Khảo sát quy trình gia nhiệt và giải nhiệt cho insert xoay trong khuôn phun ép

Khảo sát quá trình gia nhiệt và giải nhiệt cho insert xoay trong khuôn phun ép, phân tích hiệu quả và ứng dụng trong sản xuất công nghiệp hiện đại.

• Tác giả: Lương Hoàng Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Thành Trung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Khảo sát quá trình gia và giải nhiệt cho Insert xoay trong khuôn phun ép
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Kết cấu của ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng
• 2.2. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 2.3. Những tồn tại của đề tài và phương hướng giải quyết
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Khuôn ép nhựa
• 3.2. Quá trình gia nhiệt
• 3.3. Các phương pháp gia nhiệt
• 3.4. Quá trình giải nhiệt
• 3.4.1. Khái niệm và mục đích điều khiển nhiệt độ giải nhiệt khuôn
• 3.4.2. Các phương pháp làm mát
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG ÁN GIA NHIỆT INSERT
• 4.1. Yêu cầu của đề tài
• 4.2. Phương án thực hiện
• 4.3. Trình tự công việc
• 4.3.1. Phần mô phỏng
• 4.3.2. Phần thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Mô hình mô phỏng
• 5.1.1. Mô hình khuôn có Insert xoay
• 5.1.2. Mô hình mô phỏng gia nhiệt trong Ansys
• 5.1.3. Mô hình mô phỏng giải nhiệt trong Ansys
• 5.2. Mô hình thực nghiệm gia nhiệt
• 5.2.1. Các bộ phận chính trong mô hình thực nghiệm
• 5.2.2. Mô tả và các bước thực nghiệm gia nhiệt
• 5.2.3. Thiết bị hỗ trợ thực nghiệm gia nhiệt
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 6.1. Thông số thực nghiệm và mô phỏng
• 6.1.1. Thông số gia nhiệt
• 6.1.2. Thông số giải nhiệt
• 6.2. Kết quả quá trình gia nhiệt
• 6.2.1. Kết quả quá trình gia nhiệt với phương án 1
• 6.2.2. Kết quả quá trình gia nhiệt với phương án 2
• 6.3. Kết quả mô phỏng giải nhiệt
• 6.3.1. Kết quả mô phỏng giải nhiệt với thời gian giải nhiệt 1s
• 6.3.2. So sánh kết quả mô phỏng giải nhiệt ở các mốc thời gian khác nhau
• 6.4. So sánh kết quả khảo sát gia nhiệt giữa 2 phương án
• 6.5. Kết quả ép thử sản phẩm
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Quy trình gia nhiệt

Quy trình gia nhiệt là một phần quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất của khuôn phun ép. Quá trình này liên quan đến việc tăng nhiệt độ của insert xoay để đảm bảo nhựa lỏng điền đầy lòng khuôn một cách hiệu quả. Các phương pháp gia nhiệt phổ biến bao gồm sử dụng khí nóng, điện trở, và lưu chất nóng. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, nhưng gia nhiệt bằng khí nóng được đánh giá cao nhờ khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và tốc độ gia nhiệt nhanh.

1.1. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng

Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng sử dụng luồng khí nóng trực tiếp vào lòng khuôn để tăng nhiệt độ. Phương pháp này giúp giảm thiểu thời gian gia nhiệt và đảm bảo nhiệt độ đồng đều trên bề mặt insert xoay. Tuy nhiên, việc kiểm soát luồng khí và nhiệt độ đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật cao.

1.2. Phương pháp gia nhiệt bằng điện trở

Phương pháp gia nhiệt bằng điện trở sử dụng điện trở để tạo nhiệt. Phương pháp này có ưu điểm là dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và phù hợp với các khuôn phun ép có kích thước nhỏ. Tuy nhiên, hiệu suất gia nhiệt thấp hơn so với phương pháp khí nóng và có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ.

II. Quy trình giải nhiệt

Quy trình giải nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa thời gian chu kỳ phun ép. Quá trình này liên quan đến việc làm mát insert xoay sau khi gia nhiệt để đảm bảo nhựa đông đặc nhanh chóng. Các phương pháp giải nhiệt phổ biến bao gồm sử dụng nước lạnh, khí lạnh, và hệ thống làm mát bằng chất lỏng.

2.1. Phương pháp giải nhiệt bằng nước lạnh

Phương pháp giải nhiệt bằng nước lạnh là phương pháp phổ biến nhất nhờ hiệu quả làm mát cao và chi phí thấp. Nước lạnh được tuần hoàn qua các kênh dẫn trong khuôn phun ép để hấp thụ nhiệt từ insert xoay. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi hệ thống tuần hoàn nước phức tạp và có thể gây ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước.

2.2. Phương pháp giải nhiệt bằng khí lạnh

Phương pháp giải nhiệt bằng khí lạnh sử dụng luồng khí lạnh để làm mát insert xoay. Phương pháp này phù hợp với các khuôn phun ép có kích thước nhỏ và yêu cầu làm mát nhanh. Tuy nhiên, hiệu quả làm mát thấp hơn so với phương pháp nước lạnh và đòi hỏi thiết bị chuyên dụng.

III. Thiết kế khuôn phun ép

Thiết kế khuôn phun ép là yếu tố quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc thiết kế phải đảm bảo sự đồng bộ giữa quy trình gia nhiệt và quy trình giải nhiệt, đồng thời tối ưu hóa vị trí và kích thước của insert xoay. Các yếu tố như vật liệu khuôn, kích thước lòng khuôn, và hệ thống dẫn nhiệt cần được tính toán kỹ lưỡng.

3.1. Vật liệu insert xoay

Vật liệu insert xoay cần có độ bền nhiệt cao và khả năng dẫn nhiệt tốt để đảm bảo hiệu suất gia nhiệt và giải nhiệt. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép hợp kim, đồng, và nhôm. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp giúp tăng tuổi thọ của khuôn phun ép và giảm chi phí bảo trì.

3.2. Tối ưu hóa quy trình

Tối ưu hóa quy trình liên quan đến việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, và tốc độ làm mát để đạt được hiệu suất cao nhất. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Ansys giúp dự đoán và điều chỉnh các thông số này một cách chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn

Khảo sát quy trình gia nhiệt và giải nhiệt cho insert xoay trong khuôn phun ép có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Việc áp dụng các phương pháp gia nhiệt và giải nhiệt hiệu quả giúp tăng năng suất, giảm chi phí, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các kết quả nghiên cứu từ đồ án này có thể được ứng dụng trong các ngành sản xuất nhựa, điện tử, và ô tô.

4.1. Hiệu suất khuôn phun ép

Hiệu suất khuôn phun ép được cải thiện đáng kể nhờ việc tối ưu hóa quy trình gia nhiệt và quy trình giải nhiệt. Các sản phẩm được sản xuất có độ chính xác cao, bề mặt mịn, và ít khuyết tật. Điều này giúp tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường.

4.2. Kiểm soát nhiệt độ

Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố then chốt trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng các thiết bị đo nhiệt độ hiện đại và phần mềm mô phỏng giúp kiểm soát chính xác nhiệt độ trong suốt quá trình phun ép. Điều này giúp giảm thiểu các lỗi sản phẩm và tăng hiệu quả sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu.2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phương pháp nghiên cứu .6 Kết cấu của ĐATN. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng .2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài.3 Những tồn tại của đề tài và phương hướng giải quyết. 11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Khuôn ép nhựa .2 Quá trình gia nhiệt .3 Các phương pháp gia nhiệt .4 Quá trình giải nhiệt .1 Khái niệm và mục đích điều khiển nhiệt độ giải nhiệt khuôn .2 Các phương pháp làm mát. 19 CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG ÁN GIA NHIỆT INSERT.

Yêu cầu của đề tài .2 Phương án thực hiện .3 Trình tự công việc: .1 Phần mô phỏng:.2 Phần thực nghiệm:. 23 CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .1 Mô hình mô phỏng: .1 Mô hình khuôn có Insert xoay:.2 Mô hình mô phỏng gia nhiệt trong Ansys: .3 Mô hình mô phỏng giải nhiệt trong Ansys: .2 Mô hình thực nghiệm gia nhiệt: .1 Các bộ phận chính trong mô hình thực nghiệm: .2 Mô tả và các bước thực nghiệm gia nhiệt: .3 Thiết bị hỗ trợ thực nghiệm gia nhiệt:. 61 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .1 Thông số thực nghiệm và mô phỏng: .1 Thông số gia nhiệt: .2 Thông số giải nhiệt: .2 Kết quả quá trình gia nhiệt: .1 Kết quả quá trình gia nhiệt với phương án 1: .2 Kết quả quá trình gia nhiệt với phương án 2: .3 Kết quả mô phỏng giải nhiệt: .1 Kết quả mô phỏng giải nhiệt với thời gian giải nhiệt 1s: .2 So sánh kết quả mô phỏng giải nhiệt ở các mốc thời gian khác nhau: .4 So sánh kết quả khảo sát gia nhiệt giữa 2 phương án: .5 Kết quả ép thử sản phẩm:. 138 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

140 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 143 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các bộ phận cơ bản của khuôn .1 Bảng đơn biến các thông số thay đổi trong mô phỏng và thực nghiệm .2 Kết quả thực nghiệm một số trường hợp (thay đổi thời gian gia nhiệt) .3 Kết quả thực nghiệm một số trường hợp (thay đồi nhiệt độ khí gia nhiệt) .4 Kết quả mô phỏng một số trường hợp (thay đổi thời gian gia nhiệt) .5 Kết quả mô phỏng (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) .6 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi thời gian gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .7 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi thời gian gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .8 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .9 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .10 Thông số mô phỏng .11 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài).12 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .13 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .14 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) .15 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .16 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .17 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi bề dày) .18 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi bề dày) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .19 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi bề dày) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .20 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) .21 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .22 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .23 Kết quả thực nghiệm (thay đổi thời gian gia nhiệt).24 Kết quả thực nghiệm (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) .25 Kết quả mô phỏng (thay đổi thời gian gia nhiệt) .26 Kết quả mô phỏng (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) .27 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi thời gian gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .28 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi thời gian gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .29 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .30 So sánh nhiệt độ Insert mô phỏng và thực nghiệm (thay đổi nhiệt độ gia nhiệt) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .31 Thông số mô phỏng .32 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài) .33 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .34 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều dài) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .35 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) .36 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .37 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi chiều rộng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .38 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổ bề dày).39 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi bề dày) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .40 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi bề dày) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .41 So sánh phân bố nhiệt độ của quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) .42 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL .43 So sánh nhiệt độ Insert trong quá trình gia và giữ nhiệt (thay đổi khoảng cách đầu vào khí nóng) theo biểu đồ nhiệt của đường PL2 .44 Kết quả giải nhiệt với thời gian 1s .45 Nhiệt độ Insert với thời gian giải nhiệt 1s .46 Kết quả giải nhiệt tại các mốc thời gian 0.47 Nhiệt độ tấm Insert tại các mốc thời gian giải nhiệt .48 So ánh phân bố nhiệt độ 2 phương án gia nhiệt trong mô phỏng và thực nghiệm .49 So sánh 2 phương án gia nhiệt. 136 xi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Bản vẽ 2D tấm Insert [2] .3 Vị trí 1 đặt Insert [2] .4 Vị trí 2 đặt Insert [2] .5 Cấu tạo bộ phận heating xoay [2] .6 Cấu tạo các chi tiết chính của bộ khuôn [2] .7 So sánh kết quả gia nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm [2].8 Biểu đồ khảo sát nhiệt độ gia nhiệt tấm Insert [2] .9 Kết quả giải nhiệt [2] .10 Sản phẩm ép thử [2] .1 Cơ cấu chung của bộ khuôn .2 Hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước (Steam heating) .3 Hệ thống gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng .4 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại .5 Phương pháp gia nhiệt bằng điện trở .6 Phương pháp kết hợp hai nguồn nhiệt độ cho gia nhiệt khuôn .7 Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ .8 Phương pháp thiết kế khuôn của kazerm .9 Quy trình gia nhiệt bằng khí nóng cho khuôn phun ép nhựa.10 Mô hình thí nghiệm khả năng gia nhiệt cho lòng khuôn .1 Hình dáng của mỏ khò nhiệt .2 So sáng tiết diện của đầu thổi gió được chọn (màu vàng) và tiết diện của lòng khuôn khảo sát gia nhiệt (màu đen) .3 So sánh tiết diện của mỏ gom gió có sẵn (màu tím) và lòng khuôn khảo sát (màu đen) .4 So sánh tiết diện của mỏ gom gió đã được chỉnh sửa (màu tím) và lòng khuôn khảo sát (màu đen) .5 Hình ảnh thực tế của mỏ khò được gia công .6 Các bước thực hiện mô phỏng .1 Cấu tạo chi tiết của mô hình gia nhiệt khuôn .2 Quá trình hoạt động của mô hình gia nhiệt khuôn.3 Chu trình ép của khuôn trước và sau khi sử dụng phương pháp .4 Cấu tạo bộ phận Insert xoay .5 Bản vẽ 2D của tấm Insert .6 Hình ảnh thực tế của tấm Insert trong lòng khuôn .7 Vị trí của lòng khuôn khảo sát .8 Tiến trình giải bài toán ANSYS-CFX .9 Giao diện cần thực hiện của CFX .10 Giao diện ANSYS_Fluid Flow(CFX) .11 Hộp khí âm .12 Hộp khí dương .13 Thanh nối 2 tấm Insert .15 Chốt định vị các tấm khuôn với hộp khí .16 Kích thước tấm Insert với bề dày lòng khuôn 0.17 Mặt trên và mặt dưới của tấm Insert .18 Mô hình gia nhiệt trong môi trường Geometry .19 Mô hình khối khí tiếp xúc Insert .20 Phần Air Inlet của mô hình .21 Phần Air oulet của mô hình.22 Mô hình trong giao diện mesh .23 Thông số chia lưới của mô hình.24 Kết quả chia lưới của mô hình .26 Nhiệt độ tấm Insert (heating) .27 Thiết lập khối khí (Air) .28 Thiết lập môi trường khối khí .30 Thiết lập thông số đầu vào Inlet (heating) .32 Thiết lập thông số đầu ra Outlet (heating) .33 Air Analysis type .34 Air Output Control .35 Chạy phân tích Air Solution.36 Kết quả gia nhiệt .37 Dùng công cụ TimeStep Selector để kiểm tra nhiệt độ tại 25s .38 Dùng công cụ TimeStep Selector để kiểm tra nhiệt độ tại 35s .39 Mô hình giải nhiệt trong giao diện Geometry .40 Mô hình khối nước tiếp xúc tấm Insert .43 Giao diện Mesh (Cooling) .44 Thông số chia lưới (Cooling) .45 Kết quả chia lưới mô hình giải nhiệt .47 Nhiệt độ tấm Insert (Cooling) .48 Water basic setting .51 Inlet boundary detail .53 Outlet boundary detail .54 Water Analysis type .55 Water Output control .56 Chạy phân tích Water solution .57 Kết quả giải nhiệt .58 Dùng công cụ TimeStep Selector để khảo sát nhiệt độ tại từng thời điểm 0.59 Dùng công cụ TimeStep Selector để khảo sát nhiệt độ tại từng thời điểm 0.60 Tấm khuôn đi động (khuôn dương) .61 Tấm khuôn cố định (khuôn âm) .62 Hình ảnh thực tế các tấm Insert .63 Thao tác thực nghiệm gia nhiệt tấm Insert bằng máy khò nhiệt .