Kết quả thí nghiệm với tấm khn có kích thƣớc nhƣ hình 5.28, có phần
khn dƣơng thay đổi (H) từ: 20mm; 40mm; 60mm. Thời gian gia nhiệt từ: 3; 6; 9 giây. Dòng điện sử dụng: 30A, điện áp: 380V. Nhiệt độ đo tại các điểm (hình 5.28) đƣợc ghi trong bảng 5.6. Trong thí nghiệm này, tốc độ gia nhiệt nhanh. Nhiệt độ lên cao ở những tấm khn có phần khn h lớn, chênh lệch nhiệt độ giữa các kích thƣớc hơn 100C. Phần tấm khn ở gần nguồn từ trƣờng có nhiệt độ lớn hơn. Phân bố nhiệt trong trƣờng hợp này rất tốt.
Hình 5.42: Hình vẽ và vị trí đo nhiệt độ của tấm khuôn dƣơng thay đổi.
Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm với tấm khn dƣơng có kích thƣớc thay đổi
STT H(mm)
Thời gian đo
(giây)
Nhiệt độ đo tại các vị trí (0 C)
P1A P2A P3A P1B P2B P3B
1 20 3 153 144 145 130 147 140 2 6 245 260 290 240 250 258 3 9 298 348 390 290 345 370 4 40 3 161 169 157 140 158 165 5 6 290 258 258 277 285 275 6 9 409 391 380 390 403 370 7 60 3 179 167 171 191 192 184 8 6 324 310 299 332 348 333 9 9 483 441 430 489 484 465
Hình 5.43: So sánh nhiệt độ của tấm khn dƣơng có kích thƣớc H thay đổi. Thời gian gia nhiệt 3 giây Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng
Temp max: 187°C
Thời gian gia nhiệt 6 giây
Thực nghiệm
Mô phỏng Temp max: 343.1°C
Hình 5.45: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=20mm mô phỏng, thực nghiệm Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng
Temp max: 184.7 °C
Thời gian gia nhiệt 6 giây
Thực nghiệm Mô phỏng
Temp max: 269.2°C
Hình 5.47: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=40mm mô phỏng, thực nghiệmThời gian gia nhiệt 3 giây gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm
Mô phỏng
Temp max: 187°C
Thời gian gia nhiệt 3 giây
Thực nghiệm Mô phỏng
Temp max: 343.1°C
Hình 5.49: Phân bố nhiệt độ dƣơng h=60 mm mô phỏng, thực nghiệm
Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằng camera nhiệt cho tấm khuôn 100x40x3mm thay đổi vị trí thanh kẹp phơi hƣớng từ trái qua phải: Kẹp phía trên tấm khn, kẹp giữa tấm khn, kẹp phía cuối tấm khn. Thời gian gia nhiệt: 3 giây. Thí nghiệm này cho thấy vị trí kẹp giữ tấm khuôn cũng ảnh hƣởng đến nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt. Nhiệt độ trong trƣờng hợp vị trí kẹp phía trên tấm khn nhỏ hơn trong trƣờng hợp vị trí kẹp cuối tấm khn là 1000C. Phân bố nhiệt cho cả 3 vị trí kẹp là khơng cân bằng. Nhiệt độ cao tại vùng gần nguồn từ trƣờng. Kết quả thu đƣợc tƣơng tự khi thay đổi vị trí tấm khn gần hơn với nguồn từ trƣờng.
Kẹp phía trên tấm khn Kết quả mô phỏng
Temp max: 227.7°C
Kẹp ở giữa tấm khuôn Kết quả mô phỏng
Temp max: 226.5°C
Kẹp cuối tấm khuôn Kết quả mô phỏng
Temp max: 359.7°C
Hình 5.50: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phơi
Phân bố nhiệt khi thay đặt tấm khuôn gần nguồn từ trƣờng và lần lƣợt thay đổi vị trí kẹp phơi. Phân bố nhiệt trong trƣờng hợp này cũng giống trƣờng hợp trên. Tốc độ gia nhiệt nhanh tại vùng gần từ trƣờng.
Kẹp phía trên Kẹp ở giữa Kẹp cuối
Temp max: 253.4°C Temp max: 218°C Temp max: 303.9°C Hình 5.51: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí kẹp phơi
Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằng camera nhiệt cho tấm khuôn 100x20x3mm và tấm khuôn 100x40x3mm cùng lắp trên một bộ gia nhiết. Tấm khuôn 100x20x3mm lần lƣợt đƣợc lắp ở phía trƣớc và phía sau tấm khuôn 100x40x3mm Thời gian gia nhiệt 3 giây. Thí nghiệm cho thấy, tấm khn phía trƣớc (gần vùng từ trƣờng) ln có nhiệt độ cao hơn tấm khn phía sau. Phân bố nhiệt trong trƣờng hợp này không cân bằng.
Tấm khn nhỏ phía trƣớc Tấm khn nhỏ phía sau
Temp max: 193.9°C Temp max: 200.6°C
Hình 5.52: Phân bố nhiệt độ khi thay đổi vị trí giữa 2 tấm khn.
Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằng camera nhiệt khi lắp cn dây 3D vng góc với bộ kẹp tấm khn. Thí nghiệm đƣợc làm với tấm khn 100x40x3 mm. Thí nghiệm tiến hành trong hai trƣờng hợp. Trƣờng hợp 1: Đƣờng nƣớc nối giữa hai tấm gá phơi ở phía xa cuộn dây 3D. Trƣờng hợp 2: Đƣờng nƣớc nối giữa hai tấm gá phôi ở gần cuộn dây 3D. Thời gian gia nhiệt lần lƣợt là: 3 và 6 giây. Trong trƣờng hợp 1: Tại thời điểm 3 giây sau khi gia nhiệt, nhiệt độ trên tấm khuôn nhỏ là 171.30C. Tại thời điểm 6 giây
sau khi gia nhiệt, nhiệt độ trên tấm khuôn nhỏ là 229.20C. Nhiệt độ tập trung lớn ở gần nguồn từ trƣờng. Trƣờng hợp 2: Tại thời điểm 3 giây sau khi gia nhiệt, nhiệt độ trên tấm khuôn nhỏ là 140.80C. Tại thời điểm 6 giây sau khi gia nhiệt, nhiệt độ trên tấm khuôn nhỏ là 133.70C. Nhiệt độ tập trung lớn ở phần xa nguồn từ trƣờng. Nhiệt độ tấm khuôn nhỏ hơn trƣờng hợp 1 là 300C.
Trƣờng hợp 1
Thời gian gia nhiệt 3 giây
Temp max: 171.3°C Thời gian gia nhiệt 6 giây
Temp max: 229.2°C
Trƣờng hợp 2
Thời gian gia nhiệt 3 giây Thời gian gia nhiệt 6 giây
Temp max: 140.8°C Temp max: 133.7°C Hình 5.54: Phân bố nhiệt khi đƣờng nƣớc gần nguồn từ trƣờng.
Hình ảnh phân bố nhiệt độ chụp bằn camera nhiệt cho tấm khuôn 100x60x3 mm, 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 122.60C. Nhiệt phân bố đều trên tấm khn.
Temp max: 122.6°C
Hình 5.55: Phân bố nhiệt độ tấm khn 100x60x3mm
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 khn ảnh hƣởng đến nhiệt độ trong q 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 khuôn.
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 lịng khn ép nhựa bằng khí nóng. Tác giả Phùng Huy Dũng (2015)
[17] Tối ƣu hóa hệ thống điều khiển nhiệt khuôn 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 mơ 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, dòng 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 q 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 quá 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. Ngoài 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 lịng 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 sốt được nhiệt độ ở ề ặt lịng 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. Q trình gia nhiệt cho khn 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