Thơng qua q trình nghiên cứu về cuộn dây, khoảng cách cuộn dây và bề mặt khuôn của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ, bên cạnh những kết quả đã đạt đƣợc, hƣớng phát triển sau đây đƣợc đề xuất:
- Tiếp tục nghiên cứ về khn có kênh dẫn nóng, cũng nhƣ nghiên cứu chuyên sâu về q trình mơ phỏng dịng chảy nhựa.
- Vật liệu composite trong công nghệ ép phun kết hợp với gia nhiệt cảm ứng từ.
- Nghiên cứu phát triển hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ áp dụng đƣa vào sản xuất công nghiệp.
79
Tài liệu tham khảo
1. tiếng anh
[1] 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.
[2] 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 Technology 27 (4) (2008) 224-232. [3] 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.
[4] 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.
[5] 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. [6] 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.
[7] 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.
[8] 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
80
injection molding process, International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (8) (2009) 806-812.
[9] 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.
[10] J. Callebaut, “Leonardo Energy – Power Quality Utilisation Guide” (2011). [11] 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)
[12] Efficiencies of Various Mold Surface Temperature Controls and Part Quality. S.C. Chen, J. A. Chang, W. R. Jong and Y. P. Chang 28 (2007).
[13] Rapid mold temperature variation for assisting the micro injection of high aspect ratio micro-feature parts using induction heating technology. Shia- Chung Chen, Wen-Ren Jong, Yaw-Jen Chang, Jen-An Chang and Jin-Chua Cin, 235-189 (1989).
2. tiếng việt
[14] Giáo trình “Cơng nghệ phun ép”. PGS.TS Thái Thị Thu Hà. Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội (2009).
[15] Giáo trình “nhiệt kỹ thuật”. PGS.TS Nguyễn Bốn, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng. Nhà xuất bản xây dựng (2015).
81
PHỤ LỤC 1
THỐNG KÊ SỐ LIỆU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
Bảng 1: So sánh nhiệt độ VT1 giữa thực nghiệm và mô phỏng ứng với thời gian 3
s, 5 s, 7 s, 10 s, 15 s. tại vị trí 5 mm. Mơ phỏng 34 81,5 107,5 125 183,5 451 Thực nghiệm TG s Số lần 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s 1 34 63 102 113 176 431 2 34 63,5 105 114,5 181 423 3 34 71 104,5 126 179 428 4 34 81,5 106,5 121 184 452 5 34 82,5 108 124 174,5 436 Gía trị TB 34 72,3 105,2 119,7 178,9 434
82
Bảng 2: So sánh nhiệt độ VT2 giữa thực nghiệm và mô phỏng ứng với thời gian 3
s, 5 s, 7 s, 10 s, 15 s. tại vị trí 5 mm. Mô phỏng 34 80 101 114,5 162,5 387,5 Thực nghiệm TG S Số lần 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s 1 34 81 100,5 120 167,5 390,5 2 34 79,5 99,5 120 162 387 3 34 78 105 117,5 170 381,5 4 34 78,5 112 114 170,5 392,5 5 34 80 107,5 121,5 168,5 390 Gía trị TB 34 79,4 104,9 119,2 167,7 388,3
83
Bảng 3: So sánh nhiệt độ VT3 giữa thực nghiệm và mô phỏng ứng với thời gian 3
s, 5 s, 7 s, 10 s, 15 s. tại vị trí 5 mm. Mô phỏng 34 80 104 119,5 173,5 419,5 Thực nghiệm TG S Số lần 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s 1 34 80,5 110 118 168 406,5 2 34 81 103,5 119,5 169,5 409 3 34 79,5 105,5 121 174 420 4 34 80 107,5 120 170,5 418,5 5 34 80 106 120 171 416 Gía trị TB 34 80,2 106,9 119,7 170,6 414
84
Bảng 4: So sánh nhiệt độ VT4 giữa thực nghiệm và mô phỏng ứng với thời gian 3
s, 5 s, 7 s, 10 s, 15 s. tại vị trí 5 mm. Mơ phỏng 34 76,5 99,5 114,5 164,5 394,5 Thực nghiệm TG S Số lần 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s 1 34 82,5 103 116 173 399 2 34 83 102,5 114,5 171,5 395,5 3 34 80 99 113 171 394 4 34 79,5 99,5 115 163 397 5 34 76 101,5 115,5 169 396,5 Gía trị TB 34 80,2 101,1 114,8 169,9 396,4
Bảng 5: Bảng cho thấy nhiệt độ mô phỏng gia nhiệt 7 s ứng với khoảng cách h = 3,
5, 7, 9 mm. Vị trí VT1 VT2 VT3 VT4 GTTB 3 mm 190,5 171,5 177 173 178 5 mm 125 114,,5 119,5 114,5 118,37 7 mm 96 86 89 88 89,75 9 mm 73 67,5 70 70 70,12
85
Bảng 6: Bảng cho thấy nhiệt độ mô phỏng nhiệt độ tại các vị trí 1, 2, 3, 4 với
khoảng cách h = 3 mm. Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 34 149 175.5 190.5 268 635 VT2 34 142 161.5 171.5 235 544.5 VT3 34 141 163.5 177 246 576 VT4 35 139 161.5 173 239 554.5
Bảng 7: Bảng cho thấy nhiệt độ mơ phỏng nhiệt độ tại các vị trí 1, 2, 3, 4 với
khoảng cách h = 5 mm. Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 34 81.5 107.5 125 183.5 438 VT2 34 80 101.5 114.5 162.5 387.5 VT3 34 80 103.5 119.5 173.5 419.5 VT4 35 76.5 99.5 114.5 164.5 394.5
86
Bảng 8: Bảng cho thấy nhiệt độ mô phỏng nhiệt độ tại các vị trí 1, 2, 3, 4 với
khoảng cách h = 7 mm.
Bảng 9: Bảng cho thấy nhiệt độ mơ phỏng nhiệt độ tại các vị trí 1, 2, 3, 4 với
khoảng cách h = 9 mm. Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 34 46.5 60 73 108.5 272 VT2 34 46 57.5 67.5 96 230 VT3 34 46 58 70 102 251 VT4 34 46 58 70 101 245 Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 34 59 80 96 142.5 355.5 VT2 34 56.5 73 86 123 296 VT3 34 56.5 75 89 130.5 320.5 VT4 35 56.5 74 88 128 310
87
Bảng 10: So sánh nhiệt độ Δt (0C ) giữa thực nghiệm và mô phỏng với khoảng cách
5 mm. Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 0 9,2 2,3 5,3 4,6 4 VT2 0 0,6 3 4,7 5,2 0,8 VT3 0 0,2 3 0,2 2,9 5,5 VT4 0 3,7 1,6 0,3 5,4 1,9
Bảng 11: Số liệu nhiệt độ đo đƣợc trung bình thực nghiệm của 5 lần đo với khoảng
cách gia nhiệt 5 mm. Thời gian 0 s 3 s 5 s 7 s 10 s 15 s VT1 34 72,3 105,2 119,7 178,9 434 VT2 34 79,4 104,5 119,2 167,7 388,3 VT3 34 80,2 106,5 119,7 170,6 414 VT4 34 80,2 101,1 114,8 169,9 396,4
88
KHAY SIM VỚI PHƢƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ
THE RESEARCH TEMPERATURE DISTRIBUTION OF INJECTION MOLD CAVITY FOR SIM TRAY BY MAGNETIC INDUCTION HEATING
Lê Văn Sự, Đỗ Thành Trung
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
TÓM TẮT
Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lịng khn phun ép cho sản phẩm khay sim bằng phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ với khoảng cách giữa bề mặt khuôn và cuộn dây gia nhiệt cảm ứng điện từ, thời gian gia nhiệt thay đổi. Trong nghiên cứu này tác giả chọn bề mặt lịng khn là khay sim điện thoại di động Sony Z5, đây là một chi tiết dạng mỏng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khuôn. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và mô phỏng tác giả xây dựng phương trình hồi quy của nhiệt độ bề mặt lịng khn ứng với thời gian và khoảng cách giữa bề mặt lịng khn và cuộn dây thay đổi. Qua đó thời gian gia nhiệt và khoảng cách phù hợp giữa bề mặt lịng khn và cuộn dây cảm ứng từ cũng được xác định. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ từ bề mặt lịng khn phụ thuộc rất lớn vào thời gian gia nhiệt và khoảng cách giữa cuộn dây và lịng khn. Khi thời gian gia nhiệt tăng thì nhiệt độ lịng khn tăng theo dạng hàm bậc 2. Với khoảng cách giữa bề mặt lịng khn và cuộn dây là 5 mm thì nhiệt độ phân bố tương đối đồng điều và đạt giá trị 120 0C tại 7 s.
Từ khóa: Phân bố nhiệt, lịng khn phun ép, khay sim điện thoại di động, cảm ứng điện
từ.
ABSTRACT
The research on temperature distribution of injection mold cavity for SIM tray by magnetic induction heating with the distance between the cavity surface and electromagnetic induction heating coils and variant heating duration. In this research, the author chose Sony Z5 mobile sim card tray as cavity surface, which is a thin profile susceptible to mold temperature. By empirical planning and simulation method, the author develops a regression equation for the cavity temperature corresponding to change of time and distance between the cavity surface and the coil. As a result, the heating duration and the appropriate distance between the cavity surface and the magnetic induction coil have also been determined. The simulation and experiment results show that the temperature from the cavity surface is highly dependent on the heating duration and the distance between the coil and the cavity. As heating duration increases, the cavity temperature grows by quadratic function. With the distance between the cavity surface and the coil of 5 mm, the temperature distribution is relatively homogeneous and reaches the value of 120 0C in 7 s.
Keywords: Temperature distribution, Injection mold cavity, Mobile sim card tray,
89 Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia nhiệt cho khn phun ép, trong đó có phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ, với các ưu điểm: tốc độ gia nhiệt nhanh, nhiệt độ cao, tính tốn được vùng gia nhiệt, gia nhiệt cục bộ tại một nơi, chỉ gia nhiệt bề mặt,… tuy nhiên phương pháp còn đang trong giai đoạn nghiên cứu. đa số các công 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 q trình chế tạo sản phẩm. Nhu cầu các doanh nghiệp hiện nay nhằm rút ngắn thời gian cho chu trình phun ép, cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như: Tốc độ gia nhiệt cao và nhiệt độ gia nhiệt cao, tính tốn được vùng cần gia nhiệt, thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 giây, dễ dàng thiết kế hệ thống giải nhiệt cho khn, có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khn có sẵn. Cho nên nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phân bố nhiệt của lịng khn phun ép cho sản phẩm khay sim với phương pháp gia
nhiệt bằng cảm ứng từ” là cần thiết. Hiện nay trong nước chỉ mới nghiên cứu gia nhiệt khn trơn chưa có hình dạng khuôn phức tạp cũng như là chỉ ứng dụng một số thí nghiệm hình dạng cuộn dây đơn giản chưa nghiên cứu sâu. Nghiên cứu ngồi nước của nhóm tác giả thuộc bộ mơn kỹ thuật cơ khí, đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan: Hiệu quả của việc điều khiển nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau và chất lượng chi tiết [12]. Hay nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí, đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan: Biến thiên nhanh nhiệt độ trong việc hỗ trợ quá trình phun tạo hình các sản phẩm vi mơ có hệ số co giãn lớn sử dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng từ [13]. Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc bộ mơn kỹ thuật cơ khí, đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan: Đánh giá tính khả thi của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng cho việc điều khiển nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình phun ép [4]. Các nghiên cứu trên phần nào đề cập đến quá trình khảo sát nhiệt độ trên bề mặt khuôn và gia nhiệt bằng cảm ứng nhưng phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ mới chỉ dừng lại ở việc thí nghiệm và chưa đưa ra thực tế để sản xuất và chỉ thực hiện ở dạng bề mặt lịng khn trơn, chưa tích hợp đúc chi tiết phức tạp, vì vậy trong nghiên cứu này sẽ tích hợp
90 Việc làm khi nghiên cứu này là: Thu thập và phân tích tài liệu về kỹ thuật gia nhiệt cho khn phun ép, tìm hiểu các u cầu về kết cấu khuôn ứng với phương pháp gia nhiệt theo nguyên lý cảm ứng từ, mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn 150 x 150 x 25 mm sử dụng phần mềm Comsol, thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả phân tích, mơ phỏng, tổng kết và đưa ra kết luận.
II. MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
1. Mơ phỏng gia nhiệt cảm ứng điện từ
Trong nghiên cứu này, phần mềm Comsol sẽ được sử dụng mơ phỏng q trình gia nhiệt và dự đốn phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn. Thông qua các bước mô phỏng, các thơng số của q trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ được phân tích như: khoảng cách giữa các bề mặt khuôn với cuộn dây, thời gian gia nhiệt khuôn. Cuối cùng kết quả mô phỏng cụ thể là sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt tấm khuôn sẽ được lưu giữ và so sánh với kết quả thí nghiệm. Cụ thể các trường hợp mơ phỏng như sau: Sự phân bố nhiệt trên bề mặt khn với số vịng của cuộn dây cảm ứng điện từ khơng thay đổi là 3 vịng. Sự phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn với khoảng cách giữ bề mặt lịng khn và cuộn dây gia nhiệt thay đổi lần lượt là 3, 5, 7, 9 mm. Sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt lịng khn với thời gian gia nhiệt thay đổi lần lượt là 3, 5, 7, 10, 15 s. Bảng 1 trình bày các thơng số của các trường hợp gia nhiệt sẽ được nghiên cứu tương ứng với chú thích trong bảng 1.
Bảng 1: Thơng số mơ phỏng
Hình 2 mơ tả kết quả chia lưới cho mơ hình tấm khn và cuộn dây gia nhiệt. Bảng 2 thể hiện các thông số sẽ được thiết lập trong qúa trình mơ phỏng.
Hình 1: Mơ hình phân tích tấm khuôn mẫu
Khoảng cách giữa cuộn dây gia nhiệt và bề mặt khuôn Khuôn gia nhiệt Cuộn dây gia nhiệt
91
Hình 2: Mơ hình chia lưới tấm khn mẫu
Hình 3 Vị trí đo nhiệt độ VT1, VT2, VT3,
VT4 trên bề mặt lịng khn
2. Thực nghiệm gia nhiệt bằng cảm ứng từ
Trong quá trình nghiên cứu, mơ hình hệ thống thí nghiệm và đo nhiệt độ được trình bày như hình 4 và 5. Trước khi gia nhiệt, tấm khuôn sẽ được nâng nhiệt độ đến 34 0C thơng qua điều khiển dịng nước nóng, chảy trong các kênh giải nhiệt. Sau khi nhiệt độ tấm khuôn đã ổn định tại 34 0C, quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ được tiến hành. Sau quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ kết thúc, cuộn dây gia nhiệt sẽ được di chuyển ra xa tấm khn, ngay sau đó, thiết bị giám sát nhiệt độ (súng đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại hoặc cảm biến nhiệt) sẽ được sử dụng. Khi quá trình thu thập kết quả về nhiệt độ kết thúc, thiết bị điều khiển nhiệt độ cho khn sẽ được kích hoạt, nước sẽ lưu chuyển trong các kênh dẫn và giải nhiệt cho khuôn về nhiệt độ 34 0
C. Trong q trình thí nghiệm, ngồi phân bố nhiệt
thơng qua súng đo nhiệt, giá trị nhiệt độ tại 4 điểm VT1, VT2, VT3, VT4 (hình 3).
Hình 4: Mơ hình hệ thống thí nghiệm
Hình 5: Hệ thống thiết bị thực nghiệm