2oC, 55.3oC - Dải nhiệt độ thí nghiệm thấp dải nhiệt độ mô ảnh chịu ảnh hưởng điều kiện bên ngồi như: sai số gia cơng Insert, thời gian, gia nhiệt, điều kiện phịng thí nghiệm,…làm thất thoát phần nhiệt - Nhiệt độ insert tăng tăng nhiệt độ nước làm mát lên 40oC Trang 120 Temp_Si_Water 60 Temp_Ex_Water 60 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Inlet water temperature: 60oC - Opening temperature: 30oC - Cooling time: 0.5s - Timestep: 0.1s Hình 4.49 Biểu đồ Water 60oC Nhận xét: - Giải nhiệt Insert 200oC, thời gian 0.5s - Nhiệt độ giải nhiệt mô phỏng: max 95.5oC, 65.5oC - Nhiệt độ giải nhiệt thí nghiệm: max 83.6oC, 63.3oC - Dải nhiệt độ thí nghiệm thấp dải nhiệt độ mơ ảnh chịu ảnh hưởng điều kiện bên ngồi như: sai số gia cơng Insert, thời gian, gia nhiệt, điều kiện phịng thí nghiệm,…làm thất phần nhiệt - Nhiệt độ insert tăng tăng nhiệt độ nước làm mát lên 60oC Trang 121 Temp_Si_Water 80 Temp_Ex_Water 80 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Inlet water temperature: 80oC - Opening temperature: 30oC - Cooling time: 0.5s - Timestep: 0.1s Hình 4.50 Biểu đồ Water 80oC Nhận xét: - Giải nhiệt Insert 200oC, thời gian 0.5s - Nhiệt độ giải nhiệt mô phỏng: max 102.9oC, 77.1oC - Nhiệt độ giải nhiệt thí nghiệm: max 100.7oC, 70.3oC - Dải nhiệt độ thí nghiệm thấp dải nhiệt độ mô ảnh chịu ảnh hưởng điều kiện bên như: sai số gia cơng Insert, thời gian, gia nhiệt, điều kiện phịng thí nghiệm,…làm thất phần nhiệt - Nhiệt độ insert tăng tăng nhiệt độ nước làm mát lên 80oC Trang 122 Temp_Si_Water 30 Temp_Si_Water 40 Temp_Si_Water 60 Temp_Si_Water 80 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Opening temperature: 30oC - Cooling time: 0.5s - Timestep: 0.1s Hình 4.51 Biểu đồ so sánh nhiệt độ insert mô Bảng 4.20 So sánh nhiệt độ giải nhiệt mô Nhiệt độ nước (oC) Nhiệt độ max (oC) Nhiệt độ (oC) 30 69.5 48.1 40 85.1 57.8 60 95.5 65.5 80 102.9 77.1 Nhận xét: - Nhiệt độ insert tăng dần theo nhiệt độ nước làm mát - Nhiệt độ nước thấp, nhiệt độ insert có xu hướng phân bố gần (gần tạo thành đường thẳng) Trang 123 Temp_Ex_Water 30 Temp_Ex_Water 40 Temp_Ex_Water 60 Temp_Ex_Water 80 - Insert thickness: 0.5mm - Insert length: 50mm - Insert width: 10mm - Insert temperature: 200oC - Cooling time: 0.5s - Laboratory temperature: 27oC Hình 4.52 Biểu đồ so sánh nhiệt độ insert thực nghiệm Bảng 4.21 So sánh nhiệt độ giải nhiệt thực nghiệm Nhiệt độ nước (oC) Nhiệt độ max (oC) Nhiệt độ (oC) 30 59.4 43.4 40 74.2 55.3 60 83.6 63.3 80 100.7 70.3 Nhận xét: - Nhiệt độ insert tăng dần theo nhiệt độ nước làm mát - Nhiệt độ nước thấp, nhiệt độ insert có xu hướng phân bố gần (gần tạo thành đường thẳng) Trang 124 IV Kết ép thử sản phẩm Sau gá khuôn lên máy, tiến hành cài đặt thông số ép phun, điều chỉnh nhiệt độ máy gia nhiệt phù hợp Điều chỉnh lực đóng khn Tiến hành gia nhiệt insert ép thử mẫu Heating box Core plate position Cavity plate position Insert Hình 4.53 Vị trí khn mở Gap for assembling the heating insert Water space Hình 4.54 Slide cavity Trang 125 Heating No heating Hình 4.55 Sản phẩm ép thử Nhận xét: - Thơng qua q trình gia nhiệt nhiệt độ nhựa trì ổn định vị trí, giúp nhựa điền đầy khn tốt (sản phầm có heating) - Thơng qua q trình giải nhiệt trực tiếp insert giúp sản phẩm cứng lại nhanh hơn, tồn vị trí sản phẩm, tránh tình độ co khơng đồng vị trí Trang 126 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN I Kết luận Qua q trình làm đồ án, nhóm thực cơng việc sau: - Tìm hiều sở lý thuyết khuôn ép nhựa - Thiết kế sản phẩm dạng mỏng - Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho lồng khuôn - Thiết kế insert khuôn sử dụng công nghệ miết CNC để gia công cho insert - Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt khí nóng đến q trình điền đầy khuôn thông qua phần mềm mô thực nghiệm thực tế - Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp giải nhiệt trực tiếp nước mốc nhiệt độ khác đến trình làm nguội lịng khn, sản phẩm - Ứng dụng cơng nghệ gia nhiệt cho lịng khn khí nóng, giải nhiệt nước ép thử sản phẩm II Hướng phát triển Với kết đạt được, hướng phát triển sau đề xuất: - Cải thiện hệ thống gia nhiệt để gia nhiệt cho lịng khn với mức nhiệt độ cao xác - Cải thiện lại hệ thống gia nhiệt tối ưu q trình đóng mở điều tiết áp suất nước làm mát - Thiết kế, cải tiến lại insert cho q trình làm mát khơng bị tràn nước vào lịng khn - Tự động hóa với độ xác cao để trách nhiệt q trình gia nhiệt cho insert lịng khn - Nghiên cứu mạnh thông số gia nhiệt, thông số ép đễ phun nhựa vào lịng khn với độ xác cao - Từ việc tìm hiểu nghiên cứu thiết kế khuôn ép sản phẩm ứng dụng thực tế làm chất cách điện linh kiện điện tử Trang 127 S K L 0