Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Thử nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí với các trường hợp đã được tối ưu

Việc sử dụng chụp khí trong quá trình gia nhiệt là một trong những giải pháp tiên tiến nhằm cải thiện các đặc tính của sản phẩm nhựa và nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất.. Vì vậy

GIỚI THIỆU

Đặt vấn đề

Trong ngành công nghiệp nhựa, gia nhiệt khuôn ép nhựa là một công đoạn quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc hiểu rõ và áp dụng đúng quy trình gia nhiệt không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất Bên cạnh đó, quá trình gia nhiệt khuôn cũng có thể giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và tăng cường hiệu suất Hiệu suất và chất lượng sản phẩm cuối cùng phụ thuộc rất lớn vào sự ổn định và độ chính xác của các quá trình này

Thấy được lợi ích của quá trình gia nhiệt khuôn đóng vai trò vô cùng quan trọng Chính vì thế, nhóm chúng em chọn đề tài: " Thử nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí với các trường hợp đã được tối ưu”.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa, việc tối ưu hóa quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất Việc sử dụng chụp khí trong quá trình gia nhiệt là một trong những giải pháp tiên tiến nhằm cải thiện các đặc tính của sản phẩm nhựa và nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất Đề tài này tập trung vào việc thử nghiệm và đánh giá quá trình gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí với các trường hợp đã được tối ưu, từ đó đề xuất các phương án cải tiến nhằm tối đa hóa hiệu quả sản xuất Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp đo lường, phân tích dữ liệu tính chất các vật liệu rất quan trọng để cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao năng suất trong ngành công nghiệp, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường

Việc thử nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí và tối ưu các điều kiện gia nhiệt là rất cần thiết vì giúp xác định được các điều kiện gia nhiệt tối ưu, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa Giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất bằng cách giảm tỷ lệ phế phẩm và nâng cao hiệu quả sử dụng khuôn Góp phần vào việc phát triển các quy trình sản xuất tiên tiến, hiện đại, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Vì vậy tính cấp thiết của đề tài "Thử nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí với các trường hợp đã được tối ưu" nằm ở việc nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững và cạnh tranh của ngành công nghiệp nhựa trong thời kỳ hiện đại.

Mục tiêu đề tài

- Xác định phương pháp gia nhiệt tối ưu

- Mô phỏng quá trình gia nhiệt bằng phần mềm Ansys

- Đánh giá hiệu suất của hệ thống gia nhiệt bằng chụp khí

- Tổng hợp, so sánh và phân tích kết quả thí nghiệm.

Ý nghĩa đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài góp phần phát triển và hoàn thiện các phương pháp gia nhiệt mới, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất trong ngành cơ khí và công nghiệp chế tạo

Nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về cơ chế truyền nhiệt trong khuôn, bao gồm cả quá trình gia nhiệt và giải nhiệt Điều này góp phần vào việc xây dựng lý thuyết và mô hình hóa quá trình truyền nhiệt trong các hệ thống kỹ thuật Đề tài mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới về các phương pháp gia nhiệt, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa các quá trình này để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm

Kết quả từ đề tài có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và giảng viên trong các trường đại học và các cơ sở đào tạo kỹ thuật, giúp nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí và nhiệt học

Việc tối ưu hóa quá trình gia nhiệt cho khuôn giúp giảm thời gian chu kỳ sản xuất, từ đó tăng năng suất và hiệu quả của quy trình sản xuất

Quá trình gia nhiệt và giải nhiệt được tối ưu hóa giúp kiểm soát tốt hơn nhiệt độ khuôn, từ đó giảm thiểu khuyết tật trên sản phẩm, nâng cao chất lượng và độ đồng nhất của sản phẩm cuối cùng.

Phương pháp nghiên cứu

Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ gia nhiệt khuôn, các phương pháp sử dụng chụp khí và hệ thống gia nhiệt bằng hốc nước

3 Đánh giá các nghiên cứu trước đây và phân tích các kết quả đã đạt được để làm cơ sở cho việc thiết kế thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí trong các điều kiện đã được tối ưu Ghi nhận các thông số kỹ thuật, nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, và các biến đổi vật lý, hóa học của khuôn trong quá trình thí nghiệm

So sánh các kết quả thí nghiệm với các giá trị mô phỏng và các nghiên cứu trước đây để đánh giá hiệu quả của các phương pháp gia nhiệt Đánh giá hiệu quả của quá trình gia nhiệt cho khuôn dựa trên các kết quả thí nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.6.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn có dùng chụp khí với các trường hợp đã được tối ưu và quá trình gia nhiệt cho khuôn có hệ thống hốc nước gia nhiệt Nghiên cứu tập trung vào quá trình truyền nhiệt và ảnh hưởng của hốc nước giải nhiệt đến tấm lòng khuôn

Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm gia nhiệt khuôn có dùng chụp khí bằng súng gia nhiệt Chụp ảnh và xử lý thông số thí nghiệm Mô phỏng ảnh hưởng gia nhiệt của hốc nước đến tấm lòng khuôn Thực nghiệm, chụp ảnh và so sánh các kết quả với mô phỏng.

Kết cấu đồ án

Chương 1: Giới thiệu (trình bày mục đích thực hiện đề tài)

Chương 2; Tổng quan về đề tài ( các nghiên có liên quan)

Chương 3: Cơ sở lý thuyết (trình bày khái niệm về khuôn, các loại nhựa thường được sử dụng trong ép nhựa)

Chương 4: Mô hình thí nghiệm (sơ bộ về mô hình, sử dụng phầm mềm Ansys để mô phỏng, mô hình thực hiện thí nghiệm)

Chương 5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm (đưa ra kết quả từ quá trình mô phỏng và quá trình thực nghiệm và tiến hành so sánh)

Chương 6: Kết luận (đưa ra kết luận và hướng phát triển tiếp cho đề tài)

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng khí nóng là một phương pháp quan trọng trong ngành công nghiệp gia công nhựa Phương pháp này sử dụng luồng khí nóng để truyền nhiệt trực tiếp vào khuôn ép nhựa, giúp khuôn đạt nhiệt độ mong muốn một cách nhanh chóng và đồng đều Việc gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng khí nóng không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm nhựa Quá trình này giảm thời gian làm nguội khuôn, tăng cường độ chính xác trong việc định hình sản phẩm, và giảm nguy cơ hư hỏng khuôn do nhiệt độ không đồng đều Ứng dụng của gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng khí nóng rất đa dạng trong ngành công nghiệp nhựa Nó giúp khuôn đạt nhiệt độ lý tưởng để nhựa chảy đều và lấp đầy mọi chi tiết của khuôn, tạo ra sản phẩm hoàn hảo mà không có khiếm khuyết Các thiết bị thường được sử dụng cho quá trình này bao gồm máy sấy khí nóng và hệ thống gia nhiệt đối lưu Những thiết bị này được thiết kế để tối ưu hóa quá trình gia nhiệt, đảm bảo nhiệt độ khuôn luôn ổn định và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Với những ưu điểm vượt trội như hiệu quả cao, kiểm soát tốt, và an toàn, gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng khí nóng là một giải pháp lý tưởng và được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công nhựa.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

Trong lĩnh vực này thì có ông Shia-Chung Chen [1] cũng với các cộng sự đã nghiên cứu tính khả thi của việc gia nhiệt hỗ trợ bằng khí cho việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình ép phun nhựa Trong nghiên cứu này, một hệ thống gia nhiệt hỗ trợ bằng khí kết hợp với làm mát bằng nước và các thiết kế khuôn khác nhau để đạt được kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn động đã được thiết lập Tính khả thi của việc sử dụng gia nhiệt hỗ trợ bằng khí để kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình ép phun nhựa sau đó đã được đánh giá từ các kết quả thực nghiệm Hiệu quả của thiết kế khuôn cũng như các điều kiện gia nhiệt bao gồm nhiệt độ khí nóng, lưu lượng khí và thời gian gia nhiệt đối với hiệu suất gia nhiệt và độ đồng đều phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn cũng đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy khi nhiệt độ khí nóng và lưu lượng khí tăng, cũng như tăng thời gian gia nhiệt từ 2 giây lên 4 giây, nhiệt độ bề mặt khuôn tăng lên đáng kể Thiết kế kênh khí dạng quạt cho thấy sự đồng đều phân bố

5 nhiệt độ bề mặt khuôn tốt hơn so với thiết kế kênh khí dạng ống Trong quá trình gia nhiệt/làm mát bằng khí hỗ trợ, mất 2 giây để tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60 °C lên

120 °C và 34 giây để nhiệt độ bề mặt khuôn trở về 60 °C Ngoài ra, dưới các điều kiện gia nhiệt được chỉ định và sử dụng các thiết kế khuôn composite tốt nhất, tốc độ gia nhiệt có thể đạt tới 30 °C/s, một tốc độ phù hợp với các ứng dụng công nghiệp

Ngoài ra còn có ông Jen-An Chang [2] cũng với các công sự đã nghiên cứu về vấn đề kiểm soát nhiệt độ khuôn bằng khí để cải thiện chất lượng các sản phẩm ép phun nhựa có phụ gia sợi rong nghiên cứu này, hệ thống kiểm soát nhiệt độ khuôn hỗ trợ bằng khí (GMTC) đã được kết hợp với nước làm mát để đạt được kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn động Bằng cách áp dụng hệ thống GMTC trên khuôn của một tấm hình chữ nhật, các lợi ích của việc sử dụng GMTC cho quá trình ép phun nhựa đã được đánh giá và so sánh với quá trình ép phun truyền thống bằng các kích thước khe khí và lưu lượng khí khác nhau Ảnh hưởng của GMTC đến chất lượng của sản phẩm cũng đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy khi sử dụng GMTC, tốc độ gia nhiệt có thể đạt 28°C/s Với nhiệt độ khuôn ban đầu là 60°C, và kích thước khe khí là 8mm, sau 6 giây gia nhiệt, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể đạt 147,8°C, 167,2°C, và 229°C với các lưu lượng khí tương ứng là 100, 200, và 300 lít/phút Khi kích thước khe khí được thay đổi từ 4mm lên 8mm, sự đồng đều của phân bố nhiệt độ được cải thiện rõ rệt Khi GMTC được sử dụng cho quá trình ép phun các bộ phận có phụ gia sợi, bề mặt của sản phẩm được cải thiện rõ rệt

Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm [2]

Trong lĩnh vực trong nước thì có thầy Đỗ Thành Trung [3] cũng các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của gia nhiệt bằng khí nóng đến phân bố nhiệt độ trong khuôn ép nhựa Trong nghiên cứu này, phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn bằng khí (AMTC) được áp dụng để gia nhiệt cho khuôn trong quá trình ép phun Mô phỏng được thực hiện với các điều kiện biên giống như trong thí nghiệm Kết quả cho thấy AMTC có thể gia nhiệt tấm khuôn bề mặt đến 171,6 °C Giá trị nhiệt độ này cao hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh của hầu hết các vật liệu nhựa nhiệt dẻo được sử dụng trong quá trình ép phun Với các giá trị độ dày sản phẩm lần lượt là 0,1 mm, 0,3 mm và 0,5 mm, tốc độ gia nhiệt đạt được lần lượt là 6,3 °C/s, 6,39 °C/s và 6,58 °C/s Sự gia tăng tốc độ gia nhiệt có thể được giải thích bởi nhu cầu năng lượng nhiệt để làm nóng khối lượng tem được chèn vào khoang khuôn để thay đổi độ dày sản phẩm Ngoài ra, nhiệt độ cao nhất ở đỉnh của tem, gần cổng khí nóng nhất, và nhiệt độ giảm dần khi khu vực xa cổng khí nóng

Hình 2.2 Nhiệt độ bề mặt khuôn với khí nóng ở 300 °C và thời gian gia nhiệt là

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khái niệm về khuôn ép nhựa

Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần [4]

Kết cấu và kích thước của khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng của sản phẩm cần tạo ra Ngoài ra, còn có rất nhiều vấn đề khác cần phải quan tâm đến như các thông số công nghệ của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp xuất gia công,…), tính chất vật liệu gia công (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng,…), các chỉ tiêu về tính kinh tế của bộ khuôn Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là: [4]

- Phần cavity (phần khuôn cái, phần khuôn cố định): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa

- Phần core (phần khuôn đực, phần khuôn di động): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa

Mặt phân khuôn Khuôn dương

Hình 3.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng [4]

Ngoài ra, khoảng trống giữa cavity và core (phần tạo sản phẩm) được điền đầy bởi nhựa nóng chảy Sau đó, nhựa được làm nguội, đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn

8 bằng hệ thống lấy sản phẩm hoặc thao tác bằng tay Sản phẩm thu được có hình dạng của lòng khuôn [4]

Trong một bộ khuôn phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn (hay còn gọi là khuôn âm, khuôn cái, cối, cavity), còn phần lồi ra sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi (hay còn gọi là khuôn dương, khuôn đực, chày, core) một bộ khuôn có thể có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân khuôn [4]

3.1.2 Kết cấu chung của một bộ khuôn

Ngoài core và cavity ra thì trong bộ khuôn còn có nhiều bộ phận khác Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn:[4]

Hệ thống dẫn hướng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, chốt hồi, có nhiệm vụ giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép với nhau để tạo lòng khuôn chính xác

Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun làm nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn

Hệ thống đẩy sản phẩm: gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ, có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong

Hệ thống lõi mặt bên: gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực, làm nhiệm vụ tháo những phần không thể tháo (undercut) ra được ngay theo hướng mở của khuôn

Hệ thống thoát khí: gồm có những rãnh thoát khí, có nhiệm vụ đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, tạo điều kiện cho nhựa điền đầy lòng khuôn dễ dàng và giúp cho sản phẩm không bị bọt khí hoặc bị cháy

Hệ thống làm nguội: gồm các đường nước, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,… có nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng

Hình 3.2 Kết cấu chung của một bộ khuôn [4]

Bảng 3.1 Chú thích kết cấu chung của một bộ khuôn

1.Tấm kẹp sau 10 Bộ định vị

2.Bạc dẫn hướng 11 Tấm đỡ

3 Tấm khuôn dương 12 Khối đỡ

4.Chốt dẫn hướng 13 Tấm giữa

5 Tấm khuôn âm 14 Tấm đẩy

6 Tấm kẹp trước 15 Chốt đỡ

7 Bạc cuống phun 16 Bạc dẫn hướng

8 Vòng định vị 17 Chốt hồi về

9 Sản phẩm 18 Bạc mở rộng

Công nghệ ép phun

3.2.1 Ép phun là gì Ép phun (công nghệ ép nhựa định hình) là phương pháp đúc để tạo hình sản phẩm thông qua 2 công đoạn phun (đun nhựa nóng chảy) và ép vào khuôn để tạo nên hình dáng cho sản phẩm Đây là phương pháp gia công chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp gia công polymer.[5]

Quá trình phun ép nhựa thường bắt đầu bằng việc nung chảy nguyên liệu nhựa, như polyethylene, polypropylene, ABS, PVC, PC, và nhiều loại nhựa khác Nguyên liệu nhựa được đưa vào một máy phun ép nhựa, trong đó nó được đẩy vào một khuôn bằng một ống ruột Khi nhựa nóng chảy đi qua khuôn, nó làm đầy không gian rỗng trong khuôn và chi tiết nhựa được tạo ra Phun ép nhựa cho phép sản xuất hàng loạt các sản phẩm nhựa với độ chính xác cao, chi tiết phức tạp và kích thước đa dạng Nó là một phương pháp gia công phổ biến trong ngành công nghiệp nhựa, được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa như vỏ điện thoại di động, bộ phận ô tô, đồ gia dụng, đồ chơi và nhiều sản phẩm khác.[5]

Bước 1: Sử dụng máy ép nhựa để làm nóng chảy nguyên liệu với một nhiệt độ thích hợp Ở bước này, những nguyên liệu thô còn đang ở dạng cứng như các loại nhựa tái chế, nhựa nguyên sinh sẽ được đưa vào cổng nguyên liệu của máy ép nhựa Tại đây, nguyên liệu sẽ được trộn đều và đẩy về phía trước để nung nóng chảy bằng hệ thống gia nhiệt đã được bố trí nằm xung quanh xilanh của máy.[5]

Bước 2: Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ tạo ra một áp lực lớn để bơm nhựa đun nóng chảy vào khuôn ở trạng thái đóng

Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ đóng vai trò như một pít tông đẩy phần nhựa đã được nung nóng chảy về phía trước bằng một áp lực rất lớn Hệ thống kênh dẫn nhựa sẽ chứa phần nhựa lỏng Lúc này, lòng khuôn đang ở trạng thái đóng để làm nhiệm vụ tạo hình sản phẩm.[5]

Bước 3: Làm mát bộ phận khuôn để phần nhựa được đun nóng chảy chuyển sang trạng thái rắn Để có thể lấy được nhựa ra ngoài thì phần nhựa đã được đun nóng chảy bắt buộc phải được làm đông cứng Ở bước này, hệ thống làm mát của máy sẽ hoạt động để làm khuôn nguội đồng thời làm rắn phần nhựa nóng chảy.[5]

Bước 4: Lấy sản phẩm ra ngoài Đây là bước cuối cùng của quy trình ép phun Hệ thống kim khuôn của máy ép nhựa sẽ kéo ra một nửa khuôn một cách từ từ, để ra một khoảng nhất định để có thể lấy sản phẩm ra bên ngoài Sau đó, lại đóng khuôn để tiếp tục quy trình mới.[5]

3.2.3 Vai trò công nghệ ép phun đối với cuộc sống

Trong thời buổi hiện nay, công nghệ phun ép nhựa đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp, các sản phẩm về nhựa được sử dụng rộng rãi đời sống như là: ghế, bàn nhựa,…

Hình 3.4 Các sản phẩm nhựa

Phân loại khuôn ép phun

Theo số tầng lòng khuôn: [4]

+ Khuôn dùng kênh dẫn nóng

+ Khuôn dùng kênh dẫn nguội

Theo cách bố trí kênh dẫn:

Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

+ Khuôn cho sản phẩm một màu

+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

Tóm lại, có các loại khuôn ép phun sau: khuôn hai tấm (two plate mold), khuôn ba tấm (three plate mold), khuôn có kênh dẫn nóng (hot runner system), khuôn nhiều tầng (stack mold- tích hợp nhiều lòng khuôn giống nhau lên một bộ khuôn) và khuôn

13 cho sản phẩm nhiều màu (tích hợp nhiều lòng khuôn khác nhau lên một bộ khuôn), loại khuôn này đòi hỏi máy ép có nhiều đầu phun Ngoài ra còn có các cách phân loại như sau:[1]

- Theo lực đóng khuôn chia ra loại: 7,…50,…100,…8000 tấn

- Theo lượng nguyên liệu cho một lần phun tối đa: 1, 2, 3, 5, 8,…, 56, 120oz (ounce-1 ounce = 28,349 gram)

Bảng 3.2 Phân loại theo lực kẹp khuôn [4]

Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối

- Theo loại pitton hay trục vít

- Phân loại theo phương đặt đầu phun nhựa: nằm ngang hay thẳng đứng

- Phân loại theo tên gọi của hãng sản xuất.

Hệ thống gia nhiệt

3.4.1 Khái niệm về nhiệt độ điều khiển trong khuôn

Tùy theo thông số kỹ thuật của mỗi loại nguyên liệu nhựa nên nhiệt độ khuôn trong quá trình ép phun có sự khác nhau Nhiệt độ khuôn được thiết lập và duy trì ở một mức độ phù hợp cho nhựa được điền đầy và làm nguội sản phẩm sau khi phun để hoàn thành sự kết tinh sản phẩm, đồng thời đảm bảo được sự đồng nhất của kích thước sản phẩm Nhiệt độ khuôn không đủ nóng khiến cho sản phẩm bị làm lạnh sớm ngay trong khuôn dẫn đến tình trạng khuôn không điền đầy, hiện tượng kết tinh kém làm cho tính chịu nhiệt của sản phẩm bị hạ thấp hoặc biến hình Nhiệt độ khuôn không đủ mát làm cho sản phẩm không kịp nguội khiến sản phẩm bị co ngót hoặc biến dạng cong vênh.[6]

3.4.2 Các phương pháp gia nhiệt

Gia nhiệt bằng hơi nước

Trong quá trình gia nhiệt này, hơi nước (hơi) sẽ được sử dụng như là nguồn nhiệt để tăng nhiệt độ của khuôn ép phun Sau đó, nhựa nóng sẽ được làm nguội bằng cách sử dụng nước lạnh Việc sử dụng hiệu quả của việc sưởi hơi nước sẽ được tăng cường bằng cách làm sạch nước trước khi nó chảy vào các kênh do kết hợp 2 chất lỏng khác nhau để gia nhiệt và làm lạnh Nguồn hơi nước được tạo ra thông qua lò hơi để cung cấp đủ hơi nước có nhiệt độ cao cho quá trình gia nhiệt

Quá trình kiểm soát nhiệt độ khuôn bằng hơi nước bao gồm một hệ thống hơi nước, hệ thống làm mát, một bộ trao đổi van, một bộ điều khiển và giám sát, và một máy ép phun khuôn

Gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng

Hệ thống gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng là một phương pháp phổ biến để truyền nhiệt trong nhiều ứng dụng công nghiệp Dầu nóng thường là một loại dầu chuyên dụng có điểm chớp cao, được sử dụng như một chất truyền nhiệt vì có nhiều đặc tính lợi ích, bao gồm khả năng chịu nhiệt độ cao, ổn định và dễ kiểm soát, không dẫn điện và không ăn mòn Với trường hợp dùng lưu chất là dầu, khả năng truyền nhiệt giữa lưu chất và khuôn sẽ giảm đáng kể do hệ số truyền nhiệt của dầu thấp.

Hệ thống gia nhiệt bằng dầu nóng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất nhựa, sản xuất giấy, sản xuất thực phẩm, và nhiều ứng dụng khác nơi cần độ chính xác và kiểm soát cao về nhiệt độ

Gia nhiệt bằng điện từ

Quá trình gia nhiệt khuôn bằng cảm ứng từ là một phương pháp hiện đại và hiệu quả để làm nóng khuôn ép phun mà không cần sử dụng các nguồn nhiệt truyền thống như điện hoặc hơi nước

Các cuộn cảm được đặt gần hoặc xung quanh khuôn ép phun Khi một dòng điện xoay chiều được chạy qua cuộn cảm, nó tạo ra một trường từ biến đổi, gây ra sự biến đổi của các đường lực trong vật liệu dẫn điện trong khuôn Qua hiện tượng tác động từ, năng lượng từ trường từ được chuyển thành nhiệt độ, làm nóng khuôn một cách đồng đều và hiệu quả

Gia nhiệt bằng chụp khí

Gia nhiệt bằng chụp khí là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các quá trình công nghiệp để cung cấp nhiệt một cách hiệu quả và an toàn Phương pháp

15 này sử dụng một chụp khí để tập trung và kiểm soát luồng nhiệt vào vùng cụ thể của vật liệu hoặc sản phẩm cần gia nhiệt

Gia nhiệt bằng chụp khí dựa trên việc sử dụng một nguồn nhiệt (chẳng hạn như đèn hồng ngoại, lò điện hoặc ngọn lửa khí) kết hợp với một chụp khí để hướng và điều chỉnh luồng nhiệt Chụp khí thường được làm từ vật liệu chịu nhiệt và có khả năng phản xạ tốt như thép không gỉ hoặc nhôm

=>Sau khi nghiên cứu và so sánh các phương pháp gia nhiệt khuôn ép nhựa, đã chọn gia nhiệt bằng nhiệt bằng chụp khí và gia nhiệt bằng hốc nước với các lí do sau Gia nhiệt bằng chụp khí: Có thể đạt nhiệt độ rất cao, gia nhiệt nhanh chóng, tính linh hoạt cao, thích hợp cho các quy trình yêu cầu nhiệt độ cao như nấu chảy kim loại, gia công nhiệt và các phản ứng hóa học trong môi trường không khí

Gia nhiệt bằng hốc nước: Kiểm soát nhiệt độ chính xác nhờ khả năng dẫn nhiệt tốt của nước, phân phối nhiệt đồng đều, an toàn với nguy cơ cháy nổ thấp, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu nhiệt độ thấp/trung bình như phòng thí nghiệm hóa học và sinh học

THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

Mô hình mô phỏng

Ansys là một phần mềm kỹ thuật mạnh mẽ và toàn diện, chuyên cung cấp các giải pháp mô phỏng kỹ thuật số trong nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, nhiệt, động lực học chất lỏng, điện từ học, và nhiều lĩnh vực khác Được phát triển bởi Ansys, Inc., phần mềm này đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc thiết kế, phân tích và tối ưu hóa các sản phẩm kỹ thuật.Ansys có giao diện người dùng trực quan và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng tạo và quản lý các mô phỏng.Ansys cung cấp khả năng tích hợp mô phỏng đa vật lý, cho phép các kỹ sư mô phỏng sự tương tác giữa các hiện tượng vật lý khác nhau như cơ học cấu trúc, động lực học chất lỏng, nhiệt và điện từ

Hình 4.1 Giao diện phần mềm Ansys

Bắt đầu bằng việc tạo một mô hình 3D của hệ thống Sử dụng công cụ CAD như Creo Parametric, SolidWorks, Inventor, để tạo mô hình này

- Lưu lượng khối lượng dòng chảy (Mass Flow Rate)

- Nhiệt độ nước vào (Inlet Water Temperature)

- Thời gian mô phỏng (Total Time)

- Hệ số truyền nhiệt (Thép, Nước) (Heat Transfer Coefficient)

Thiết lập điều kiện ban đầu

Các thông số ban đầu thỏa mãn yêu cầu mô phỏng

Xử lý kết quả đầu ra

Vẽ biểu đồ so sánh và đánh giá với thực nghiệm.

Kết luận Điều kiện không thỏa mãn

Kết quả quá chênh lệch với thực nghiệm

Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật về quá trình mô phỏng phân bố nhiệt độ

Mô hình cần phải đủ chi tiết để mô phỏng một cách chính xác, bao gồm cả các bề mặt tiếp xúc, lỗ thoát, và các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến luồng chảy

Khi mô phỏng dòng chảy, nhiệt độ bên trong mô hình khuôn, trường hợp này ta sử dụng module Fluid Flow của Ansys Fluid flow simulation trong Ansys là một trong những ứng dụng phổ biến và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực phân tích động lực học chất lỏng (CFD - Computational Fluid Dynamics)

Mở phần mềm Ansys và chọn module Fluid Flow

Hình 4.3 Chọn module Fluid Flow

4.1.2 Các bước mô phỏng gia nhiệt bằng chụp khí

Hình 4.4 Thông số điều kiện biên của gia nhiệt bằng chụp khí

Bước 1 Chuẩn bị trước mô phỏng:

- Mô hình hóa hình học

Ansys DesignModeler: Đây là hai công cụ chính để tạo và chỉnh sửa hình học cho mô phỏng Bạn có thể tạo ra các mô hình 2D từ đầu hoặc nhập các mô hình từ các phần mềm CAD khác như SolidWorks, AutoCAD

Import mô hình đã được chuẩn bị vào phần mềm Ansys

Hình 4.5 Nhập mô hình vào phần mềm

Kiểm tra mô hình để đảm bảo rằng nó đã được nhập một cách chính xác và đúng tỷ lệ

Trước khi tiến hành mô phỏng, mô hình cần đơn giản hóa để giảm số lượng phần tử và tăng tốc độ tính toán mà không ảnh hưởng đến độ chính xác

Sử dụng Ansys Meshing để tạo lưới tính toán

Trong phần mềm Ansys, "inflation" là một kỹ thuật quan trọng trong quá trình tạo lưới (mesh) cho các bài toán mô phỏng Inflation giúp tạo ra một lưới dày đặc và chi tiết hơn

Hình 4.6 Thiết lập Inflation trong Mesh

Chạy mô phỏng, chia lưới và đợi cho quá trình tính toán hoàn thành

Hình 4.7 Thực hiện chia lưới trên Ansys

Bước 2 Thiết lập điều kiện mô phỏng

Thiết lập các điều kiện để mô phỏng Điều kiện biên: Đặt các điều kiện biên để xác định cách dòng chảy tương tác với môi trường xung quanh

Với mô hình 2 lòng khuôn và 2 đường nước như thế này ta sẽ thiết lập một số điều kiện biên như: Insert_interface, Air_interface, Inlet, Outlet

Hình 4.8 Các điều kiện biên

Thiết lập cụ thể cho từng điều kiện biên trên Ansys

Insert_interface: bề mặt của tấm insert tiếp xúc với khí

Hình 4.9 Điều kiện biên Insert_interface

Air_interface: bề mặt của khí tiếp xúc với tấm insert

Hình 4.10 Điều kiện biên Air_interface

Hình 4.11 Điều kiện biên Inlet

Hình 4.12 Điều kiện biên Outlet

+ Initial Conditions (Điều kiện ban đầu): Thiết lập các điều kiện ban đầu cho mô phỏng như áp suất ban đầu, vận tốc ban đầu của chất lỏng

+ Thời gian mô phỏng và thông số của khí:

Hình 4.13 Thời gian quá trình mô phỏng

Khí sẽ được bơm vào khuôn và lưu lượng lưu chất

Hình 4.14 Nhiệt độ và lưu lượng lưu chất của khí

- Theo bảng thông số kỹ thuật 4.3:

Lưu lượng khí = 550 lít/phút => Mass Flow Rate = 550 lít/phút = 11.24 g/s

Hình 4.15 Nhiệt độ ban đầu của tấm insert

Hình 4.16 Vật liệu cấu tạo tấm insert

Hình 4.17 Hệ số truyền nhiệt của tấm insert trong môi trường

- Solver Settings (Cài đặt bộ giải) Đặt bước thời gian và chọn phân tích biến đổi theo thời gian

Bước 3: Xử lý kết quả

- Quá trình mô phỏng tính toán được diễn ra để xuất ra phân bố nhiệt độ

Hình 4.18 Quá trình tính toán

Hình ảnh hóa các kết quả mô phỏng cụ thể ở đây là nhiệt độ của tấm khuôn sau tính toán trong không gian 3D

Sau khi mô phỏng hoàn thành, phân tích kết quả để hiểu phân bố nhiệt độ trên mô hình diễn ra như thế nào

Hình 4.19 Kết quả mô phỏng Đánh giá phân bố nhiệt độ trên mô hình

Chọn công cụ Timestep Selecter để chọn từng mốc thời gian cụ thể, ở đây ta có thể từ từ theo dõi sự biến thiên nhiệt độ trên khuôn một cách tỉ mỉ

Hình 4.20 Công cụ Timestep Selector

Polyline: Hiển thị dải nhiệt độ trên suốt chiều dài đường Polyline, dễ dàng hơn cho việc quan sát và đưa ra nhận định Tại đây từng vị trí tọa độ trên tấm khuôn ta sẽ biết được rõ nhiệt độ tại khu vực đó là bao nhiêu, tại điểm đó nhiệt độ là bao nhiêu

Phân tích sự truyền nhiệt giữa các bề mặt và trong chất lỏng Sử dụng công cụ Chart để quan sát sự biến thiên của nhiệt độ thông qua bảng số liệu Excel

4.1.3 Các bước mô phỏng tấm hốc nước gia nhiệt

Hình 4.22 Thông số điều kiện biên của gia nhiệt bằng hốc nước

Bước 1 Pre-processing (Chuẩn bị trước mô phỏng):

- Geometric Modeling (Mô hình hóa hình học)

Ansys DesignModeler và Ansys SpaceClaim: Đây là hai công cụ chính để tạo và chỉnh sửa hình học cho mô phỏng CFD Bạn có thể tạo ra các mô hình 3D từ đầu hoặc nhập các mô hình từ các phần mềm CAD khác như SolidWorks, AutoCAD Import mô hình đã được chuẩn bị vào phần mềm Ansys Fluent

Hình 4.23 Nhập mô hình vào phần mềm

Kiểm tra mô hình để đảm bảo rằng nó đã được nhập một cách chính xác và đúng tỷ lệ

Cleaning và Simplification: Trước khi tiến hành mô phỏng, hình học thường cần được làm sạch và đơn giản hóa để giảm số lượng phần tử và tăng tốc độ tính toán mà không ảnh hưởng đến độ chính xác

Ansys Meshing: Đây là công cụ chính để tạo lưới tính toán Lưới có thể là dạng structured (có cấu trúc) hoặc unstructured (không có cấu trúc) tùy thuộc vào hình dạng và độ phức tạp của hình học

Trong phần mềm Ansys, "inflation" là một kỹ thuật quan trọng trong quá trình tạo lưới (mesh) cho các bài toán mô phỏng cơ học chất lỏng (CFD) và phân tích kết cấu Inflation giúp tạo ra một lưới dày đặc và chi tiết hơn gần các bề mặt hoặc ranh giới của mô hình để mô phỏng tốt hơn các hiện tượng vật lý xảy ra trong các vùng này, như dòng chảy gần tường, gradient nhiệt độ lớn hoặc ứng suất cao

Hình 4.24 Thiết lập Inflation trong Mesh

Chạy mô phỏng, chia lưới và đợi cho quá trình tính toán hoàn thành

Hình 4.25 Thực hiện chia lưới trên Ansys

Sơ bộ về mô hình thí nghiệm

4.2.1 Tấm insert Để nghiên cứu khả năng gia nhiệt bằng chụp khí và hốc nước lên tấm insert so sánh với kết quả mô phỏng

Kích thước tấm insert: bề dày 2mm, chiều dài 293mm, chiều rộng 244mm

Vùng đo phân bố nhiệt độ

Hình 4.41 Hình ảnh thực tế của tấm Insert

Chụp khí để gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là một phương pháp phổ biến nhằm đảm bảo khuôn luôn đạt được nhiệt độ tối ưu trong quá trình ép nhựa

Chụp khí là một hệ thống sử dụng khí nóng để gia nhiệt khuôn ép nhựa Hệ thống này bao gồm các bộ phận chính như sau:

Nguồn cung cấp khí nóng: Máy tạo khí nóng hoặc hệ thống đốt khí tự nhiên Ống dẫn khí: Hệ thống ống dẫn chịu nhiệt cao để dẫn khí nóng từ nguồn cung cấp đến khuôn ép

Chụp khí: Thiết bị bao phủ khuôn ép nhựa, có nhiệm vụ giữ nhiệt và phân phối khí nóng đều xung quanh khuôn Ưu điểm của phương pháp gia nhiệt bằng chụp khí bao gồm:

Phân phối nhiệt đều: Lớp khí giúp nhiệt được truyền đồng đều, tránh tình trạng quá nhiệt cục bộ

Kiểm soát nhiệt độ tốt: Dễ dàng điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ theo yêu cầu Giảm nguy cơ hỏng hóc: Giảm nguy cơ hỏng hóc hoặc cháy nổ do nhiệt độ quá cao

Hình 4.42 Hình ảnh 3D chụp khí

Hình 4.43 Kích thước chụp khí đã được tối ưu

Hình 4.44 Hình ảnh thực tế của chụp khí

4.2.3 Hệ thống hốc gia nhiệt bằng nước

Hệ thống hốc gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng nước là một phương pháp sử dụng nước để điều chỉnh nhiệt độ của khuôn ép nhựa trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa Hệ thống này giúp duy trì nhiệt độ khuôn ổn định và chính xác, từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất

Hình 4.45 Hình 3D tấm khuôn gia công hốc nước

Hình 4.46 Mô hình 3D thực nghiệm

- Máy gia nhiệt nước sẽ làm nóng nước đến nhiệt độ mong muốn

- Nước nóng được bơm qua một hệ thống ống dẫn vào hốc gia nhiệt trong khuôn ép nhựa

- Nước nóng truyền nhiệt cho khuôn ép nhựa, giúp khuôn đạt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình ép nhựa

- Nước sau khi truyền nhiệt sẽ tuần hoàn trở lại hệ thống để được làm nóng lại và tiếp tục chu trình.

Mô hình thực nghiệm

4.3.1 Quá trình ép thực nghiệm

Hình 4.47 Vị trí khuôn gá lên máy ép nhựa

4.3.2 Thí nghiệm gia nhiệt bằng chụp khí

- Chuẩn bị các thiết cần thiết để làm thí nghiệm

- Khởi động súng gia nhiệt, thiết lập nhiệt độ lên 300℃ Đợi súng gia nhiệt lên mức nhiệt độ cần thiết tiến hành gia nhiệt cho tấm stamp

- Tiến hành chụp lại phân bố nhiệt độ ở các mốc thời gian 10s, 20s, 30s

- Tổng hợp lại kết quả và phân tích dữ liệu bằng phần mềm Smartview và lưu kết quả

- So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng và đưa ra kết luận

- Tiến thành tương tự với mốc nhiệt độ 400℃, 500℃

Hình 4.49 Mô hình thí nghiệm thực tế

Hình 4.50 Đang gia nhiệt bằng chụp khí

Hình 4.51 Chụp phân bố nhiệt độ

Hình 4.52 Hình ảnh chụp vùng phân bố nhiệt

4.3.3 Thí nghiệm gia nhiệt bằng hốc nước nước

- Thực hiện gia nhiệt tấm insert về mốc 30℃

- Sau đó mở máy gia nhiệt nước lên nhiệt độ 60℃ Sau khi máy gia nhiệt ổn định ở nhiệt độ 60℃ mở van nước để nước đi vào hốc nước gia nhiệt tấm Insert

- Tiến hành chụp lại phân bố nhiệt độ ở các mốc thời gian 5s, 10s, 15s, 20s, 25s, 30s

- Tổng hợp lại kết quả và phân tích dữ liệu bằng phần mềm Smartview và lưu kết quả

- So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng và đưa ra kết luận

- Tiếp tục thí nghiệm tương tự ở các mốc nhiệt độ 65℃, 70℃, 75℃, 80℃

Hình 4.53 Mô hình thí nghiệm thực tế

Hình 4.54 Ảnh chụp kết quả gia nhiệt

Hình 4.55 Giao diện phân tích ảnh bằng Smartview

Quá trình thực nghiệm gồm có 3 quá trình: Làm nóng nước, gia nhiệt khuôn và làm nguội khuôn.

Thiết bị hỗ trợ

Máy điều khiển nhiệt độ khuôn là thiết bị có khả năng điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ của khuôn nhựa Nó giúp duy trì một môi trường ổn định với mức nhiệt độ phù hợp cho quá trình sản xuất nhựa.[7]

Hiện nay, trên thị trường có 2 dòng máy điều khiển nhiệt khuôn phổ biến là máy làm nóng khuôn dùng nước và máy điều khiển nhiệt độ khuôn dùng dầu.[7]

Máy làm nóng khuôn dùng nước ứng dụng nguyên tắc trao đổi nhiệt của nước để giữ cho khuôn ở nhiệt độ không đổi trong quá trình đúc.[7]

Máy điều khiển nhiệt độ khuôn dùng dầu thường thích hợp với những khuôn có yêu cầu về nhiệt độ cao trên 100 độ C.[7]

Hình 4.56 Máy gia nhiệt nước Nguyên lý hoạt động

Máy điều khiển nhiệt độ khuôn ép nhựa dùng nước hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt của chất lỏng Khi vận hành, nước từ thùng nước đi qua cụm gia nhiệt từ đó trao đổi nhiệt với nước và làm nóng nước, tiếp sau đó máy bơm chịu nhiệt sẽ bơm nước vào khuôn máy ép nhựa, từ đó trao đổi nhiệt với khuôn và làm nóng khuôn, nước sẽ quay trở lại hệ thống thành một chu kỳ khép kín.[7]

Cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước và truyền dữ liệu về bộ phận điều khiển Sau đó, máy sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ nước ở mức phù hợp để gián tiếp giữ nhiệt độ khuôn theo yêu cầu.[7]

Bảng 4.1 Thông số của máy gia nhiệt độ nước[7]

Công suất gia nhiệt 9 kW

Chế độ làm mát Làm mát trực tiếp

Lưu lượng tối đa 28 lít/phút

Camera nhiệt hay còn được gọi là camera ảnh nhiệt, máy ảnh hồng ngoại, máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại, là máy đo nhiệt độ dùng công nghệ cảm biến hồng ngoại để tạo nên các hình ảnh nhiệt [8]

Camera nhiệt tạo thành một hình ảnh qua việc sử dụng bức xạ hồng ngoại hoạt động ở dải sóng có bước sóng từ 9000-14000 nm (9-14 um).[8]

Camera nhiệt hoạt động bằng cách dựa vào sự bức xạ quang phổ điện tử Sau đó các vật thể hay thiết bị sẽ phát ra một bức xạ quang phổ và camera ảnh nhiệt sẽ bắt được các bức xạ này, ở nhiệt độ càng cao thì bức xạ sẽ phát ra càng nhiều

Camera hồng ngoại được trang bị bởi một thấu kính được làm từ các chất liệu cao như canxi clorua, germanium,… điều này sẽ cho phép năng lượng hồng ngoại đi qua dễ dàng

Tiếp đó, ánh sáng tụ lại và tiếp xúc với cảm biến quét thông tin rồi lọc ra vài nghìn điểm ở trường quan sát Từ đây, một mô hình nhiệt phức tạp được gọi là nhiệt đồ xuất hiện chỉ sau 33 mili giây

Nhiệt đồ khi này được biến đổi thành xung điện và truyền thẳng tới bộ phận xử lý tín hiệu, chuyển thông tin thành dữ liệu hình ảnh Cuối cùng tạo ra hình ảnh hiển thị dưới nhiều màu sắc khác nhau ứng với lượng năng lượng hồng ngoại nguồn nhiệt phát ra

Hình 4.57 Máy đo nhiệt độ bằng hình ảnh Fluke TiS20

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của máy đo nhiệt độ bằng hình ảnh [8]

Model Fluke TiS20 Độ phân giải hồng ngoại 120 x 90 (10,800 pixels) Độ phân giải không gian (IFOV) 7.6 mRad, D130:1

Khoảng cách lấy nét tối thiểu 50 cm (20 inch)

Hệ thống lấy nét Lấy nét cố định

Cảm biến nhiệt độ (NETD) ≤60 mK

Tốc độ khung hình 9 Hz

Dải nhiệt độ đo -20 °C đến 350 °C (-4 °F đến 662 °F)

Màn hình LCD cảm ứng 3.5 inch với độ phân giải 320 x 240 Thời gian sử dụng pin Lên đến 16 giờ liên tục

Lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ trong 4GB và khe cắm thẻ micro SD tùy chọn lên đến

Dễ dàng chỉnh sửa và tối ưu hóa ảnh nhiệt để hiển thị trạng thái của thiết bị

Kết hợp ảnh hồng ngoại và khả kiến để phân tích đơn giản hơn nhờ chế độ ảnh trong ảnh và kết hợp ảnh

Tạo báo cáo chi tiết trong vài phút và lưu các mẫu báo cáo tùy chỉnh

Truy cập ảnh nhiệt trên mọi thiết bị bằng bộ lưu trữ đám mây tự động

Sắp xếp ảnh và dễ dàng tìm theo thiết bị, mức độ nghiêm trọng và tên

Chia sẻ ảnh trong phần mềm dành cho máy tính ngay tức thì với tất cả thành viên trong nhóm

Kết hợp các ảnh nhiệt với dữ liệu từ hơn 80 dụng cụ Fluke Connect bao gồm các đồng hồ vạn năng kỹ thuật số và cảm biến

Khả năng cập nhật firmware

Máy thổi hơi nóng hay còn được gọi là máy khò nhiệt, súng thổi hơi nóng, đây là thiết bị tạo ra luồng không khí nóng nhằm phục vụ công việc của người dùng như: tạo hình và làm chảy các vật liệu từ nhựa, làm khô sơn, làm mềm keo, sửa chữa phụ tùng xe, dán cửa kính,

Hình 4.59 Máy khò nhiệt Makita HG6530V

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của máy khò nhiệt Makita HG6530V

Lưu lượng khí 200-550 lít/phút

Origin8.5.1 là phần mềm chuyên dụng để phân tích dữ liệu và vẽ đồ thị chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học và kỹ sư OriginLab đã phát hành phần mềm này như một phần mềm hàng đầu trong ngành để vẽ các biểu đồ khoa học và phân tích thông tin

Origin8.5.1 bao gồm hơn một trăm tính năng và mẹo để cải thiện hiệu suất so với người tiền nhiệm của nó Các cải tiến chính bao gồm thêm các phần để dễ sử dụng, chẳng hạn như trình đơn thả xuống, tìm kiếm dễ dàng giữa các chuỗi tệp dự án, hiển thị hình thu nhỏ của biểu đồ ở góc trang và hiển thị chú giải công cụ hoặc hiển thị cửa sổ mô tả trên trang dự án Chọn những nội dung khái quát hoặc chi tiết từ mục lục của dự án, thiết kế lại sơ đồ xung quanh chủ đề, cải thiện mô tả biểu đồ bằng cách hỗ trợ biểu đồ tỷ lệ bong bóng Các lợi ích khác bao gồm thêm các biểu đồ mới như bản đồ nhiệt, biểu đồ công suất hạt nhân 2D, vẽ hàng loạt 3D, phân loại dữ liệu cuối cùng do người dùng xác định cho đồ thị và phân tích, cung cấp một công cụ phù hợp để phân phối, đo lặp lại phân tích phương sai với dữ liệu không cân bằng và tích hợp với ngôn ngữ lập trình Python

Sử dụng hơn một trăm loại biểu đồ, Origin giúp bạn dễ dàng xây dựng và tùy chỉnh các biểu đồ chất lượng phù hợp với nhu cầu của mình

Origin có các công cụ mạnh mẽ cho nhu cầu tính toán, bao gồm điều chỉnh đường cong, thống kê, phân tích điểm đỉnh và xử lý tín hiệu

Origin hỗ trợ nhiều định dạng phổ biến để làm cho dữ liệu hiệu quả hơn

Origin bao gồm hai ngôn ngữ lập trình Origin C, là ngôn ngữ dựa trên C, cũng như một ngôn ngữ lập trình khác được gọi là LabTalk

Công cụ phân tích điểm cao nhất trong Origin8.5.1 cung cấp cho bạn nhiều khả năng hơn để tìm và khớp nhiều điểm trong khi làm việc

Origin8.5.1 có thể đặt các điểm dữ liệu ba chiều trên các mức tọa độ X, Y và Z, đồng thời các mức và điểm có thể được hiển thị cùng nhau

Origin8.5.1 cung cấp cho bạn nhiều cách hơn để sử dụng dữ liệu hình ảnh

Hình 4.61 Giao diện phần mềm Origin8.5.1

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

Kết quả quá trình gia nhiệt bằng chụp khí

5.2 Kết quả quá trình gia nhiệt bằng chụp khí

Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn tại 300°C

Dưới đây là kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu ở nhiệt độ 300°C qua các mốc thời gian 10s, 20s, 30s

Bảng 5.3 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu tại 300°C

Thời gian (s) Kết quả mô phỏng

Tại thời điểm 10s phân bố nhiệt độ chủ yếu ở mức thấp, với nhiệt độ cao nhất khoảng 95.54°C tập trung quanh lỗ vào của khí nóng

Tại thời điểm 20s có sự tăng nhiệt đáng kể, đặc biệt ở các vùng trung tâm, với nhiệt độ đạt khoảng 135.25°C Nhiệt độ đang lan rộng ra từ các điểm nóng trung tâm, cho thấy sự gia tăng nhiệt độ đáng kể

Tại thời gian 30 nhiệt độ cao nhất được quan sát, với giá trị lên đến 161.092°C Nhiệt đã lan rộng hơn trên toàn khu vực, với điểm nóng trung tâm rõ rệt Phân bố nhiệt độ cho thấy vùng nhiệt độ cao rộng hơn so với các thời điểm trước

Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt khuôn tại 300°C

Tại thời điểm 10s phân bố nhiệt độ ở mức thấp, nhiệt độ cao nhất khoảng 94.7°C tập trung quanh lỗ vào của khí nóng

Tại thời điểm 20s có sự tăng nhiệt đáng kể, nhiệt độ đạt khoảng 132.7°C Nhiệt độ đang lan rộng ra và nhiệt độ cao nhất ở trung tâm

Tại thời điểm 30s nhiệt độ cao nhất là 158.5°C Nhiệt đã lan rộng hơn trên toàn khu vực, điểm nóng trung tâm rõ rệt Phân bố nhiệt độ cho thấy vùng nhiệt độ cao rộng hơn so với các thời điểm trước

Tại thời điểm 10s phân bố nhiệt độ ở mức thấp, nhiệt độ cao nhất khoảng 118°C tập trung quanh lỗ vào của khí nóng

Tại thời điểm 20s có sự tăng nhiệt đáng kể, nhiệt độ đạt khoảng 170°C Nhiệt độ đang lan rộng ra và nhiệt độ cao nhất ở trung tâm

Tại thời điểm 30s nhiệt độ cao nhất là 205°C Nhiệt đã lan rộng hơn trên toàn khu vực, điểm nóng trung tâm rõ rệt Phân bố nhiệt độ cho thấy vùng nhiệt độ cao rộng hơn so với các thời điểm trước

Tại thời điểm 10s phân bố nhiệt độ ở mức thấp, nhiệt độ cao nhất khoảng 140.94°C tập trung quanh lỗ vào của khí nóng

Tại thời điểm 20s có sự tăng nhiệt đáng kể, nhiệt độ đạt khoảng 200.9°C Nhiệt độ đang lan rộng ra và nhiệt độ cao nhất ở trung tâm

Tại thời điểm 30s nhiệt độ cao nhất là 251.36°C Nhiệt đã lan rộng hơn trên toàn khu vực, điểm nóng trung tâm rõ rệt Phân bố nhiệt độ cho thấy vùng nhiệt độ cao rộng hơn so với các thời điểm trước

5.2.3 So sánh bề mặt tấm stamp giữa mô phỏng và thực nghiệm

So sánh phân bố nhiệt độ trên tấm stamp giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 300°C, 400°C, 500°C Sau khi mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu tại 300°C, 400°C, 500°C bằng phần mềm Ansys và tiến hành thí nghiệm thực tế để kiểm tra sự khác nhau về phân bố nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm

Bảng 5.9 So sánh phân bố nhiệt độ trên tấm stamp giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 300°C

Thời gian gia nhiệt (s) Kết quả mô phỏng Kết quả thực nghiệm

Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm ở nhiệt độ gia nhiệt 300°C, 400°C, 500°C đều cho thấy sự phân bố nhiệt độ tập trung tại vùng trung tâm khuôn và giảm dần ra phía ngoài Điều này cho thấy mô hình mô phỏng và quá trình thực nghiệm có sự chính xác trong việc mô phỏng quá trình gia nhiệt

Kết quả mô phỏng cho thấy các vùng nhiệt độ được phân biệt rõ ràng hơn với sự chuyển đổi màu sắc từ đỏ (nhiệt độ cao) sang xanh (nhiệt độ thấp) Trong khi đó, kết quả thực nghiệm có vẻ mờ hơn và các vùng nhiệt độ không được phân biệt rõ ràng như trong mô phỏng

Cả mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy rằng khi thời gian gia nhiệt tăng từ 10s lên 30s, vùng nhiệt độ cao (màu đỏ) mở rộng hơn Điều này cho thấy rằng quá trình gia nhiệt dài hơn giúp phân phối nhiệt đều hơn trên toàn bộ khuôn

Dù có sự tương đồng trong phân bố nhiệt độ, nhưng vẫn có sự chênh lệch nhất định giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm Điều này có thể do nhiều yếu tố ảnh hưởng trong quá trình thực nghiệm như sự mất nhiệt không mong muốn, sai số trong đo lường hoặc các yếu tố ngoại cảnh khác không được tính toán trong mô phỏng

5.2.4 Thông số để vẽ biểu đồ

Sau khí mô phỏng và tiến hành thì nghiệm thì các số liệu có được sẽ đưa vào phần mềm Origin để thể hiện biểu đồ

Hình 5.1 Bảng số liệu vẽ biểu đồ

Hình 5.2 Biểu đồ gia nhiệt

5.2.5 So sánh biểu đồ và đánh giá

Biểu đồ gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu ở 300°C Sau khi mô phỏng và thực nghiệm thì sẽ tiến hành vẽ biểu đồ của quá trình gia nhiệt và so sánh Dưới đây là biểu đồ gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu của quá trình mô phỏng và thực nghiệm tại mốc nhiệt 300°C qua từng mốc thời gian 10s, 20s, 30s Trong biểu đồ gia nhiệt sẽ có nhiệt độ của quá trình thực nghiệm (Temp_Ex) và nhiệt độ của quá trình mô phỏng (Temp_Si)

Hình 5.3 Biểu đồ gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu ở 300°C tại 10s t gia t: 300°C i gian gia t: 10s

67 hiệt gia nhiệt: 300°C h i gian gia nhiệt: 20s

Hình 5.4 Biểu đồ gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu ở 300°C tại 20s hiệt gia nhiệt: 300°C h i gian gia nhiệt: 30s

Hình 5.5 Biểu đồ gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu ở 300°C tại 30s

Bảng 5.12 So sánh nhiệt độ của biểu đồ giữa mô phỏng và thực nghiệm ở 300°C

Mô phỏng Thực nghiệm

Nhiệt độ thấp nhất của biểu đồ (°C)

Nhiệt độ cao nhất của biểu đồ (°C)

Hình 5.6 So sánh mô phỏng gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu tại

Hình 5.7 So sánh thực nghiệm gia nhiệt khuôn bằng chụp khí đã được tối ưu tại

Kết quả quá trình gia nhiệt khuôn bằng hốc nước

Tóm lại kết quả mô phỏng cung cấp kết quả ở điều kiện lý tưởng, trong khi kết quả thực nghiệm cung cấp các kết quả bị ảnh hưởng các yếu tố thực tế và các biến số không thể kiểm soát hoàn toàn Mặc dù có sự khác biệt, cả hai kết quả đều cho thấy xu hướng gia nhiệt và ổn định nhiệt độ tương tự nhau, chứng minh rằng mô phỏng là một công cụ hữu ích để dự đoán phân bố nhiệt trong quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa

5.3 Kết quả quá trình gia nhiệt khuôn bằng hốc nước

Kết quả mô phỏng ở nhiệt độ 60℃

Dưới đây là kết quả mô phỏng ở nhiệt độ 60℃ ở các mốc thời gian 5s, 10s, 15s, 20s, 25s, 30s Đầu vào là Inlet và đầu ra là Outlet

Bảng 5.15 Kết quả mô phỏng ở nhiệt độ 60℃

Thời gian Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng ở nhiệt độ 65℃

Kết quả thực nghiệm ở nhiệt độ 60℃

Dưới đây là kết quả thực nghiệm ở nhiệt độ 60℃ ở các mốc thời gian 5s, 10s, 15s, 20s, 25s, 30s Đầu vào là Inlet và đầu ra là Outlet

Bảng 5.20 Kết quả thực nghiệm ở nhiệt độ 60℃

Thời gian Hình ảnh thực nghiệm

5.3.3 So sánh bề mặt tấm Insert giữa mô phỏng và thực nghiệm

So sánh phân bố nhiệt độ trên tấm Insert giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 60℃

Bảng 5.25 So sánh phân bố nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 60℃

Thời gian Kết quả mô phỏng Kết quả thực nghiệm

5.3.4 So sánh biểu đồ và đánh giá

Sau khi mô phỏng và thực nghiệm thì sẽ tiến hành vẽ biểu đồ của quá trình gia nhiệt và so sánh Dưới đây là biểu đồ gia nhiệt khuôn của quá trình mô phỏng và thực nghiệm tại các mốc nhiệt độ qua từng mốc thời gian 5s, 10s, 15s, 20s, 25s, 30s Trong biểu đồ gia nhiệt sẽ có nhiệt độ của quá trình thực nghiệm (Temp_Ex) và nhiệt độ của quá trình mô phỏng (Temp_Si)

Inlet water: 60°C Heating time: 5s Open Temperature: 30°C

Hình 5.18 Biểu đồ gia nhiệt 60°C tại 5s

Bảng 5.30 So sánh nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 60°C

Insert thickness: 2mm Insert length: 200mm Inlet water: 60°C Open Temperature: 30°C

Hình 5.24 So sánh nhiệt độ mô phỏng gia nhiệt khuôn tại 60°C

Hình 5.25 So sánh nhiệt độ thực nghiệm gia nhiệt khuôn tại 60°C

Biểu đồ gia nhiệt khuôn tại 65℃

Hình 5.31 Biểu đồ gia nhiệt 65°C tại 30s Bảng 5.31 So sánh nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 65°C

Biểu đồ gia nhiệt khuôn tại 70°C

Hình 5.47 Biểu đồ gia nhiệt 75°C tại 30s Bảng 5.33 So sánh nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm tại 75°C

Qua các biểu đồ so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm ở các mốc nhiệt độ 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃ cho thấy kết quá của mô phỏng tương đối ổn định và chính xác so với thực nghiệm Nhiệt độ bên thực nghiệm sẽ có sự chênh lệch thấp hơn 3 - 5℃ so với mô phỏng

Trong 5s đầu thì nhiệt độ còn chênh lệch lớn do dòng nước chảy vào chưa ổn định và quá trình gia nhiệt cần một khoảng thời gian nhất định để đạt được trạng thái ổn định Trong giây thứ 10 - 15s thì có hiện tượng nhiệt độ vượt quá mức nhiệt độ thiết lặp, sau đó nhiệt độ trờ về mức ổn định và vùng phân bố nhiệt độ đồng đều trên bề mặt tấm insert

Vùng phân bố nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm tương đối giống nhau Quá trình gia nhiệt này mất khoảng 10s để nhiệt đạt được mức nhiệt độ mong muốn, và vùng phân bố nhiệt độ sau thời gian này trở nên đồng đều và ổn định

Sự khác biệt chính nằm ở nhiệt độ cao nhất đạt được Biểu đồ mô phỏng có sự ổn định nhiệt độ sau khi đạt đỉnh tốt hơn một chút so với biểu đồ thực nghiệm Do quá trình thực nghiệm phải chịu nhiều ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như thất thoát nhiệt lượng trong quá trình thực hiện, nhiệt độ phòng, thời gian thao tác tiến hành thí

130 nghiệm nên dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ của quá trình thực nghiệm thấp hơn so với nhiệt độ của quá trình mô phỏng

Tóm lại kết quả mô phỏng cung cấp kết quả tổng quát và lý tưởng về phân bố nhiệt, trong khi kết quả thực nghiệm cung cấp các kết quả bị ảnh hưởng yếu tố thực tế và các biến số không thể kiểm soát hoàn toàn Mặc dù có sự khác biệt, cả hai kết quả đều cho thấy xu hướng gia nhiệt và ổn định nhiệt độ tương tự nhau,vì vậy mô phỏng là một phương pháp hữu ích để dự đoán phân bố nhiệt trong quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa

Tiêu đề	Thử Nghiệm Quá Trình Gia Nhiệt Cho Khuôn Có Dùng Chụp Khí Với Các Trường Hợp Đã Được Tối Ưu
Tác giả	Hồ Ngọc Phúc, Võ Minh Thành, Huỳnh Võ Tuấn Tài
Người hướng dẫn	PGS. TS. Đỗ Thành Trung
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	153
Dung lượng	15,61 MB