Khảo sát quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn thông qua kênh giải nhiệt 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY KHẢO SÁT Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHN THƠNG QUA KÊNH GIẢI NHIỆT 3D GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: TRẦN NGUYỄN QUANG TRUNG NGUYỄN TRƯỜNG THIÊN PHÚ SKL011059 Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHN THƠNG QUA KÊNH GIẢI NHIỆT 3D GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: TRẦN NGUYỄN QUANG TRUNG MSSV: 19143191 SVTH: NGUYỄN TRƯỜNG THIÊN PHÚ MSSV: 19143158 KHĨA: 2019 – 2023 NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHN THƠNG QUA KÊNH GIẢI NHIỆT 3D GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: TRẦN NGUYỄN QUANG TRUNG MSSV: 19143191 SVTH: NGUYỄN TRƯỜNG THIÊN PHÚ MSSV: 19143158 KHĨA: 2019 – 2023 NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Nguyễn Quang Trung MSSV: 19143191 Nguyễn Trường Thiên Phú 19143158 Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Khóa: 2019 – 2023 GVHD: TS Nguyễn Trọng Hiếu SĐT: 0989620635 Tên đề tài: “Khảo Sát Q Trình Điều Khiển Nhiệt Độ Khn Thơng Qua Kênh Giải Nhiệt 3D” Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Nhiệt độ nước đầu vào 80℃; Nhiệt độ khuôn ban đầu 40℃ - Số rãnh nước: n = 5; Bán cầu: Ꝋ100; Chiều dày insert: t =1,5 mm - Đường kính kênh dẫn nước: Ꝋ10; Chiều sâu rãnh d = mm; Chiều rộng rãnh W = 7mm Nội dung đồ án: - Chế tạo mơ hình (gia cơng + in 3D SLS) - Mơ q trình điều khiển nhiệt độ - Thử nghiệm trường hợp khác kênh giải nhiệt - Tổng hợp, so sánh phân tích kết Sản phẩm: - Mơ hình nghiên cứu nhiệt độ khuôn với kênh dẫn 3D - Các kết phân bố nhiệt độ - Thuyết minh tổng hợp 5.Ngày giao đồ án: 15/03/2023 6.Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 i 7.Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh 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) TS Nguyễn Trọng Hiếu ii LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “Khảo Sát Quá Trình Điều Khiển Nhiệt Độ Khuôn Thông Qua Kênh Giải Nhiệt 3D” GVHD: TS Nguyễn Trọng Hiếu Họ tên sinh viên: Nguyễn Trường Thiên Phú Lớp: 19143CL1A MSSV: 19143158 SĐT: 0868785755 Địa chỉ: 254/1 đường Tây Thạnh, phường Tây Thạnh, quận Tân Phú, TPHCM Email: 19143158@student.hcmute.edu.vn Họ tên sinh viên: Trần Nguyễn Quang Trung Lớp: 19143CL1B MSSV: 19143191 SĐT: 0979784970 Địa chỉ: 29/3, Đinh Quang Ân, Kp Hương Phước, P Phước Tân, Biên Hịa, Đồng Nai Email: 19143191@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khố luận tốt nghiệp (ĐATN): 21/07/2023 Lời cam kết: “Chúng xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2023 Ký tên Ký tên Trần Nguyễn Quang Trung Nguyễn Trường Thiên Phú iii LỜI CÁM ƠN Các thành viên nhóm cảm ơn chân thành tới nhà trường, Khoa Cơ Khí Máy tạo điều kiện cho nhóm chúng em sở vật chất máy móc thiết bị để chúng em hoàn thành đồ án thời gian vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Trọng Hiếu, Thầy Phạm Sơn Minh, Thầy Trần Minh Thế Uyên giúp đỡ hướng dẫn chúng em trình thực đồ án Bởi kiến thức hạn chế kinh nghiệm nên q trình thực đồ án cịn vướng số khúc mắt, nhờ giúp đỡ tận tình thầy giúp tụi em hồn thành đồ án Một lần nữa, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy cô nhiều Gửi lời biết ơn tới tất thầy cô trường ĐH Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM tận tình cung cấp giảng dạy cho chúng em tảng kiến thức, sở cho chúng em trình làm đồ án tương lai sau Cuối cùng, xin kính chúc quý thầy cơ, gia đình, bạn bè mạnh khỏe, hạnh phúc thành cơng Tp Hồ Chí Minh, Ngày 21 tháng 07 năm 2023 Ký tên Ký tên Trần Nguyễn Quang Trung Nguyễn Trường Thiên Phú iv TĨM TẮT Với mục đích làm tăng nhiệt độ bề mặt khuôn nhựa đưa vào khn, phương pháp gia nhiệt lịng khn nước nóng triển khai áp dụng Phương pháp gia nhiệt nước nóng có nhiều ưu điểm so với phương pháp gia nhiệt khác gia nhiệt cảm ứng từ, gia nhiệt khí nóng… Bởi gia nhiệt nhanh thiết bị sử dụng đơn giản, tiết kiệm chi phí chế tạo, suất cao, thuận lợi đưa vào quy trình vận hành gia cơng tự động hóa quy trình sản xuất Trong nghiên cứu này, nhóm sử dụng nguồn nước nóng 80℃ cho q trình gia nhiệt lịng khn hình bán cầu Trên bề mặt bán cầu gia công với nhiều kênh rãnh đối xứng xen kẽ với giúp nhiệt độ phân bố đồng bề mặt bán cầu Đề tài thử nghiệm với năm lưu lượng nước khác 5,05 (g/s); 58,16 (g/s); 96,27 (g/s); 109,06 (g/s); 116,33 (g/s) đo dựa khoảng mở van nước với mốc thời gian cố định lưu lượng nước khảo sát triển khai thời gian 5s, 10s, 15s Thơng qua q trình mô ANSYS CFX cho thấy nhiệt độ phân bố bề mặt khuôn đồng Từ kết thí nghiệm cho thấy với thời gian 5s lưu lượng 5,05(g/s) cho thấy nhiệt độ bề mặt không ổn định nhiệt độ tăng không đáng kể Tại thời gian 10s, nhiệt độ ổn định tăng nhanh thời gian 15s Với bốn lưu lượng cịn lại giá trị nhiệt độ ổn định sau 10s Tại thời gian ổn định, nhiệt độ điểm nghiên cứu khoảng 78℃ đến 80℃ v SUMMARY To increase the temperature of the mold surface when the plastic is put into the mold, the method of heating the mold cavity with hot water is applied The hot water heating method has many advantages over other heating methods such as magnetic induction heating, hot air heating, etc Because it heats up quickly and the equipment is simple to use, it saves manufacturing costs, has high productivity, and is very convenient to put into operation and automate the production process In this study, the team used a hot water source of 80℃ for the heating of the hemispherical cavity The surface of the hemisphere is machined with many symmetrical grooves alternating to help distribute the temperature evenly on the surface of the hemisphere The subject was tested with five different water flows of 5,05 (g/s); 58,16 (g/s); 96,27 (g/s); 109,06 (g/s); 116,33 (g/s) measured based on the opening of the water valve with a fixed time and each water flow was surveyed in 5s, 10s, 15s Through the simulation process by ANSYS CFX shows that the temperature distribution on the mold surface is relatively uniform From the experimental results, it is shown that with the time of 5s at the flow rate of 5,05(g/s), the surface temperature is not stable and the temperature increase is not significant At 10s, the temperature stabilizes and increases rapidly at 15s With the remaining four flows, the temperature value stabilizes after 10s At the time of stabilization, the temperature at the study sites ranges from 78℃ to 80℃ vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CÁM ƠN iv TÓM TẮT v SUMMARY vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG xii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước 1.2.1.Ngoài nước 1.2.2.Trong nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 1.7 Phương pháp nghiên cứu 10 1.8 Kết cấu Đồ Án Tốt Nghiệp 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 12 2.1 Giới thiệu phương pháp gia nhiệt 12 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật chi tiết khuôn 13 2.2.1.Độ xác hình dáng 13 2.2.2.Độ xác kích thước 13 2.2.3.Độ cứng 13 2.2.4 Độ bóng 13 2.2.5 Quy luật thiết kế kênh dẫn nóng ( heater ) 13 2.2.6.Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội (cooling channel ) 14 2.3 Hệ thống làm nguội khuôn 15 2.4 Kiểm sốt nhiệt độ khn 15 2.5 Chất lỏng dùng trình điều khiển nhiệt 16 2.5.1 Nước 16 vii Hình 4.20 Biểu đồ gia nhiệt 15s với lưu lượng 116,33(g/s) Bảng 4.16 So sánh nhiệt độ thực nghiệm mô với lưu lượng nước 116,33(g/s) mốc thời gian gia nhiệt khác Thời gian (s) Mơ Thí nghiệm Nhiệt độ thấp (oC) Nhiệt độ cao (oC) Nhiệt độ thấp (oC) Nhiệt độ cao (oC) 5s 58.8 78.4 40.2 77.9 10s 68 79.1 40.4 79.2 15s 73 79.4 41 79.4 68 Hình 4.21 Biểu đồ gia nhiệt mơ thời điểm 5s Khi so sánh năm mức lưu lượng nước thời điểm 5s đầu tiên, ta thấy chênh lệc rõ ràng Tại thời điểm 5s lưu lượng nước 5,05(g/s) nhiệt độ tăng khơng đáng kế mức từ 40 - 50℃ phân bố khơng đồng Với lưu lượng nước cịn lại nhiệt độ tăng nhanh khơng có chênh lệch nhiều nhiệt độ dao động từ 75 - 78℃ Hình 4.22 Biểu đồ gia nhiệt mơ thời điểm 10s 69 Hình 4.23 Biểu đồ gia nhiệt mơ thời điểm 15s Hình 4.24 Biểu đồ gia nhiệt thực nghiệm thời điểm 5s 70 Hình 4.25 Biểu đồ gia nhiệt thực nghiệm thời điểm 10s Hình 4.26 Biểu đồ gia nhiệt thực nghiệm thời điểm 15s ❖ Nhận xét: • Với lưu lượng 5,05(g/s) thời điểm 5s ta thấy chênh lệch nhiệt độ lớn thời điểm nhiệt độ chưa ổn định • Sau thời gian thời điểm 10s 15s ta thấy nhiệt độ tăng cao có ổn định • Trong q trình mơ phỏng, mơ hình thiết lập insert lắp liền với khn Cịn mơ hình thực nghiệm insert khn có roong chống 71 rỉ nước nên có độ hở nên ta thấy khác rõ rệt biểu đồ thực nghiệm mô • Các lưu lượng 96,27(g/s); 109,06(g/s); 116,33(g/s) ta thấy nhiệt độ tăng cao giữ mức ổn định từ giây 72 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1.Kết luận Đề tài “Khảo Sát Q Trình Điều Khiển Nhiệt Độ Khn Thông Qua Kênh Giải Nhiệt 3D” cho thấy khả phương pháp gia nhiệt sử dụng nước nóng kênh giải nhiệt dạng 3D cho sản phẩm hình bán cầu Tìm nhược ưu điểm hệ thống thiết kế làm mát để từ áp dụng vào thực tiễn, vào doanh nghiệp sử dụng khuôn phun ép nhựa Phương pháp gia nhiệt nước nóng thiết kế kênh giải nhiệt cho thấy phân bố nhiệt đồng bề mặt bán cầu so với thiết kế kênh giải nhiệt dạng đường thẳng Nhóm nghiên cứu thử nghiệm gia nhiệt với việc thay đổi lưu lượng nước (5,05(g/s); 58,16(g/s); 96,27(g/s); 109,06(g/s); 116,33(g/s)) thời gian khác (5s; 10s; 15s).Với thời gian gia nhiệt 5s với lưu lưu lượng 5,05(g/s) nhiệt độ phân bố chưa ổn định lưu lượng thấp nên nhiệt độ bề mặt bán cầu tăng không đáng kể Nhưng tăng thời gian lên nhiệt độ có thay đổi tăng nhanh thời điểm 10s ổn định 15s Những lưu lượng cịn lại có chênh lệch nhiệt độ so với lưu lượng 5,05(g/s) Nhiệt độ tăng nhanh từ 5s ổn định thời điểm 10s Kết việc gia nhiệt nước nóng kênh giải nhiệt dạng 3D giúp tăng khả gia nhiệt giải nhiệt đồng sản phẩm dạng hình cầu (hình 4.5- 4.25 bảng 4.2- 4.6) Qua nghiệm thu kết quả, ta đúc kết vấn đề kỹ giải vấn đề từ hệ thống giải nhiệt khuôn phun ép nhựa không gia nhiệt giải nhiệt đồng bề mặt sản phẩm cho lĩnh vực gia công chế tạo khuôn mẫu Việt Nam Thơng qua q trình thực Đồ Án Tốt Nghiệp, nhóm hồn thành u cầu đề tổng hợp báo cáo theo format với đầy đủ nội dung hình thức, bao gồm tính cấp thiết, nhiệm vụ, mục tiêu, tổng quan đề tài Nhìn chung, nội dung Đồ Án Tốt Nghiệp hồn thành vấn đề sau: • Ứng dụng khoa học xã hội, kiến thức toán học, kỹ thuật khoa học, thể việc thiết kế khn tối ưu hóa kênh giải nhiệt dạng 3D • Phân tích, tổng hợp, thực hiện, đánh giá thể việc đưa số liệu đầu vào phân tích trường nhiệt độ so sánh biểu đồ gia nhiệt mô thực nghiệm • Vấn đề chế tạo hệ thống, thành phần, thiết kế, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế thể việc tính tốn thiết kế kênh giải nhiệt • Khả cải tiến phát triển thể việc ứng dụng nghiên cứu lĩnh vực chế tạo gia công khuôn ép nhựa 73 • Khả sử dụng phần mềm chuyên ngành, công cụ kỹ thuật thể việc phân tích liệu đưa hình ảnh nhiệt độ thực tế biểu đồ phân tích nhiệt độ Với sau trình thực đề tài này, kết đạt được ứng dụng việc chế tạo ứng dụng công nghệ ép phun Cuối cùng, trình thực đề tài đạt sản phẩm cụ thể sau: • Sản phẩm mơ hình: Tấm kẹp, in 3D kim loại, khn dương • Hình ảnh phân bố nhiệt độ: hình ảnh trường nhiệt độ biểu độ so sánh mô thực nghiệm 5.2.Hướng phát triển đề tài Mặc dù cố gắng trình thực hiền đề tài hạn chế thời gian nên đề tài nghiên cứu hạn chế chưa tối ưu mơ hình cụ thể là: • Việc đo lưu lượng nước sai số thiết bị đo cân nên sai số lớn Chính cần sử dụng thiết bị đo xác sai số • Thiết kế lại mơ hình để đưa vào q trình sản xuất mơ hình dừng mức thí nghiệm • Tối ưu hóa, hạn chế nhiệt cách tiến hành nhanh đồng 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S.C Chen;H.S Peng;J.A Chang;W.R Jong, Rapid Mold Surface Heating/Cooling Using Electromagnetic Induction Technology, IEEE International Conference on Mechatronics, 2005 ICM '05 [2] Paolo Cicconi;Anna Costanza Russo;Michele Germani;Mariorosario Prist;Emanuele Pallotta;Andrea Monteriù, Cyber-Physical System Integration for Industry 4.0: Modelling and Simulation of an Induction Heating Process for Aluminium-Steel Molds in Footwear Soles Manufacturing, 2017 IEEE 3rd International Forum on Research and Technologies for Society and Industry (RTSI) [3] Jiajie Li , Peng Zhang, Jinlan Hu and Yanfei Zhang, Study of the Synergistic Effect of Induction Heating Parameters on Heating Efficiency Using Taguchi Method and Response Surface Method, Appl Sci 2023 [4] Ming-Chang Jeng a , Shia-Chung Chen, Pham Son Minh, Jen-An Chang, Chia-shen Chung, Rapid Mold Temperature Control In Injection Molding By Using Steam Heating, International Communications in Heat and Mass Transfer 37 (2010) 1295–1304 [5] Ming-Ching Yu, Wen-Bin Young, Pe-Ming Hsu, Micro-Injection Molding With The Infrared Assisted Mold Heating System, Materials Science and Engineering A 460–461 (2007) 288–295 [6] 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, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (2009) 806–81 [7] Chewei Lin and Chingfu Tsou, A New Method for Microlens Fabricated by a Heating Compressed Air Process, IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS and Their Applications Conference, 2006 [8] Thanh Trung Do, Pham Son Minh, Tran Minh The Uyen, Truong Giang Ly, Effect Of Hot Air Heating On The Cavity Temperature Distribution Of Injection Mold, JTE, Issue 74, January 2023 [9] Tran Minh The Uyen, Pham Son Minh, Thanh Trung Do, Experimental Study on External Air Heating for an Injection Molding Process, 2019 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE) [10] TS Phạm Sơn Minh, ThS.Trần Minh Thế Uyên, Giáo Trình Thiết Kế Và Chế Tạo Khuôn Phun Ép Nhựa, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [11] https://advancecad.edu.vn/phan-mem-ansys/ [12] https://www.fluke.com/vi-vn/support/software-downloads/software-for-fluke-infraredcameras 75 [13] https://dogiadung360.com/trong-suot-day-mot-lan-nap-day-hinh-cau-coc-tra-sua-nuocep-hoa-qua-uong-coc-nhua-hinh-cau-bao-gom-voi-pp-nhua-coc-mang-parafilm-5953 76 PHỤ LỤC Bản vẽ chi tiết Tấm Kẹp Bản vẽ chi tiết Tấm Insert Bản vẽ chi tiết Khuôn Dương Bản vẽ lắp 77 18,1±0.01 ∅190±0.185 B 20x∅6,5±0.15 ∅140 B 0.01 3±0.1 15° ∅102±0.14 B B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP T.nhiệm Họ tên H.dẫn N.T.Hiếu Duyệt Thiết kế Ký Ngày TẤM KẸP Vật liệu : thép CT3 1:2 Số lượng T ng: ĐH S PH M K TH T TP.HCM Kh : Đ T CHẤT NG C p: 19143C C 18,1±0.01 ∅190±0.185 A 20x∅6,5±0.15 ∅140 A 0.01 15° 1±0.1 SR51 A A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP T.nhiệm Họ tên H.dẫn N.T.Hiếu Duyệt Thiết kế Ký Ngày TẤM INSERT Vật liệu : nhôm 6061 1:2 Số lượng T ng: ĐH S PH M K TH T TP.H M Kh : Đ T HẤT NG A : 1914 B 270±0.21 20xM6X1 ∅179 2x∅10±0.15 40° A 270±0.21 A 2xM14x1.5 18,1±0.01 15° A 0.01 20±0.21 R2 ∅100±0.14 7±0.048 37±0.1 40±0.25 32,9±0.21 B 50±0.1 35,1±0.1 10±0.15 20±0.21 A A-A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP T.nhiệm Họ tên H.dẫn N.T.Hiếu Duyệt Thiết kế Ký Ngày KHUÔN DƯƠNG Vật liệu : thép CT3 1:2 Số lượng T ng: ĐH SƯ PH M K THU T TP.HCM Kh : Đ T CH T Ư NG CA p: 19143C C D SR51 D-D H7 k6 H7 k6 37 88 R2 D 270 ∅190 270 ∅140 Khuôn Bulong M6 Tấm kẹp STT Tấm insert Tên gọi 20 1 SL Thép CT3 Thép carbon Nhôm 6061 Thép CT3 Vật liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP T.nhiệm Họ tên H.dẫn N.T.Hiếu Ký Ngày BẢN VẼ LẮP Duyệt Thiết kế 1:2.5 Số lượng Trư ng: ĐH S PH M K TH T TP.HCM Khoa: Đào T o Chất Lượng Cao Vật liệu : S K L 0