Nghiên cứu phân bố nhiệt của bề mặt khuôn trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Gia nhiệt cảm ứng từ mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống. Tốc độ gia nhiệt nhanh, có thể lên tới 20 giây, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ sản xuất. Khả năng tích hợp vào hệ thống khuôn hiện có, dưới dạng module đính kèm, làm giảm chi phí đầu tư. Hiệu suất gia nhiệt cao, giảm lãng phí năng lượng. Gia nhiệt cảm ứng từ đặc biệt hữu ích cho các vật liệu dẫn điện như kim loại và một số loại nhựa. Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ được thực hiện dễ dàng thông qua điều chỉnh tần số và dòng điện. Nghiên cứu tập trung vào việc khắc phục hạn chế của thiết kế cuộn dây 2D truyền thống, bằng việc đề xuất sử dụng ring coil 3D để cải thiện phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn. Quá trình gia nhiệt được mô phỏng và kiểm chứng bằng thí nghiệm thực tế.

Ring coil đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường cần thiết cho gia nhiệt cảm ứng từ. Thiết kế của ring coil, bao gồm số vòng dây, khoảng cách giữa các vòng dây, và vị trí đặt ring coil so với khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn. Thiết kế ring coil được tối ưu để đạt được sự phân bố nhiệt đồng đều nhất có thể. Tối ưu hóa ring coil là một phần quan trọng của nghiên cứu này. Mô hình hóa nhiệt và phân tích nhiệt được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các thiết kế ring coil khác nhau. Hiệu quả ring coil được đo lường thông qua việc phân tích phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn. Các thông số như nhiệt độ bề mặt khuôn, nhiệt độ tối đa và thời gian gia nhiệt được sử dụng để đánh giá hiệu quả ring coil.

Phần mềm COMSOL được sử dụng để mô phỏng quá trình gia nhiệt cảm ứng từ. Mô hình bao gồm khuôn, ring coil, và môi trường xung quanh. Phần mềm COMSOL tích hợp module RF để mô phỏng dòng điện Foucault và module nhiệt để tính toán truyền nhiệt và phân bố nhiệt. Các thông số như kích thước khuôn, vật liệu khuôn, số vòng dây của ring coil, khoảng cách giữa các vòng dây, tần số và cường độ dòng điện được nhập vào mô hình. Kết quả mô phỏng bao gồm phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn dưới dạng đồ thị và hình ảnh. Phân tích nhiệt cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế ring coil đến phân bố nhiệt. Mô phỏng cho phép tối ưu hóa thiết kế ring coil trước khi tiến hành thí nghiệm thực tế, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

Thí nghiệm được thiết kế để kiểm chứng kết quả mô phỏng bằng COMSOL. Thiết bị gia nhiệt cảm ứng từ và các thiết bị đo nhiệt độ được sử dụng. Nhiệt độ tại các điểm khác nhau trên bề mặt khuôn được đo trong suốt quá trình gia nhiệt. Dữ liệu thí nghiệm được thu thập và xử lý để so sánh với kết quả mô phỏng. So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm giúp đánh giá độ chính xác của mô hình. Sự khác biệt giữa hai kết quả được phân tích để xác định các nguồn lỗi có thể có. Kiểm soát nhiệt độ trong thí nghiệm rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Thí nghiệm giúp xác nhận tính khả thi của mô hình và độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các tham số ring coil đến phân bố nhiệt. Số vòng dây của ring coil ảnh hưởng đến cường độ từ trường, do đó ảnh hưởng đến gia nhiệt. Khoảng cách giữa các vòng dây của ring coil ảnh hưởng đến sự đồng đều của từ trường. Khoảng cách giữa hai khuôn ảnh hưởng đến sự thâm nhập của từ trường vào vật liệu. Phân tích sự thay đổi phân bố nhiệt khi thay đổi từng tham số. Dữ liệu được thể hiện bằng đồ thị và hình ảnh. Kết quả cho thấy sự tối ưu hóa các tham số ring coil để đạt được phân bố nhiệt đồng đều và hiệu quả gia nhiệt cao.

Kết quả mô phỏng bằng COMSOL được so sánh với kết quả thí nghiệm. Độ chính xác của mô hình được đánh giá dựa trên sự phù hợp giữa hai kết quả. Phân tích các sai lệch giữa hai kết quả. Xác định các nguyên nhân gây ra sai lệch. Đánh giá tính tin cậy của mô hình và phương pháp mô phỏng. Kết quả so sánh cho thấy mức độ tin cậy của mô hình và sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế. So sánh này giúp xác nhận tính khả thi của phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ sử dụng ring coil.