(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận cản từ đến phân bố nhiệt độ của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ÐẾN PHÂN BỐ NHIỆT ÐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404 SKC005866 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC CƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ĐẾN PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC CƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ĐẾN PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHẠM NGỌC CƢƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 31 – 03 – 1969 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Quê quán: Thành phố Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 62/1/15 Đƣờng số 1, Phƣờng 4, Quận Gị Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại nhà riêng: 08.3994.0041 Điện thoại di động: 0903.375.243 E-mail: cokhihoangcuong@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/1986 đến 08/1989 Nơi học: Trƣờng Kỹ thuật Cao Thắng TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật viên khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 1995 đến 2000 Nơi học: Trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên luận án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy xếp giấy Nơi bảo vệ luận án tốt nghiệp: Trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TS Phan Đình Huấn BI Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 12/1989 Từ 12/2009 Trang i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 04 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Ngọc Cương Trang ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên cho gởi lời tri ân đến Thầy hƣớng dẫn PGS TS Đỗ Thành Trung Thầy PGS TS Phạm Sơn Minh tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nhƣ thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Q Thầy Cơ khoa Cơ khí Chế tạo máy, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM quý Thầy Cô giảng dạy trực tiếp lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí khóa 2015A hỗ trợ truyền đạt cho nhiều kiến thức bổ ích Đồng thời, xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, q Thầy Cơ khoa Cơ khí Chế tạo máy, trƣờng Cao đẳng nghề TP.HCM q Thầy Cơ khoa Cơ khí, Trƣờng Cao đẳng nghề số 22, Bộ Quốc Phịng tạo điều kiện, giúp đỡ tơi hồn thành thực nghiệm nhƣ đóng góp nhiều ý kiến quí báu Đặc biệt xin gởi lời cảm ơn đến ngƣời thân gia đình hỗ trợ kịp thời nguồn động lực tuyệt vời giúp vƣợt qua khó khăn để hồn thành khóa học Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ từ bạn Tâm, bạn Minh bạn học viên Cao học trình học tập thực luận văn Trang iii TÓM TẮT Hiện nay, giới nhƣ nƣớc, phƣơng pháp phổ biến trình chế tạo sản phẩm nhựa cơng nghệ phun ép Trong đó, q trình gia nhiệt cho khn đóng vai trị quan trọng ảnh hƣởng lớn đến suất chất lƣợng sản phẩm Cho nên việc nghiên cứu, cải tiến trình gia nhiệt cho khn phƣơng pháp cảm ứng từ cần thiết Trong phƣơng pháp việc sử dụng bố trí hợp lý vật liệu cản từ làm cho từ trƣờng hội tụ tập trung vào vùng cần gia nhiệt nâng cao hiệu gia nhiệt Đó nội dung đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng phận cản từ đến phân bố nhiệt độ trình gia nhiệt cảm ứng từ” Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng vật liệu cản từ Ferrite, thay đổi cuộn dây với hình dạng kích thƣớc khác để đánh giá phân bố nhiệt độ bề mặt thép C45 có kích thƣớc 100x100x5 mm Kết thực nghiệm cho thấy cuộn dây hợp lý dạng có hai vịng lị xo chiều xoắn phải có phận cản từ bên với nhiệt độ lớn 315 C sau 30s gia nhiệt Đồng thời, phân bố nhiệt độ bề mặt phôi đƣợc xác định thông qua mô phần mềm COMSOL so sánh với kết thực nghiệm Trang iv ABSTRACT Nowadays, in the world as well as in the country, one of the common methods in the manufacture of plastic products is the injection molding technology In particular, the heating of the mold plays an important role and greatly affects the productivity and quality of products Therefore, it is necessary to study and improve the mold heating process by magnetic induction method In this method, the proper use and placement of sheets of magnetic material will cause the focused magnetic field to focus on the area to be heated and improve the heating effect This is the content of the topic "A study on the influence of magnetic resistance on the temperature distribution of magnetic induction heating" In research, the author uses the physical material of Ferrite, changes the coil with different forms and sizes to evaluate the temperature distribution on the plate surface of the steel sheet of C45 with 100x100x5 mm The results show that the reasonable coil is a two-ringed form springs same twist right and have the magnetic resistance from above with a maximum temperature of 315 C after 30 s of heating In addition, the temperature distribution on the plate surface is also determined by simulation on the COMSOL software and compared with the experimental results Trang v Bảng 4.16: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc bốn điểm cuộn dây 3B Thời gian (s) 10 15 20 25 30 Hình 4.17: Biểu đồ so sánh nhiệt độ cao bốn điểm cuộn dây 3B  Nhận xét: - Đoạn a cuộn dây dài nhiệt độ tăng, -Điểm đo có nhiệt độ thấp nằm vùng chịu ảnh hƣởng từ trƣờng cuộn dây nằm ngang vị trí phận cản từ - Lúc ban đầu nhiệt điểm 3, 2, gần nhƣ nhau, nhƣng thời gian gia nhiệt từ 5s đến 30s nên điểm có nhiệt cao điểm 2, tƣợng truyền nhiệt từ hai phía vào tâm điểm đoạn a nhiệt độ tăng chậm ban đầu , khoảng từ 15s-25s tốc độ gia nhiệt nhanh, sau có truyền nhiệt môi trƣơng làm mát cuộn dây nên tốc độ gia nhiệt giảm xuống Trang 74 4.7 Mô phân bố nhiệt độ phôi Sau tiến hành mô phần mềm COMSOL cuộn 3B để so sánh phân bổ nhiệt độ phôi thực nghiệm mơ Hình 4.18: Mơ hình mơ cuộn dây 3B Trang 75 Hình 4.19: Kết mơ đƣờng sức từ cuộn dây 1A Trang 76 Hình 4.20: Kết mô đƣờng sức từ cuộn dây 2C - Dựa vào mật độ phân bố đƣờng sức từ ta biết đƣợc mức độ gia nhiệt tâm phôi cao hay thấp, nhƣ phân bố nhiệt độ bề mặt Trang 77 Trang 78 Hình 4.21: Kết mô cuộn dây 3B 4.8 So sánh kết thực nghiệm mô Dựa vào kết mô , so sánh với kết thực nghiệm ta có so sánh theo Bảng 4.16 biểu diễn nhƣ Hình 4.20 Trang 79 Bảng 4.17: So sánh nhiệt độ gia nhiệt cuộn dây 3B Thời gian (s) 10 15 20 25 30 NHIỆT ĐỘ C)(° SO SÁNH THỰC NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG 3B Hình 4.20: Biểu đồ so sánh nhiệt độ gia nhiệt cuộn dây 3B Nhận xét: - Nhiệt độ tăng có tốc độ cao gia nhiệt từ 10s lên 25s so với từ 25s lên 30s - Kết mô phù hợp với thực nghiệm Nhiệt độ mô cao thực nghiệm truyền nhiệt vào môi trƣờng hệ thống làm mát cuộn dây, nhiên không vƣợt cho phép 10% - Cản từ làm hạn chế hay tăng hiệu gia nhiệt tùy theo cách bố trí vị trí so với vật cần gia nhiệt cuộn dây - Hình dạng kết cấu cuộn dây ảnh hƣởng đến nhiệt độ gia nhiệt khuôn Trang 80 Kết luận: Theo kết chọn mẫu thiết kế tối ƣu cuộn dây 3B Nhiệt độ đo đƣợc phụ thuộc vào thời gian gia nhiệt, khoảng cách h(mm) từ cuộn coil đến bề mặt khuôn thực nghiệm đƣợc chọn 10mm chiều rộng a(mm) đoạn coil thẳng hai phần coil dạng lò xo có chiều xoắn ngƣợc Nhiệt độ đo đƣợc phụ thuộc vào thời gian gia nhiệt, khoảng cách h = 10(mm) từ cuộn coil đến bề mặt phơi thí nghiệm chiều rộng a = 25 (mm) đoạn coil thẳng hai phần coil dạng lị xo có chiều xoắn ngƣợc nhau, khoảng cách từ vật liệu cản từ đến bề mặt tole thí nghiệm khe hở Δ=15(mm) hai vật liệu cản từ Trang 81 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Thông qua nghiên cứu này, thông số đặc điểm cuộn dây trình gia nhiệt cảm ứng từ đƣợc xem xét phân tích Với phƣơng pháp dùng phần mềm mơ kết hợp thực nghiệm kiểm chứng, kết sau đƣợc rút ra: - Các bề mặt bị che vật liệu cản từ nhiệt độ thay đổi trình gia nhiệt - Khe hở hai vật liệu cản từ xếp kế bên lớn nhiệt độ lớn trình gia nhiệt - Độ cao vật liệu cản từ đến thép gia nhiệt nhỏ nhiệt độ lớn trình gia nhiệt - Hình dạng kết cấu cuộn dây vị trí phận cản từ có ảnh hƣởng lớn đến q trình gia nhiệt phân bố nhiệt độ bề mặt gia nhiệt 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Thông qua trình nghiên cứu cuộn dây phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng từ, bên cạnh kết đạt đƣợc, hƣớng phát triển sau đƣợc đề xuất: - Nghiên cứu trình gia nhiệt cảm ứng từ với thiết kế phận cản từ tối ƣu cho hình dạng cuộn dây khác - Nghiên cứu trình đƣa phận cản từ thích hợp kết nối vào máy CNC để tối ƣu hố việc tơi cao tần bề mặt phức tạp khn - Nghiên cứu q trình gia nhiệt trui cao tần cảm ứng từ cho bề mặt khuôn phức tạp Trang 82 Trên hƣớng nghiên cứu thực đƣợc để mở rộng đề tài hay nghiên cứu đề tài sâu Với hiểu biết hạn chế, mong nhận đƣợc ý kiến, nhận xét quý báu từ quý thầy cô cho việc bổ sung, nhƣ hƣớng nghiên cứu cần khai thác thêm nhằm giúp vấn đề nghiên cứu đề tài đƣợc rõ ràng, xác phù hợp với thực tế Trang 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên Giáo trình Thiết Kế Chế Tạo Khuôn Phun Ép Nhựa NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2014 [2] PGS.TS Đặng Thành Trung COMSOL –Nền tảng ứng dụng mô số NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2014 [3] GS TSKH Thân Đức Hiền, PGS TS Lƣu Tuấn Tài Từ học vật liệu từ [4] Nghiêm Hùng Kim loại học nhiệt luyện NXB Giáo Dục, 1993 [5] Trần Thị Thúy Nga, Nguyễn Trƣờng Thịnh Trần Thu Hà Mô thực nghiệm trƣờng điện từ thông lƣợng nhiệt phân bố thép gia nhiệt cảm ứng Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2012 [6] Phạm Sơn Minh Trần Văn Trọn Mơ q trình gia nhiệt theo phƣơng pháo cảm ứng từ cho khuôn phun ép nhựa cuộn dây 3D Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2013 [7] Nguyễn Văn Minh Chế tạo thiết bị gia nhiệt cho khuôn ép nhựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2014 [8] Đinh Ngọc Trinh Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu q trình gia nhiệt cho khn phun ép nhựa theo phƣơng pháp cảm ứng từ” Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật [9] Lƣơng Duyên Bình Vật Lý Đại Cương tập NXB Giáo Dục, 2007 [10] Nguyễn Đình Thiên Nguyễn Trung Sơn Kỹ Thuật Điện Nhiệt Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2011 TIẾNG NƢỚC NGOÀI Trang 84 [9] Shia-Chung Chen, Phạm Sơn Minh, Jen-An Chang Gas-assisted mold temperature control for improving the quality of injection molded parts with fiber additives International Communications in Heat and Mass Transfer, 38, 2011, pp 304-312 [10] Guillermo Martin Segura Induction heating converter's design, control and modeling applied to continuous wire heating Impres a Barcelona Primera impressi, Juny, 2012 [11] P.G Simpson Induction Heating Coil and System Design Mcgraw-Hill book company, Inc 1960 [12] Lih-Sheng Turng and Paul Gramann Injection molding handbook Osswald, , Jun 1, 2008 [13] A Kumar, P S Ghoshdastidar, M.K Muju Computer simulation of transport processes during injection mold-filling and optimization of the molding conditions Journal of Materials Processing Technology, 120 (1–3), 2002, pp 438-449 [14] H L Chen, S C Chen, W H Liao, R D Chien, Y T Lin Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts International Communications in Heat and Mass Transfer 41, 2013, pp 34-40 [15] Yu-Ting Sung, Sheng-Jye Hwang, Huei-Huang Lee, Durn-Yuan Huang Study on Induction Heating Coil for Uniform Mold Cavity Surface Heating Advances in Mechanical Engineering, Vol 6, 2014, pp 1-10 [16] S C Chen, H S Peng, J A Chang and W R Jong Simulations and Verifications of Induction Heating on a Mold Plate International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.31, 2004, pp 971-980 [17] S C Chen, W R Jong, J A Chang, and Y J Chang Dynamic Mold Surface Temperature Control Using Induction and Heater Heating Combined with Coolant Cooling International Polymer Processing, Vol 101, 2006, pp 457-463 [18] S C Chen, W R Jong, Y J Chang, J A Chan g, and J C Cin Rapid Mold Temperature Variation for Assisting Micro Injection of High Aspect Ratio Micro- Trang 85 Feature Parts Using Induction Heating Technology Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol 16, 2006, pp 1783-1791 [19] S C Chen, Pham Son Minh, J A Chang, S W Huang, C H Huang Mold Temperature Control Using High-Frequency Proximity Effect Induced Heating International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol 39, 2012, pp 216223 [20] Pham Sơn Minh Effect of 2D and 3D coil on the dynamic mold temperature control by induction heating Vietnam Journal of Science and Technology, Vol 52, No 4, 2014 CÁC TRANG WEB [21] http://www.dw-inductionheating.com [22] http://www.ceia-power.com Trang 86 ... tài nghiên cứu ứng dụng phận cản từ với mong muốn tập trung phân bố cảm ứng từ vào q trình gia nhiệt bề mặt khn với tên đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng phận cản từ đến phân bố nhiệt độ trình gia nhiệt. .. cản từ làm cho từ trƣờng hội tụ tập trung vào vùng cần gia nhiệt nâng cao hiệu gia nhiệt Đó nội dung đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng phận cản từ đến phân bố nhiệt độ trình gia nhiệt cảm ứng từ? ??... tƣợng nghiên cứu 1.6.1 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu gia nhiệt cho bề mặt khuôn phƣơng pháp cảm ứng từ với phận cản ( dẫn) từ nhằm tăng hiệu gia nhiệt (tốc độ gia nhiệt, phân bố nhiệt độ) Trang