Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công nghệ ép phun nhựa, việc kiểm soát nhiệt độ lòng khuôn đóng vai trò then chốt đối với khả năng điền đầy và chất lượng của sản phẩm sau định hình. Khi nhiệt độ bề mặt lòng khuôn không đạt mức yêu cầu hoặc phân bố không đồng đều, lớp nhựa tiếp xúc với bề mặt kim loại sẽ nguội đi nhanh chóng tạo thành lớp đông kết (frozen layer). Hiện tượng này cản trở dòng nhựa nóng chảy di chuyển, làm gia tăng áp suất phun yêu cầu và gây ra các khuyết tật cơ lý tính như đường hàn (weld lines), giảm độ bóng bề mặt, co rút không đều và hình thành ứng suất dư, đặc biệt nghiêm trọng ở các sản phẩm thành mỏng hoặc chi tiết vi cơ khí. Việc duy trì nhiệt độ lòng khuôn ở mức cao trong giai đoạn điền đầy giúp hạ thấp độ nhớt dòng chảy và loại bỏ phần lớn khuyết tật nêu trên. Tuy nhiên, nếu gia nhiệt liên tục cả khối khuôn, giai đoạn giải nhiệt sẽ bị kéo dài đáng kể—trong khi giai đoạn này vốn đã chiếm khoảng 67% đến 70% tổng thời gian một chu kỳ ép phun—dẫn đến giảm năng suất và tăng chi phí sản xuất. Do đó, bài toán đặt ra là phải cân bằng giữa việc nâng cao nhiệt độ lòng khuôn tức thời khi điền đầy và rút ngắn thời gian làm mát.

Đồ án tốt nghiệp "Khảo sát quá trình gia và giải nhiệt cho Insert xoay trong khuôn phun ép" (mã số đề tài: 22223DT316, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, năm 2023) do sinh viên Lương Hoàng Hiếu và Đặng Hoàng Duy thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Đỗ Thành Trung, tập trung giải quyết bài toán trên thông qua công nghệ gia nhiệt cục bộ bằng khí nóng kết hợp cơ cấu insert xoay.

Các mục tiêu nghiên cứu được xác định trong văn bản gồm 7 nội dung:

  1. Nêu các điểm chính của quá trình ép phun và kỹ thuật gia nhiệt khuôn.
  2. Mô phỏng quá trình gia nhiệt và giải nhiệt khuôn.
  3. Khảo sát kết quả mô phỏng trường nhiệt độ trên phần mềm ANSYS dựa trên lý thuyết truyền nhiệt đối lưu khí nóng, tiến hành thực nghiệm gia nhiệt cho insert và so sánh đối chứng để đánh giá tính hiệu quả của phương pháp.
  4. Khảo sát kết quả mô phỏng giải nhiệt trên phần mềm ANSYS, xác định hiệu quả của phương pháp làm mát trực tiếp bằng nước lên insert.
  5. Ứng dụng các kết quả mô phỏng và thực nghiệm để tiến hành ép phun thử nghiệm sản phẩm thực tế với các thông số nhiệt độ và thời gian khác nhau.
  6. Làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học và vận dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết bài toán kỹ thuật thực tiễn.
  7. Xác định dải thông số nhiệt độ tối ưu tương ứng với các sản phẩm có bề dày mỏng khác nhau.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm: tổng quan quá trình ép phun và gia nhiệt khuôn; kết cấu insert xoay trong khuôn ép; quá trình gia nhiệt và giải nhiệt cho insert xoay; và ứng dụng kết quả khảo sát vào ép thử sản phẩm.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn về không gian tại xưởng và phòng thí nghiệm thuộc Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2023. Về mặt kỹ thuật, nghiên cứu giới hạn ở việc khảo sát thực nghiệm gia nhiệt insert bằng khí nóng với thời gian gia nhiệt 25 giây (bước khảo sát 1 giây) qua các mức nhiệt độ khí khác nhau; mô phỏng trường nhiệt độ gia nhiệt và giải nhiệt trên ANSYS-CFX; khảo sát ảnh hưởng của các thông số hình học lòng lõm insert (chiều dài, chiều rộng, bề dày, khoảng cách đầu vào khí); và ép thử nghiệm sản phẩm nhựa mỏng để đánh giá khả năng điền đầy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết, đồ án hệ thống hóa các nhóm phương pháp gia nhiệt và giải nhiệt khuôn ép nhựa:

  • Gia nhiệt thể tích (volume heating): Sử dụng hơi nước nóng (steam heating) với tốc độ gia nhiệt từ 10°C/s đến 30°C/s, hoặc lưu chất dầu nóng/nước quá nhiệt (90°C đến hơn 100°C dưới áp suất cao). Nhược điểm là tiêu hao năng lượng lớn, hệ số truyền nhiệt của dầu thấp, nguy cơ rò rỉ đường ống áp suất cao và làm chậm chu kỳ giải nhiệt.
  • Gia nhiệt bề mặt (surface heating): Bao gồm gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating) giúp nâng nhiệt độ bề mặt lên khoảng 250°C; gia nhiệt điện trở hỗ trợ tăng 20°C đến 30°C; gia nhiệt cảm ứng từ (induction heating) với tốc độ gia nhiệt cao trong thời gian tối đa 20 giây nhưng cuộn cảm 2D dễ làm phân bố nhiệt không đều gây cong vênh; phương pháp phủ hai lớp của Kazerm (lớp cách nhiệt bên dưới và lớp dẫn nhiệt bên trên); và phương pháp phun khí nóng trực tiếp vào lòng khuôn (gas heating) giúp tăng nhiệt độ bề mặt từ 60°C lên 120°C trong vòng 2 giây nhưng dễ bão hòa sau 4 giây.
  • Giải nhiệt khuôn: Hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuần hoàn (nước hoặc hỗn hợp nước - glycol) qua các kênh làm mát nhằm hạ nhiệt độ khuôn nhanh chóng, ngăn ngừa ăn mòn và ổn định kích thước sản phẩm định hình.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng:

  • Phương pháp lý thuyết: Tổng hợp lý thuyết truyền nhiệt đối lưu, dẫn nhiệt và động lực học dòng chảy trong khoang khuôn.
  • Phương pháp mô phỏng số (CFD): Sử dụng module ANSYS-CFX trên nền tảng ANSYS Workbench. Xây dựng mô hình hình học 3D của dòng khí/nước và tấm insert, chia lưới phần tử hữu hạn bằng ANSYS Meshing, thiết lập điều kiện biên dòng khí nóng (Air Inlet, Air Outlet) và dòng nước giải nhiệt (Water Inlet, Water Outlet) để giải bài toán trường nhiệt độ quá độ (transient thermal). Xử lý dữ liệu và vẽ đồ thị phân bố nhiệt bằng phần mềm Origin.
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mẫu thử insert; sử dụng máy khò nhiệt công nghiệp Makita HG6530V; đo trường nhiệt độ bề mặt bằng camera nhiệt hồng ngoại Fluke Ti20 kết hợp phần mềm phân tích ảnh nhiệt SmartView; ép phun thử nghiệm sản phẩm trên máy ép nhựa thực tế.
Hạng mục Phương tiện / Công cụ áp dụng Thông số / Đặc tính kỹ thuật
Phần mềm CAD/CFD Creo, ANSYS Workbench (DesignModeler, Meshing, CFX) Mô phỏng dòng nhiệt khí và nước dạng quá độ
Phần mềm đồ thị Origin, SmartView Trích xuất và vẽ biểu đồ nhiệt dọc theo đường chuẩn
Thiết bị gia nhiệt Máy khò nhiệt Makita HG6530V Cung cấp luồng khí nóng có kiểm soát nhiệt độ
Thiết bị đo nhiệt độ Camera nhiệt hồng ngoại Fluke Ti20 Chụp và phân tích trường nhiệt độ bề mặt insert
Môi chất truyền nhiệt Không khí nóng (Air) và nước làm mát (Water) Khí nóng 300°C – 500°C; nước làm mát 30°C, 50°C, 70°C

Thiết kế và triển khai hệ thống khảo sát

Nhằm khắc phục nhược điểm kéo dài chu kỳ ép khi gia nhiệt khuôn, đồ án triển khai thiết kế cơ cấu khuôn có cụm insert xoay 180°:

  • Nguyên lý vận hành: Hai tấm insert (Insert 1 và Insert 2) được liên kết đối xứng qua thanh xoay gắn trên trục quay. Khi khuôn mở sau chu kỳ ép trước, trục xoay đẩy cụm insert ra và quay 180°. Tấm insert vừa hoàn thành quá trình ép và giải nhiệt được đưa lên khoang gia nhiệt bên trên để thổi khí nóng; đồng thời tấm insert đã được sấy nóng trước đó được đưa xuống vị trí lòng khuôn dưới. Khuôn đóng lại và quá trình ép phun diễn ra song song với quá trình gia nhiệt tấm insert ở khoang trên. Nhờ đó, thời gian gia nhiệt không làm tăng tổng thời gian chu kỳ ép.
  • Cấu tạo bộ khuôn: Tấm khuôn di động, tấm khuôn cố định, hộp khí âm, hộp khí dương, gối đỡ, trục quay, khối chặn, lò xo, bulong, 4 chốt định vị cụm gia nhiệt và hệ thống kênh dẫn nước giải nhiệt tiếp xúc trực tiếp mặt sau insert.
  • Kết cấu tấm Insert: Tấm insert tích hợp đồng thời hai lòng khuôn: lòng khuôn 1 được gia nhiệt trực tiếp bằng khí nóng và làm mát bằng nước tiếp xúc; lòng khuôn 2 đối xứng qua tâm không nhận luồng khí nóng trực tiếp (đóng vai trò đối chứng).

Nghiên cứu khảo sát hai phương án thiết kế đầu thổi khí nóng (mỏ khò):

Tiêu chí Phương án 1 (Mỏ gom gió tròn) Phương án 2 (Mỏ gom gió chữ nhật gia công lại)
Hình dáng tiết diện Tiết diện tròn tiêu chuẩn Tiết diện gần chữ nhật, gia công cải tạo
Kích thước đầu thổi Đường kính 22 mm (giảm từ 35 mm của đầu máy khò) Chiều dài 54 mm, chiều rộng tương ứng lòng khuôn (cắt gọt từ đầu bán sẵn 70 mm)
Mức độ tập trung luồng nhiệt Luồng khí khuếch tán ra xung quanh, bao trùm một phần lòng khuôn 10 mm Luồng khí định hình chính xác theo biên dạng dài 54 mm của lòng khuôn
Nguồn gốc chế tạo Mua sẵn trên thị trường, không cần gia công Mua phôi thương mại và gia công cơ khí lại kích thước

Đường khảo sát nhiệt độ trên bề mặt insert được thiết lập theo hai phương trực giao: Polyline 1 (PL) chạy dọc theo chiều dài và Polyline 2 (PL2) chạy dọc theo chiều rộng của vùng lõm lòng khuôn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc kiểm soát nhiệt độ lòng khuôn nhằm hạn chế lớp đông kết và tăng độ bóng sản phẩm mà không làm kéo dài thời gian làm mát (vốn chiếm 67% chu kỳ). Xác định mục tiêu, 4 đối tượng và phạm vi nghiên cứu từ tháng 01 đến tháng 06/2023 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Trình bày tổng thể 5 phương pháp nghiên cứu và bố cục 7 chương của đồ án.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 phân tích nguyên lý gia nhiệt bằng khí nóng với ưu điểm tốc độ cao, thiết bị đơn giản nhưng giới hạn về lưu lượng và gây ồn. Trình bày chi tiết nghiên cứu tiền nhiệm của Nguyễn Hoàng Thiên Ngọc và Lê Viết Nam ("Ứng dụng công nghệ gia nhiệt bằng khí trong lòng khuôn mỏng"), trong đó nhiệt độ insert đạt trung bình 200°C, khảo sát nhiệt độ khí 300°C – 500°C và thời gian 5s – 25s. Chỉ rõ các tồn tại của nghiên cứu trước: nước làm mát tràn vào lòng khuôn; kích thước insert nhỏ; bố trí một lòng khuôn trên insert và một trên tấm khuôn gây tốn kém khi thay đổi thử nghiệm; phân bố nhiệt chưa được phân tích toàn diện. Từ đó đề xuất phương hướng: tăng kích thước insert, gia công 2 lòng khuôn ngay trên cùng 1 tấm insert, khảo sát các bề dày khác nhau, phân tích biểu đồ nhiệt theo cả hai phương PL và PL2, và so sánh 2 phương án mỏ khò.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Trình bày cấu tạo bộ khuôn ép nhựa tiêu chuẩn gồm 20 bộ phận chính thuộc các hệ thống: dẫn hướng - định vị, cấp nhựa, đẩy sản phẩm, lõi mặt bên, thoát khí và làm nguội. Đi sâu phân tích các kỹ thuật gia nhiệt khuôn: hơi nước, lưu chất nước nóng/dầu nóng, tia hồng ngoại, điện trở, cảm ứng từ 2D/3D, công nghệ phủ lớp cách nhiệt - dẫn nhiệt của Kazerm và cơ chế truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức bằng khí nóng. Nêu rõ mục đích điều khiển giải nhiệt khuôn (chiếm 70% chu kỳ) và so sánh giữa làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng (nước/glycol).

Chương 4: Các phương án gia nhiệt Insert

Xác lập yêu cầu kỹ thuật của đề tài và xây dựng hai phương án mỏ thổi khí: Phương án 1 dùng mỏ gom gió tròn đường kính 22 mm; Phương án 2 cải tiến mỏ gom gió chữ nhật từ 70 mm xuống 54 mm để tương thích với chiều dài lòng khuôn khảo sát. Mô tả quy trình thực hiện gồm hai nhánh: nhánh mô phỏng số (thiết kế 3D, chia lưới, gán điều kiện biên CFX, xuất kết quả sang Origin) và nhánh thực nghiệm (gia nhiệt bằng máy khò, đo ảnh nhiệt và ép thử).

Chương 5: Mô hình mô phỏng và thực nghiệm

Mô tả chi tiết kết cấu cụm insert xoay 180° gồm 15 chi tiết chính và chu trình hoạt động 5 bước. Trình bày các bước thiết lập mô phỏng trên ANSYS-CFX:

  • Gia nhiệt: Tạo khối hình học miền khí tiếp xúc insert (Geometry), chia lưới phần tử (Mesh), thiết lập thuộc tính miền khí nóng (Air domain), điều kiện biên đầu vào Air Inlet, đầu ra Air Outlet, phân tích quá độ tại các mốc thời gian 25s và 35s.
  • Giải nhiệt: Tạo khối nước tiếp xúc insert, chia lưới miền nước (Water domain), gán điều kiện biên Inlet/Outlet, chạy bài toán giải nhiệt với bước thời gian 1s và các mốc thời gian khác nhau.
  • Hệ thống thực nghiệm: Giới thiệu tấm khuôn di động, tấm khuôn cố định, mẫu insert thực tế, máy khò Makita HG6530V, camera nhiệt Fluke Ti20 và phần mềm phân tích SmartView.

Chương 6: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Tập hợp toàn bộ số liệu khảo sát đơn biến giữa mô phỏng và thực nghiệm:

  • Đánh giá trường nhiệt độ gia nhiệt theo thời gian (5s, 10s, 15s, 20s, 25s) và nhiệt độ khí cấp (300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C) qua biểu đồ nhiệt độ đường PL và PL2 cho cả Phương án 1 và Phương án 2.
  • Đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học trên Creo/CFX: chiều dài lòng lõm, chiều rộng, bề dày insert và khoảng cách đầu vào khí nóng đến khả năng gia nhiệt và giữ nhiệt.
  • Đánh giá quá trình giải nhiệt bằng nước tại các mốc thời gian (khảo sát ở 1s, nhiệt độ nước 30°C, 50°C, 70°C).
  • So sánh phân bố nhiệt giữa hai phương án mỏ khò và phân tích sản phẩm sau ép thử thực tế.

Chương 7: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả đạt được về tính khả thi của cơ cấu xoay insert, mức độ tin cậy của mô hình mô phỏng CFX so với thực nghiệm và đề xuất các giải pháp hoàn thiện cơ cấu tự động hóa cho chu kỳ sản xuất công nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thu thập và so sánh hệ thống dữ liệu nhiệt độ giữa mô phỏng ANSYS-CFX và đo thực nghiệm Fluke Ti20 theo hai trục chuẩn PL (chiều dài) và PL2 (chiều rộng):

Thông số khảo sát Mức thông số thực nghiệm / mô phỏng Quy luật phân bố nhiệt độ ghi nhận
Thời gian gia nhiệt 5s, 10s, 15s, 20s, 25s (nhiệt độ khí cố định) Nhiệt độ insert tăng dần theo thời gian; tốc độ tăng nhiệt chậm dần sau 20s; tại 25s nhiệt độ đạt trạng thái tiệm cận bão hòa
Nhiệt độ khí cấp 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C Nhiệt độ insert tỷ lệ thuận với nhiệt độ khí vào; đạt đỉnh tại khu vực đối diện trực tiếp đầu phun
Phương án mỏ khò (PA1 vs PA2) Đầu tròn 22 mm vs Đầu chữ nhật 54 mm Phương án 2 cho phân bố nhiệt đồng đều hơn dọc theo chiều dài lòng khuôn 54 mm (đường PL), giảm thiểu gradient nhiệt cục bộ so với PA1
Thông số hình học insert Thay đổi chiều dài, chiều rộng, bề dày phần lõm và khoảng cách cổng khí Bề dày phần lõm ảnh hưởng trực tiếp đến quán tính nhiệt; bề dày mỏng giúp tăng nhiệt nhanh hơn nhưng giải nhiệt cũng nhanh hơn
Giải nhiệt bằng nước Thời gian 1s; nhiệt độ nước: 30°C, 50°C, 70°C Nhiệt độ insert (ban đầu ~200°C) hạ nhanh chóng ngay trong 1 giây đầu tiếp xúc nước; nước 30°C cho tốc độ làm mát cao nhất

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật chính của đề tài so với nghiên cứu tiền nhiệm:

  • Đồng bộ hóa chu trình: Cơ cấu thanh xoay nối hai tấm insert xoay 180° tách biệt hoàn toàn nguyên công gia nhiệt ra khỏi lòng khuôn đóng, cho phép gia nhiệt song song với giai đoạn ép phun và làm mát, loại bỏ thời gian chết của chu kỳ ép.
  • Thiết kế mẫu thử nghiệm tối ưu: Bố trí đồng thời hai lòng khuôn (gia nhiệt và không gia nhiệt) trên cùng một tấm insert có kích thước lớn hơn, cho phép so sánh đối chứng chính xác trên cùng một lần ép mà không phải gia công lại tấm khuôn máy khi thay đổi kích thước khảo sát.
  • Cải tiến mỏ cấp khí: Gia công mỏ khò chữ nhật 54 mm (Phương án 2) phù hợp với hình học lòng khuôn, nâng cao độ đồng đều nhiệt độ so với mỏ tròn thông thường.
  • Kiểm chứng thực tế: Sản phẩm ép thử nghiệm tại lòng khuôn có gia nhiệt cho thấy khả năng điền đầy cải thiện rõ rệt so với lòng khuôn không gia nhiệt trong cùng chu kỳ ép.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài được nêu trong văn bản gồm:

  • Thiết bị gia nhiệt thực nghiệm sử dụng máy khò nhiệt cầm tay, do đó bị giới hạn về mức nhiệt độ tối đa và lưu lượng khí cấp so với các bộ cấp nhiệt công nghiệp chuyên dụng.
  • Quá trình vận hành máy thổi khí phát sinh tiếng ồn lớn trong môi trường làm việc.
  • Thực nghiệm mới chỉ khảo sát trên một số biên dạng lòng khuôn mỏng nhất định với các mốc thời gian và nhiệt độ rời rạc, chưa khảo sát liên tục đa dạng các loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tích hợp hệ thống điều khiển tự động hóa cho cơ cấu xoay insert đồng bộ trực tiếp với chu trình đóng/mở của máy ép phun công nghiệp.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa kết cấu mỏ phun khí nóng chuyên dụng có tích hợp van đóng mở tự động và hệ thống thu hồi nhiệt thừa để giảm hao phí năng lượng và hạn chế tiếng ồn.
  • Mở rộng khảo sát thực nghiệm ép phun với các loại vật liệu nhựa kỹ thuật có nhiệt độ chuyển pha cao và sản phẩm có hình học phức tạp hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ chế tạo máy, Công nghệ Khuôn mẫu và Vật liệu Polymer: Cung cấp quy trình hoàn chỉnh từ thiết kế cơ cấu khuôn đặc thù đến phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng.
  • Kỹ sư thiết kế và gia công khuôn ép nhựa: Tham khảo giải pháp kết cấu cụm insert xoay 180° nhằm rút ngắn thời gian chu kỳ khi ứng dụng công nghệ gia nhiệt bề mặt lòng khuôn.
  • Người làm nghiên cứu về mô phỏng CFD nhiệt: Phần thiết lập mô hình tính toán truyền nhiệt quá độ trên ANSYS-CFX (chia lưới khối khí/khối nước, gán điều kiện biên Air/Water Inlet và Outlet) và kỹ thuật phân tích ảnh nhiệt bằng Fluke Ti20 kết hợp SmartView có giá trị ứng dụng thực tế cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu Insert xoay giải quyết bài toán thời gian chu kỳ ép phun như thế nào?

Cơ cấu gồm một thanh nối hai tấm insert xoay quanh trục tâm 180°. Khi khuôn mở, trục xoay đẩy cụm insert ra và quay 180°, chuyển tấm insert vừa được gia nhiệt ở khoang trên vào vị trí lòng khuôn bên dưới, đồng thời đưa tấm insert vừa ép xong lên khoang trên. Quá trình gia nhiệt bằng khí nóng diễn ra song song với quá trình ép phun và giải nhiệt ở chu kỳ kế tiếp, giúp nhiệt độ lòng khuôn đạt mức cao khi điền đầy mà không làm kéo dài tổng thời gian chu kỳ ép.

2. Hai phương án mỏ gom khí gia nhiệt khác nhau ở những điểm nào?

Phương án 1 sử dụng mỏ gom gió hình tròn tiêu chuẩn mua sẵn với đường kính đầu thổi 22 mm (giảm từ đầu máy khò 35 mm). Phương án 2 sử dụng mỏ gom gió hình chữ nhật mua thương mại với chiều dài ban đầu 70 mm, sau đó được gia công cơ khí cắt gọt lại còn 54 mm để khớp chính xác với chiều dài lòng khuôn khảo sát, giúp luồng khí nóng tập trung đúng biên dạng cần gia nhiệt.

3. Dải thông số nào đã được khảo sát trong mô phỏng và thực nghiệm gia nhiệt insert?

Quá trình gia nhiệt khảo sát thời gian thổi khí từ 5s đến 25s (bước khảo sát 1s) và các mức nhiệt độ khí cấp gồm 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, và 500°C. Quá trình giải nhiệt bằng nước được mô phỏng tại mốc thời gian 1s và các mốc thời gian khác với ba mức nhiệt độ nước làm mát là 30°C, 50°C, và 70°C.

4. Đồ án đã khắc phục những hạn chế nào của nghiên cứu tiền nhiệm trước đó?

Đề tài khắc phục 5 hạn chế của nghiên cứu do Nguyễn Hoàng Thiên Ngọc và Lê Viết Nam thực hiện: (1) thiết kế lại hệ thống làm mát để ngăn nước tràn vào lòng khuôn; (2) tăng kích thước tấm insert; (3) tích hợp cả hai lòng khuôn (gia nhiệt và đối chứng) lên cùng một tấm insert thay vì gia công một lòng trên thân khuôn; (4) phân tích trường nhiệt độ chi tiết theo cả hai trục PL và PL2; (5) khảo sát đối chứng hai phương án đầu thổi khí khác nhau.

5. Thiết bị phần cứng và phần mềm cụ thể nào được sử dụng để thu thập dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng?

Nghiên cứu sử dụng phần mềm Creo để dựng hình 3D, ANSYS Workbench (CFX, Meshing, DesignModeler) để mô phỏng dòng nhiệt khí và nước, Origin để xử lý dữ liệu đồ thị. Phần cứng thực nghiệm gồm máy khò nhiệt Makita HG6530V, camera nhiệt hồng ngoại Fluke Ti20 và phần mềm phân tích ảnh nhiệt chuyên dụng SmartView.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của Lương Hoàng Hiếu và Đặng Hoàng Duy đã nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp gia nhiệt cục bộ bằng khí nóng kết hợp cơ cấu insert xoay 180° trong khuôn ép nhựa. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ quy luật truyền nhiệt quá độ thông qua việc so khớp dữ liệu giữa mô phỏng ANSYS-CFX và đo thực nghiệm bằng camera nhiệt Fluke Ti20 dọc theo hai phương chuẩn PL và PL2. Thiết kế mỏ khò chữ nhật cải tiến (54 mm) cùng giải pháp gia nhiệt ngoài khuôn song song với chu kỳ ép đã chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng điền đầy sản phẩm mỏng mà vẫn bảo đảm tối ưu hóa thời gian chu kỳ sản xuất.