Nghiên cứu phân bố nhiệt của lòng khuôn phun ép cho sản phẩm khay sim

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu phân bố nhiệt của lòng khuôn phun ép cho sản phẩm khay sim với phương pháp gia, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Lê Văn Sự
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Thành Trung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Phân Bố Nhiệt Trong Khuôn Phun Ép Khay Sim Bằng Phương Pháp Gia Nhiệt Cảm Ứng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Mục tiêu đề tài – Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.1. Mục tiêu đề tài
• 1.4.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.5.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5.2. Giới hạn đề tài
• 1.6. Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu
• 1.6.1. Cách tiếp cận
• 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Kế hoạch thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các phương pháp gia nhiệt
• 2.2. Giới thiệu về phương pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ
• 2.3. Lý thuyết cảm ứng điện từ ứng dụng để gia nhiệt
• 2.3.1. Thí nghiệm và kết luận Faraday
• 2.3.2. Định luật Lenz
• 2.3.3. Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ
• 2.4. Đặc điểm của quá trình cảm ứng điện từ
• 2.5. Hiệu ứng bề mặt
• 2.6. Thiết kế cuộn dây gia nhiệt
• 2.7. Công nghệ ép phun
• 2.8. Lý thuyết truyền nhiệt. Trao đổi nhiệt đối lưu
• 2.9. Lý thuyết vật liệu nhựa dùng trong công nghệ ép phun
• 2.9.1. Các tính chất của Polymer
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG – THỰC NGHIỆM
• 3.1. Mô phỏng quá trình gia nhiệt cảm ứng điện từ
• 3.2. Thực nghiệm gia nhiệt bằng cảm ứng từ
• 3.2.1. Phương án thực nghiệm
• 3.2.2. Thiết bị thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Kết quả mô phỏng gia nhiệt
• 4.1.1. Biểu đồ tại những khoảng cách 3, 5, 7, 9 mm
• 4.1.2. Bảng hình ảnh phân bố nhiệt độ được mô phỏng
• 4.2. Kết quả thực nghiệm gia nhiệt
• 4.3. So sánh gia nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm
• 4.4. So sánh Δt (0C) giữa thực nghiệm và mô phỏng
• 4.5. Sản phẩm ép thử từ việc gia nhiệt khay sim
• 4.5.1. Ép với nhựa PP
• 4.5.2. Ép với nhựa ABS
• 4.5.3. Ép với nhựa PA
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• Tài liệu tham khảo
• PHỤ LỤC 1: THỐNG KÊ SỐ LIỆU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

Tóm tắt

I. Tổng quan

Nghiên cứu phân bố nhiệt trong khuôn phun ép khay sim bằng phương pháp gia nhiệt cảm ứng là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ chế tạo máy. Phân bố nhiệt trong khuôn phun ép ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc duy trì nhiệt độ khuôn ở mức tối ưu giúp cải thiện khả năng điền đầy khuôn và chất lượng bề mặt sản phẩm. Khuôn phun ép được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa, đặc biệt là trong sản xuất các sản phẩm nhỏ và mỏng như khay sim điện thoại. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ đang được nghiên cứu và phát triển, với nhiều ưu điểm như tốc độ gia nhiệt nhanh và khả năng điều chỉnh nhiệt độ chính xác. Tuy nhiên, việc ứng dụng thực tế của phương pháp này vẫn còn hạn chế.

1.1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển của công nghệ chế tạo máy yêu cầu các sản phẩm nhựa ngày càng nhẹ, mỏng và chính xác hơn. Gia nhiệt cảm ứng là một trong những phương pháp hứa hẹn giúp cải thiện quy trình sản xuất. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu cách thức phân bố nhiệt trong khuôn phun ép khay sim, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc duy trì nhiệt độ khuôn ở mức cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa sẽ giúp tăng cường khả năng điền đầy khuôn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ trong khuôn và tìm ra phương pháp gia nhiệt hiệu quả nhất.

1.2 Các phương pháp gia nhiệt

Có nhiều phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép, bao gồm gia nhiệt bằng điện trở, khí nóng và cảm ứng điện từ. Trong đó, gia nhiệt cảm ứng được xem là phương pháp tiên tiến nhất với nhiều ưu điểm nổi bật. Phương pháp này cho phép gia nhiệt nhanh chóng và chính xác, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi sử dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể đạt đến 120°C chỉ trong vòng 7 giây. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của phương pháp này trong việc cải thiện quy trình sản xuất khuôn phun ép.

II. Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu về phân bố nhiệt trong khuôn phun ép cần dựa trên các lý thuyết cơ bản về truyền nhiệt và cảm ứng điện từ. Mô hình nhiệt được xây dựng để mô phỏng quá trình gia nhiệt và phân bố nhiệt độ trong khuôn. Các yếu tố như khoảng cách giữa cuộn dây gia nhiệt và bề mặt khuôn, thời gian gia nhiệt sẽ được xem xét kỹ lưỡng. Lý thuyết về hiệu ứng bề mặt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách thức nhiệt độ phân bố trên bề mặt khuôn. Nghiên cứu này sẽ áp dụng các phương pháp mô phỏng để dự đoán nhiệt độ và phân tích kết quả thực nghiệm.

2.1 Lý thuyết truyền nhiệt

Lý thuyết truyền nhiệt là nền tảng cho việc hiểu rõ cách thức nhiệt độ phân bố trong khuôn phun ép. Nhiệt độ trong khuôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu khuôn, thời gian gia nhiệt và khoảng cách giữa cuộn dây gia nhiệt và bề mặt khuôn. Việc áp dụng các phương trình truyền nhiệt giúp xác định được nhiệt độ tại các điểm khác nhau trên bề mặt khuôn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi nhiệt độ trong khuôn tăng, khả năng điền đầy nhựa cũng tăng theo, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình sản xuất.

2.2 Phương pháp gia nhiệt cảm ứng

Phương pháp gia nhiệt cảm ứng sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra nhiệt. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, một trường điện từ được tạo ra, làm nóng bề mặt khuôn. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như tốc độ gia nhiệt nhanh, khả năng điều chỉnh nhiệt độ chính xác và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn là 5 mm, nhiệt độ có thể đạt 120°C chỉ trong 7 giây. Điều này cho thấy công nghệ gia nhiệt cảm ứng có tiềm năng lớn trong việc cải thiện quy trình sản xuất khuôn phun ép.

III. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm cho thấy nhiệt độ phân bố trong khuôn phun ép phụ thuộc vào thời gian gia nhiệt và khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn. Các biểu đồ mô phỏng cho thấy sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian và khoảng cách, từ đó giúp xác định được các thông số tối ưu cho quá trình gia nhiệt. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy sự tương đồng với kết quả mô phỏng, chứng minh tính chính xác của mô hình. Việc so sánh giữa các phương pháp gia nhiệt khác nhau cũng cho thấy gia nhiệt cảm ứng là phương pháp hiệu quả nhất trong việc kiểm soát nhiệt độ khuôn.

3.1 Kết quả mô phỏng

Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho thấy nhiệt độ bề mặt khuôn tăng nhanh khi thời gian gia nhiệt kéo dài. Các biểu đồ nhiệt độ cho thấy sự phân bố nhiệt đồng đều khi khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn được tối ưu hóa. Kết quả mô phỏng cho thấy, với thời gian gia nhiệt 7 giây, nhiệt độ có thể đạt 120°C, cho thấy khả năng gia nhiệt nhanh chóng của phương pháp này. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng trong sản xuất khuôn phun ép.

3.2 Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương đồng với kết quả mô phỏng, chứng minh tính khả thi của mô hình. Nhiệt độ bề mặt khuôn được đo lường tại các thời điểm khác nhau cho thấy sự tăng trưởng nhiệt độ theo thời gian gia nhiệt. Việc thực hiện thí nghiệm trên mô hình thực tế cũng cho thấy nhiệt độ trong khuôn có thể đạt được mức tối ưu chỉ trong thời gian ngắn. Điều này khẳng định rằng gia nhiệt cảm ứng không chỉ là lý thuyết mà còn có thể áp dụng thực tế trong sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp nhựa, việc gia nhiệt khuôn phun ép đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo báo cáo của ngành, các sản phẩm nhựa ngày càng được thiết kế với kích thước nhỏ hơn, mỏng hơn và yêu cầu độ chính xác cao hơn. Quá trình phun ép các chi tiết dạng mỏng như khay sim điện thoại di động gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc duy trì nhiệt độ khuôn phù hợp để đảm bảo độ đầy khuôn và chất lượng bề mặt sản phẩm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn phun ép sản phẩm khay sim bằng phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ, tập trung vào ảnh hưởng của khoảng cách giữa bề mặt khuôn và cuộn dây gia nhiệt cũng như thời gian gia nhiệt. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi khuôn mẫu kích thước 150 x 150 x 25 mm, với bề mặt lòng khuôn là chi tiết mỏng của khay sim điện thoại Sony Z5, trong khoảng thời gian gia nhiệt không quá 15 giây. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc tối ưu hóa quá trình gia nhiệt nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, rút ngắn chu kỳ phun ép và giảm chi phí sản xuất, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng từ trong ngành cơ khí chế tạo máy và công nghiệp nhựa 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 cảm ứng điện từ và lý thuyết truyền nhiệt. Lý thuyết cảm ứng điện từ, bắt nguồn từ các định luật Faraday và Lenz, giải thích hiện tượng sinh dòng điện cảm ứng trong vật liệu dẫn điện khi đặt trong từ trường biến thiên tần số cao. Hiệu ứng bề mặt được ứng dụng để tập trung dòng điện cảm ứng tại lớp bề mặt khuôn, giúp gia nhiệt nhanh và hiệu quả. Lý thuyết truyền nhiệt bao gồm các phương thức dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ, trong đó dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt đối lưu được xem xét kỹ lưỡng để mô tả quá trình truyền nhiệt từ cuộn dây đến bề mặt khuôn và từ khuôn ra môi trường. Ngoài ra, các khái niệm chuyên ngành như hiệu ứng bề mặt, chiều sâu lớp gia nhiệt, thiết kế cuộn dây cảm ứng và đặc tính vật liệu nhựa (nhựa nhiệt dẻo PP, ABS, PA) cũng được tích hợp để phân tích và mô phỏng quá trình gia nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm. Dữ liệu mô phỏng được thu thập bằng phần mềm Comsol, mô phỏng phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn mẫu kích thước 150 x 150 x 25 mm với các khoảng cách cuộn dây gia nhiệt từ 3 mm đến 9 mm và thời gian gia nhiệt từ 3 đến 15 giây. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm các tấm khuôn và cuộn dây cảm ứng từ có tiết diện tròn 6 mm, khoảng cách vòng dây 5 mm. Thực nghiệm được tiến hành trên hệ thống gia nhiệt cảm ứng từ tích hợp với máy ép nhựa, đo nhiệt độ tại các vị trí VT1, VT2, VT3, VT4 trên bề mặt lòng khuôn bằng súng đo nhiệt hồng ngoại. Phương pháp chọn mẫu dựa trên mô hình tấm khuôn khay sim Sony Z5, phù hợp với đặc điểm chi tiết mỏng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và hồi quy để xây dựng phương trình mô tả nhiệt độ bề mặt khuôn theo thời gian và khoảng cách cuộn dây. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 01/2016 đến tháng 10/2017, bao gồm thu thập tài liệu, mô phỏng, thực nghiệm và tổng kết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt đến nhiệt độ bề mặt khuôn: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tăng theo hàm bậc hai với thời gian gia nhiệt. Cụ thể, khi thời gian gia nhiệt tăng từ 3 giây lên 7 giây, nhiệt độ bề mặt khuôn tăng từ khoảng 60°C lên đến 120°C tại khoảng cách 5 mm giữa cuộn dây và khuôn.

2. Ảnh hưởng của khoảng cách cuộn dây đến phân bố nhiệt: Khoảng cách giữa bề mặt lòng khuôn và cuộn dây gia nhiệt ảnh hưởng lớn đến sự đồng đều và giá trị nhiệt độ. Ở khoảng cách 5 mm, nhiệt độ phân bố tương đối đồng đều trên bề mặt khuôn, đạt 120°C sau 7 giây gia nhiệt. Khi khoảng cách tăng lên 7 mm hoặc 9 mm, nhiệt độ giảm và phân bố nhiệt trở nên không đồng đều hơn, với nhiệt độ thấp hơn khoảng 20-30% so với khoảng cách 5 mm.

3. So sánh mô phỏng và thực nghiệm: Sự chênh lệch nhiệt độ Δt giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm nằm trong khoảng 2-5°C, cho thấy mô hình mô phỏng có độ chính xác cao và phù hợp để dự đoán phân bố nhiệt trong thực tế.

4. Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm ép phun: Sản phẩm khay sim ép từ nhựa PP, ABS và PA khi sử dụng gia nhiệt cảm ứng từ với khoảng cách 5 mm và thời gian gia nhiệt 7 giây cho chất lượng bề mặt tốt hơn, giảm hiện tượng bavia và cong vênh so với sản phẩm ép không sử dụng gia nhiệt. Tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu tăng khoảng 15-20%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự tăng nhiệt độ bề mặt khuôn theo thời gian là do dòng điện cảm ứng sinh ra trong bề mặt khuôn tăng dần, tạo ra nhiệt lượng lớn hơn. Khoảng cách cuộn dây ảnh hưởng đến cường độ từ trường và mật độ dòng điện cảm ứng, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả gia nhiệt. Kết quả đồng nhất với các nghiên cứu quốc tế cho thấy gia nhiệt cảm ứng từ có thể nâng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60°C lên 120°C chỉ trong vòng 7 giây, nhanh hơn nhiều so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống như gia nhiệt bằng hơi nước hay khí nóng. Việc mô phỏng và thực nghiệm cho thấy phương pháp này phù hợp với các chi tiết mỏng, phức tạp như khay sim, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và rút ngắn chu kỳ sản xuất. Biểu đồ phân bố nhiệt độ và bảng so sánh nhiệt độ tại các vị trí đo được trình bày rõ ràng trong luận văn, minh họa sự đồng đều và hiệu quả của phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa khoảng cách cuộn dây gia nhiệt: Khuyến nghị duy trì khoảng cách 5 mm giữa cuộn dây và bề mặt lòng khuôn để đạt hiệu quả gia nhiệt tối ưu, đảm bảo nhiệt độ phân bố đồng đều và đạt 120°C trong thời gian 7 giây. Chủ thể thực hiện là các kỹ sư thiết kế khuôn và nhà sản xuất thiết bị gia nhiệt, thời gian áp dụng trong vòng 6 tháng.

2. Áp dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ cho các chi tiết mỏng và phức tạp: Đề xuất mở rộng ứng dụng phương pháp này cho các sản phẩm nhựa có kích thước nhỏ, mỏng nhằm nâng cao chất lượng bề mặt và giảm lỗi sản phẩm. Các doanh nghiệp sản xuất nhựa và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai trong 1 năm tới.

3. Phát triển hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động: Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn gia nhiệt cảm ứng từ dựa trên cảm biến nhiệt độ và phần mềm điều khiển để duy trì nhiệt độ ổn định, giảm thiểu sai số và tăng tính lặp lại. Chủ thể thực hiện là các công ty công nghệ và viện nghiên cứu, thời gian phát triển dự kiến 12-18 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng về vật liệu và thiết kế cuộn dây: Khuyến nghị nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các loại vật liệu nhựa khác nhau và thiết kế cuộn dây gia nhiệt để tối ưu hóa hiệu suất gia nhiệt cho từng loại sản phẩm cụ thể. Các trường đại học và viện nghiên cứu nên thực hiện trong giai đoạn 2-3 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn phun ép: Luận văn cung cấp kiến thức về phân bố nhiệt và phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ, giúp tối ưu thiết kế khuôn, nâng cao chất lượng sản phẩm và rút ngắn chu kỳ sản xuất.

2. Doanh nghiệp sản xuất nhựa: Các nhà quản lý và kỹ thuật viên có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, giảm lỗi sản phẩm và tiết kiệm chi phí nhờ gia nhiệt hiệu quả.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô phỏng và thực nghiệm chi tiết, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về công nghệ gia nhiệt và ép phun nhựa.

4. Nhà cung cấp thiết bị gia nhiệt: Thông tin về thiết kế cuộn dây, hiệu quả gia nhiệt và các thông số kỹ thuật giúp phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp nhựa.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Gia nhiệt cảm ứng từ có tốc độ gia nhiệt nhanh, hiệu quả năng lượng cao, chỉ tác động lên bề mặt cần gia nhiệt, giúp giảm thời gian chu kỳ và tăng chất lượng sản phẩm. Ví dụ, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể tăng từ 60°C lên 120°C chỉ trong 7 giây.

2. Khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt khuôn ảnh hưởng thế nào đến quá trình gia nhiệt?
   Khoảng cách nhỏ giúp tăng cường độ từ trường và mật độ dòng điện cảm ứng, làm tăng nhiệt độ bề mặt và phân bố nhiệt đồng đều hơn. Nghiên cứu cho thấy khoảng cách 5 mm là tối ưu cho khay sim Sony Z5.

3. Phương pháp mô phỏng có chính xác không?
   Kết quả mô phỏng so sánh với thực nghiệm cho thấy sai số nhiệt độ chỉ khoảng 2-5°C, chứng tỏ mô hình mô phỏng bằng Comsol có độ tin cậy cao trong dự đoán phân bố nhiệt.

4. Gia nhiệt cảm ứng từ có áp dụng được cho các loại nhựa khác nhau không?
   Có, nghiên cứu đã thử nghiệm với nhựa PP, ABS và PA, đều cho kết quả cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm lỗi bavia, cong vênh so với không sử dụng gia nhiệt.

5. Có những hạn chế nào của phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ?
   Phương pháp này chủ yếu hiệu quả với vật liệu sắt từ, chi phí thiết bị còn cao và khó thiết kế cuộn dây cho bề mặt khuôn phức tạp. Do đó, cần nghiên cứu thêm để mở rộng ứng dụng.

Kết luận

• Gia nhiệt cảm ứng từ là phương pháp hiệu quả để nâng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn phun ép sản phẩm khay sim, đạt 120°C trong 7 giây với khoảng cách cuộn dây 5 mm.
• Nhiệt độ bề mặt khuôn tăng theo hàm bậc hai với thời gian gia nhiệt, và phân bố nhiệt đồng đều khi khoảng cách cuộn dây được tối ưu.
• Mô phỏng bằng phần mềm Comsol phù hợp với kết quả thực nghiệm, sai số nhiệt độ nhỏ, đảm bảo tính chính xác trong dự đoán.
• Ứng dụng phương pháp này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm nhựa, giảm lỗi bavia và cong vênh, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất.
• Đề xuất phát triển hệ thống điều khiển tự động và nghiên cứu mở rộng về vật liệu, thiết kế cuộn dây để nâng cao hiệu quả gia nhiệt trong tương lai.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai ứng dụng thực tế phương pháp gia nhiệt cảm ứng từ, đồng thời phát triển các giải pháp điều khiển và thiết kế phù hợp nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp 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 LÊ VĂN SỰ NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA LÒNG KHUÔN PHUN ÉP CHO SẢN PHẨM KHAY SIM VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKC007455 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN SỰ NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA LÒNG KHUÔN PHUN ÉP CHO SẢN PHẨM KHAY SIM VỚI PHƢƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: LÊ VĂN SỰ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1991 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 86, Đƣờng Số 6, Kp3, P.Tăng Nhơn Phú B, Quận 9, TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Điện thoại di động: [phone] E-mail: sulevan91@gmail.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian từ 09/2009 đến 09/2014 Nơi học: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy ép lon phế liệu, năng suất 20kg/h” Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 21/07/2014. Đại học công nghiệp thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: Th.S Huỳnh Văn Nam III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH TM MITSUBA 08/2014 - nay Nhân Viên M-TECH VIỆT NAM 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.HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Lê Văn Sự ii Luan van LỜI CẢM ƠN Một đề tài nghiên cứu không thể thành công nếu không có sự trợ giúp kết hợp với nỗ lực cố gắng của ngƣời nghiên cứu.

Do đó, tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của: Ban giám hiệu Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Qúy thầy cô Khoa Cơ khí chế tạo máy.TS Đỗ Thành Trung cùng toàn thể Quý Thầy Cô đã dạy và hƣớng dẫn nhiệt tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian theo học tại trƣờng. Các bạn kỹ sƣ đồng nghiệp đã động viên ủng hộ tinh thần. Tuy thời gian thực hiện đề tài là 6 tháng nhƣng do lƣợng kiến thức để phục vụ cho công tác nghiên cứu và thực hiện đề tài lại đòi hỏi một lƣợng kiến thức sâu rông nên quá trình thực hiện đề tài gặp nhiều khó khăn và hạn chế.

Tuy vậy, với sự hƣớng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi của Thầy PGS.TS Đỗ Thành Trung và các bạn đồng nghiệp, tôi đã lĩnh hội đƣợc rất nhiều kiến thức mới, bổ ích để phục vụ cho ngành kỹ thuật cơ khí và công tác nghiên cứu sau khi ra trƣờng. Vì vậy, một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn. Xin chúc quý thầy cô cùng toàn thể các bạn luôn dồi dào sức khoẻ và thành công! TP.HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2017. Ngƣời cảm ơn Lê Văn Sự iii Luan van TÓM TẮT Hiện nay có nhiều phƣơng pháp gia nhiệt khuôn phun ép nhựa nhƣ: gia nhiệt bằng điện trở, gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ, gia nhiệt bằng khí nóng, ….

Trong đó, phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ là phƣơng pháp còn mới và đang còn trong giai đoạn nghiên cứu, có thể ứng dụng nhiều loại khuôn khác nhau nhƣ là một module đính kèm nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn. Đề tài nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lòng khuôn phun ép cho sản phẩm khay sim bằng phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ với khoảng cách giữa bề mặt khuôn và cuộn dây gia nhiệt cảm ứng điện từ, thời gian gia nhiệt thay đổi. Trong nghiên cứu này tác giả chọn bề mặt lòng khuôn là khay sim điện thoại di động Sony Z5, đây là một chi tiết dạng mỏng dễ bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ khuôn. Bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm và mô phỏng tác giả xây dựng phƣơng trình hồi quy của nhiệt độ bề mặt lòng khuôn ứng với thời gian và khoảng cách giữa bề mặt lòng khuôn và cuộn dây thay đổi.

Qua đó thời gian gia nhiệt và khoảng cách phù hợp giữa bề mặt lòng khuôn và cuộn dây cảm ứng từ cũng đƣợc xác định. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ từ bề mặt lòng khuôn phụ thuộc rất lớn vào thời gian gia nhiệt và khoảng cách giữa cuộn dây và lòng khuôn. Khi thời gian gia nhiệt tăng thì nhiệt độ lòng khuôn tăng theo dạng hàm bậc 2. Với khoảng cách giữa bề mặt lòng khuôn và cuộn dây là 5 mm thì nhiệt độ phân bố tƣơng đối đồng điều và đạt giá trị 120 0C tại 7 s.

iv Luan van ABSTRACT Currently there are several heating methods for injection molding such as: resistance heating, electromagnetic induction heating, hot air heating, etc. Among them, electromagnetic induction heating is a new method and remains in the research stage, which can apply to various molds as an attachment module without having to change the mold structure. The research studies the temperature distribution of injection mold cavity for SIM tray by magnetic induction heating with the distance between the cavity surface and electromagnetic induction heating coils and variant heating duration. In this research, the author chose Sony Z5 mobile sim card tray as cavity surface, which is a thin profile susceptible to mold temperature.

By empirical planning and simulation method, the author develops a regression equation for the cavity temperature corresponding to change of time and distance between the cavity surface and the coil. As a result, the heating duration and the appropriate distance between the cavity surface and the magnetic induction coil have also been determined. The simulation and experiment results show that the temperature from the cavity surface is highly dependent on the heating duration and the distance between the coil and the cavity. As heating duration increases, the cavity temperature grows by quadratic function.

With the distance between the cavity surface and the coil of 5 mm, the temperature distribution is relatively homogeneous and reaches the value of 120 0C in 7 s. v Luan van MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN.

vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .x DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii CHỮ VIẾT TẮT. xiv Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1 Lý do chọn đề tài .2 Các kết quả nghiên cứu .3 Tính cấp thiết của đề tài .4 Mục tiêu đề tài – Đối tƣợng nghiên cứu .1 Mục tiêu đề tài .2 Đối tƣợng nghiên cứu .5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Giới hạn đề tài .6 vi Luan van 1.6 Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cách tiếp cận. Phƣơng pháp nghiên cứu 7 1.7 Kế hoạch thực hiện.

7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Các phƣơng pháp gia nhiệt .2 Giới thiệu về phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng điện từ .3 Lý thuyết cảm ứng điện từ ứng dụng để gia nhiệt. Thí nghiệm và kết luận Faraday 14 2. Định luật Lenz 15 2.3 Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ .4 Đặc điểm của quá trình cảm ứng điện từ .5 Hiệu ứng bề mặt .6 Thiết kế cuộn dây gia nhiệt.7 Công nghệ ép phun .8 Lý thuyết truyền nhiệt. Trao đổi nhiệt đối lƣu 23 vii Luan van 2.9 Lý thuyết vật liệu nhựa dùng trong công nghệ ép phun .2 Các tính chất của Polymer .29 Chƣơng 3 MÔ PHỎNG – THỰC NGHIỆM .1 Mô phỏng quá trình gia nhiệt cảm ứng điện từ .2 Thực nghiệm gia nhiệt bằng cảm ứng từ .1 Phƣơng án thực nghiệm .2 Thiết bị thực nghiệm .39 Chƣơng 4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .1 Kết quả mô phỏng gia nhiệt .1 Biểu đồ tại những khoảng cách 3, 5, 7, 9 mm.2 Bảng hình ảnh phân bố nhiệt độ đƣợc mô phỏng .2 Kết quả thực nghiệm gia nhiệt .3 So sánh gia nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm .4 So sánh Δt (0C) giữa thực nghiệm và mô phỏng .5 Sản phẩm ép thử từ việc gia nhiệt khay sim .1 Ép với nhựa PP .2 Ép với nhựa ABS .3 Ép với nhựa PA .72 Chƣơng 5 KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển.

78 viii Luan van Tài liệu tham khảo .79 PHỤ LỤC 1 THỐNG KÊ SỐ LIỆU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .81 ix Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nƣớc (Steam heating) 9 Hình 2.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating system) 10 Hình 2.3: Phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) 11 Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 13 Hình 2.5: Dòng điện cảm ứng trong phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 13 Hình 2.6: Thí nghiệm Faraday 14 Hình 2.7: Nguyên lý dẫn nhiệt 23 Hình 2.8: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng 26 Hình 2.9: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống 27 Hình 3.1: Mô hình phân tích tấm khuôn mẫu 34 Hình 3.2: Mô hình chia lƣới tấm khuôn mẫu 35 Hình 3.3: Hệ thống thí nghiệm 36 Hình 3.4: Hệ thống đo nhiệt độ 37 Hình 3.5: Vị trí đo nhiệt độ VT1, VT2, VT3, VT4 trên bề mặt lòng khuôn 37 Hình 3.6: Vị trí cuộn dây gia nhiệt so với vị trí đo nhiệt độ VT1, VT2, VT3, VT4 38 x Luan van Hình 3.7: Hệ thống thiết bị thí nghiệm 39 Hình 3.8: Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ 40 Hình 3.9: Cuộn dây gia nhiệt cảm ứng điện từ 41 Hình 3.10: Kích thƣớc và bản vẽ của tấm khuôn thí nghiệm 43 Hình 3.11: Bộ khuôn cho thí nghiệm 44 Hình 3.12: Hình cuộn dây gia nhiệt và khuôn để thí nghiệm gia nhiệt 44 Hình 3.13: Cuộn dây gia nhiệt cảm ứng điện từ và khuôn trong quá trình thí nghiệm trên máy ép nhựa 45 Hình 3.14: Thiết bị giải nhiệt cho khuôn.15: Súng đo nhiệt bằng hồng ngoại 47 Hình 4.1: Biểu đồ mô phỏng nhiệt độ với khoảng cách h = 3 mm 50 Hình 4.2: Biểu đồ mô phỏng nhiệt độ với khoảng cách h = 5 mm 50 Hình 4.3: Biểu đồ mô phỏng nhiệt độ với khoảng cách h = 7 mm 51 Hình 4.4: Biểu đồ mô phỏng nhiệt độ với khoảng cách h = 9 mm 51 Hình 4.