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 21 tháng 2 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Xuân Tâm iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, dìu dắt tận tình của quý thầy, cô giáo, các nhà khoa học trong và ngoài Khoa Công nghệ Chế tạo máy, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy TS Phạm Sơn Minh – ngƣời thầy đã nhiệt tình, tận tâm giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu khoa học.
Các thầy đã cùng tôi đặt những viên gạch đầu tiên trong quá trình xây dựng đề cƣơng và các thầy đã hƣớng dẫn tôi thực hiện một cách tỉ mỉ cho đến khi hoàn thành luận văn này. Thầy luôn là tấm gƣơng sáng trong lao động, trong nghiên cứu khoa học để tôi phấn đấu vƣơn lên trên con đƣờng học tập, nghiên cứu khoa học và ngày càng trƣởng thành hơn trong cuộc sống, học tập và công tác của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc Công ty giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và công tác. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thành viên trong gia đình tôi – những ngƣời thân yêu nhất của tôi luôn là hậu phƣơng, là chỗ dựa vững chắc, giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn và tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập công tác và có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các bạn học viên Cao học, chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, khóa 2013B,2014A – Trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và những ngƣời bạn đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2016 Học viên thực hiện luận văn Phạm Xuân Tâm v TÓM TẮT Hiện nay, t gia. ,gia nhiệt cảm ứng từ.
Tuy nhiên nghiê hân bố từ trƣờng trên khuôn nhiều lòng khuôn đề tài “Nghiên cứu phân bố từ trường trong qui trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa với các hình dạng khác nhau của cuộn dây” là cần thiết. Mục đích của đề tài là thiết kế - mô phỏng quá trình hoạt động cấp nhiệt cho tấm khuôn âm vật liệu thép bằng cảm ứng từ, với sự hỗ trợ của phần mềm SOLIDWORK và COMSOL Multiphysics và thực nghiệm. Kết quả đạt đƣợc của đề tài là thực hiện thành công bài mô phỏng gia nhiệt trong khuôn ép nhựa sử dụng cảm ứng từ; đánh giá xu hƣớng và sự biến đổi nhiệt độ trong khuôn; đánh giá ảnh hƣởng của hình dạng cuộn dây trên khuôn nhiều lòng khuôn. vi ABSTRACT Nowadays, there are many researches to optimize the mold temperature in the world such as: research of thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heating process, control mold temperature by micro membrane in the injection molding process.
In Vietnam, many scientific projects have been done concerning with mold temperature includes: designing hot channels for plastic injection molding, heating mold by thermo-resistance,induction heating. However studies magnetic field distribution on multiple cavity mold does not have much. Therefore, the topic "Research magnetic field distribution in the heating process for plastic injection mold with different shapes of the coil" is necessary. The purpose of this research is to design - simulating the operation of heat for steel plate material negative mold by magnetic induction, with the support of the COMSOL Multiphysics software SolidWorks, and experimental.
The result of this research is to achieve the successful implementation of all heating simulation in plastic injection molds using magnetic induction; assess trends and the temperature variation in the mold; evaluate the effects of mold shaped coil on multiple cavities. vii MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC……………………………………………………….i LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………….ii LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………….viii DANH MỤC HÌNH………………………………………………………….xi DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………………xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………….xv Chƣơng 1 TỔNG QUAN………………………………………………………….1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu,các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc…………………………………………………………………………….2 Mục tiêu của đề tài.3 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài………………………………………………….4 Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………………….5 Kế hoạch thực hiện………………………………………………………….10 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………………………….1 Cảm ứng từ và phƣơng pháp tính……………………………………………11 2.1 Cảm ứng từ………………………………………………………………….2 Phƣơng pháp tính……………………………………………………………13 2.2 Hiệu ứng bề mặt…………………………………………………………….1 Một số vấn đề về hiệu ứng bề mặt………………………………………….2 Ứng dụng trong công nghiệp……………………………………………….3 Khuôn ép nhựa………………………………………………………………17 2.1 Phân loại khuôn ép phun…………………………………………………….2 Sơ lƣợc về chu trình ép phun……………………………………………….4 Các khuyết tật khi ép…………………………………………………………20 viii 2.5 Các thông số ép…………………………………………………………….6 Quá trình truyền nhiệt……………………………………………………….7 Tổng quan về vật liệu chế tạo khuôn……………………………………….8 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt…………………………………………….9 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phƣơng pháp cảm ứng từ………………………………………………………………………………….10 Tổng quan về phần mềm COMSOL Multiphysics…………………………. PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM………………….1 Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ………………………………………………38 3.2 Khuôn và cuộn dây………………………………………………………….2 Phƣơng pháp thực nghiệm………………………………………………….ỨNG DỤNG PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM……………………………………………………33 4.1 Tổng quan về phần mềm COMSOL Multiphysics………………………….2 Tổng quan về phân tích………………………………………………………38 4.3 Tổng quát về gia nhiệt cảm ứng…………………………………………….4 Ứng dụng COMSOL mô phỏng thực nghiệm……………………………….1 Các bƣớc tiến hành mô phỏng……………………………………………….2 Kết quả mô phỏng……………………………………………………………47 Chƣơng 5. THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG CẢM ỨNG TỪ…………………………………………………………………………………56 5.1 Thực nghiệm quá trình gia nhiệt và cảm ứng từ…………………………….2 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng…………………………63 5.3 Mô phỏng gia nhiệt cảm ứng trên khuôn nhiều lòng khuôn…………………64 5.1 Phân tích đối tƣợng gia nhiệt……………………………………………….2 Thực nghiệm gia nhiệt cảm ứng trên khuôn…………………………………65 ix 5.
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN…………………………….77 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….79 x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý cảm ứng từ…………………………………………….2: Sơ đồ nguyên lý khuôn có lắp bộ phận gia nhiệt…………………………4 Hình 1.3: Phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ…………………….4: Sản phẩm vỏ điện thoại di động bị lỗi đƣờng hàn……………………….5: Gia nhiệt khuôn bằng cảm ứng từ và hình ảnh camera hồng ngoại………6 Hình 1.6: Gia nhiệt bề mặt khuôn bằng cảm ứng từ……………………………….1: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng…………………………………….2: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng tƣơng tự nhƣ máy biến áp……….3: Phân bố từ trƣờng và mật độ điện trên bề mặt………………………….4: Bộ khuôn ép nhựa gồm khuôn dƣơng và khuôn âm…………………….5: Khuôn có bốn lòng khuôn……………………………………………….6: Khuôn một lòng khuôn,khuôn bốn lòng khuôn sắp xếp hình chữ nhật,khuôn muỗng nhiều lòng khuôn bố trí hình tròn…………………………….7: Ứng dụng của phần mềm COMSOL Multiphysics.8: Một mô phỏng số học về đặc tính truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt ……………………………………………………….9: Giao diện cảm ứng từ ………………………………………………….10: Giao diện Heat Tranfer in Soli……….1: Máy gia nhiệt cảm ứng từ……………………………………………….2: Mô hình thực nghiệm gia nhiệt khuôn(khuôn âm)…………………….3: Bản vẽ khuôn thực nghiệm…………………………………………….4: Cuộn dây dạng xoắn tròn(spiral)……………………………………….5: Cuộn dây dạng xoắn vuông góc…………………………………………41 Hình 3.6: Cuộn dây dạng hình chữ nhật………………………………………….7: Cuộn dây dạng lƣợn sóng……………………………………………….8: Cuộn dây dạng song song……………………………………………….9: Cuộn dây dạng trụ……………………………………………………….10:Cuộn dây dạng hộp(3D)……………………………………………….11:Thiết bị đo không tiếp xúc…………………………………………….1 : Các bƣớc tiến hành mô phỏng số trong COMSOL…………………….2: Tùy chọn mô hình để mô phỏng……………………………………….3: Bảng chọn không gian xây dựng mô hình………………………………47 Hình 4.4: Bảng chọn đối tƣợng vật lý cần nghiên cứu…………………………….5: Bảng chọn trạng thái để nghiên cứu…………………………………….6: Các bƣớc nhập hình vẽ vào mô hình…………………………………….7: Chọn vật liệu cho các miền và biên…………………………………….8: Chọn đặc tính vật lý cho các miền và biên…………………………….9: Mô hình đã đƣợc chia lƣới………………………………………………51 Hình 4.10: Cài đặt giá trị tần số cho dòng điện…………………………………….11: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây xoắn tròn phẳng(spiral)………………………………………………….12: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây tròn(1 vòng)…………………………………………………………….13: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây hình trụ………………………………………………………………….14: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây hình chữ nhật…………………………………………………………….15: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây xoắn hình chữ nhật………………………………………………………54 Hình 4.16: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây hình trụ đặt nằm ngang………………………………………………….17: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây hình trụ 3D (đại diện một vòng dây)……………………………………54 Hình 4.18: Kết quả mô phỏng gia nhiệt cảm ứng từ trên tấm tole dày 2 mm bằng cuộn dây hình lƣợn sóng………………………………………………………….1: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây spiral………….2: Hình ảnh lan truyền nhiệt sau 5s ……………………………………….3: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây xoắn vuông góc hình chữ nhật……………………………………………………………………….4: Hình ảnh lan truyền nhiệt sau 5s ………………………………………58 Hình 5.5: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây hình chữ nhật…58 Hình 5.6: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây lƣợn sóng…….7: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây song song…….8: Hình thực nghiệm và kết quả mô phỏng của cuộn dây dạng trụ……….9: Hình ảnh lan truyền nhiệt sau 5s……………………………………….10: Hình ảnh lan truyền nhiệt sau 10s…………………………………….11: Cuộn dây hình hộp(3D)……………………………………………….12: Bản vẽ khuôn………………………………………………………….13: Bản vẽ gia nhiệt khuôn bằng cuộn dây spiral…………………………65 Hình 5.14: Hình xác định vị trí đo nhiệt độ……………………………………….15: Kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm cuộn dây spiral………….16: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế và mô phỏng tại vị trí 1……………………67 Hình 5.17: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế tại vị trí 2 (6 lòng khuôn)…………………68 Hình 5.18: Phân bố từ trƣờng trong lòng khuôn………………………………….19: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế tại vị trí 3………………………………….20: Kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm cuộn dây xoắn vuông góc.21: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế tại vị trí 1………………………………….22: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế tại vị trí 2………………………………….23: Phân bố từ trƣờng trong lòng khuôn………………………………….24: Đồ thị nhiệt độ đo thực tế tại vị trí 3………………………………….25: Phân bố nhiệt độ trên khuôn sau khi ngừng gia nhiệt 5s………………73 Hình 5.26: Kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm cuộn dây hình chữ nhật….74 xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1: Kế hoạch thực hiện luận văn………………………………………….1: Các khuyết tật , nguyên nhân và cách xử lý……………………………20 Bảng 2.2: Nhiệt độ xylanh và nhiệt độ khuôn tƣơng ứng từng loại nhựa…………23 Bảng 2. 3: Nhiệt độ nhựa và khuôn khi ép……………………………………….24 xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CAD: Computer-Aided Design CAE: Computre-Aided Engineering IH: Induction Heating STL: Standard Template Library xv Chƣơng 1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: 1.1 Giới thiệu: Gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là quá trình rất quan trọng.Quá trình này làm giảm lỗi ở sản phẩm.Nếu nhiệt độ lòng khuôn cao(90oC- 180oC),quá trình điền đầy nhựa sẽ dễ dàng hơn.Tuy nhiên,nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao,quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài,và thời gian chu kỳ ép sản phẩm nhựa sẽ tăng,nên giá thành sản phẩm khó có thể giảm.