Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằn camera nhiệt cho hai tấm khuôn 100x20x3 mm đặt song song nhau, đƣờng nối ống nƣớc giải nhiệt đặt gần nguồn từ trƣờng. Đƣờng cấp nguồn từ trƣờng đặt vng góc với thanh gia nhiệt. Nhiệt độ sau 3 giây gia nhiệt là 139.50C. Nhiệt độ tấm khuôn bên trái (gần vùng từ trƣờng) cao hơn nhiệt độ tấm khuôn bên phải. Nhiệt độ phân bố đều hơn trên tấm khuôn bên trái.
Temp max: 139.5°C
Chƣơng 6
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận
Thông qua nghiên cứu này ta thấy, các thông số về chiều rộng, chiều dài, chiều cao, chiều dày của tấm khuôn ảnh hƣởng đến nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ. Cách bố trí nguồn cảm ứng, vị trí gá đặt phơi cũng ảnh hƣởng đến tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ tấm khuôn. Với phƣơng pháp mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng, các kết quả sau đƣợc rút ra
Các kết quả cho thấy phƣơng pháp mơ phỏng có thể dự đốn khá chính xác
phân bố nhiệt độ trên bề mặt của tấm khuôn
Khi gia nhiệt bằng cuộn dây 3D, cuộn dây càng gần bề mặt khn, q trình
gia nhiệt càng thuận lợi.
Chiều cao (H), độ dày T, chiều rộng W của tấm khuôn càng nhỏ, tốc độ gia
nhiệt càng nhanh hơn.
Với tấm khn hình chữ nhật, có chiều rộng thay đổi, phân bố nhiệt độ của
bề mặt gia nhiệt không cân bằng. Nhiệt độ cao tại vùng gần nguồn từ trƣờng.
Với tấm khn hình chữ nhật, chiều dày T thay đổi, phân bố nhiệt cân bằng
hơn ở những tấm khn có chiều dày lớn (nhiệt độ lại nhỏ hơn).
Với tấm khn dƣơng, có chiều dày phần dƣơng lớn (W), phân bố nhiệt độ
của bề mặt gia nhiệt sẽ không cân bằng.
Với tấm khuôn âm, phân bố nhiệt độ của bề mặt gia nhiệt cân bằng, nhiệt độ
tập trung tại phần giữa tấm khn.
Vị trí kẹp giữ phơi cũng ảnh hƣởng đến tốc độ gia nhiệt và phân bố nhiệt độ
của tấm khn. Vị trí kẹp gần cuộn dây 3D có tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ lớn hơn những vị trí khác.
Khi gia nhiệt cùng lúc 2 tấm khuôn đặt song song nhau trên cùng một bộ gia
nhiệt, nhiệt độ của tấm khuôn gần cuộn dây hơn sẽ lớn hơn.
Khi đầu vào của nguồn từ trƣờng mắc vng góc với thanh gá tấm phôi, phân bố nhiệt trên tấm phôi đều hơn trên bề mặt cần gia nhiệt.
6.2 Hƣớng phát triển của đề tài
Thơng qua q trình nghiên cứu về phƣơng pháp gia nhiệt bằng dòng điện cao tần, bên cạnh những kết quả đã đạt đƣợc, tác giả đề xuất các hƣớng phát triển sau
Tiếp tục cải tiến thiết kế của cuộn dây 3D nhằm nâng cao độ đồng đều của
phân bố nhiệt độ.
Nghiên cứu quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho các bề mặt khuôn phức
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo tiếng Anh
[1] Ioan Marinescu, Handbook of Induction Hearting, University of Toledo, Ohio
[2] J. Callebaut, “Leonardo Energy – Power Quality Utilisation Guide” [3] S. C. Chen, P. S. Minh, J. A. 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 (3) (2011) 304-312.[9]
[4] S. C. Chen, R. D. Chien, S. H. Lin, M. C. Lin, J.A Chang, Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (8) (2009) 806-812.[8]
[5] S. C. Chen, Y. C. Wang, S. C. Liu, J. C. Cin, Mold temperature variation for assisting micro molding of DVD micro-featured substrate and dummy using pulsed-cooling, Sensors and Actuators A 151 (1) (2009) 87-93.[1] [6] S. C. Chen, Y. Chang, Y. P. Chang, Y. C. Chen, C. Y. Tseng, Effect of cavity surface coating on mold temperature variation and the quality of injection molded parts, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (10) (2009) 1030-1035.[4]
[7] M. C. Jeng, S. C. Chen, P. S. Minh, J. A. Chang, C. S. Chung, Rapid mold temperature control in injection molding by using steam heating, International Communications in Heat and Mass Transfer 37(9) (2010) 1295- 1304.[3]
[8] M. C. Yu, W. B. Young, P. M. Hsu, Micro injection molding with the infrared assisted heating system, Materials Science and Engineering A 460- 461 (2007) 288-295.[7]
[9] P. C. Chang, S. J. Hwang, Simulation of infrared rapid surface heating for injection molding, International Journal of Heat and Mass Transfer 49 (21- 22) (2006) 3846-3854.[6]
[10] S. C. Chen, H. M. Li, S. S. Hwang, H. H. Wang, Passive mold temperature control by a hybrid filming-microcellular injection molding processing, International Communications in Heat and Mass Transfer 35 (7) (2008) 822-827.[5]
[11] S. C. Chen, Y. W Lin, R. D Chien, H. M. Li, Variable mold temperature to improve surface quality of microcellular injection molded parts using induction heating technology, Advances in Polymer Technology27 (4) (2008) 224-232.[2]
[12] S. Zinn and S. L. Semiatin, “Element of Induction Heating Design, Control, and Application”, Electric Power Research Institute, Inc, Palo Alto, California, 185-187 (1987)
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
[13] Nguyễn Ngọc Đào (tháng 10/2007), Nghiên cứu, tính tốn và tối ƣu hóa hệ thống nhiệt trong sản xuất khuôn mẫu, Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp. HCM
[14] Nguyễn Văn Minh, Chế tạo tạo thiết bị gia nhiệt cho khuôn theo nguyên lý cảm ứng điện từ, Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp. HCM.
[15] Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng điện trở và nƣớc cho tấm khuôn dƣơng. Tác giả Nguyễn Tấn Phùng (2013)
[16] Gia nhiệt cục bộ cho lòng khn ép nhựa bằng khí nóng. Tác giả Phùng Huy Dũng (2015)
[17] Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt khn dƣơng. Tác giả Lê Quang Lƣu (2013)
[18] Tối ƣu hóa giải nhiệt khn ép phun. Tác giả Lê Minh Trí
[19] Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE. Tác giả Nguyễn Văn Thành
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP GIA NHIỆT CHO KHN PHUN ÉP BẰNG DỊNG ĐIỆN CAO TẦN
RESEARCH HEAT TREATMENT METHODS FOR INJECTION MOLDS BY HIGH-FREQUENCY ELECTRIC
PHẠM SƠN MINH , VŨ HOÀNG NGHIÊN
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
TÓM TẮT
Gia nhiệt bằng phương pháp dùng dòng điện cao tần cho phép giảm tối đa thời gian cho một chu kì ép bởi mật độ truyền dẫn nhiệt rất cao và khả năng làm nóng cục bộ. Hơn nữa, gia nhiệt bằng phương pháp dùng dòng điện cao tần giúp giảm thiểu chi phí sản xuất, chất lượng bề mặt được nâng cao.
Từ những kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy có thể áp dụng “Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng dịng điện cao tần” trong lĩnh vực khn ép nhựa. Phương pháp gia nhiệt bằng dịng điện cao tần có thể giảm đến 50% thời gian so với các phương pháp gia nhiệt khác khác. Phù hợp với xu thế đa dạng hóa sản phẩm, năng suất cao và chất lượng tốt.
Từ khóa: Khn phun, gia nhiệt khn, dịng điện cao tầng. Abstract
High-frequency electric heat treatment method allows for maximum reduction of the time required for a presser cycle due to very high thermal conductivity and local heating. In addition, high frequency electric heat treatmen reduces the cost of production and improves surface quality.
The simulations and experiments results indicate that high-frequency proximity heating could dramatically reduce the annealing time (up to 50%) in compare with traditional method. Our results prove that high-frequency proximity annealing could utilize as mold annealing technology which can provide the basis of the next industrial revolution in injection mold heat treatment.
Key word: Injection molding, Induction heating, High-frequency
I. Giới thiệu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc thiết kế hệ thống khn ép nhựa nói chung và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ nói riêng là một quá trình phức tạp, địi hỏi tốn nhiều chi phí và thời gian. Hiện nay, việc thiết kế hệ hệ thống gia nhiệt được thực hiện theo 2 phương pháp:
Thiết kế theo kinh nghiệm.
Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (sử dụng cơng cụ CAE).
Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều tập trung chủ yếu vào q trình giải nhiệt cho khn. Do đó, đa số các cơng ty sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm
đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng. Ngoài ra, các phương án giải quyết các vấn đề về cong vênh, đường hàn, chất lượng bề mặt… vẫn còn rất hạn chế và tốn nhiều chi phí trong qua trình sản xuất.
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nƣớc a. Ngồi nƣớc
Hiện nay, các nước có nền cơng nghiệp phát triển trên thế giới đều đã áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩ c ng như n ng cao hiệu quả kinh tế. iều hiển h ng chỉ đơn giản là t ng hay giả nhiệt độ theo thời gian à còn điều hiển ph n ố nhiệt độ cao thấp ở nh ng v tr hác nhau cho phù hợp với h nh dáng, ch thước sản phẩ . ó như vậy nhựa nóng ới có thể điền đ y lòng hu n ột cách tốt nhất, tránh được các hiện tượng: cong vênh, đường hàn, vết l , co r t … V vậy, việc nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn là hết sức c n thiết cho ngành nhựa.
Một điều c n thiết cho việc iể soát nhiệt độ hu n là iể soát được nhiệt độ ở ề ặt lòng hu n, v ề ặt này ảnh hưởng trực tiếp đến chu phun p và chất lượng sản phẩ . Tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng ể khi sử dụng phương pháp gia nhiệt cho bề mặt hu n. Quá tr nh điền đ y của nhựa vào lòng hu n được cải thiện khi bề mặt hu n được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể t ng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25o [8, 12]. Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating).
b. Trong nƣớc
Hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội khuôn trong thời gian ngắn nhất. Quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan t đ ng ức.
II. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Phƣơng pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
Thu thập, phân tích và biên d ch tài liệu liên quan tới kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa: đảm bảo t nh đa dạng, tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài
2.2. Phƣơng pháp phân tích thực nghiệm
Dựa trên các kết quả trong thực nghiệm, lựa chọn được cấu hình thiết b phù hợp, tối ưu hóa được quy trình thu thập kết quả thí nghiệm.
2.3. Phƣơng pháp phân tích so sánh
Dựa trên các kết quả mô phỏng và thực nghiệm so sánh kết quả của các thiết kế tấm khn khác nhau trong q trình gia nhiệt như:
Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn
Giá tr nhiệt độ cao nhất của quá trình gia nhiệt.
Từ đó là sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.
Thí nghiệm q trình gia nhiệt bằng dịng điện cao t n
Trong chương này sẽ trình bày các thí nghiệm gia nhiệt khn bằng dòng điện cao t n với các tấ hu n đã phỏng ở chương 3, từ đó so sánh ết quả mơ phỏng với thực nghiệ để tìm ra kết quả tốt nhất. Trong chương này c ng sẽ khảo sát ảnh hưởng của v tr gá đặt tấm khn, v trí cấp nguồn vào của dịng điện t n số cao đối với thời gian gia nhiệt và sự phân bố nhiệt trên bề mặt các tấm khn.
3.1. Giới thiệu
Q trình gia nhiệt bề mặt khn
Q trình truyền nhiệt từ bề mặt khn vào phía trong của tấm khn
3.2 Các thông số thực nghiệm
Trong ph n này, mơ hình thí nghiệ được chế tạo và các ước thí nghiệm thực tế được tiến hành với các thiết b như h nh 3.1 và 3.2. Các thơng số trong q trình truyền nhiệt, sự phân bố nhiệt trong lịng khn, sự thay đổi về nhiệt độ của bề mặt hu n được thu thập.
Hình 3.1: Hệ thống thiết b thí nghiệm Hình 3.2: Cuộn dây và tấm khn cho thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm với tấ hu n ch thước như h nh 3.3, ch thước ph n âm W thay đổi như ảng 3.1, các v tr đo nhiệt độ như h nh 3.3. Thời gian gia nhiệt từ: 3; 6; 9 giây. Dòng điện sử dụng: 30A, điện áp: 380V. Kết quả thí nghiệ được trình bày bảng 5.4. Nhiệt độ đo được tại các điểm phía trên tấm khn thấp hơn nhiệt độ các điể ph a dưới tấ hu n hơn100
C. Nhiệt độ cao và tập trung tại vùng gi a tấm khuôn. Nhiệt độ tại đ y ph n ố há đồng đều.
Hình 3.3: Hình vẽ tấm khn và v tr đo nhiệt độ của tấ hu n W thay đổi.
STT W(mm) Thời gian đo (gi y)
Nhiệt độ đo tại các v tr (0 C)
P1A P2A P3A P1B P2B P3B 1 20 3 281 168 158 299 170 158 2 6 550 314 310 565 308 276 3 9 676 461 412 684 478 429 4 40 3 365 167 167 342 180 192 5 6 599 317 283 611 360 310 6 9 718 422 375 699 457 378 7 60 3 351 176 185 339 176 171 8 6 606 318 361 607 390 322 9 9 724 450 499 721 506 456
Hình 3.4: So sánh nhiệt độ tấ hu n có ch thước W thay đổi
Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: 305.8°C
Hình 3.5: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm
Thời gian gia nhiệt 6 giây
Thực nghiệm
Temp max: >371.6°
Hình 3.6: Phân bố nhiệt nhiệt tấm khn âm có W=20 mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: 345.8°C
Hình 3.7: Phân bố nhiệt độ tấm khn âm có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 6 giây
Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: >371.6°C
Hình 3.8: Phân bố nhiệt độ tấm khn âm có W=40mm mơ phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng Temp max: 345.2°C
Hình 3.9: Phân bố nhiệt độ tấm khn âm có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm
Thực nghiệm
Mô phỏng Temp max: >371.6°C
Hình 3.10: Phân bố nhiệt độ tấm khn âm có W=60mm mơ phỏng, thực nghiệm
IV. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 1. Kết luận
Thông qua nghiên cứu này ta thấy, các thông số về chiều rộng của tấm khuôn ảnh hưởng đến nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ. Cách bố trí nguồn cảm ứng, v tr gá đặt ph i c ng ảnh hưởng đến tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ tấm khuôn. Với phương pháp phỏng và thực nghiệm kiểm chứng, các kết quả sau được rút ra
ác ết quả cho thấy phương pháp phỏng có thể dự đốn há ch nh xác ph n ố nhiệt độ
trên ề ặt của tấ hu n
Khi gia nhiệt ằng cuộn d y 3D, cuộn d y càng g n ề ặt hu n, quá tr nh gia nhiệt càng
thuận lợi.
Chiều rộng W của tấ hu n càng nhỏ, tốc độ gia nhiệt càng nhanh hơn.
Với tấ hu n h nh ch nhật, có chiều rộng thay đổi, ph n ố nhiệt độ của ề ặt gia nhiệt
h ng c n ằng. Nhiệt độ cao tại vùng g n nguồn từ trường.
Với tấ hu n , ph n ố nhiệt độ của ề ặt gia nhiệt c n ằng, nhiệt độ tập trung tại
ph n gi a tấ hu n.
V tr ẹp gi ph i c ng ảnh hưởng đến tốc độ gia nhiệt và ph n ố nhiệt độ của tấ hu n.
V tr ẹp g n cuộn d y 3D có tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ lớn hơn nh ng v tr hác. 2. Hƣớng phát triển của đề tài
Thơng qua q trình nghiên cứu về phương pháp gia nhiệt bằng dòng điện cao t n, bên cạnh nh ng kết quả đã đạt được, tác giả đề xuất các hướng phát triển sau
Tiếp tục cải tiến thiết ế của cuộn d y 3D nhằ n ng cao độ đồng đều của ph n ố nhiệt độ. Nghiên cứu quá tr nh gia nhiệt ằng cả ứng từ cho các ề ặt hu n phức tạp hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tha hảo tiếng Anh
[2] J. alle aut, “Leonardo Energy – Power Quality Utilisation Guide”