Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Khảo sát phân bố nhiệt Độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer

Nghiên cứu này tập trung vào phân tích sự phân bố nhiệt độ trong các tấm khuôn khi sử dụng các kênh giải nhiệt dạng layer, đây là một cải tiến thiết kế nhằm cải thiện khả năng quản lý và

Trang 1

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 KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU SVTH: NGUYỄN VIỆT TUẤN ANH

TRẦN CHÍ BẢO TRƯƠNG VĂN THÀNH

TP Hồ Chí Minh, tháng 7/2024KHẢO SÁT PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TẤM KHUÔN KHI DÙNG CÁC KÊNH GIẢI NHIỆT DẠNG LAYER

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ 2 / năm học 2023-2024

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Hiếu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Tuấn Anh MSSV: 20144353 Điện thoại: 0346076035 Sinh viên thực hiện: Trần Chí Bảo MSSV: 20144359 Điện thoại: 0398741417 Sinh viên thực hiện: Trương Văn Thành MSSV: 20144461 Điện thoại: 0332153479

1 Đề tài tốt nghiệp:

- Mã số đề tài: CKM-81

- Tên đề tài: Khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tài liệu về công nghệ phun ép nhựa

- Các thiết bị dùng cho quá trình chế tạo khuôn theo phương pháp WAAM

- Thiết bị thử phân bố nhiệt độ

- Tài liệu về khuôn phun ép nhựa

3 Nội dung chính của đồ án:

- Thiết kế mô hình 3D của sản phẩm cần nghiên cứu

- Tạo mô hình lưới cho tấm khuôn

- Mô phỏng phân bố nhiệt độ

- Thực nghiệm đo phân bố nhiệt độ

- Tổng hợp các kết quả và viết báo cáo

4 Các sản phẩm dự kiến

- Báo cáo tốt nghiệp

- Kết quả mô phỏng và so sánh giữa quá trình mô phỏng và thực nghiệm

Trang 5

 Được phép bảo vệ

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

Trang 6

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

Ký tên

Trang 7

LỜI CẢM ƠN

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới nhà trường, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã hỗ trợ về

cơ sở vật chất và không gian để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong thời gian qua Chúng em cũng đặc biệt cảm ơn Thầy Nguyễn Trọng Hiếu đã hướng dẫn và hai thầy Thầy Phạm Sơn Minh và Thầy Trần Minh Thế Uyên đã hỗ trợ thiết bị trong quá trình nhóm thựuc hiện đồ án tốt nghiệp Nhờ sự hướng dẫn tận tình và những kiến thức quý báu mà các thầy đã truyền đạt, chúng em mới có thể vượt qua mọi khó khăn và hoàn thành được đồ án quan trọng này Trong quá trình thực hiện, chúng em gặp không ít thách thức và thiếu sót, nhưng nhờ sự giúp đỡ của các thầy, mọi vấn đề đều được giải quyết một cách hiệu quả nhất Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy Ngoài ra, chúng em xin cảm ơn toàn thể quý thầy cô của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, những người đã giảng dạy và trang bị cho chúng em nền tảng kiến thức vững chắc, giúp ích không chỉ trong việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp mà còn trong sự nghiệp sau này của chúng em

Cuối cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và tiếp tục thành công trong sự nghiệp giảng dạy, để tiếp tục truyền đạt những kiến thức quý báu cho các thế hệ sinh viên

kế tiếp

Trang 8

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Hiện nay do nhu cầu đời sống ngày càng tăng, các vật dụng đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt đời sống ngày càng tăng theo, trong đó các sản phẩm về nhựa ngàng càng có sự thiết kế phức tạp, kích thước nhỏ và mỏng hơn so với trước Để đáp ứng được các nhu cầu đó việc đề ra các giải pháp giúp cho quá trình ép nhựa có thể đạt được yêu cầu Trong đó có thể áp dụng phương pháp gia nhiệt cho khuôn Để gia nhiệt cho khuôn hiệu quả trước tiên việc khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả và chất lượng của quá trình ép phun Nghiên cứu này tập trung vào phân tích sự phân bố nhiệt độ trong các tấm khuôn khi sử dụng các kênh giải nhiệt dạng layer, đây là một cải tiến thiết kế nhằm cải thiện khả năng quản lý và điều khiển nhiệt

Trong quá trình ép phun, việc điều khiển phân bố nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến thời gian chu kỳ và trong việc điền đầy nhựa Sự phân bố nhiệt độ không đồng đều có thể dẫn đến các khuyết tật như cong vênh, ứng suất dư, Với phương pháp gia nhiệt thì có nhiều hình thức gia nhiệt như gia nhiệt bằng điện trở, bằng hơi nước, bằng khí, bằng chất lỏng chẳng hạn như nước,…, các hình thức này phụ thuộc vào mức độ tiện dụng của từng hoàn cảnh để chọn cách thức gia nhiệt hợp lí Trong nghiên cứu này thì nhóm sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng vì nó tiết kiệm được chi phí cũng như các thiết bị sử dụng cho quá trình không yêu cầu quá nhiều thứ

Trong nghiên cứu này nhóm sử dụng cả phương pháp thực nghiệm và mô phỏng trên phần mềm ANSYS để phân tích sự phân bố nhiệt độ Sử dụng máy gia nhiệt nước để tiến hành gia nhiệt cho lòng khuôn Nghiên cứu sẽ tiến hành thực nghiệm đo nhiệt bằng camera nhiệt Fluke Quá trình thực nghiệm sẽ được tiến hành bằng nước nóng và đo nhiệt ở các mốc nhiệt 50°C, 60°C, 70°C, 80°C và 90°C tại các thời gian 30s, 60s, 90s, 120s, 150s, 180s, 210s và 240s Sau khi quá trình thực nghiệm được hoàn thành, tiến hành so sánh với kết quả mô phỏng Qua quá trình so sánh dựa trên các biểu đồ cho thấy quá trình gia nhiệt cho khuôn của mô phỏng luôn cao hơn quá trình thực nghiệm Tại các mốc thời gian ban đầu thì nhiệt độ chênh lệch khá cao nhưng thời gian càng dần về sau thì độ chênh lệch giảm xuống do nhiệt độ trong khuôn dần ổn định nên đường biểu diễn nhiệt trên khuôn gần tiệm cận với nhiệt độ nước đầu vào

Từ dữ liệu thực nghiệm nhóm sẽ đánh giá mô hình thực nghiệm có đáng tin cậy không, bằng cách ứng dụng mô hình ANN vào trong việc dự đoán thực nghiệm khảo sát phân bố nhiệt độ

Dữ liệu thực nghiệm sẽ chia ra làm 2 biến: biến đầu ra và biến đầu vào và đưa vào phần mềm Matlab cho máy học dữ liệu gọi là train dữ liệu, sau khi train xong ANN sẽ sinh ra một biến đầu ra ANN dự đoán, từ biến đầu ra của thực nghiệm và biến đầu ra của ANN dự đoán ta vẽ biểu đồ so sánh thấy giá trị chênh lệch không cao, từ đó cho thấy kết quả thí nghiệm có độ

Trang 9

Qua thời gian thực hiện đồ án nhóm chúng em đã nắnm vững hơn về những kiến liên quan đến việc thiết kế khuôn đặc biệt là hệ thống kênh giải nhiệt của khuôn, hơn thế chúng em có thêm nhiều bài học mới và kinh nghiệm trong việc mô phỏng ANSYS cũng như việc áp dụng các kiến thức cơ bản từ AI cụ thể là ANN vào trong đồ án của nhóm.

Trang 10

ABSTRACT

Nowadays, due to the increasing needs of life, the objects that meet the needs of daily life are also increasing, in which plastic products seem to have more complex designs, smaller sizes and are more opaque than others with before To meet those needs, solutions are proposed

to help the plastic injection process meet requirements In which the heating method can be applied to the mold To effectively pre-heat the plate temperature division investigation is very important to improve the efficiency and quality of the injection molding process This study focuses on analyzing the temperature distribution in mold plates when using layered cooling layers, which is a design innovation that enhances thermal management and control capabilities

In the injection molding process, temperature control significantly affects cycle time and resin filling Uneven temperature distribution can lead to defects such as high warping, residual stress, etc With heating methods, there are many forms of heating such as resistance heating, steam heating, and gas heating instruments, with extractive substances such as water, etc., these formulas depend on the convenient applicability of each situation to choose the appropriate heating method In this study, the team used the hot water heating method because it saves costs and the equipment used for the process does not require too many things

In this study, the team used both experimental and simulation methods on ANSYS software

to analyze analytical temperatures Use a water heater to heat the intestines The researcher will conduct experimental thermal measurements using a Fluke thermal camera The experimental process will be conducted with hot water and temperature measurements at heat lamps of 50°C, 60°C, 70°C, 80°C and 90°C at times 30, 60, 90, 120, 150 , 180, 210 and 240 After the execution is completed successfully, compare with the simulation results Through the comparison process based on the graphs, it was found that the temperature validation process of the simulation is always higher than the real process At the initial time columns, the temperature difference is quite high, but as time increases, the difference decreases, causing the temperature to increase steadily, so the above heat curve nearly matches the input water temperature

From the validation data group, we will evaluate whether the experimental model is reliable

Trang 11

variable and put into Matlab software for machine learning data called training data After training is complete, ANN will generate a predicted output variable ANN prediction, from the output variable of the experiment and the output variable of the predicted ANN, a chart will be drawn comparing the difference value, which is not high, thereby showing that the experimental results are highly reliable and the ANN operating model is The application is quite good

Through the time of implementing the group diagram, we became more certain about the architecture related to the design work, especially the cooling channel system of the mold, and moreover, we learned many new lessons and experience in ANSYS simulation work and applying knowledge bases from AI tools such as ANN to the team's planning.

Trang 12

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN v

ABSTRACT ……… vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xxiv

BẢNG PHÂN CÔNG NỘI DUNG CÔNG VIỆC xxv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.2.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 4

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu 4

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 5

2.1 Giới thiệu 5

2.2 Kết cấu của bộ khuôn 6

2.3 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài 7

2.3.1 Nghiên cứu ngoài nước 7

2.3.2 Nghiên cứu trong nước 8

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

Trang 13

3.1.1 Khái niệm về khuôn 11

3.1.2 Phân loại khuôn 12

3.1.3 Kết cấu chung của bộ khuôn 17

3.2 Hệ thống kênh giải nhiệt 18

3.2.1 Tổng quan về kênh giải nhiệt 18

3.2.2 Các loại kênh giải nhiệt 20

3.2.3 Các phương pháp gia nhiệt 23

3.3 Phương pháp gia công khuôn bằng WAAM 25

3.3.1 Khái niệm 25

3.3.2 Nguyên lí hoạt động 26

3.3.3 Ứng dụng trong khuôn phun ép nhựa 27

3.4 Tổng quan về CAE 29

3.4.1 Giới thiệu về CAE 29

3.4.2 Chức năng của CAE 30

3.4.3 Ứng dụng của CAE 30

3.4.4 Lợi ích của CAE 30

3.4.5 Chọn phần mềm CAE: ANSYS 31

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 34

4.1 Kết cấu mô hình khuôn thí nghiệm 34

4.1.1 Khuôn ép nhựa sản phẩm dạng 2D 34

4.1.2 Khuôn ép nhựa sản phẩm dạng 3D 38

4.2 Hệ thống mô hình thí nghiệm 45

4.2.1 Thiết bị hỗ trợ thí nghiệm 45

4.2.2 Phương pháp thí nghiệm 48

4.2.3 Dụng cụ thu thập và xuất dữ liệu thực nghiệm 49

4.3 Thiết kế mô hình mô phỏng khảo sát phân bố nhiệt độ 51

4.3.1 Phương pháp mô phỏng 52

4.3.2 Các bước mô phỏng tấm khuôn sản phẩm dạng 2D 54

4.3.3 Các bước mô phỏng tấm khuôn sản phẩm dạng 3D 64

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 74

5.1 Thông số mô phỏng và thực nghiệm của quá trình gia nhiệt 74

5.1.1 Thông số mô phỏng 74

Trang 14

5.1.2 Thông số thực nghiệm 74

5.2 Kết quả quá trình gia nhiệt khuôn 75

5.2.1 Kết quả mô phỏng 75

5.2.2 Kết quả thực nghiệm 135

5.3 So sánh kết quả và đánh giá 196

5.3.1 Phương pháp so sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm 196

5.3.2 So sánh kết quả 198

CHƯƠNG 6 :ỨNG DỤNG ANN TRONG DỰ ĐOÁN KHẢO SÁT PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ……….320

6.1 Tìm hiểu về mạng ANN 320

6.2 Phương pháp xây dựng ANN dự đoán 320

6.3 So sánh ANN dự đoán với thực nghiệm 326

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN 372

TÀI LIỆU THAM KHẢO 373

Trang 15

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Kết cấu chung của một bộ khuôn[2] 18

Bảng 4.1 Các thiết bị thí nghiệm 46

Bảng 5.1 Thông số thí nghiệm 74

Bảng 5.2 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 2D tại 50°C 75

Bảng 5.7 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt cho tấm cavity khuôn 2D tại 50°C 90

Bảng 5.15 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 3D tại 80°C 114

Bảng 5.16 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 3D tại 90°C 118

Bảng 5.19 Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt cho tấm cavity khuôn 3D tại 70°C 127

Bảng 5.22 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 2D tại 50°C 136

Bảng 5.23 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 2D tại 60°C 139

Bảng 5.27 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm cavity khuôn 2D tại 50°C 151

Bảng 5.30 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm cavity khuôn 2D tại 80°C 160

Bảng 5.35 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm core khuôn 3D tại 80° 175

Trang 16

Bảng 5.39 Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho tấm cavity khuôn 3D tại 70° 187

Bảng 5.42 So sánh nhiệt độ của mô phỏng và thực nghiệm của tấm Cavity 2D ở 50oC 203

Bảng 5.47 So sánh nhiệt độ của mô phỏng và thực nghiệm của tấm Core 2D ở 50oC 234

Bảng 5.56 So sánh nhiệt độ của mô phỏng và thực nghiệm của tấm Cavity 3D ở 90 o C 288

Bảng 6.1 So sánh dữ liệu thực nghiệm với dữ liệu dự đoán ANN của tấm cavity ở 50oC 330

Bảng 6.6 So sánh dữ liệu thực nghiệm với dữ liệu dự đoán ANN của tấm core ở 50oC 353

Bảng 6.10 So sánh dữ liệu thực nghiệm với dữ liệu dự đoán ANN của tấm core ở 90 o C 371

Trang 17

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 2.1 Mô hình khuôn sau khi thiết kế 6

Hình 2.2 Mô hình phân rã của khuôn 6

Hình 2.3 Phân bố nhiệt độ thu được trong mô hình trong thời gian t = 6 s[8] 7

Hình 2.4 Phân bố nhiệt độ thu được trong mô hình trong thời gian t = 30 s [8] 8

Hình 2.5 Hình ảnh minh họa sản phẩm[5] 9

Hình 2.6 Biểu đồ mối quan hệ giữa thời gian làm nguội và nhiệt độ khuôn[5] 9

Hình 2.7 Kênh làm mát truyền thống (a), sự phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn: phần khuôn cái (b) và phần khuôn đực (c) thu được bằng mô phỏng[5] 10

Hình 2.8 Hình kết quả mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trên lõi khuôn với hệ thống làm mát bám theo bề mặt cong chi tiết[5] 10

Hình 3.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng[2] 12

Hình 3.2 Khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn[2] 12

Hình 3.3 Kết cấu khuôn 3 tấm[2] 14

Hình 3.4 Khuôn nhiều tầng[2] 16

Hình 3.5 Kết cấu chung của một bộ khuôn[2] 18

Hình 3.6 Gia nhiệt khuôn bằng nước nóng[5] 23

Hình 3.7 Gia nhiệt khuôn bằng dầu nhiệt 24

Hình 3.8 Gia nhiệt khuôn bằng cảm ứng 24

Hình 3.9 Gia công WAAM 26

Hình 4.1 Tấm khuôn âm dạng sản phẩm 2D 34

Hình 4.2 Bản vẽ 2D tấm khuôn âm dạng sản phẩm 2D 34

Hình 4.3 Mô tả kênh dẫn nước dạng layer 35

Hình 4.4 Hệ thống kênh dẫn dạng Layer trên tấm khuôn âm dạng sản phẩm 2D 35

Hình 4.5 Tấm khuôn dương dạng sản phẩm 2D 36

Hình 4.6 Bản vẽ 2D tấm khuôn dương dạng sản phẩm 2D 36

Hình 4.7 Mô tả kênh dẫn nước dạng layer 37

Hình 4.8 Hệ thống kênh dẫn dạng Layer trên tấm khuôn dương dạng sản phẩm 2D 37

Hình 4.9 Tấm Core dạng sản phẩm 2D 38

Hình 4.10 Tấm Cavity dạng sản phẩm 2D 38

Hình 4.11 Khối insert tấm khuôn âm trên dạng sản phẩm 3D 39

Hình 4.12 Khối insert tấm khuôn âm dưới dạng sản phẩm 3D 39

Hình 4.13 Bản vẽ 2D khối Insert tấm khuôn âm dưới dạng sản phẩm 3D 40

Hình 4.14 Bản vẽ 2D khối Insert tấm khuôn âm trên dạng sản phẩm 3D 40

Hình 4.16 Hệ thống kênh dẫn dạng Layer trên tấm khuôn âm dạng sản phẩm 3D 41

Hình 4.17 Khối insert tấm khuôn dương trên dạng sản phẩm 3D 42

Hình 4.18 Khối insert tấm khuôn dương dưới dạng sản phẩm 3D 42

Hình 4.19 Bản vẽ 2D khối Insert tấm khuôn dương trên dạng sản phẩm 3D 43

Hình 4.20 Bản vẽ 2D khối Insert tấm khuôn dương dưới dạng sản phẩm 3D 43

Trang 18

Hình 4.22 Hệ thống kênh dẫn dạng Layer trên tấm khuôn dương dạng sản phẩm 3D 44

Hình 4.23 (a) Tấm cavity dưới dạng sản phẩm 3D, (b) Tấm cavity trên dạng sản phẩm 3D 45

Hình 4.24 (a)Tấm core dưới dạng sản phẩm 3D, (b) Tấm core trên dạng sản phẩm 3D 45

Hình 4.25 Các mô hình thí nghiệm 48

Hình 4.26 Sơ đồ hệ thống đường nước gia nhiệt và giải nhiệt cho khuôn 48

Hình 4.27 Sơ đồ hệ thống đường nước làm nóng và làm nguội nước trong máy gia nhiệt 49

Hình 4.28 Phần mềm SmartView 50

Hình 4.29 Giao diện chính của phần mềm SmartView 50

Hình 4.30 Giao diện phần mềm Ansys 52

Hình 4.31 Lưu đồ giải thuật về quá trình mô phỏng phân bố nhiệt độ 52

Hình 4.32 Chọn module Fluid Flow 53

Hình 4.33 Nhập mô hình vào phần mềm 55

Hình 4.34 Thiết lập Inflation trong Mesh 55

Hình 4.35 Thiết lập Face Sizing trong Mesh 56

Hình 4.36 Thực hiện chia lưới trên Ansys 56

Hình 4.37 Các điều kiện biên 57

Hình 4.38 Điều kiện biên Mold Contact 57

Hình 4.39 Điều kiện biên Water Contact 58

Hình 4.40 Điều kiện biên Inlet 58

Hình 4.41 Điều kiện biên Outlet 59

Hình 4.42 Thời gian quá trình mô phỏng 59

Hình 4.43 Nhiệt độ và lưu lượng lưu chất của đường nước 60

Hình 4.44 Nhiệt độ ban đầu của lòng khuôn 60

Hình 4.45 Vật liệu cấu tạo khuôn 61

Hình 4.46 Hệ số truyền nhiệt của tấm khuôn trong môi trường 61

Hình 4.47 Quá trình tính toán 62

Hình 4.48 Kết quả mô phỏng 62

Hình 4.49 Công cụ Timestep Selecter 63

Hình 4.50 Công cụ Polyline 63

Hình 4.51 Nhập mô hình vào phần mềm 64

Hình 4.52 Thiết lập Inflation trong Mesh 65

Hình 4.53 Thiết lập Face Sizing trong Mesh 65

Hình 4.54 Thực hiện chia lưới trên Ansys 66

Hình 4.55 Các điều kiện biên 67

Hình 4.56 Điều kiện biên Mold Contact 67

Hình 4.57 Điều kiện biên Water Contact 67

Hình 4.58 Điều kiện biên Inlet 68

Hình 4.59 Điều kiện biên Outlet 69

Hình 4.60 Thời gian quá trình mô phỏng 69

Hình 4.61 Nhiệt độ và lưu lượng lưu chất của đường nước 70

Trang 19

Hình 4.63 Vật liệu cấu tạo khuôn 70

Hình 4.64 Hệ số truyền nhiệt của tấm khuôn trong môi trường 71

Hình 4.65 Quá trình tính toán 71

Hình 4.66 Kết quả mô phỏng 72

Hình 4.67 Công cụ Timestep Selecter 73

Hình 4.68 Công cụ Polyline 73

Hình 5.1 Sử dụng Exel để lưu trữ dữ liệu 196

Hình 5.2 Nhập dữ liệu vào Origin 197

Hình 5.3 Biểu đồ được vẽ bằng Origin 198

Hình 5.4 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50oC tại 30s 198

Hình 5.12 Biểu đồ so sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Cavity 2D ở 50oC 202

Hình 5.13 Biểu đồ so sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Cavity 2D ở 50oC 203

Hình 5.30 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 210s 214

Hình 5.32 Biểu đồ so sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Cavity 2D ở 70 o C 215

Hình 5.33 Biểu đồ so sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Cavity 2D ở 70 o C 215

Trang 20

Hình 5.54 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50oC tại 30s 229

Hình 5.62 Biểu đồ so sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Core 2D ở 50oC 233

Hình 5.63 Biểu đồ so sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Core 2D ở 50oC 233

Hình 5.70 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 210s 238

Hình 5.72 Biểu đồ so sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Core 2D ở 60 o C 239

Hình 5.73 Biểu đồ so sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Core 2D ở 60 o C 239

Trang 21

Hình 5.102 So sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Core 2D ở 90oC 257

Hình 5.103 So sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Core 2D ở 90oC 257

Hình 5.112 So sánh mô phỏng gia nhiệt tấm Cavity 3D ở 50oC 263

Hình 5.113 So sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Cavity 3D ở 50oC 263

Trang 22

Trang 23

Hình 5.163 So sánh thực nghiệm gia nhiệt tấm Core 3D ở 50 o C 293

Trang 24

Hình 6.1 Bảng số liệu thực nghiệm 321Hình 6.2 Giao diện matlab 321Hình 6.3 Biến đầu vào và biến đầu ra để tranning ANN 322Hình 6.4 Cú pháp nftool 322Hình 6.5 Giao diện Neural Fitting (nftool) 322Hình 6.6 Select Data 323Hình 6.7 Validation and Test Data 323Hình 6.8 Hidden Neurons 324Hình 6.9 Train Network 324Hình 6.10 Biểu đồ học Tranning ANN 325Hình 6.11 Kết quả dự đoán ANN 326

Hình 6.12 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 30s 326 Hình 6.13 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 60s 327 Hình 6.14 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 90s 327 Hình 6.15 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 120s 328 Hình 6.16 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 150s 328 Hình 6.17 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 180s 329 Hình 6.18 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 210s 329 Hình 6.19 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 50 o C tại 240s 330 Hình 6.20 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 30s 331 Hình 6.21 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 60s 331 Hình 6.22 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 90s 332 Hình 6.23 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 120s 332 Hình 6.24 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 150s 333 Hình 6.25 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 180s 333 Hình 6.26 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 210s 334 Hình 6.27 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 60 o C tại 240s 334 Hình 6.28 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 30s 335 Hình 6.29 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 60s 336 Hình 6.30 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 90s 336 Hình 6.31 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 120s 337 Hình 6.32 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 150s 337 Hình 6.33 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 180s 338 Hình 6.34 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 210s 338 Hình 6.35 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 70 o C tại 240s 339 Hình 6.36 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 30s 340

Trang 25

Hình 6.38 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 90s 341 Hình 6.39 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 120s 341 Hình 6.40 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 150s 342 Hình 6.41 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 180s 342 Hình 6.42 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 210s 343 Hình 6.43 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 80 o C tại 240s 343 Hình 6.44 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 30s 344 Hình 6.45 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 60s 345 Hình 6.46 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 90s 345 Hình 6.47 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 120s 346 Hình 6.48 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 150s 346 Hình 6.49 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 180s 347 Hình 6.50 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 210s 347 Hình 6.51 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Cavity 2D ở 90 o C tại 240s 348 Hình 6.52 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 30s 349 Hình 6.53 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 60s 349 Hình 6.54 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 90s 350 Hình 6.55 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 120s 350 Hình 6.56 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 150s 351 Hình 6.57 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 180s 351 Hình 6.58 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 210s 352 Hình 6.59 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 50 o C tại 240s 352 Hình 6.60 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 30s 353 Hình 6.61 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 60s 354 Hình 6.62 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 90s 354 Hình 6.63 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 120s 355 Hình 6.64 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 150s 355 Hình 6.65 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 180s 356 Hình 6.66 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 210s 356 Hình 6.67 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 60 o C tại 240s 357 Hình 6.68 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 30s 358 Hình 6.69 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 60s 358 Hình 6.70 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 90s 359 Hình 6.71 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 120s 359

Hình 6.73 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 180s 360 Hình 6.74 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 210s 361 Hình 6.75 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 70 o C tại 240s 361 Hình 6.76 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 30s 362 Hình 6.77 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 60s 363 Hình 6.78 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 90s 363

Trang 26

Hình 6.79 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 120s 364 Hình 6.80 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 150s 364 Hình 6.81 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 180s 365 Hình 6.82 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 210s 365 Hình 6.83 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 80 o C tại 240s 366 Hình 6.84 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 30s 367 Hình 6.85 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 60s 367 Hình 6.86 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 90s 368 Hình 6.87 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 120s 368 Hình 6.88 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 150s 369 Hình 6.89 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 180s 369 Hình 6.90 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 210s 370 Hình 6.91 Biểu đồ so sánh gia nhiệt Core 2D ở 90 o C tại 240s 370

Trang 27

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Temp_Ex Temperature Experiment

Temp_Si Temperature Simulation

Temp Temperature

ANN Artificial Neural Network

CAE Computer Aided Engineering

CCCs Conformal Cooling Channels

WAAM Wire Arc Additive Manufacturing

Trang 28

BẢNG PHÂN CÔNG NỘI DUNG CÔNG VIỆC

1 Chương 1: Giới thiệu Nguyễn Việt Tuấn Anh

Trần Chí Bảo Trương Văn Thành

nghiên cứu đề tài

Nguyễn Việt Tuấn Anh Trần Chí Bảo

20144353

20144359

20144461

100%

Trang 29

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình ép phun, thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kì của khuôn, phương pháp làm nguội đúng cách sẽ mạng lại nhiều lợi ích quan trong như:

Giảm thời gian chu kỳ sản xuất: Làm nguội hiệu quả giúp tăng tốc quá trình làm nguội của sản phẩm, từ đó giảm thời gian cần thiết cho mỗi chu kỳ sản xuất Điều này làm tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất

Giảm biếng dạng khuôn: Làm nguội một cách hiệu quả giúp kiểm soát nhiệt độ khuôn mẫu,

từ đó giảm thiểu sự biến dạng của khuôn trong quá trình sản xuất Điều này dẫn đến sản phẩm cuối cùng có độ chính xác cao hơn và ít lỗi hơn

Tăng chất lượng sản phẩm: Nhiệt độ làm nguội thích hợp giúp đảm bảo rằng sản phẩm được

ép có độ bóng mịn, ít bọt khí và ít căng lớp bề mặt Điều này cải thiện tính thẩm mỹ và chất lượng chung của sản phẩm

Tiết kiệm năng lượng: Lựa chọn phương pháp làm nguội thích hợp giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất Việc giảm thiểu thời gian làm nguội cũng giảm đáng kể nhu cầu sử dụng năng lượng để làm mát khuôn

Tăng tuổi thọ khuôn mẫu: Làm nguội đúng cách giúp giảm các ứng suất nhiệt độ trên khuôn,

từ đó kéo dài tuổi thọ của khuôn mẫu và giảm chi phí bảo trì

Đảm bảo sự ổn định quy trình: Nhiệt độ làm nguội ổn định và kiểm soát chặt chẽ giúp đảm bảo quy trình sản xuất ổn định và lặp lại được, giảm thiểu sự biến đống trong chất lượng sản phẩm Phương pháp làm nguội khuôn đúng cách mang lại nhiều lợi ích quan trọng nhưng nó là một thách thức lớn đối với nhiều kỹ sư, dù biết đây là một bài toán khó nhưng nhóm để hoàn thành chương trình học tập và hơn thế là phục vụ cho các nghiên cứu sau này nhóm chọn đề tài “ Khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer” làm đề tài tốt nghiệp của nhóm Ngoài

ra quá trình thực hiện đề tài sẽ giúp sinh viên phát triển các kỹ năng nghiên cứu, phân tích và giải quyết vấn đề, những kỹ năng quan trọng và cần thiết cho sự nghiệp trong tương lai Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp kiểm soát nhiệt độ hiệu quả trở nên ngày càng cấp thiết Đề tài này cũng cho phép sinh viên tiếp cận và sử dụng các công nghệ và phần mềm mới nhất trong lĩnh vực mô phỏng nhiệt và thiết kế kênh giải nhiệt, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ trong thực tiễn Tóm lại, đề tài "Khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer" không

Trang 30

chỉ có tính ứng dụng cao và tiềm năng nghiên cứu lớn, mà còn đáp ứng được yêu cầu của thị trường

và xu hướng phát triển của công nghiệp hiện đại

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thứ hai, đề tài còn có ý nghĩa trong việc phát triển và ứng dụng các phương pháp mô phỏng

số và phân tích nhiệt Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng hiện đại để phân tích sự phân bố nhiệt

độ sẽ góp phần nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các nghiên cứu liên quan, đồng thời mở ra cơ hội cho các ứng dụng khác trong ngành công nghiệp

Thứ ba, nghiên cứu này có thể tạo ra những kiến thức mới về thiết kế và tối ưu hóa kênh giải nhiệt Các kết quả từ nghiên cứu có thể cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc thiết kế các hệ thống giải nhiệt hiệu quả hơn, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng của các sản phẩm công nghiệp Điều này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn lớn, góp phần thúc đẩy

sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan

Cuối cùng, đề tài còn góp phần đào tạo và phát triển kỹ năng nghiên cứu cho sinh viên, giúp

họ tiếp cận và sử dụng các công nghệ hiện đại, nâng cao khả năng phân tích và giải quyết vấn đề Đây là nền tảng quan trọng để sinh viên có thể tiếp tục phát triển trong các nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong tương lai

1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài "Khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer" rất đa dạng và sâu rộng Trước hết, việc kiểm soát nhiệt độ tấm khuôn hiệu quả giúp giảm thiểu các khuyết tật trên sản phẩm như co rút, biến dạng, và nứt gãy, từ đó nâng cao chất lượng và độ đồng đều của các sản phẩm công nghiệp, đặc biệt trong ngành ép phun nhựa Thêm vào

đó, sử dụng các kênh giải nhiệt dạng layer có thể rút ngắn thời gian làm mát và chu kỳ sản xuất, tăng năng suất và giảm thời gian chờ đợi, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế Việc thiết kế các kênh giải nhiệt hiệu quả cũng giúp giảm lượng năng lượng cần thiết cho quá trình làm mát, tiết kiệm chi phí vận hành và giảm tác động môi trường Kết quả nghiên

Trang 31

giúp các kỹ sư và nhà thiết kế cải tiến sản phẩm hiện có và phát triển các giải pháp mới sáng tạo hơn

Đề tài này cũng thúc đẩy việc ứng dụng các công nghệ và phần mềm mô phỏng tiên tiến trong phân tích nhiệt độ và thiết kế kênh giải nhiệt, nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công việc Quá trình thực hiện đề tài giúp sinh viên và các nhà nghiên cứu phát triển kỹ năng thực hành, từ việc sử dụng các công cụ mô phỏng hiện đại đến việc phân tích và giải quyết các vấn đề thực tiễn trong sản xuất, chuẩn bị tốt cho họ trong sự nghiệp tương lai Cuối cùng, doanh nghiệp có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất, từ đó tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường và phát triển các sản phẩm mới với chất lượng vượt trội

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer

- Ứng dụng ANN trong dự đoán thực nghiệm đo phân bố nhiệt độ của tấm khuôn

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống kênh giải nhiệt dạng layer cho khuôn ép phun sản phẩm 2D

- Hệ thống kênh giải nhiệt dạng layer cho khuôn ép phun sản phẩm 3D

- Phân bố nhiệt độ của lòng khuôn ép nhựa

- Phương pháp mô phỏng trong phần mềm mô phẩm ANSYS

- Mô hình tính toán ANN vào việc dự đoán kết quả thực nghiệm

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu về cầu tạo khuôn ép phun

- Cấu tạo của kênh giải nhiệt dạng layer

- Phương pháp gia công khuôn bằng WAAM

- Module CFX trong phầm mềm ANSYS

- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trong lòng khuôn

+ Nhiệt độ (oC)

+ Thời gian (s)

- Phần mềm Matlab trong dự đoán ANN

- Nghiên cứu và sử dụng các thiế bị phục bụ cho thí nghiệm: Máy chụp phân bố nhiệt độ, (Fluke TiS20), máy làm lạnh nước, máy gia nhiệt

Trang 32

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài "Khảo sát phân bố nhiệt độ tấm khuôn khi dùng các kênh giải nhiệt dạng layer" bao gồm các giai đoạn và quy trình chi tiết để đảm bảo tính khoa học và đáng tin cậy của kết quả:

- Xác định vấn đề cần nghiên cứu

- Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

- Thu thập dữ liệu

- Phân tích dữ liệu

- Đưa ra kết luận và kiến nghị

- Tổng hợp và viết báo cáo

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu về lý thuyết khuôn ép nhựa, kênh giải nhiệt dạng layer và gia công bằng phương pháp WAAM

- Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành đo thực nghiệm phân bố nhiệt độ với các nhiệt độ và thời gian khác nhau

- Phương pháp mô phỏng: Xây dựng được hệ thống mô phỏng dùng trong việc khảo sát phân

bố nhiệt độ

- Phương pháp phân thích dữ liệu: Kết hợp dữ liệu thực nghiệm và dữ liệu mô phỏng để phân tích và so sánh các trường hợp thí nghiệm thu được

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp gồm 7 chương sau:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Mô hình thí nghiệm và thiết kế mô hình mô phỏng

Chương 5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Chương 6: Ứng dụng ANN trong dự đoán khảo sát phân bố nhiệt độ

Chương 7: Kết luận

Trang 33

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Giới thiệu

Hiện nay trên thế giới và ngoài nước có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống giải nhiệt cho khuôn bằng các thiết kế và phương pháp khác nhau Tuy nhiên trong nghiên cứu này nhóm tập trung vào kiểu thiết kênh dẫn dạng layer và phương pháp giải nhiệt khuôn bằng dung dịch là nước nóng

Để đọc giả không hiểu sai lệch về định nghĩa của tên đề tài và phương pháp thí nghiệm của nhóm, nhóm phân biện rõ 2 khái niệm là “giải nhiệt” có trong tên đề tài và “gia nhiệt” sử dụng trong nội dung báo cáo ở trong đề tài này:

Giải nhiệt tiếng anh gọi chung là (cooling): ở đây có nghĩa là hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm, làm cho nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ melt giải xuống nhiệt độ hoá rắn solid

Gia nhiệt (phương pháp giải nhiệt bằng nước nóng cho khuôn) tức là gia nhiệt cho khuôn từ nhiệt độ môi trường lên nhiệt độ cao hơn môi trường

Gia nhiệt bằng nước nóng là một phương pháp quan trọng trong việc gia nhiệt khuôn ở nhiệt

độ môi trường lên nhiệt độ cao, sử dụng nhiệt độ của nước nóng để truyền nhiệt đến khuôn thông qua các ống dẫn hoặc hệ thống cấp nhiệt khác Quá trình này không chỉ giúp gia nhiệt khuôn một cách hiệu quả mà còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ trên toàn bộ bề mặt khuôn Điều này rất quan trọng để tránh hiện tượng thất thoát nhiệt, biến dạng không mong muốn và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất

Trong quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng nước nóng, việc đảm bảo thời gian làm nóng là yếu

tố then chốt Thời gian gia nhiệt cần được điều chỉnh phù hợp với loại chất liệu và kích thước của khuôn để toàn bộ khuôn đạt được nhiệt độ cần thiết Nếu thời gian làm nóng quá ngắn, khuôn có thể không đạt được nhiệt độ mong muốn, dẫn đến sản phẩm không đạt chất lượng Ngược lại, nếu thời gian quá dài, có thể gây lãng phí năng lượng và ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất

Điều khiển nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt là một yếu tố quan trọng khác Hệ thống cần phải duy trì nhiệt độ ổn định và chính xác trong suốt quá trình sản xuất Sự không ổn định trong nhiệt

độ có thể dẫn đến biến dạng hoặc các vấn đề chất lượng khác trong sản phẩm cuối cùng Để đảm bảo điều này, các hệ thống gia nhiệt thường được trang bị các thiết bị điều khiển tự động và cảm biến nhiệt độ, giúp giám sát và điều chỉnh nhiệt độ một cách liên tục và chính xác

Tiết kiệm năng lượng cũng là một thách thức lớn trong quá trình gia nhiệt khuôn Sử dụng năng lượng hiệu quả không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường Các

hệ thống gia nhiệt hiện đại thường được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, chẳng hạn như sử dụng bơm tuần hoàn để tái sử dụng nước nóng, giúp giảm thiểu lãng phí nhiệt

Tóm lại, gia nhiệt khuôn bằng nước nóng là một phương pháp hiệu quả và an toàn, đảm bảo nhiệt độ khuôn được phân phối đồng đều, kiểm soát chính xác nhiệt độ, và tối ưu hóa việc sử dụng

Trang 34

năng lượng Điều này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất trong các ngành công nghiệp sử dụng khuôn

2.2 Kết cấu của bộ khuôn

Hình 2.1 Mô hình khuôn sau khi thiết kế

Hình 2.2 Mô hình phân rã của khuôn

Chú thích: (1) Lò xò hồi, (2) Ty giật đuôi keo, (3) Tấm giữ, (4) Vít lục giác M10x120, (5) Tấm đẩy, (6)Chốt dẫn hướng, (7) Vít lục giác M5x30, (8) Gối đỡ, (9) Tấm kẹp dưới, (10) Vít lục

Trang 35

định vị, (15) Tấm kẹp trên, (16)Bạc dẫn hướng, (17) Cavity, (18) Core, (19) Tấm đỡ, (20) Vít lục giác M10x55

2.3 Các nghiên cứu liên quan tới đề tài

2.3.1 Nghiên cứu ngoài nước

Ở các nước phát triển, lĩnh vực mô phỏng phân bố nhiệt độ khuôn phun nhựa đã được nghiên cứu rất sâu rộng Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng cao cấp như Moldflow, Moldex3D được

sử dụng rộng rãi để dự báo nhiệt độ trong khuôn Kết hợp với thực nghiệm và tối ưu hóa thiết kế, mô phỏng đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện các thông số công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa Đây được xem là hướng nghiên cứu tiên phong góp phần đưa ngành công nghiệp nhựa các nước lên tầm cao mới Đề tài nghiên cứu “A Design Optimization Methodology Applied to Conformal Cooling Channels in Injection Molds: 2D Transient Heat Transfer Analysis” của nhóm tác giả Hugo Miguel Silva, João Tiago Noversa, Leandro Fernandes, Hugo Luís Rodrigues and António José Pontes đã tập trung vào việc tối ưu hóa khuôn phun, với mục tiêu tối ưu hóa vị trí của các kênh làm mát để giảm thời gian phóng và tăng độ đồng đều phân bố nhiệt độ Nghiên cứu sử dụng kênh làm mát Conformal cooling channels (CCCs) giúp hiệu suất làm mát tốt hơn các kênh làm mát dạng khoan thẳng thông thường CCCs có thể được sử dụng để giảm ứng suất nhiệt và cong vênh đồng thời giảm thời gian chu kỳ tạo ra sự phân bố nhiệt độ đồng đều hơn

Hình 2.3 Phân bố nhiệt độ thu được trong mô hình trong thời gian t = 6 s[8]

Trang 36

Hình 2.4 Phân bố nhiệt độ thu được trong mô hình trong thời gian t = 30 s [8]

Kết quả của nghiên cứu cho thấy sử dụng kênh làm mát trên đã tối ưu 40% hiệu suất làm mát trong mô hình này Quy trình tối ưu hóa đã phát triển có thể được áp dụng cho bất kỳ bộ phận nào, trong bất kỳ khuôn mẫu nào kích thước và với bất kỳ số lượng kênh làm mát Trong tương lai, các kênh làm mát phù hợp có thể được sản xuất bằng công nghệ in 3D và thử nghiệm thực nghiệm Phương pháp này cũng có thể được sử dụng với các khuôn có sự khác biệt về nhiệt độ thành phần cuối cùng, số lượng kênh làm mát và kích thước khuôn

2.3.2 Nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu trong nước về đề tài “Tối đa hóa hiệu năng của hệ thống làm mát khuôn đúc ép phun nhựa chế tạo bằng công nghệ in 3D kim loại” của tác giả Đặng Xuân Phương với Hệ thống kênh làm mát truyền thống chế tạo bằng phương pháp khoan lỗ thẳng không đảm bảo được việc làm nguội nhanh và đồng đều đối với các sản phẩm nhựa có hình dáng hình học phức tạp Nghiên cứu này đã trình bày hệ thống kênh làm mát theo đường cong bám theo bề mặt của lòng khuôn (conformal cooling channel), được chế tạo bằng phương pháp in 3D kim loại nung chảy bằng tia laser Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống làm mát tối ưu cả về hiệu năng cũng như đảm bảo tính công nghệ trong kết cấu đối với phương pháp in 3D được giới thiệu thông qua một ví dụ minh họa của cho một sản phẩm nhựa Để tối ưu hóa hệ thống làm mát khuôn, các phương pháp giải tích, kinh nghiệm thiết

kế cũng như các công cụ phân tích mô phỏng bằng máy tính (CAE) được sử dụng một cách kết hợp Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng tăng được hiệu quả làm mát nếu sử dụng hệ thống làm nguội mới phụ thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm đúc Nghiên cứu cho thấy, với chi tiết có hình dáng phức tạp đối với hệ thống làm mát truyền thống, nếu thiết kế kênh làm mát tối ưu có thể giảm thời gian làm nguội sản phẩm đến 50%, bên cạnh đó, chất lượng sản phẩm cũng tốt hơn

Trang 37

Hình 2.6 Biểu đồ mối quan hệ giữa thời gian làm nguội và nhiệt độ khuôn[5]

Trang 38

Hình 2.7 Kênh làm mát truyền thống (a), sự phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn: phần khuôn cái (b)

và phần khuôn đực (c) thu được bằng mô phỏng[5]

Hình 2.8 Hình kết quả mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trên lõi khuôn với hệ thống làm mát bám theo

bề mặt cong chi tiết[5]

Kết quả của nghiên cứu cho thấy thời gian làm nguội đã giảm từ 20 xuống còn khoảng 10 giây, tức là đã giảm được 50% thời gian làm nguội Đây là một con số có ý nghĩa về mặt hiệu quả

kỹ thuật rất lớn Giảm được thời gian làm nguội sẽ rút ngắn được thời gian chu kỳ của sản phẩm, dẫn đến tiết kiệm được thời gian và năng lượng, hạ giá thành sản phẩm

Trang 39

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Tổng quan về khuôn phun ép nhựa

3.1.1 Khái niệm về khuôn

Khuôn là dụng cụ (thiết bị) quan trọng dùng để sản xuất các sản phẩm nhựa Có rất nhiều phương pháp để sản xuất khuôn, nhưng thông thường khuôn sẽ được sản xuất theo phương pháp định hình Đối với phương pháp định hình, khuôn được thiết kế theo sản phẩm mình mong muốn Chúng ta chế tạo khuôn để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó như sản xuất một loại sản phẩm cụ thể trong một quá trình sản xuất cụ thể (một chu trình sản xuất có thể là sản xuất các bộ phận nhựa cho ô tô, vỏ điện thoại di động, hoặc các sản phẩm gia dụng,…), có thể là một lần và cũng

có thể là nhiều lần

Kết cấu và kích thước của khuôn được quyết định bởi rất nhiều yếu tố Việc thiết kế và chế tạo bộ khuôn phụ thuộc vào loại sản phẩm (hình dáng, kích thước, chất lượng, thiết kế cụ thể của sản phẩm), vật liệu nhựa (tính chất của vật liệu nhựa sử dụng), yêu cầu sản xuất và số lượng sản phẩm cần ép ra (sản xuất hàng loạt cần khuôn bền hơn và thường có kích thước lớn hơn để đảm bảo tuổi thọ) Bên cạnh đó cũng có một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng quan trọng đến kết cấu và kích thước như các thông số kỹ thuật của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp xuất gia công, …), chế độ gia công đối với vật liệu khuôn, kích thước và công suất của máy phun ép, các chỉ tiêu về tính kinh

tế của bộ khuôn Khuôn phun ép nhựa gồm nhiều bộ phận khác nhau, nhưng có thể chia thành các phần chính sau:

- Cavity (khuôn cái, khuôn cố định): gá cố định trên phần cố định của máy ép nhựa

- Core (khuôn đực, khuôn di động): gá cố định trên phần di động của máy ép nhựa

Bên cạnh đó, khoảng trống giữa cavity (lòng khuôn) và core (lõi khuôn) là không gian nơi nhựa nóng chảy được ép vào để tạo hình sản phẩm, ở đây sẽ quyết định chất lượng và đặc tính của sản phẩm cuối cùng Khi nhựa nóng chảy được bơm vào khoảng trống này, nó sẽ lấp đầy và sau khi làm mát, nó cứng lại theo hình dạng của khoảng trống đó Sau đó lấy sản phẩm bằng hệ thống lấy sản phẩm của máy ép nhựa

Trong khuôn ép nhưa thì phần lõm sẽ tạo nên hình dạng bên ngoài của sản phẩm và được gọi

là lòng khuôn (khuôn âm, khuôn cái, cối, cavity), còn phần lồi sẽ tạo nên hình dạng bên trong của sản phẩm và được gọi là lõi (khuôn dương, khuôn đực, chày, core) Một bộ khuôn có thể có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi tùy vào điều kiện và mục đích sử dụng Bề mặt tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân khuôn

Trang 40

Khuôn âm

Lòng khuôn

Mặt phân khuôn Khuôn dương

Hình 3.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng[2]

3.1.2 Phân loại khuôn

a) Khuôn 2 tấm

Khái niệm:

- Khuôn 2 tấm là loại khuôn phun ép nhựa phổ biến và cơ bản nhất Nó sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội với kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, nhựa được bơm vào từ bên hông sản phẩm Khi khuôn mở, chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa ra

- Trong khuôn 2 tấm, có thể thiết kế cổng vào nhựa để sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) tự động tách hoặc không tách khi lấy ra khỏi khuôn

- Phương pháp dùng khuôn 2 tấm là lựa chọn phổ biến và hiệu quả trong sản xuất sản phẩm nhựa, thích hợp với nhu cầu đơn giản và sản xuất hàng loạt Từ thiết kế cho đến vận hành khá dễ dàng, thêm vào đó là chi phí thấp Từ những điều này đã làm cho khuôn 2 tấm được chọn là giải pháp tối ưu để ứng dụng công nghiệp

Hình 3.2 Khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn[2]

Định dạng
Số trang	401
Dung lượng	18,92 MB