Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa theo phương pháp cảm ứng từ

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu quá trình gia nhiệt khuôn phun ép nhựa bằng phương pháp cảm ứng từ, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất.

• Tác giả: Đinh Ngọc Trinh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Gia Nhiệt Khuôn Phun Ép Nhựa Bằng Phương Pháp Cảm Ứng Từ
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nƣớc
• 1.1.1. Ngoài nước
• 1.1.2. Trong nước
• 1.2. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu đề tài
• 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.4.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.4.2. Giới hạn đề tài
• 1.5. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu

Tóm tắt

I. Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Trong lĩnh vực gia nhiệt khuôn phun, việc tối ưu hóa quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa là rất quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều khiển nhiệt độ khuôn có thể nâng cao chất lượng sản phẩm. Các phương pháp gia nhiệt hiện tại như gia nhiệt bằng hơi nước, tia hồng ngoại và khí nóng đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Tuy nhiên, phương pháp cảm ứng đang nổi bật nhờ vào tốc độ gia nhiệt nhanh và khả năng điều khiển nhiệt độ chính xác. Việc áp dụng công nghệ gia nhiệt bằng cảm ứng giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt sản phẩm nhựa, đồng thời giảm thiểu thời gian chu kỳ phun ép.

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về gia nhiệt khuôn phun đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa nhiệt độ khuôn có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vẫn còn hạn chế. Các doanh nghiệp chủ yếu tập trung vào giải nhiệt cho khuôn mà chưa chú trọng đến gia nhiệt. Điều này dẫn đến việc sản phẩm nhựa thường có chất lượng thấp và không đáp ứng được yêu cầu của thị trường.

II. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Công nghệ này cho phép gia nhiệt nhanh chóng và đồng đều, giúp nâng cao hiệu suất sản xuất. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cuộn dây 3D trong thiết kế có thể cải thiện đáng kể sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu độ cong vênh mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Hiệu suất gia nhiệt của phương pháp này được đánh giá cao, với khả năng đạt nhiệt độ yêu cầu chỉ trong vài giây.

2.1 Thiết kế cuộn dây gia nhiệt

Thiết kế cuộn dây là yếu tố quan trọng trong quá trình gia nhiệt khuôn phun. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các thông số như khoảng cách, chiều cao và tiết diện cuộn dây ảnh hưởng lớn đến hiệu suất gia nhiệt. Việc tối ưu hóa các thông số này giúp đạt được nhiệt độ đồng đều và nhanh chóng. Kết quả thực nghiệm cho thấy cuộn dây có tiết diện hình vuông và khoảng cách 1mm đến bề mặt khuôn cho hiệu suất gia nhiệt tốt nhất, với nhiệt độ đạt 91°C chỉ sau 2 giây.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng gia nhiệt bằng cảm ứng có thể đạt được hiệu suất cao trong sản xuất nhựa. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Các thiết kế cuộn dây 3D đã được chứng minh là hiệu quả hơn so với các thiết kế 2D truyền thống. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp nhựa tại Việt Nam, giúp nâng cao năng lực cạnh tranh và chất lượng sản phẩm.

3.1 Ứng dụng trong sản xuất

Công nghệ gia nhiệt khuôn phun bằng cảm ứng đã được áp dụng thành công trong nhiều nhà máy sản xuất nhựa. Việc sử dụng công nghệ này giúp giảm thiểu thời gian sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí và tăng lợi nhuận nhờ vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ mới này cũng giúp các doanh nghiệp đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn phun ép đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa chu kỳ sản xuất. Theo báo cáo ngành, tốc độ gia nhiệt khuôn truyền thống như gia nhiệt bằng hơi nước chỉ đạt từ 1 đến 3°C/s, trong khi các phương pháp gia nhiệt bề mặt như thổi khí nóng có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60°C đến 120°C chỉ trong 2 giây. Tuy nhiên, các phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc duy trì sự đồng đều nhiệt độ trên bề mặt khuôn, dẫn đến hiện tượng cong vênh và giảm chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển và tối ưu hóa quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa bằng phương pháp cảm ứng từ, nhằm đạt được tốc độ gia nhiệt nhanh (trong vòng 3-5 giây đạt nhiệt độ trên 100°C) và phân bố nhiệt độ đồng đều trên bề mặt khuôn. Nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa và thử nghiệm các thiết kế cuộn dây gia nhiệt khác nhau, đồng thời áp dụng phần mềm mô phỏng ANSYS để dự đoán và tối ưu hóa hiệu quả gia nhiệt. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên tấm khuôn mẫu kích thước 100x100x30 mm, với hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng nước từ 25°C đến 90°C, và nhiệt độ gia nhiệt tối đa đạt 110°C.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện chất lượng sản phẩm nhựa, giảm thiểu hiện tượng cong vênh, rút ngắn chu kỳ sản xuất và tiết kiệm năng lượng. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp sản xuất nhựa, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững ngành công nghiệp khuôn phun ép tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết truyền nhiệt và nguyên lý cảm ứng điện từ. Lý thuyết truyền nhiệt giúp mô tả quá trình truyền nhiệt từ bề mặt khuôn vào bên trong vật liệu, trong khi nguyên lý cảm ứng điện từ giải thích cơ chế tạo dòng điện cảm ứng trên bề mặt khuôn khi có dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây gia nhiệt.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào thiết kế cuộn dây gia nhiệt (induction coil) với các thông số chính gồm: khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn (coupling distance), chiều cao cuộn dây (coil height), bước cuộn dây (coil pitch) và tiết diện vòng dây (cross-sectional shape). Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: hiệu ứng bề mặt (skin effect), độ ngấm từ (magnetical permeability), mật độ dòng điện cảm ứng (current density), và phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn (temperature distribution).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ quá trình mô phỏng trên phần mềm ANSYS và các thí nghiệm thực tế với tấm khuôn mẫu kích thước 100x100x30 mm làm bằng thép không gỉ. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 15 lần đo tại 3 điểm khác nhau trên bề mặt khuôn, mỗi điểm được gia nhiệt 5 lần để đảm bảo độ chính xác và giảm sai số. Phương pháp chọn mẫu dựa trên thiết kế cuộn dây 2D và 3D với các biến thể về kích thước và hình dạng.

Phương pháp phân tích bao gồm mô phỏng đa vật lý (multi-physics) để dự đoán phân bố nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt, kết hợp với phân tích thực nghiệm để so sánh và xác nhận kết quả mô phỏng. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2013 đến tháng 7/2014, bao gồm các giai đoạn tổng quan, mô phỏng, thí nghiệm và tối ưu hóa thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Qua mô phỏng ANSYS, trong 4 thiết kế cuộn dây gia nhiệt, cuộn dây số 2 và số 3 cho kết quả phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn tốt nhất. Cụ thể, cuộn dây số 2 đạt tốc độ gia nhiệt 35,5°C/s với độ chênh lệch nhiệt độ giữa 3 điểm lên đến 60,5°C, trong khi cuộn dây số 3 có tốc độ gia nhiệt 25,5°C/s và độ chênh lệch nhiệt độ 17,0°C, cho thấy sự đồng đều nhiệt độ tốt hơn.

2. Thí nghiệm thực tế với cuộn dây 2D (thiết kế số 2) và 3D (thiết kế số 3) cho thấy cuộn dây 3D giảm đáng kể độ chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm trên bề mặt khuôn, đặc biệt khi thời gian gia nhiệt kéo dài. Cuộn dây 3D đạt nhiệt độ tối đa 91°C trong 2 giây, với tốc độ gia nhiệt 25,5°C/s, trong khi cuộn dây 2D có tốc độ gia nhiệt cao hơn nhưng vùng trung tâm không được gia nhiệt hiệu quả.

3. Tối ưu hóa các thông số cuộn dây cho thấy: khoảng cách cuộn dây đến bề mặt khuôn 1 mm tạo nhiệt độ cao hơn; chiều cao cuộn dây 40 mm và bước cuộn dây 7 mm giúp phân bố nhiệt độ đồng đều hơn; tiết diện dây hình vuông cải thiện sự đồng đều nhiệt độ so với tiết diện tròn.

4. Mô hình cuộn dây 3D cho phép gia nhiệt đồng đều trên bề mặt khuôn phức tạp, giảm hiện tượng cong vênh sản phẩm nhựa sau phun ép, đồng thời giữ được tốc độ gia nhiệt nhanh và hiệu quả năng lượng cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt giữa các thiết kế cuộn dây là do hình dạng và bố trí cuộn dây ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường và dòng điện cảm ứng trên bề mặt khuôn. Cuộn dây 3D với cấu trúc không gian đa chiều tạo ra từ trường phân bố đều hơn, giảm điểm nóng và điểm lạnh trên khuôn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về hiệu ứng bề mặt và phân bố dòng điện cảm ứng.

So sánh với các phương pháp gia nhiệt truyền thống như hơi nước hay khí nóng, phương pháp cảm ứng từ với thiết kế cuộn dây tối ưu không chỉ rút ngắn thời gian gia nhiệt mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm nhờ kiểm soát tốt hơn sự đồng đều nhiệt độ. Biểu đồ phân bố nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt tại các điểm đo được trình bày rõ ràng qua các hình ảnh camera nhiệt và dữ liệu cảm biến, minh chứng cho tính khả thi và hiệu quả của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng thiết kế cuộn dây 3D với khoảng cách 1 mm đến bề mặt khuôn nhằm tối ưu hóa tốc độ gia nhiệt và phân bố nhiệt độ đồng đều, giúp giảm cong vênh sản phẩm. Thời gian thực hiện: 6 tháng; chủ thể: các nhà sản xuất khuôn phun ép.

2. Tối ưu chiều cao cuộn dây ở mức 40 mm và bước cuộn dây 7 mm để cải thiện hiệu quả gia nhiệt và đồng đều nhiệt độ bề mặt khuôn. Thời gian thực hiện: 3 tháng; chủ thể: bộ phận thiết kế kỹ thuật.

3. Sử dụng tiết diện dây cuộn hình vuông thay vì tròn để nâng cao sự đồng đều nhiệt độ, giảm điểm nóng trên khuôn. Thời gian thực hiện: 2 tháng; chủ thể: nhà cung cấp vật liệu và kỹ sư thiết kế.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp ANSYS cho thiết kế cuộn dây gia nhiệt nhằm dự đoán chính xác hơn các thông số gia nhiệt cho các loại khuôn phức tạp. Thời gian thực hiện: 12 tháng; chủ thể: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn phun ép nhựa: Nắm bắt các phương pháp gia nhiệt hiện đại, tối ưu thiết kế cuộn dây để nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Doanh nghiệp sản xuất nhựa: Áp dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng từ để rút ngắn chu kỳ sản xuất, giảm chi phí và tăng năng suất.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ vật liệu: Tham khảo mô hình mô phỏng và phương pháp thí nghiệm để phát triển nghiên cứu sâu hơn về gia nhiệt và truyền nhiệt.

4. Nhà cung cấp thiết bị gia nhiệt và vật liệu: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và xu hướng thiết kế để cải tiến sản phẩm phù hợp với nhu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   Gia nhiệt cảm ứng từ có tốc độ gia nhiệt nhanh, hiệu suất năng lượng cao, khả năng gia nhiệt cục bộ và không ảnh hưởng đến môi trường, đồng thời dễ dàng điều khiển nhiệt độ.

2. Tại sao thiết kế cuộn dây 3D lại hiệu quả hơn so với 2D?
   Cuộn dây 3D tạo ra từ trường phân bố đều hơn trên bề mặt khuôn, giảm sự chênh lệch nhiệt độ và hạn chế hiện tượng điểm nóng, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn ảnh hưởng thế nào đến quá trình gia nhiệt?
   Khoảng cách nhỏ (khoảng 1 mm) giúp tăng hiệu suất gia nhiệt và đạt nhiệt độ cao hơn nhanh hơn, nhưng cần đảm bảo không gây hư hại vật lý cho khuôn.

4. Phần mềm ANSYS được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   ANSYS được dùng để mô phỏng quá trình gia nhiệt và truyền nhiệt, dự đoán phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn với các thiết kế cuộn dây khác nhau, giúp tối ưu hóa thiết kế trước khi thực nghiệm.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại khuôn phức tạp không?
   Có, nghiên cứu đã đề xuất mô hình cuộn dây 3D phù hợp với bề mặt khuôn phức tạp, giúp đạt được sự đồng đều nhiệt độ và giảm cong vênh sản phẩm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được thiết kế cuộn dây gia nhiệt 3D tối ưu với các thông số: khoảng cách 1 mm, chiều cao 40 mm, bước cuộn 7 mm và tiết diện dây hình vuông, giúp gia nhiệt nhanh và đồng đều.
• Tốc độ gia nhiệt đạt 25,5°C/s, nhiệt độ bề mặt khuôn lên đến 91°C trong 2 giây, đáp ứng yêu cầu sản xuất nhựa chất lượng cao.
• Mô phỏng ANSYS và thí nghiệm thực tế cho kết quả tương đồng, khẳng định tính chính xác của phương pháp nghiên cứu.
• Giải pháp gia nhiệt cảm ứng từ giúp giảm hiện tượng cong vênh, co rút và nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm nhựa.
• Đề xuất tiếp tục phát triển phần mềm mô phỏng và ứng dụng rộng rãi trong sản xuất khuôn phun ép nhựa để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng thiết kế cuộn dây 3D trong các dây chuyền sản xuất thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các loại khuôn phức tạp hơn nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp nhựa Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nƣớc 1.1 Ngoài nước Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn [1, 2]. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ được dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài.

Dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating). Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) (Hình 1.1) có thể đạt được tốc độ gia nhiệt từ 1oC/s đến 3oC/s [3]. Độ gia nhiệt theo phương pháp này không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn. Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng.

Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC [4, 5]. Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), (hình 1.2), được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa [6, 7]. 1 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Steam Steam Source Steam Recovery Recovery Air Source Valve exchange Air AirRecovery recovery unit Cool Water Water Source Water Recovery Recovery MOLD CONTROL SYSTEM Hình 1.1 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating) Hình 1.2 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating system) 2 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá [8, 9].

Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60oC đến 120oC trong thời gian 2 giây. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 giây. Ưu điểm của phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) là tốc độ gia nhiệt rất cao, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn. Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 1.3) cần được thực hiện lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào.3 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) Trong phương pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn (welding line), cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

3 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 1.4 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating) Trong các nghiên cứu mới đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (Hình 1.4) được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn. 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 - Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 giây - Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn. Tuy nhiên, hiện nay, các thiết kế của cuộn dây gia nhiệt chỉ giới hạn ở dạng 2D, toàn bộ cuộn dây chỉ được bố trí trên 2 mặt phẳng. Điều này ảnh hưởng không tốt đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt của khuôn.

Đây cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép. Để khắc phục hiện tượng này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm nâng cao độ đồng đều về nhiệt độ của bề mặt khuôn và giảm cong vênh sản phẩm. 4 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.2 Trong nước: Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giải quyết bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa. Trong quá trình tìm hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm chuyên dùng cho mô phỏng quá trình gia công nhựa như: C-Mold, Moldflow, Moldex3D,… Ngoài ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE được thực hiện như sau: - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên LÊ MINH TRÍ (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”.

Luận văn này đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng, kiểm tra kết quả. Tuy nhiên, nội dung đề tài này chưa đưa ra được phương pháp tối ưu cho việc thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở một chi tiết quá đơn giản, chưa phù hợp với yêu cầu thực tế. - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên NGUYỄN VĂN THÀNH (ĐH Bách Khoa TP HCM): “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD / CAE”. Luận văn này đã đề cập đến lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khuôn ép phun, nhằm xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD / CAE, áp dụng qui trình này cho sản phẩm là khuôn vỏ bình nước nóng.

- Đề tài nghiên cứu khoa học – công nghệ, PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH đã thực hiện đề tài : “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE, xác định thông số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa, hệ thống giải nhiệt hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của 5 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP thành phố), thực hiện trong thời gian 9-2003 đến 8-2004, nghiệm thu ngày 30-8- 2004. Tuy nhiên, đến hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội khuôn trong thời gian ngắn nhất. Ngược lại, quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Do đó, thực trạng của 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.2 Tính cấp thiết của đề tài Như đã trình bày ở trên, việc thiết kế hệ thống khuôn ép nhựa nói chung và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ nói riêng là một quá trình phức tạp, đòi hỏi tốn nhiều chi phí và thời gian.

Hiện nay, việc thiết kế hệ thống làm nguội được thực hiện theo 2 phương pháp: - Thiết kế theo kinh nghiệm. - Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (sử dụng công cụ CAE). Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều tập trung chủ yếu vào quá trình giải nhiệt cho khuôn. Do đó, 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 qua trình gia công.3 Mục tiêu đề tài, đối tƣợng nghiên cứu 1.1 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa theo nguyên lý gia nhiệt bề mặt bằng cảm ứng từ với các mục tiêu như sau: 6 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - Tốc độ gia nhiệt đủ nhanh (sau 3-5 giây, nhiệt độ bề mặt khuôn đạt tới nhiệt độ > 100oC) - Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây. - Phân tích, mô phỏng quá trình gia nhiệt nhằm dự đoán phân bố nhiệt độ ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây 1.2 Đối tượng nghiên cứu Mô hình gia nhiệt cho tấm khuôn phun ép bao gồm: - Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng nước - Hệ thống dẫn nước giải nhiệt trong lòng khuôn - Tấm khuôn - Phương pháp mô phỏng nhằm dự đoán kết quả gia nhiệt cho bề mặt khuôn.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 1.1 Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập và phân tích tài liệu về kỹ thuật điều khiển nhiệt độ cho khuôn phun ép gồm 2 nhóm chính:  Giải nhiệt cho khuôn  Gia nhiệt cho khuôn - Tìm hiểu các yêu cầu về kết cấu khuôn ứng với phương pháp điều khiển nhiệt độ theo nguyên lý cảm ứng từ - Phân tích và đề xuất các thiết kế cho cuộn dây trong hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho khuôn phun ép - Mô phỏng các thiết kế của cuộn dây và chọn ra các thiết kế khả thi - Thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả phân tích, mô phỏng 7 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - Tổng kết và đưa ra các phương án tối ưu hóa 1.2 Giới hạn đề tài: - Tấm khuôn mẫu kích thước : 100x100x30 mm3 - Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng nước : 25oC  90oC - Quá trình gia nhiệt cho khuôn đạt nhiệt độ cao nhất: 110oC 1.5 Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả. Phương pháp nghiên cứu 1.