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 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 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 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 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.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 .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 Chƣơng 7. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển .105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .112 ix 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. (a) Hình dạng cuộn; (b) nhiệt độ của bề mặt tấm khi sử dụng Coil M2 cho 6s cảm ứng; (c) nhiệt độ trong cùng điều kiện nhƣng với dòng điện ngƣợc lại .22: Các hình dạng coil khác nhau [7] .23: Kết quả mô phỏng khi đổi hƣớng dòng điện .24: Thiết kế hình dạng kênh khí khác nhau bao gồm (a) kênh khí hình quạt và .25: Cấu trúc dạng khuôn composite[8] .26: (a) Vị trí đonhiệt độ thử nghiệm.27: Nhiệt độ khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau.28: So sánh nhiệt độ khuôn giữa các khuôn đƣợc thiết kế có và không có .29: So sánh sự phân bố nhiệt độ khuôn giữa thiết kế ống hình trụ và hình quạt .30: Đo nhiệt độ tại các vị trí xác định .31: Nhiệt độ bề mặt khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau .32: Kích thƣớc mẫu tấm insert có tích hợp các tấm micro .33: Mô phỏng nhiệt độ phân bố trong lòng khuôn và nhiệt độ ở các lớp khác nhau .1: Khuôn âm và khuôn dƣơng ở trạng thái đóng[13].2: Kết cấu chung của 1 bộ khuôn[13] .3: Cấu tạo khuôn 2 tấm[13].4: Khuôn 3 tấm 2 lòng khuôn[13] .5: Hình thực tế bộ khuôn nhiều tầng (hình a)và hệ thống bơm nhựa + hệ thống gia nhiệt (hình b) .6: Nguyên lý dẫn nhiệt [18] .7: Các yếu tố trong truyền nhiệt đối lƣu [9] .8: Các dạng truyền nhiệt đối lƣu [9] .9: Truyền nhiệt bức xạ [13] .1: Thiết kế sản phẩm[16].2: Biên dạng sản phẩm .3: Biên dạng mặt phân khuôn .4: Mặt phân khuôn và hƣớng mở khuôn .5: Khuôn âm, khuôn dƣơng và sản phẩm khi mở khuôn .6: Tấm khuôn di động .7: Lòng khuôn trên tấm khuôn di động .8: Tấm khuôn cố định .9: Bộ khuôn hoàn chỉnh .10: Linh kiện của 1 bộ khuôn hoàn chỉnh .11: Tấm kẹp cố định .12: Khuôn cố định .13: Khuôn di động .14: Lắp 4 bạc dẫn hƣớng vào trong tấm khuôn cố định.15: Lắp tấm kẹp cố định vào tấm khuôn cố định.16: Lắp bạc cuống phun .17: Lắp vòng định vị .