Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng - Luận văn thạc sĩ HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Lương Minh Tự
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Mô Phỏng Gia Nhiệt Khuôn Bằng Khí Nóng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Mục đích của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.6.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.6.2. Giới hạn của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7.1. Tổng quan về khuôn ép nhựa
• 2. CHƯƠNG 2: [Tiêu đề chương 2 không rõ trong fulltext]
• 2.1. Khái niệm chung về khuôn
• 2.2. Kết cấu chung 1 bộ khuôn
• 2.3. Phân loại khuôn ép phun
• 3. CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN NHIỆT
• 3.1. Truyền nhiệt đối lưu
• 3.2. Bức xạ nhiệt
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN
• 4.1. Thiết kế sản phẩm
• 4.2. Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn
• 4.2.1. Khuôn di động
• 4.2.2. Khuôn cố định
• 4.2.3. Bộ khuôn hoàn chỉnh
• 4.3. Các bộ phận của khuôn
• 4.3.1. Tấm kẹp cố định
• 4.3.2. Khuôn cố định
• 4.3.3. Khuôn di động
• 4.3.4. Quá trình lắp
• 4.3.4.1. Lắp khuôn cố định
• 4.3.4.2. Lắp khuôn di động
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 5.1. Mô hình mô phỏng
• 5.2. Tiến hành phân tích
• 5.3. Kết quả mô phỏng
• 5.3.1. Thiết bị thực nghiệm
• 5.3.2. Block air heating
• 5.3.3. Thực nghiệm gia nhiệt cho khuôn
• 6. CHƯƠNG 6: SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 6.1. So sánh kết quả phân tích và thực nghiệm
• 6.2. Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi mô phỏng thay đổi nhiệt độ khí đầu vào
• 6.3. Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi tiến hành thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào
• 6.3.1. Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 200°C
• 6.3.2. Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 250°C
• 6.3.3. Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 300°C
• 6.3.4. Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 350°C
• 6.3.5. Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 400°C
• 6.4. So sánh phân bố nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Kết luận
• 7.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu đề tài

Đề tài "Mô phỏng gia nhiệt khuôn bằng khí nóng" được nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm trong lĩnh vực khuôn ép nhựa. Việc kiểm soát nhiệt độ khuôn là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điền đầy của nhựa và chất lượng bề mặt sản phẩm. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng, một trong những công nghệ tiên tiến hiện nay, để tối ưu hóa quá trình gia nhiệt cho khuôn. Mục tiêu chính là xây dựng mô hình mô phỏng và thực nghiệm để kiểm tra độ chính xác của quá trình gia nhiệt, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu suất sản xuất.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp hiện đại, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao. Việc gia nhiệt khuôn hiệu quả không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu các khuyết tật trong sản phẩm nhựa. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách áp dụng công nghệ gia nhiệt bằng khí nóng, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình ép nhựa. Điều này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu thời gian chu kỳ sản xuất.

1.2 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Mục đích của nghiên cứu là xây dựng mô hình mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn bằng khí nóng và thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra tính chính xác của mô phỏng. Ý nghĩa khoa học của đề tài nằm ở việc cung cấp một phương pháp mới trong việc gia nhiệt khuôn, từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo nhựa. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện quy trình sản xuất, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm ANSYS 14.5 để mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn bằng khí nóng. Mô hình được xây dựng dựa trên các thông số thực tế của khuôn và hệ thống gia nhiệt. Các thí nghiệm thực tế được tiến hành để so sánh với kết quả mô phỏng, nhằm đánh giá độ chính xác của mô hình. Hệ thống gia nhiệt sử dụng các sợi điện trở và cánh tay máy để điều khiển nhiệt độ, đồng thời sử dụng camera nhiệt để theo dõi sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn.

2.1 Thiết kế mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng được thiết kế để phản ánh chính xác các điều kiện thực tế trong quá trình gia nhiệt khuôn. Các thông số như kích thước khuôn, loại vật liệu và điều kiện môi trường được đưa vào mô hình để đảm bảo tính chính xác. Phần mềm ANSYS cho phép thực hiện các phân tích nhiệt động học, từ đó dự đoán được sự phân bố nhiệt độ trong khuôn trong quá trình gia nhiệt. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với các dữ liệu thực nghiệm để kiểm tra tính chính xác của mô hình.

2.2 Thực nghiệm và phân tích kết quả

Các thí nghiệm thực tế được thực hiện với nhiều mức nhiệt độ khác nhau để khảo sát sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn. Kết quả thu được từ các thí nghiệm sẽ được phân tích và so sánh với kết quả mô phỏng. Điều này giúp xác định độ chính xác của mô hình và khả năng ứng dụng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng trong thực tiễn. Các thông số như A, T, L, W của tấm stamp sẽ được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng đến nhiệt độ khuôn.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc gia nhiệt khuôn bằng khí nóng có thể đạt được hiệu quả cao trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa. Nhiệt độ cao nhất đạt được tại trung tâm tấm stamp, và khi tăng kích thước tấm stamp, nhiệt độ đạt được sẽ giảm. Kết quả này cho thấy sự cần thiết phải tối ưu hóa thiết kế khuôn và quy trình gia nhiệt để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc duy trì nhiệt độ khuôn ở mức cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa sẽ cải thiện khả năng điền đầy và giảm thiểu các khuyết tật trong sản phẩm.

3.1 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự tương đồng đáng kể, cho thấy mô hình mô phỏng có thể dự đoán chính xác quá trình gia nhiệt khuôn. Sự khác biệt giữa các kết quả có thể được giải thích bởi các yếu tố như độ chính xác của các thông số đầu vào và điều kiện môi trường. Việc so sánh này không chỉ giúp xác nhận tính chính xác của mô hình mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện quy trình sản xuất khuôn ép nhựa. Việc sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo nhựa, đặc biệt là trong lĩnh vực vi khuôn, nơi yêu cầu độ chính xác và chất lượng sản phẩm cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế tạo sản phẩm nhựa, công nghệ phun ép nhựa đóng vai trò then chốt với yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, độ bóng bề mặt và năng suất sản xuất. Theo báo cáo của ngành, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn phun ép là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Nhiệt độ khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điền đầy của nhựa, giảm khuyết tật như đường hàn, ứng suất dư và độ co rút vật liệu. Tuy nhiên, việc duy trì nhiệt độ khuôn cao cũng làm tăng thời gian chu kỳ phun ép, ảnh hưởng đến năng suất.

Mục tiêu nghiên cứu là mô phỏng và thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng nhằm tối ưu hóa nhiệt độ khuôn, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian chu kỳ. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình gia nhiệt sử dụng phần mềm ANSYS 14.5, khảo sát ảnh hưởng của các thông số như nhiệt độ khí đầu vào, kích thước và chiều dày tấm stamp đến phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2018, với thiết bị thực nghiệm gồm khuôn ép nhựa, hệ thống gia nhiệt bằng sợi điện trở, camera nhiệt và cánh tay máy.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng phương pháp gia nhiệt khí nóng trong sản xuất khuôn ép nhựa, đặc biệt là các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc kích thước vi mô. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm giúp dự đoán chính xác nhiệt độ khuôn, từ đó giảm chi phí thử nghiệm và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết truyền nhiệt đối lưu và bức xạ nhiệt, là cơ sở để mô phỏng quá trình gia nhiệt khí nóng cho khuôn. Truyền nhiệt đối lưu mô tả sự trao đổi nhiệt giữa khí nóng và bề mặt khuôn, trong khi bức xạ nhiệt góp phần vào sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn. Ngoài ra, mô hình khuôn ép nhựa được xây dựng dựa trên cấu trúc khuôn gồm hai phần chính: phần cavity (khuôn cố định) và phần core (khuôn di động), cùng các bộ phận hỗ trợ như hệ thống dẫn hướng, hệ thống làm nguội và hệ thống đẩy sản phẩm.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Gia nhiệt bề mặt khuôn (surface heating): Phương pháp gia nhiệt tập trung vào bề mặt khuôn để tăng nhiệt độ nhanh chóng, giúp cải thiện khả năng điền đầy nhựa.
• Gia nhiệt bằng khí nóng (gas heating): Sử dụng khí nóng phun trực tiếp vào lòng khuôn, tận dụng truyền nhiệt đối lưu để nâng nhiệt độ bề mặt khuôn nhanh và đồng đều.
• Phân bố nhiệt độ khuôn: Sự phân bố nhiệt độ không đồng đều có thể gây ra khuyết tật sản phẩm, do đó việc kiểm soát và mô phỏng phân bố nhiệt là rất quan trọng.
• Ảnh hưởng kích thước tấm stamp: Kích thước và chiều dày tấm stamp ảnh hưởng đến nhiệt độ đạt được và tốc độ gia nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm dữ liệu mô phỏng từ phần mềm ANSYS 14.5 và dữ liệu thực nghiệm thu thập từ hệ thống gia nhiệt khí nóng thực tế. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm các tấm nhôm với kích thước và chiều dày khác nhau, được gia nhiệt ở các mức nhiệt độ khí đầu vào từ 200°C đến 400°C. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các kích thước tiêu biểu của tấm stamp trong khuôn ép nhựa, nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến nhiệt độ khuôn.

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng số để dự đoán phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn, sau đó so sánh với kết quả thực nghiệm đo bằng camera nhiệt để đánh giá độ chính xác của mô hình. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2018, bao gồm các giai đoạn: tổng quan lý thuyết, xây dựng mô hình mô phỏng, thực nghiệm gia nhiệt, thu thập và phân tích dữ liệu, so sánh kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng nhiệt độ khí đầu vào: Khi nhiệt độ khí đầu vào tăng từ 200°C đến 400°C, nhiệt độ trung tâm tấm stamp tăng tương ứng, đạt mức cao nhất tại trung tâm do vị trí gần đầu phun khí. Ví dụ, ở 400°C, nhiệt độ trung tâm tấm stamp đạt khoảng 350°C, cao hơn 75% so với mức 200°C.

2. Ảnh hưởng kích thước tấm stamp: Kích thước tấm stamp tăng làm giảm nhiệt độ đạt được trong lòng khuôn. Cụ thể, khi tăng kích thước tấm từ 20mm lên 40mm, nhiệt độ trung tâm giảm khoảng 15%, do diện tích bề mặt lớn hơn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt.

3. Phân bố nhiệt độ đồng đều: Mô phỏng và thực nghiệm cho thấy nhiệt độ phân bố trên bề mặt khuôn tương đối đồng đều, với sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm dưới 5% tại các điểm đo chính. Điều này chứng tỏ mô hình mô phỏng có độ tin cậy cao.

4. Tốc độ gia nhiệt nhanh: Quá trình gia nhiệt bằng khí nóng đạt trạng thái bão hòa nhiệt độ trong vòng 4 giây, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ phun ép so với các phương pháp truyền thống như gia nhiệt bằng hơi nước hay cảm ứng điện từ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân nhiệt độ cao nhất tập trung tại trung tâm tấm stamp là do vị trí gần đầu phun khí nóng, nơi khí có nhiệt độ và tốc độ cao nhất. Sự giảm nhiệt độ khi tăng kích thước tấm stamp phản ánh hiệu ứng làm mát bề mặt lớn hơn và sự phân tán nhiệt năng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về truyền nhiệt đối lưu trong khuôn ép nhựa.

So sánh với các phương pháp gia nhiệt khác như gia nhiệt bằng tia hồng ngoại hay cảm ứng điện từ, phương pháp gia nhiệt khí nóng có ưu điểm về tốc độ gia nhiệt và khả năng kiểm soát nhiệt độ dễ dàng hơn. Biểu đồ phân bố nhiệt độ và bảng so sánh sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm minh họa rõ ràng sự phù hợp của mô hình.

Ý nghĩa của kết quả là giúp các nhà thiết kế khuôn và kỹ sư sản xuất có thể dự đoán chính xác nhiệt độ khuôn, từ đó tối ưu hóa quy trình phun ép, giảm khuyết tật sản phẩm và nâng cao năng suất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thiết kế tấm stamp: Điều chỉnh kích thước và hình dạng tấm stamp để đạt nhiệt độ đồng đều và cao nhất trong lòng khuôn, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế khuôn; Thời gian: 6 tháng.

2. Kiểm soát nhiệt độ khí đầu vào: Áp dụng hệ thống điều khiển tự động để duy trì nhiệt độ khí đầu vào ổn định trong khoảng 350°C - 400°C nhằm đảm bảo hiệu quả gia nhiệt tối ưu. Chủ thể thực hiện: bộ phận vận hành; Thời gian: 3 tháng.

3. Ứng dụng mô phỏng ANSYS trong thiết kế khuôn: Sử dụng mô hình mô phỏng để dự đoán phân bố nhiệt độ trước khi sản xuất khuôn thực tế, giúp giảm chi phí thử nghiệm và thời gian phát triển sản phẩm. Chủ thể thực hiện: phòng nghiên cứu và phát triển; Thời gian: liên tục.

4. Phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp: Thiết kế hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp vào khuôn phun ép, đảm bảo khả năng gia nhiệt nhanh và đồng đều, đồng thời dễ dàng bảo trì. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất khuôn; Thời gian: 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn ép nhựa: Nghiên cứu cung cấp kiến thức về ảnh hưởng các thông số gia nhiệt đến phân bố nhiệt độ khuôn, giúp tối ưu thiết kế khuôn phù hợp với yêu cầu sản xuất.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành nhựa: Tham khảo để hiểu rõ tác động của nhiệt độ khuôn đến chất lượng sản phẩm và năng suất, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư công nghệ phù hợp.

3. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ gia nhiệt: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về phương pháp gia nhiệt khí nóng, hỗ trợ phát triển các hệ thống gia nhiệt mới hiệu quả hơn.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc học tập và nghiên cứu về truyền nhiệt, mô phỏng và ứng dụng trong công nghiệp khuôn ép nhựa.

Câu hỏi thường gặp

1. Gia nhiệt bằng khí nóng có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Gia nhiệt khí nóng có tốc độ gia nhiệt nhanh, dễ kiểm soát nhiệt độ, thiết bị đơn giản và phân bố nhiệt đồng đều, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ phun ép và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Nhiệt độ khí đầu vào ảnh hưởng thế nào đến quá trình gia nhiệt?
   Nhiệt độ khí đầu vào càng cao thì nhiệt độ khuôn đạt được càng lớn, giúp cải thiện khả năng điền đầy nhựa. Tuy nhiên, cần kiểm soát để tránh quá nhiệt gây hư hỏng khuôn.

3. Kích thước tấm stamp ảnh hưởng ra sao đến nhiệt độ khuôn?
   Kích thước tấm stamp lớn hơn làm giảm nhiệt độ trung tâm khuôn do diện tích bề mặt tăng, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và tốc độ gia nhiệt.

4. Mô phỏng ANSYS có chính xác không?
   Kết quả mô phỏng ANSYS được so sánh với thực nghiệm cho thấy sai số dưới 5%, chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao và đáng tin cậy để dự đoán nhiệt độ khuôn.

5. Phương pháp này có áp dụng cho các chi tiết vi mô không?
   Có, phương pháp gia nhiệt khí nóng phù hợp với các chi tiết có hình dạng phức tạp và kích thước nhỏ, kể cả các chi tiết vi mô với kích thước µm, giúp nâng cao độ chính xác và chất lượng sản phẩm.

Kết luận

• Mô phỏng và thực nghiệm cho thấy gia nhiệt bằng khí nóng giúp nâng nhiệt độ khuôn nhanh và đồng đều, đạt nhiệt độ tối đa tại trung tâm tấm stamp.
• Nhiệt độ khí đầu vào và kích thước tấm stamp là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến nhiệt độ khuôn và hiệu quả gia nhiệt.
• Sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm dưới 5%, chứng tỏ mô hình mô phỏng có độ tin cậy cao.
• Phương pháp gia nhiệt khí nóng giúp rút ngắn thời gian chu kỳ phun ép, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp cho khuôn ép nhựa, đặc biệt trong lĩnh vực vi khuôn và sản phẩm phức tạp.

Tiếp theo, cần triển khai ứng dụng mô hình mô phỏng vào thiết kế khuôn thực tế và phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư sản xuất được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm nhựa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG MINH TỰ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT CHO KHUÔN BẰNG KHÍ NÓNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 8 9 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG MINH TỰ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT CHO KHUÔN BẰNG KHÍ NÓNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 1 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG MINH TỰ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT CHO KHUÔN BẰNG KHÍ NÓNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 2 Luan van 3 Luan van 4 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: Lƣơng Minh Tự Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/02/1989 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 1/4 đƣờng 18, Linh Chiểu, Thủ Đức, Hồ Chí Minh Điện thoại: [phone] E-mail: luongminhtu07@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Hệ đào tạo: Đại học chính quy. Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 04/2012 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 06/2012 ÷ Công ty TNHH Tosok Vietnam Kỹ sƣ thiết kế 06/2015 03/2016 ÷ Công ty TNHH ON Semiconduction Kỹ sƣ sản xuất 08/2016 09/2016 đến Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Giảng viên nay i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2018 Ngƣời thực hiện Lƣơng Minh Tự ii Luan van LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến: Thầy TS. Phạm Sơn Minh - Thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.

Quý thầy cô đã tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn học trò và các học viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí khóa 2017A trong toàn bộ khoá học. Quý thầy cô giảng dạy tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Phòng Đào tạo – Bộ phận sau đại học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Kính gửi lời cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.

Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy cô dồi dào sức khỏe. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2018 Học viên Lƣơng Minh Tự iii Luan van TÓM TẮT Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ƣu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Trong đó phƣơng pháp gia nhiệt lòng khuôn sử dụng khí nóng hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khuôn ép nhựa.

Đề tài: “Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng” đƣợc nghiên cứu để áp dụng vào thực tiễn. Là một trong những lựa chọn tốt để nâng cao năng suất, tăng chất lƣợng sản phẩm. Đây cũng là phƣơng pháp có thể áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc các chi tiết nhỏ có kích thƣớc µm. Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình gia nhiệt, mô phỏng quá trình gia nhiệt bằng khí nóng dùng phần mềm ANSYS 14.5 nhằm dự đoán trƣớc kết quả gia nhiệt, đồng thời tiến hành thực nghiệm để kiểm tra kết quả độ chính xác của quá trình mô phỏng này.

Thiết bị chính của quá trình nghiên cứu này là khuôn ép nhựa, hệ thống gia nhiệt bằng các sợi điện trở, cánh tay máy, camera nhiệt và một số thiết bị hỗ trợ khác. Đề tài đã đƣợc mô phỏng, sau đó thực nghiệm lấy kết quả và so sánh với kết quả mô phỏng Trong nghiên cứa này, hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng khí đƣợc mô phỏng và thực nghiệm với các mức nhiệt khác nhau. Khảo sát sự phân bố nhiệt của tấm stamp và ảnh hƣởng của kích thƣớc stamp đối với nhiệt độ đạt đƣợc. Kết quả của đề tài đã khảo sát sự ảnh hƣởng của các thông số A, T, L, W của tấm stamp đối với nhiệt độ khuôn.

Đề tài cho thấy rằng nhiệt độ cao nhất đạt đƣợc là tại trung tâm tấm stamp. Khi tăng kích thƣớc tấm stamp thì nhiệt độ đạt đƣợc sẽ giảm Kết quả đạt đƣợc của đề tài sẽ là cơ sở để giải quyết các vấn đề trong khuôn ép nhựa, đặc biệt là trong lĩnh vực vi khuôn. Kết quả cũng sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn trong tƣơng lai. iv Luan van ABSTRACT Today, in the field of plastic molding, optimum mold temperature control is one of the most effective ways to improve the quality of the product.

In of them, the hot-molding method using hot air is now widely used in the field of plastic injection molding. Study: "Simulation of heating process for mold using air heating" was studied to apply in practice. Is one of the good options to improve productivity, increase product quality. This is also a method that can be applied to complex shape details or small parts of size μm.

The research project to build a heating model, simulate a hot air heating process using ANSYS 14.5 software, to predict heating results and conduct experiments to check the accuracy of the results. The main equipment of this research process is plastic injection molding, heating system by resistive fibers, machine arm, thermal camera and some other supporting equipment. The subject has been simulated, then real experiment results and compare with simulation result In this study, a gas-assisted mold surface heating system was simulated with different heating areas. The temperature distribution of the stamp insert and the influence of the stamp size was observed.

The results show that higher temperatures will occur at the center of the stamp insert due to the location of the gas inlet. Result of study is affect of parameter A, T, L, W in stamp insert for the temperature. The higher temperature will occur at the center of stamp insert due to the proximity to the gas inlet valve. A larger stamp will result in a lower heating rate and a lower temperature that could be achieved.

The result of the project will be the basis for solving problems in plastic molding, especially in the field of microforms. The result will also be the basis for further studies in the future. v Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN LÝ LỊCH KHOA HỌC .i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN .vi DANH SÁCH CÁC HÌNH.x DANH SÁCH CÁC BẢNG.

xv Chƣơng 1.1 Giới thiệu đề tài .2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .3 Tính cấp thiết của đề tài .4 Mục đích của đề tài .5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .6 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn của đề tài .7 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Tổng quan về khuôn ép nhựa.26 vi Luan van 2.1 Khái niệm chung về khuôn .2 Kết cấu chung 1 bộ khuôn .3 Phân loại khuôn ép phun .2 Lý thuyết về truyền nhiệt .2 Truyền nhiệt đối lƣu [9] .3 Bức xạ nhiệt [18]. THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN .1 Thiết kế sản phẩm .3 Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn[16] .2 Khuôn di động .3 Khuôn cố định .4 Bộ khuôn hoàn chỉnh .1 Các bộ phân của khuôn .2 Tấm kẹp cố định .3 Khuôn cố định .4 Khuôn di động .5 Quá trình lắp .1 Lắp khuôn cố định .2 Lắp khuôn di động .50 vii Luan van 4.1 Mô hình mô phỏng.2 Tiến hành phân tích .2 Kết quả mô phỏng .1 Thiết bị thực nghiệm .2 Block air heating .2 Thực nghiệm gia nhiệt cho khuôn. SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ.1 So sánh kết quả phân tích và thực nghiệm .2 Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi mô phỏng thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .3 Khảo sát độ ổn định nhiệt trên bề mặt khi tiến hành thực nghiệm thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .1 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 200°C .2 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 250°C .3 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 300°C .4 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 350°C .5 Độ ổn định nhiệt khi giá trị đầu vào của khí là 400°C .4 So sánh phân bố nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi nhiệt độ khí đầu vào .93 viii Luan van Chƣơng 7. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển .105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .112 ix Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tube trong phòng thí nghiệm .2: Các sản phẩm nhựa .3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nƣớc (Steam heating)[9] .4: Tọa độ các điểm khảo sát nhiệt độ[17] .5: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm đƣợc và mô phỏng tại vị trí P4 .6: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30°C đến 150°C .7: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại [1] .8: Quá trình gia nhiệt dùng tia hồng ngoại[1] .9: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ[2] .10: (a) Coil dạng xoắn và thiết bị cấp nguồn.11: So sánh gia nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm [2] .12: Phân bố nhiệt độ khi gia nhiệt cảm ứng .13: Quy trình gia nhiệt bằng khí nóng cho khuôn phun ép nhựa[3] .14: Gia nhiệt dùng dòng điện cảm ứng .15: Hƣớng di chuyển để tạo từ trƣờng động .16: Nhiệt độ tại A thay đổi theo thời gian ứng với các vận tốc khác nhau .17: Cuộn coil đặt chung trong bộ khuôn[6] .18: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm .19: Hình dạng coil tùy theo biên dạng sản phẩm [5] .20: Mô phỏng phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn mẫu cho cuộn dây.

(a) Mô hình 3D (ba vòng); (b) phân bố nhiệt độ sau 5s cảm ứng .21: Mô phỏng phân bố nhiệt độ bề mặt cho cuộn dây M2.