Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng

ột nguyên tử khác (trong kim loại) [3]. Dẫn nhiệt đóng góp lớn vào truyền nhiệt trong một chất rắn hoặc giữa các vật thể rắn khi chúng tiếp xúc nhau. Trong chất rắn, sự dẫn nhiệt xảy ra mạnh vì mạng lưới các nguyên tử nằm ở vị trí tương đối cố định và gần nhau, giúp việc trao đổi năng lượng giữa chúng thông qua dao động được dễ dàng. Khi mật độ các hạt giảm, tức là khoảng cách giữa các hạt trở nên xa hơn, dẫn nhiệt giảm theo. Điều này là do khoảng cách lớn giữa các nguyên tử gây ra việc có ít va chạm giữa các nguyên tử có nghĩa là chúng ít trao đổi nhiệt hơn. Do đó, chất lỏng và đặc biệt là các loại khí ít dẫn nhiệt. Với các chất khí, khi nhiệt độ hay áp suất tăng, các nguyên tử có xác suất va chạm nhau nhiều hơn, và do đó độ dẫn nhiệt cũng tăng theo [3]. Tính chất dẫn nhiệt trong lòng vật liệu có thể khác với tính dẫn nhiệt ở bề mặt, nơi có thể tiếp xúc với vật liệu khác. Kim loại (ví dụ như đồng, platinum, vàng,...) thường là các vật liệu dẫn nhiệt tốt. Điều này là do các điện tử tự do có thể chuyển nhiệt năng nhanh chóng trong lòng kim loại. Các "chất lỏng điện tử" của một vật kim loại rắn tiến hành gần như tất cả các dòng nhiệt qua vật rắn này. Proton mang ít hơn 1% năng lượng nhiệt. Điện tử cũng chuyên chở dòng điện chạy qua các chất rắn dẫn điện, dẫn đến độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của hầu hết các kim loại có cùng một tỷ lệ. Một dây dẫn điện tốt, chẳng hạn như đồng, thông thường cũng dẫn nhiệt tốt. Các hiệu ứng Peltier- Trang 31 Seebeck (hiệu ứng nhiệt điện) có nguồn gốc từ sự dẫn nhiệt của điện tử trong các chất dẫn điện. Dẫn nhiệt trong một vật rắn tương tự như khuếch tán của các hạt trong chất lỏng, khi không có dòng chảy chất lỏng. . Hình 2.7 : Nguyên lý dẫn nhiệt. (Nguồn [3] )  Định luật Fourrier Khi nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt trong vật thể, Fourrier đã phát hiện một lượng nhiệt dQ truyền qua một bề mặt dF trong thời gian d sẽ tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ, với thời gian và diện tích bề mặt . (bỏ qua chiều, chỉ tính độ lớn) Nếu quá trình là ổn định: Q : nhiệt lượng  : hệ số dẫn nhiệt (hệ số tỷ lệ, độ dẫn nhiệt) F : bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt (m2) τ : thời gian (s) Trang 32 2.3.1.2. Trao đổi nhiệt đối lƣu 2.3.1.2.1. Quá trình đối lƣu Quá trình đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt giữa các khối chất khí hoặc chất lỏng với nhau. Quá trình luôn gắn liền với sự dịch chuyển của khối chất lỏng, chất khí từ vùng có nhiệt độ này đến vùng khác [3]. Hình 2.8: Tỏa nhiệt đối lưu. (Nguồn [3] ) 2.3.1.2.2. Tỏa nhiệt Tỏa nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật rắn với dòng chất lỏng hoặc chất khí chuyển động trên bề mặt đó [3].  Phân loại:  Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên: Chất lỏng, chất khí chuyển động không do tác dụng của lực bên ngoài. Môi trường chuyển động do lực này tự phát sinh được gây ra bởi sự chênh lệch mật độ phân tử giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau.  Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức: Môi trường chuyển động nhờ ngoại lực từ bên ngoài tác động vào như bơm, quạt, máy nén a. b. Hình 2.9 a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên, b: Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức Trang 33  Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình tỏa nhiệt đối lưu + Tốc độ chuyển động của khối chất lỏng, chất khí. + Bản chất vật lý của chất lỏng, chất khí (, Cp, Cv ....) + Cường độ và sự phân bố trường nhiệt độ + Hình dáng, kích thước và vị trí của vách.  Định luật Newton –Rickmman Một nhiệt lượng dQ do một bề mặt dF của vật thể có nhiệt độ t T cấp cho môi trường xung quanh có nhiệt độ t L (hoặc ngược lại) trong khoảng thời gian d thì tỷ lệ với hiệu số nhiệt độ giữa vật thể và môi trường [3]. dQ = α (t T – tL).dF.dτ t T : nhiệt độ của vật thể ( 0C) t L : nhiệt độ của lưu chất (chất lỏng hoặc khí) ( 0C) α: hệ số cấp nhiệt (hệ số tỷ lệ) dF: diện tích (m2) dτ: thời gian (s) Toàn bộ diện tích bề mặt: Q = q.F =(tw-tf)F ; [W] Trong đó F [m2]- diện tích bề mặt vật. 2.3.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ Tất cả các vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 0K thì đều có phát ra những tia năng lượng dưới dạng những tia bức xạ lan truyền ra không gian xung quanh vật thể. Như thế chứng tỏ năng lượng đã biến thành tia bức xạ. Nếu vật thể có nhiệt độ càng cao thì lượng nhiệt truyền đi dưới dạng năng lượng càng lớn. Nhưng ở nhiệt độ thấp thì bức xạ vô cùng nhỏ (không có ý nghĩa trong kỹ thuật), chỉ có ở Trang 34 khoảng nhiệt độ lớn 100 0C, 200 0C trở lên thì bức xạ hồng ngoại mới có ý nghĩa đáng kể [3]. Đặc điểm của bức xạ nhiệt là luôn luôn gắn liền với việc chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Khi bức xạ, nhiệt năng (nội năng) của vật biến thành năng lượng của các dao động điện từ truyền đi trong không gian, khi gặp các vật khác, một phần (hoặc toàn bộ) năng lượng đó bị vật hấp thu và lại biến thành nhiệt năng. Mức độ hấp thu phụ thuộc vào độ đen của vật. Năng lượng hấp thu này một phần lại được phát trở lại dưới dạng năng lượng sóng điện từ và quá trình cứ thế tiếp tục mãi. Như vậy, 1 vật không chỉ luôn luôn phát đi năng lượng bức xạ mà đồng thời nhận năng lượng bức xạ từ các vật khác đến nó [3]. Hình 2.10: Truyền nhiệt bức xạ. (Nguồn [3] ) Về bản chất vật lý thì bức xạ nhiệt cũng giống như bức xạ ánh sáng, cũng tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ và hấp thu, cũng truyền theo 1 đường thẳng, cũng xuyên qua hoàn toàn khoảng chân không với tốc độ không đổi là 3.10 10 cm/s. Nhưng giữa chúng chỉ khác nhau về bước sóng [3]. Tuỳ theo chiều dài của bước sóng mà người ta phân ra: Dạng bức xạ Chiều dài bức xạ Tia vũ trụ 0,05.10-6µm Tia Gama 0,5.10 -6 -1.10 -6 µm Tia Rơnghen 1.106 - 20.10-3µm Tia tử ngoại 20.10-3 - 0,4µm Trang 35 Tia sáng (nhìn được bằng mắt thường) 0,4 - 0,8µm Tia hồng ngoại (không nhìn được bằng mắt thường) 0,8 - 40µm Sóng vô tuyến điện 0,2mm - X km Trao đổi nhiệt bức xạ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình truyền nhiệt của nhiều thiết bị: lò hơi,... * Lưu ý:  Không chỉ có vật nóng truyền năng lượng cho vật lạnh mà quá trình ngược lại vẫn xảy ra. Số năng lượng nhận được bằng hiệu số giữa năng lượng nhận và năng lượng mất đi. Kết quả của việc trao đổi năng lượng vẫn tuân theo định luật nhiệt động thứ 2 nghĩa là vật có nhiệt độ cao truyền năng lượng cho vật có nhiệt độ thấp.  Đối với quá trình dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt đối lưu, cường độ tiến hành của quá trình trên cơ bản được xác định bởi độ chênh nhiệt độ giữa các vật. Nhưng đối với trao đổi nhiệt bức xạ thì cường độ của quá trình không chỉ phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả vào giá trị nhiệt độ tuyệt đối của vật. Nếu nhiệt độ của vật càng cao (trong trường hợp có cùng hiệu số nhiệt độ) thì lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ càng lớn.  Trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa các vật có thể tiến hành ngay cả khi giữa các vật đó là chân không (khác với dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt).  Định luật Stefan-Baltzman Stefan đã tìm ra định luật này bằng thực nghiệm năm 1879 và đến năm 1884, Baltzman bằng lý thuyết đã chứng minh rằng “cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4” ( ) Với E0: cường độ bức xạ (W/m 2 ) T: nhiệt độ tuyệt đối của vật thể (0K) Trang 36 C 0 = 5,7 W/m 2 k 4 : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối. Định luật này chỉ chính xác đúng cho vật đen tuyệt đối. Nhưng qua các thí nghiệm của Stefan và các nhà khoa học khác thì định luật này cũng áp dụng cho vật xám. Trong trường hợp này: ( ) Với C là hệ số bức xạ của vật xám, nó thay đổi tuỳ theo bản chất, trạng thái bề mặt và nhiệt độ của vật. Giá trị của C nằm trong khoảng 0 < C < C0. Giá trị : gọi là độ đen của vật (0 <  < 1), được xác định bằng thực nghiệm 2.3.2. Truyền nhiệt 2.3.2.1. Khái niệm: Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ một lưu thể này sang lưu thể khác qua 1 tường ngăn cách gọi là truyền nhiệt. Vậy truyền nhiệt bao gồm cả dẫn nhiệt, cấp nhiệt và bức xạ nhiệt [3]. 2.3.2.2. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tƣờng phẳng Hình 2.11: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng. (Nguồn [3] ) Giả sử ta có tường phẳng 1 lớp có chiều dày δ, bề mặt tường F, độ dẫn nhiệt , một phía của tường là lưu thể nóng có nhiệt độ tn và phía kia là lưu thể lạnh có nhiệt độ tl.Hệ số cấp nhiệt từ lưu thể nóng đến tường là α1 và từ tường đến lưu thể nguội là α2. Nhiệt độ 2 bề mặt tường là tT1 và tT2. Trang 37 Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng (hơi bão hòa) đến lưu thể lạnh (chất lỏng sôi) gồm 3 giai đoạn. Ở trạng thái nhiệt ổn định thì lượng nhiệt Q của lưu thể nóng truyền cho tường bằng nhiệt lượng dẫn qua tường và bằng nhiệt lượng tường truyền cho chất lỏng lạnh. Phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng 1 lớp. Q = K .F.τ.Δ t 2.3.2.3. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tƣờng ống Xét một tường ống bán kính trong là R 1 , bán kính ngoài là R 2 , chiều dày δ, độ dẫn nhiệt λ và chiều dài L. Lưu thể nóng đi bên trong ống có nhiệt độ t n , lưu thể lạnh đi ngoài ống có nhiệt độ t l . Hệ số cấp nhiệt của lưu thể nóng là α 1 và của lưu thể nguội là α 2 . Nhiệt độ hai bề mặt tường là tT1 và tT2. Hình 2.12: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống. (Nguồn [3] ) Cũng như trong tường phẳng, nhiệt lượng truyền từ lưu thể nóng sang lưu thể lạnh phải qua 3 giai đoạn. Vì quá trình truyền nhiệt ổn định nên trong khoảng thời gian τ, lượng nhiệt qua 3 giai đoạn đều như nhau: Q = K R .2πL.τ.∆t Đây là phương trình truyền nhiệt qua tường ống 1 lớp. Trong đó: K R gọi là hệ số truyền nhiệt trong tường ống. Trang 38 Chƣơng 3 PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 3.1. Mô hình thí nghiệm 3.1.1. Mô hình Modun gia nhiệt cho khuôn 3.1.1.1. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của Modun gia nhiệt là nung nóng không khí khi đi qua Modun để gia nhiệt cho tấm insert của khuôn di động lên nhiệt độ cần thiết cho quá trình ép nhựa. 3.1.1.2. Cấu tạo Modun gia nhiệt 3.1.1.2.1. Bộ phận cung cấp khí Máy nén khí chuyển động tịnh tiến sử dụng piston điều khiển bằng tay quay. Có thể đặt cố định hoặc di chuyển được, có thể sử dụng riêng biệt hoặc tổ hợp. Chúng có thể điều khiển bởi động cơ điện hoặc động cơ đốt trong. Máy nén khí sử dụng piston tịnh tiến loại nhỏ có công suất từ 5-30 mã lực thường được sử dụng trong lắp ráp tự động và trong cả những việc không chuyển động liên tục. Những máy nén khí loại lớn có thể có công suất lên đến 1000 mã lực được sử dụng trong những ngành láp ráp công nghiệp lớn, nhưng chúng thường không được sử dụng nhiều vì có thể thay thế bằng các máy nén khí sử dụng chuyển động tròn của bánh răng và trục vít với giá thành rẻ hơn. Áp suất đầu ra có tầm dao động từ thấp đến rất cao (>5000 psi hoặc 35 MPa). Đối với các ngành công nghiệp thực phẩm thì máy nén khí không dầu được sử dụng tương đối hiệu quả. Dùng máy nén khí Piston Puma 1HP - PK1090 để làm bộ phận cung cấp khí cho quá trình gia nhiệt khối insert của khuôn Trang 39 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy nén khí thí nghiệm. Model máy nén khí Puma 1HP PK1090 Công suất (HP-KW) 1 - 0.75 Lưu lượng (l/phút) 185 Điện áp sử dụng (V) 220 Tốc độ quay puly đầu nén (v/phút) 983 Số xi lanh đầu nén 2 Áp lực làm việc (kg/cm2) 8 Áp lực tối đa (kg/cm2) 10 Dung tích bình chứa (L) 88 Kích thức DxRxC (mm) 1060x490x850 Trọng lượng (kg) 84 3.1.1.2.2. Bộ phận gia nhiệt cho khí Nhiệm vụ: cung cấp nhiệt cho không khí đi qua nó lên những nhiệt độ theo yêu cầu thí nghiệm Cấu tạo: gồm 3 tấm gia nhiệt là tấm gia nhiệt trên, tấm gia nhiệt giữa, tấm gia nhiệt dưới để gia nhiệt cho khí khi đi qua nó và 16 thanh điện trở cung cấp nhiệt cho các tấm gia nhiệt. Các tấm gia nhiệt cho khí: được làm bằng vật liệu thép CT3 và được gia công chế tạo trên máy CNC. Các thanh gia nhiệt có công suất 200 W Trang 40 Tấm trên Tấm trung gian Tấm dưới Hình 3.1: Bộ phận gia nhiệt Hình 3.2: Tấm dưới Trang 41 Hình 3.3: Tấm trung gian Hình 3.4: Tấm trên Hình 3.5: Điện trở đốt nóng công suất 200 W Trang 42 3.1.1.3. Bộ điều khiển nhiệt độ Nhiệm vụ: nhiệm vụ của bộ phận điều khiển của Modun gia nhiệt là tự động điều khiển nhiệt độ của khối gia nhiệt theo những nhiệt độ được cài đặt. Hình 3.6: Bộ phận điều khiển Cấu tạo: - Khung đỡ - Xi lanh hành trình gắn bộ gia nhiệt - Bo mạch điều khiển nhiệt độ - Các cảm biến nhiệt 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của Modun gia nhiệt. Sau khi cài đặt nhiệt độ cho rơ le nhiệt, bộ phận điều khiển của Modun ( hình 3.6) sẽ điều khiển cấp điện cho các điện trở đốt nóng. Các điện trở đốt nóng (hình 3.5) sẽ nóng lên cung cấp nhiệt cho khối gia nhiệt (hình 3.1). Khối gia nhiệt nóng đạt được nhiệt độ cài đặt trước, bộ phận điều khiển sẽ tự động ngắt điện các điện trở đốt nóng. Nhấn nút star điều khiển xilanh đi xuống vị trí cần gia nhiệt cho khuôn. Nhấn khóa mở van của máy nén cung cấp khí cho quá trình gia nhiệt. Khí nóng ( sau khi đi vào khối gia nhiệt) sẽ được phun trực diện lên tấm insert (hình 3.18) của khuôn di động để gia nhiệt cho tấm insert. Sau khi thực hiện phun khí cho tấm Trang 43 insert theo đúng thời gian cho trước, xilanh mang khối gia nhiệt sẽ kéo lên vị trí ban đầu kết thúc chu trình gia nhiệt cho khuôn. Trong quá trình gia nhiệt cho khuôn, khối gia nhiệt sẽ luôn đạt được nhiệt độ cài đặt trước nhờ bộ phận tự động điều khiển nhiệt độ của khối điều khiển. 3.1.3. Giới thiệu bộ khuôn thí nghiệm: 3.1.3.1. Kiểu khuôn thí nghiệm: Đối với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng” có chi tiết sản phẩm thí nghiệm đơn giản nên ta chọn kiểu khuôn là FUTABA SC (hình 3.7) theo tiêu chuẩn của Nhật Bản. Kết cấu khuôn theo kiểu FUTABA SC có: Hình 3.7: Kiểu khuôn FUTABA SC. T1: tấm kẹp trên A: khuôn cái B: khuôn đực C: gối đỡ E: tấm giữ F: tấm đẩy T2: tấm kẹp dưới Trang 44 3.1.3.2. Kết cấu khuôn thí nghiệm Các thành phần chính của khuôn ép làm thí nghiệm sau khi gia công. 3.1.3.2.1. Tấm kẹp trên Nhiệm vụ: giữ chặt tấm khuôn cái của bộ khuôn vào máy ép nhựa và giữ bạc cuốn phun của khuôn trên máy ép. Kích thước: 280*250*25 mm Vật liệu: thép CT3 Vòng định vị Bạc cuốn phun Vị trí nhựa vào Hình 3.8: Tấm kẹp trên Trang 45 3.1.3.2.2. Tấm kẹp dƣới Nhiệm vụ: giữ tấm khuôn đực và các chi tiết phụ của bộ khuôn lên máy ép nhựa. Kích thước: 280*250*25 mm Vật liệu: thép CT3 Hình 3.9: Tấm kẹp dưới Trang 46 3.1.3.2.3. Khuôn cái Nhiệm vụ: tạo hình cho sản phẩm nhựa Kích thước: 280*200*30 Vật liệu: thép CT3 Hình 3.10: Khuôn cái Trang 47 3.1.3.2.4. Khuôn đực Nhiệm vụ: tạo hình cho sản phẩm nhựa Kích thước: 280*200*35 Vật liêu: thép CT3 Kênh dẫn nhựa Cổng vào nhựa Khối insert Lòng khuôn Hình 3.11: Khuôn đực 3.1.3.2.5. Gối đỡ Nhiệm vụ: tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động Kích thước: 280*48*65 Vật liệu: thép CT3 Hình 3.12: Gối đỡ Trang 48 3.1.3.2.6. Tấm giữ và ty đẩy Nhiệm vụ: giữ các ti đẩy của bộ khuôn Kích thước: 280*100*15 Vật liệu: thép CT3 Chốt hồi Ty đẩy Lò xo hồi Hình 3.13: Tấm giữ và ty đẩy 3.1.3.2.7. Tấm đẩy Nhiệm vụ: đẩy các chốt đẩy để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. Kích thước: 280*100*15 Vật liệu: thép CT3 Hình 3.14: Tấm đẩy Trang 49 3.1.3.2.8. Bộ khuôn hoàn chỉnh Sau khi bộ khuôn được lắp hoàn chỉnh có hình dáng như sau: Hình 3.15: Bộ khuôn hoàn chỉnh 3.1.4. Thiết kế chế tạo khối insert cho khuôn 3.1.4.1. Nhiệm vụ của bộ phận gia nhiệt khuôn Khi nhựa nóng chảy được phun vào lòng khuôn để tạo ra sản phẩm, nhiệt độ dòng nhựa nóng này sẽ bị thất thoát trên đường đi, truyền qua khuôn và chỉ được bù đắp lại một phần nhờ sự ma sát giữa các phần tử nhựa khi di chuyển, điều này làm cho những lớp nhựa tiếp xúc với bề mặt khuôn đông đặc qua đó tác động làm giảm áp lực dòng chảy của nhựa. Quá trình giảm áp tích lũy dần dần cho đến khi dòng nhựa không còn đủ áp để di chuyển dòng nhựa, khi đó tác động làm cho dòng nhựa không thể thực hiện được khả năng điền đầy lòng khuôn. Để khắc phục tình trạng thất thoát nhiệt do truyền vào khuôn làm giảm áp dòng chảy cần có bộ phận gia nhiệt cho khuôn phù hợp để khả năng thất thoát nhiệt ít nhất qua đó cải thiện khả năng điền đầy lòng khuôn trong quá trình ép sản phẩm nhựa. Trang 50 Hình 3.16: Quá trình giảm áp của dòng nhựa Chiều dài của của sản phẩm nhựa phụ thuộc vào khả năng gia nhiệt cho bề mặt khuôn nhựa, khi nhiệt độ của bề mặt khuôn gần với nhiệt độ chảy ( nhiệt độ ép ban đầu) của vật liệu nhựa thì khả điền đầy lòng khuôn càng cao. Chính vì vậy bộ phận gia nhiệt cho khuôn có nhiệm vụ chính là cung cấp nhiệt cho bề khuôn cho suốt chiều dài lòng khuôn nhằm nâng cao khả năng điền đầy lòng khuôn. 3.1.4.2. Thiết kế khối insert cho khuôn Khối insert của khuôn là nơi trực tiếp tiếp xúc với dòng nhựa trong quá trình ép sản phẩm. Chính vì vậy khối insert chính là nơi cần phải được gia nhiệt để không làm thất thoát nhiệt của dòng chảy nhựa, qua đó giảm thiểu quá trình giảm áp dòng chảy nhựa để làm tăng khả năng điền đầy lòng khuôn của nhựa. Việc sử dụng khối insert để gia nhiệt cho khuôn phải được đảm bảo các yêu cầu về khả năng chống thất thoát nhiệt và yêu cầu về độ kín. Trang 51 Khối insert sau khi được thiết kế: Hình 3.17: Khối insert sau khi thiết kế Hình 3.18: Khối insert sau khi gia công Trang 52 3.2. Phân tích gia nhiệt trên phần mềm chuyên dụng 3.2.1. Giới thiệu modun phân tích gia nhiệt phần mềm ANSYS CFX Hình 3.19: Mô phỏng dòng chảy của khí Phần mềm ANSYS CFX là một chương trình động lực học chất lỏng mục đích chung, hiệu năng cao đã được áp dụng để giải các bài toán dòng chảy đa dạng trong hơn 20 năm qua. Hình 3.20: Tiến trình giải bái toán Ansys - CFX CFX được tích hợp trong nền tảng ANSYS Workbench, cung cấp các kết nối hai chiều cao cấp cho tất cả các hệ thống CAD chính, các công cụ tạo và hiệu chỉnh hình học mạnh mẽ với ANSYS DesignModeler, các công nghệ chia lưới cao cấp trong ANSYS Meshing, và dễ dàng kéo và thả truyền dữ liệu và các kết quả để chia sẽ giữa các ứng dụng. Trang 53 Hình 3.21: Giao diện cần thực hiện của CFX Tính năng truyền nhiệt và bức xạ của CFX Tối ưu truyền nhiệt có thể mang tính quyết định trong nhiều loại thiết bị công nghiệp, giống như cánh tuabin, các khối động cơ và buồng cháy, cũng như trong thiết kế các công trình và các kiến trúc. Trong các ứng dụng đó, dự đoán chính xác truyền nhiệt đối lưu là yếu tố cần thiết. Trong nhiều các trường hợp như vậy, khuếch tán nhiệt trong các khối rắn hoặc truyền nhiệt bằng bức xạ cũng có một vai trò quan trọng. 3.2.2. Phân tích gia nhiệt trên phần mềm  Khởi động phần mềm ANSYS 14 Hình 3.22: Khởi động phần mềm Trang 54  Khởi động modul Fluid Flow (CFX) Hình 3.23: Trình tự thiết lập mô đun tính toán  Thiết lập mô hình bài toán DESIGN MODELER (DM). Hình 3.24: Mô hình bài toán phân tích nhiệt Trang 55  Thực hiện chia lưới cho các phần tử của bài toán: Hình 3.25: Chia lưới trong phân tích mô hình bài toán  Thiết lập thông số thông số mô phỏng cho bài toán theo bảng . Bảng 3.2: Thông số mô phỏng trên phần mềm Thông số mô phỏng Nhiệt độ inlet của không khí 30 oC Nhiệt độ khí phun vào khu vực cần gia nhiệt 200 o C, 250 o C, 300 o C, 350 o C, 400 o C Khối lượng riêng của khí 1.185 kg/m3 Nhiệt dung riêng của khí 1004.4 J/kg*K Hệ số giãn nở vì nhiệt của khí 0.003356 K-1 Áp suất khí tham khảo 1 atm Nhiệt độ ban đầu của tấm nhôm tạo kết cấu dạng lưới 30 oC Khối lượng riêng của nhôm 2702 kg/m3 Nhiệt dung riêng của nhôm 903 J/kg*K Hệ số dẫn nhiệt của nhôm 237 W/m*K Hệ số truyền nhiệt từ khối khí sang tấm nhôm 2340 W/m*K Dạng phân tích nhiệt Transient (Thay đổi theo Trang 56 thời gian) Các mức thời gian phân tích 0 s  30 s (bước 5 s) Bước tối thiểu cho một mức thời gian phân tích 1 s Thời gian khởi tạo ban đầu 0 s . Hình 3.26: Bài toán sau khi được thiết lập  Sau khi hoàn thành bước setup, tiến hành phân tích Hình 3.27: Bài toán khi phân tích trên phần mềm Trang 57  Kết quả đạt được sau khi phân tích của một bài toán 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 3.28: Kết quả đạt được sau khi phân tích trên phần mềm 3.3. Thí nghiệm 3.3.1. Thí nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt độ tấm insert của khuôn: 3.3.1.1. Các thiết bị và quy trình thực hiện Tiến hành thí nghiệm đo nhiệt độ tấm insert của khuôn đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm máy nhựa của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, số 01 Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh Các thiết bị thí nghiệm đo nhiệt độ: - Bộ khuôn thí nghiệm ép phun (hình 3.15) - Modun gia nhiệt bằng khí ( hình 3.1 – 3.6) - Đầu đo nhiệt độ bằng dây cảm biến cầm tay (hình 3.30) - Máy ép phun nhựa (hình 3.29) Trang 58 Hình 3.29: Máy ép nhựa dùng trong thí nghiệm Hình 3.30: Thiết bị đo nhiệt độ bằng dây cảm biến Trang 59 Quy trình thí nghiệm:  Quá trình chuẩn bị - Gá đặt bộ khuôn và modun gia nhiệt lên máy ép phun nhựa - Thực hiện việc cài đặt nhiệt độ cho modun gia nhiệt. Hình 3.31: Vị trí của khuôn trong quá trình gia nhiệt.  Quá trình thực hành thí nghiệm - Điều khiển xilanh mang khối gia nhiệt đi xuống vị trí cần phun khí gia nhiệt (hình 3.31). - Cung cấp không khí cho khối gia nhiệt để gia nhiệt cho khí, khí sau khi đi qua khối gia nhiệt được phun trực diện vào tấm insert của khuôn. - Sau khi phun trực tiếp theo đúng thời gian yêu cầu, ngừng cung cấp khí cho khối gia nhiệt đồng thời xilanh mang khối gia nhiệt kéo lên vị trí ban đầu. - Đưa đầu dây cảm biến nhiệt độ vào trực tiếp từng điểm để đo nhiệt độ. Quá trình đo nhiệt tại bốn điểm (hình 3.22) theo chiều dài của tấm insert. - Ghi lại thông số kết quả nhận được Trang 60 V? trí vào nh?aVị trí nhựa vào P1 P2 P3 P4 Hình 3.32: Các vị trí đo nhiệt độ 3.3.1.2. Thí nghiệm đo nhiệt cho tấm insert Thực hiện thí nghiệm đo nhiệt theo quy trình như mục 3.3.1.1 tại những 4 điểm (hình 3.32). Số lượng thí nghiệm được thực hiện là đo 10 lần trên mỗi điểm với bước thời gian là 5 giây, thời gian tối đa thực hiện thí nghiệm là 60 giây. Vậy số lượng thí nghiệm cần đo nhiệt là 10x4x12=480 lần đo. 3.3.2. Thí nghiệm ép nhựa 3.3.2.1. Thiết bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm ép nhựa sản phẩm thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm máy nhựa của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, số 01 Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh với các thiết bị thí nghiệm như sau: - Bộ khuôn thí nghiệm ép phun (hình 3.15) - Modun gia nhiệt bằng khí ( hình 3.1 – 3.6) - Máy ép phun nhựa (hình 3.29) - Thướt đo - Nhựa thí nghiệm ép ( nhựa PP, ABS) 3.3.2.2. Qui trình thực hiện ép nhựa: Quy trình thí nghiệm:  Quá trình chuẩn bị - Gá đặt bộ khuôn và modun gia nhiệt lên máy ép phun nhựa - Thực hiện việc cài đặt nhiệt độ cho modun gia nhiệt. - Cài đặt thông số ép (T, P, ...) cho máy ép nhựa Trang 61  Quá trình thực hành ép nhựa - Điều khiển xilanh mang khối gia nhiệt đi xuống vị trí cần phun khí gia nhiệt (hình 3.31). - Cung cấp không khí cho khối gia nhiệt để gia nhiệt cho khí, khí sau khi đi qua khối gia nhiệt được phun trực diện vào tấm insert của khuôn. - Sau khi phun trực tiếp theo đúng thời gian yêu cầu, ngừng cung cấp khí cho khối gia nhiệt đồng thời xilanh mang khối gia nhiệt kéo lên vị trí ban đầu. - Đóng khuôn ép nhựa và thực hiện quá trình ép nhựa tự động - Lấy sản phẩm nhựa ra ngoài từ khuôn và đo đạt ghi lại kết quả. 3.3.2.3. Thí nghiệm ép 3.3.2.3.1. Nhựa PP  Thông số ép nhựa: - Nhiệt độ nung nhựa 210 0C . - Áp suất phun 60 kg/cm2. - Thời gian làm mát 2 giây - Thời gian phun 2 giây  Thông số gia nhiệt. Gia nhiệt cho bề mặt insert lên tới các nhiệt độ 60 0C, 90 0C, 120 0C, 150 0C bằng cách phun trực tiếp khí nóng vào bề mặt của insert theo thông số thời gian đã thí nghiệm đo nhiệt độ có được (theo bảng 4.2).  Thực hiện thí nghiệm ép nhựa PP Tiến hành thí nghiệm ép nhựa dựa theo qui trình thí nghiệm ép ở mục 3.4.2 với số lượng thí nghiệm cho loại nhựa PP là 10 thí nghiệm ép ứng với một thông số nhiệt độ bề mặt khuôn. Vậy số lượng thí nghiệm là: 3x10x5=150 thí nghiệm 3.3.2.3.2. Nhựa ABS  Thông số máy ép - Nhiệt độ nung nhựa 230 0C . - Áp suất phun 60 kg/cm2. Trang 62 - Thời gian làm mát 2 giây - Thời gian phun 2 giây  Thông số gia nhiệt. Gia nhiệt cho bề mặt insert lên tới các nhiệt độ 60 0C, 90 0C, 120 0C, 150 0C bằng cách phun trực tiếp khí nóng vào bề mặt của insert theo thông số thời gian đã thí nghiệm đo nhiệt độ có được (theo bảng 4.2).  Thực hiện thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm ép nhựa dựa theo qui trình thí nghiệm ép ở mục 3.4.2 với số lượng thí nghiệm cho loại nhựa ABS là 10 thí nghiệm ép ứng với một thông số nhiệt độ bề mặt khuôn. Vậy số lượng thí nghiệm là: 3x10x5=150 thí nghiệm. Trang 63 Chƣơng 4 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 4.1. Kết quả, phân tích mô phỏng và thí nghiệm đo nhiệt 4.1.1. Mô phỏng Kết quả đạt được sau khi tổng hợp các mô phỏng bài toán phân tích nhiệt trên phần mềm ANSYS được:  Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 200 0C 10s 15s 20s 25s 30s 5s 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 4.1: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và nhiệt độ khối gia nhiệt 200 0C Trang 64  Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 10s 15s 20s 25s 30s 5s 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 4.2: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và nhiệt độ khối gia nhiệt 250 0C  Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 300 0C 10s 15s 20s 25s 30s 5s 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và nhiệt độ khối gia nhiệt 300 0C Trang 65  Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 350 0C 10s 15s 20s 25s 30s 5s 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và nhiệt độ khối gia nhiệt 350 0C  Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 400 0C 10s 15s 20s 25s 30s 5s 40 72 105 138 170 Nhiệt độ Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và nhiệt độ khối gia nhiệt 400 0C Trang 66 Kết quả sau khi tổng hợp và thống kê số liệu đo trên phần mềm ANSYS được bảng 4.1 . Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng nhiệt độ tại 4 vị trí (Hình 3.32) trên bề mặt lòng khuôn Thời gian (giây) Vị trí Si_200 Si_250 Si_300 Si_350 Si_400 5 1 62 73 83 92 102 2 58 69 81 84 95 3 56 67 79 82 91 4 57 66 78 76 88 10 1 76 91 109 115 125 2 78 92 109 115 126 3 74 84 105 104 115 4 74 86 104 105 115 15 1 90 105 119 131 148 2 87 102 117 123 144 3 86 101 116 124 142 4 85 101 119 131 141 20 1 92 114 125 147 154 2 90 110 122 146 153 3 88 98 119 145 151 4 84 95 117 145 150 25 1 95 116 129 147 160 2 92 112 125 144 158 3 91 112 123 142 157 4 86 96 117 143 155 30 1 96 119 132 151 161 2 94 117 128 147 159 3 94 116 127 145 158 4 84 106 119 133 152 Ghi chú: Si: kết quả mô phỏng 200: nhiệt độ cài đặt cho khối gia nhiệt là 200 0C 250: nhiệt độ cài đặt cho khối gia nhiệt là 250 0C 300: nhiệt độ cài đặt cho khối gia nhiệt là 300 0C Trang 67 350: nhiệt độ cài đặt cho khối gia nhiệt là 350 0C 400: nhiệt độ cài đặt cho khối gia nhiệt là 400 0C Nhận xét: Qua kết quả mô phỏng ( thống kê ở bảng 4.1), nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 170 0C. Đây là nhiệt độ có thể tiến hành ép sản phẩm nhựa với nhiệt độ bề mặt lòng khuôn 150 0C. 4.1.2. Thí nghiệm gia nhiệt Thực hiện thí nghiệm đo nhiệt độ ở mục 3.3.1.2 và tổng hợp số liệu được bảng số liệu 4.2 dưới đây: Bảng 4.2: Kết quả đo nhiệt độ thực tế tại 4 vị trí (Hình 3.32) trên bề mặt lòng khuôn Thời gian (giây) Vị trí Ex_200 Ex_250 Ex_300 Ex_350 Ex_400 5 1 59 70 79 85 95 2 57 65 75 81 94 3 58 67 76 85 97 4 55 64 73 78 95 10 1 74 89 108 112 115 2 75 80 100 111 113 3 73 81 102 109 123 4 75 86 104 108 117 15 1 81 101 119 129 137 2 80 92 112 124 137 3 83 92 117 130 145 4 82 98 110 126 147 20 1 86 101 124 143 148 2 87 95 120 145 146 3 82 100 119 144 152 4 85 96 119 139 153 25 1 87 101 123 146 159 2 83 98 125 139 154 3 86 95 120 148 154 4 84 96 118 144 151 30 1 86 102 128 139 156 2 83 97 123 139 155 Trang 68 3 84 101 123 150 158 4 86 99 121 143 153 35 1 88 105 127 152 163 2 87 97 125 149 165 3 94 96 121 150 162 4 92 98 130 148 164 40 1 85 106 121 147 155 2 89 102 119 149 158 3 92 95 123 142 162 4 91 104 120 144 157 45 1 90 106 119 141 156 2 87 105 120 156 161 3 95 96 117 145 168 4 90 101 122 142 157 50 1 95 101 117 139 159 2 92 98 119 149 157 3 88 96 124 146 158 4 87 99 123 141 156 55 1 89 103 116 144 154 2 90 100 124 150 165 3 85 95 119 144 164 4 88 97 122 143 156 60 1 89 101 121 150 156 2 90 101 117 147 161 3 92 99 123 141 162 4 87 97 121 145 157 Ghi chú: Thời gian: là thời gian thực hiện phun khí gia nhiệt cho bề mặt khuôn Vị trí 1, 2, 3, 4: Bốn vị trí đo khi gia nhiệt Ex: Kết quả đo được trong quá trình thí nghiệm 200: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 250: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 300: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 300 0C 350: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 350 0C 400: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 400 0C Nhìn vào bảng 4.2 thì thấy rõ được nhiệt độ cao nhất có thể đạt được là 168 0 C khung thời gian gia nhiệt 45 giây và nhiệt đối khối gia nhiệt ở 400 0C . Với kết Trang 69 quả bảng 4.2 thì có thể tiến hành gia nhiệt theo những nhiệt độ 60 0C, 90 0C, 120 0C, 150 0 C để tiến hành thí nghiệm ép. Biểu đồ nhiệt của các trường hợp:  Nhiệt độ khối gia nhiệt: 200 0C Thời gian gia nhiệt (s) N h iệ t đ ộ ( o C ) Hình 4.6: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình gia nhiệt  Nhiệt độ khối gia nhiệt: 250 0C N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.7: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình gia nhiệt Trang 70  Nhiệt độ khối gia nhiệt: 300 0C N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.8: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình gia nhiệt  Nhiệt độ khối gia nhiệt: 350 0C N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.9: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình gia nhiệt Trang 71  Nhiệt độ khối gia nhiệt: 400 0C N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.10: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình gia nhiệt Ghi chú: P1: Vị trí đo nhiệt độ số P1 của tấm insert (Hình 3.32) P2: Vị trí đo nhiệt độ số P2 của tấm insert (Hình 3.32) P3: Vị trí đo nhiệt độ số P3 của tấm insert (Hình 3.32) P4: Vị trí đo nhiệt độ số P4 của tấm insert (Hình 3.32) Nhận xét: Qua các hình biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian bằng phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng (Hình 4.6 – 4.10), nhận thấy rằng nhiệt độ của tấm insert thay đổi rất nhanh trong khoảng từ 0-15 giây. Khoảng thời gian từ 15-30 giây , nhiệt độ thay đổi chậm hơn nguyên nhân là giữa quá trình gia nhiệt và tỏa nhiệt trở nên cân bằng hơn. Khi thời gian gia nhiệt vượt quá 30 giây thì nhiệt độ tấm insert có xu hướng giảm xuống. Nguyên nhân của hiện tượng này là do khối gia nhiệt cho không khí bị mất nhiệt dẫn đến nhiệt độ khí nóng giảm xuống. Đồng thời là thời gian gia nhiệt dài làm giảm áp trong máy nén khí nên lưu lượng khí cung cấp không Trang 72 đủ lớn, không thể bù được quá trình mất nhiệt ra ngoài của không khí do nhôm có tốc độ nhanh. Và dễ dàng nhận ra rằng nhiệt độ thích hợp cho việc ép nhựa sẽ được gia nhiệt trong khoảng thời gian từ 0-30 giây Với kết quả thu được (bảng 4.2) tác giả có thể ép sản phẩm với 5 trường hợp nhiệt độ 30 oC, 60 oC, 90 oC, 120 oC và 150 oC. 4.1.3. So sánh nhiệt của mô phỏng và thí nghiệm đo Tiến hành tổng hợp và thống kê các số liệu giữa đo nhiệt độ thực tế và mô phỏng trên phần mềm ANSYS ( bảng 4.1 và 4.2) tại 4 điểm gia nhiệt (Hình 3.32) của tấm nhôm ta được số liệu bảng 4.3. Ở đây tác giả chỉ lấy số liệu tới 30 giây trong cả mô phỏng và thí nghiệm để so sánh. Bảng 4.3: Tổng hợp số liệu giữa thí nghiệm thực tế và mô phỏng Thời gian (s) Vị trí Ex_ 200 Si_ 200 Ex_ 250 Si_ 250 Ex_ 300 Si_ 300 Ex_ 350 Si_ 350 Ex_ 400 Si_ 400 5 1 59 62 70 73 79 83 85 92 95 102 2 57 58 65 69 75 81 81 84 94 95 3 58 56 67 67 76 79 85 82 97 91 4 55 57 64 66 73 78 78 76 95 88 10 1 74 76 89 91 108 109 112 115 115 125 2 75 78 80 92 100 109 111 115 113 126 3 73 74 81 84 102 105 109 104 123 115 4 75 74 86 86 104 104 108 105 117 115 15 1 81 90 101 105 119 119 129 131 137 148 2 80 87 92 102 112 117 124 123 137 144 3 83 86 92 101 117 116 130 124 145 142 4 82 85 98 101 110 119 126 131 147 141 20 1 86 92 101 114 124 125 143 147 148 154 2 87 90 95 110 120 122 145 146 146 153 3 82 88 100 98 119 119 144 145 152 151 4 85 84 96 95 119 117 139 145 153 150 25 1 87 95 101 116 123 129 146 147 159 160 2 83 92 98 112 125 125 139 144 154 158 3 86 91 95 112 120 123 148 142 154 157 4 84 86 96 96 118 117 144 143 151 155 30 1 86 96 102 119 128 132 139 151 156 161 Trang 73 2 83 94 97 117 123 128 139 147 155 159 3 84 94 101 116 123 127 150 145 158 158 4 86 84 99 106 121 119 143 133 153 152 Ghi chú: Vị trí 1, 2, 3, 4: Bốn vị trí đo khi gia nhiệt (xem hình 3.32) Ex: Kết quả đo được trong quá trình thí nghiệm Si: Kết quả đo được khi mô phỏng gia nhiệt 200: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 250: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 300: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 300 0C 350: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 350 0C 400: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 400 0C Nhận xét: Qua quá trình mô phỏng và thí nghiệm thực tế gia nhiệt ta thấy rõ ràng nhiệt độ giữa mô phỏng và thí nghiệm không có sự chênh lệch nhiều các vị trí đo nhiệt (bảng 4.3). Sự khác biệt thấy rõ nhất xảy ra ở các nhiệt độ khối gia nhiệt thấp như 200 0C ( lớn nhất là 10 0C xảy ra ở vị trí 1 và 3 khung thời gian gia nhiệt 30 giây), 250 0 C ( lớn nhất là 20 0C xảy ra ở vị trí 2 khung thời gian gia nhiệt 30 giây). Trang 74 Biểu đồ so sánh giữa nhiệt độ mô phỏng và thí nghiệm đo thực tế.  Tại vị trí đo nhiệt độ số 1: N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.11: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 1  Tại vị trí đo nhiệt độ số 2: N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.12: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 2 Trang 75  Tại vị trí đo nhiệt độ số 3: N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.13: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 3  Tại vị trí đo nhiệt độ số 4: N h iệ t đ ộ ( o C ) Thời gian gia nhiệt (s) Hình 4.14: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 4 Trang 76 Ghi chú: P1: Điểm đo nhiệt độ số 1 (xem hình 3.32) P2: Điểm đo nhiệt độ số 2 (xem hình 3.32) P3: Điểm đo nhiệt độ số 3 (xem hình 3.32) P4: Điểm đo nhiệt độ số 4 (xem hình 3.32) 200C: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 200 0C 250C: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 250 0C 300C: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 300 0C 350C: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 350 0C 400C: Nhiệt độ khối gia nhiệt ở 400 0C Ex: kết quả thí nghiệm được Si: kết quả mô phỏng được Nhận xét: Nhìn vào các hình so sánh nhiệt độ giữa đo và mô phỏng (Hình 4.11-4.14), thấy được sự khác biệt giữa mô phỏng và thí nghiệm thực tế xảy ra ở những khoảng thời gian từ 15 giây đến 25 giây. Đây là khoảng thời gian gia nhiệt thực tế gặp khó khăn do sụp áp của máy nén khí. 4.2. Kết quả, phân tích thí nghiệm ép 4.2.1. Sản phẩm nhựa PP. Sau khi ép sản phẩm và tiến hành đo đạt các sản phẩm ép được,thống kê tổng hợp các số liệu đo đạt được của các trường hợp ép nhựa. Tác giả có các số liệu trong bảng 4.4, bảng 4.5, bảng 4.6: Trang 77  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,2 mm Bảng 4.4: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,2 mm Kết quả thí nghiệm nhựa PP chiều dày 0,2 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn ( 0 C) 30 60 90 120 150 1 37.5 38.2 39.8 39 42 2 37.4 38.5 39.8 41.2 41.2 3 37.6 38.6 38.4 40.5 40.8 4 38 38.8 40.4 41 41.5 5 38.3 37.8 39 40.7 41 6 38.2 39 38 39.6 41.6 7 38 38 38.6 39.4 41.3 8 38.5 38.4 38 41.1 41.5 9 37.8 38 38.4 39.5 40.7 10 37.2 38.3 39.2 40.4 41.6 TB 37.85 38.36 38.96 40.24 41.32 %increase 1.3 2.9 6.3 9.2 1500C 1200C 900C 600C 300C Hình 4.15: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,2 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Trang 78  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,4 mm Bảng 4.5: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,4 mm Bảng kết quả thí nghiệm nhựa PP chiều dày 0,4 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn( 0 C) 30 60 90 120 150 1 74 78 78 80.1 86.5 2 75 76.3 80 82 87.8 3 75 78 78.3 81 92.8 4 75.3 78.3 77.6 83 92.8 5 74.8 76.3 78.4 80 94.8 6 74.3 78.3 78 81 89.8 7 74.20 77.6 78.8 83.6 91 8 74.2 78.7 78.6 81.6 90.5 9 75 78.2 78.9 80.7 92 10 75 78 78.8 85.5 90.6 TB 74.68 77.77 78.54 81.85 90.86 %increase 4.1 5.2 9.6 21.7 1500C 1200C 900C 600C 300C Hình 4.16: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Trang 79  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,6 mm Bảng 4.6: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,6 mm Bảng kết quả thí nghiệm nhựa PP chiều dày 0,6 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn( 0 C) 30 60 90 120 150 1 115.6 123.8 123.7 130.4 139.1 2 116.7 115.8 123.7 135.1 140.7 3 106.8 121.3 121 134.1 138.3 4 110.7 121.6 122.3 132 136.6 5 121.8 122.8 123.5 134 140.9 6 118.1 122.5 122.5 130.2 148 7 116.7 115 122.5 133.3 150.7 8 116.7 122.8 125 132.4 147.7 9 120.5 121.2 125 133.7 147.1 10 120.5 122.9 124.3 133.8 143.5 TB 116.41 120.97 123.35 132.9 143.26 %increase 3.9 6.0 14.2 23.1 1500C 1200C 900C 600C 300C Hình 4.17: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Trang 80 * Nhận xét: Qua quá trình thí nghiệm và kiểm nghiệm dựa theo cở sở lý thuyết đạt được: Cùng một chế độ phun như nhau ( mục 3.3.2.3.1), cùng một chiều dày như nhau, nhiệt độ bề mặt khuôn tăng lên làm tăng chiều dài dòng chảy nhựa thành mỏng ( hình 4.15 – 4.17). Với bề dày 0,2 mm, ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đế khả năng điền đầy (9,2 %) thấp hơn so với ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đối với các bề dày 0,4 mm (21,7 %) và 0,6 mm (23,1 %) ( xem hình 4.18, bảng 4.4 – 4.6). Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn (oC) % g ia t ăn g Hình 4.18: So sánh khả năng điền đầy lòng khuôn của sản phẩm nhựa thành mỏng với vật liệu PP. Ghi chú: 0,2: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,2 mm 0,4: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,4 mm 0,6: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,6 mm Trang 81 4.2.2. Sản phẩm nhựa ABS. Sau khi ép sản phẩm và tiến hành đo đạt các sản phẩm ép được và tổng hợp các số liệu được bảng 4.7, 4.8, 4.9.  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,2 mm Bảng 4.7: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,2 mm Bảng kết quả thí nghiệm nhựa ABS chiều dày 0,2 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn (0C) 30 60 90 120 150 1 14.5 14.6 15 15.2 15.6 2 14.6 14.7 14.9 15.3 15.5 3 14.5 14.5 14.8 15.2 15.6 4 14.6 14.7 14.7 15.1 16.1 5 14.5 14.7 14.9 15.2 15.9 6 14.6 14.6 14.8 15.4 15.9 7 14.5 14.8 14.7 15.3 15.4 8 14.4 14.8 14.8 15.3 16.2 9 14.7 14.7 15 15.2 15.9 10 14.5 14.8 14.9 15.4 15.9 TB 14.54 14.69 14.85 15.26 15.8 %increase 1.0 2.1 5.0 8.7 300C 600C 900C 1200C 1500C Hình 4.19: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,2 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Trang 82 Đối với chiều dày 0,2 mm thì tỉ lệ tăng chiều dài dòng chảy ( điền đầy lòng khuôn) khi gia tăng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn thấp, cụ thể là tăng 8,7 % (ở 150 0C so với nhiệt độ 30 0C( Bảng 4.7)).  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,4 mm Bảng 4.8: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,4 mm Bảng kết quả thí nghiệm nhựa ABS chiều dày 0,4 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn (0C) 30 60 90 120 150 1 26 26.3 27.5 28 31 2 25.9 26.1 26.5 27.6 30.2 3 25.7 26.6 26.8 28 29.8 4 25.6 26.5 26.9 28.3 30.1 5 26.1 26.3 26.5 27.1 30.2 6 26.1 26.4 27.3 29 29.1 7 25.2 26.5 27.4 28.8 30.6 8 26.2 26.8 26.6 28.3 30.2 9 24.4 26.5 26.7 27 31.4 10 24.4 26.7 26.4 26.8 29.8 TB 25.56 26.47 26.86 27.89 30.24 %increase 3.6 5.1 9.1 18.3 300C 600C 900C 1200C 1500C Trang 83 Hình 4.20: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Chiều dày 0,4 mm, khác biệt khi tăng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn thì tỉ lệ điền đầy cao hơn bề dày 0,2 mm. Cụ thể tăng 18,3 % (150 0C so với 30 0C (Bảng 4.8)).  Kết quả đạt được sau khi ép nhựa sản phẩm có chiều dày 0,6 mm Bảng 4.9: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,6 mm Bảng kết quả thí nghiệm nhựa ABS chiều dày 0,6 mm Stt Nhiệt độ bề mặt khuôn (0C) 30 60 90 120 150 1 36 37.7 38.4 39.1 43.2 2 36.4 36.9 38.3 40.7 44 3 36.3 37.6 38 39.5 43.6 4 35.5 36.5 38.3 40.6 44.3 5 35.6 37.3 38 39.6 43.6 6 36 37.6 38.3 39.3 44.6 7 36.1 37.6 38 40.2 43 8 36.3 37.4 37.6 41 43.6 9 36.2 37.7 37.7 40.7 43.2 10 36 37.8 38.3 40.4 43.8 TB 36.04 37.41 38.09 40.11 43.69 %increase 3.8 5.7 11.3 21.2 Trang 84 300C 600C 900C 1200C 1500C Hình 4.21: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C Đối với chiều dày 0,6 mm thì sự khác biệt khi gia tăng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tới khả năng điền đầy lòng khuôn khá rõ. Cụ thể là tỉ lệ tăng khả năng điền đầy lòng khuôn lên 21,2 % khi nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tăng từ 30 0C so với 150 0 C (xem Bảng 4.9). Chứng minh nhiệt độ bề mặt lòng khuôn ảnh hưởng rất lớn khả năng điền đầy của sản phẩm nhựa. Nhận xét: Qua quá trình thí nghiệm và kiểm nghiệm dựa theo cở sở lý thuyết đạt được: Cùng một chế độ phun như nhau ( mục 3.3.2.3.2), cùng một chiều dày như nhau, nhiệt độ bề mặt khuôn tăng lên làm tăng chiều dài dòng chảy nhựa thành mỏng ( hình 4.19 – 4.21). Với bề dày 0,2 mm, ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đế khả năng điền đầy (8,7 %) thấp hơn so với ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đối với các bề dày 0,4 mm (18,3 %) và 0,6 mm (21,2 %) ( xem hình 4.22, bảng 4.7 – 4.9). Nhưng các sản phẩm của nhựa ABS tăng ít hơn so với nhựa PP ( so sánh ở những bảng 4.4 – 4.9). Đây có thể là do sự khác biệt thuộc tính giữa Trang 85 hai loại nhựa này mà cụ thể ở đây là độ chảy loãng của nhựa PP lớn hơn so với nhựa ABS. Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn (oC) % g ia t ăn g Hình 4.22: So sánh khả năng điền đầy lòng khuôn của sản phẩm nhựa thành mỏng với vật liệu ABS. Ghi chú: 0,2: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,2 mm 0,4: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,4 mm 0,6: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0,6 mm Trang 86 Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. Kết quả đạt đƣợc: Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng” đã khảo sát được tính năng gia nhiệt của phương pháp sử dụng bằng khí nóng cho lòng khuôn thành mỏng, đây là phương pháp mới lần đầu áp dụng cho nghiên cứu ngành vi khuôn tại Việt Nam. Kiểm nghiệm được các ưu điểm của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng là gia nhiệt nhanh, linh hoạt, nhiều vị trí (4 vị trí cùng lúc (hình 3.22)) đối với khuôn dạng thành mỏng và khả năng ứng dụng thực tế sản xuất. Từ những kết quả đạt được của phương pháp gia nhiệt (bảng 4.2), tác giả đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng để khắc phục phần nào lượng nhiệt mất của nhựa do tiếp xúc với bề mặt khuôn nhiệt độ thấp. Đây chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng không điền đầy của dòng nhựa tạo nên khuyết tật cho sản phẩm thành mỏng. Tác giả nghiên cứu thử nghiệm khả năng điền đầy lòng khuôn trên 2 loại vật liệu nhựa là PP và ABS với các chiều dày khác nhau ( 0,2 mm; 0,4 mm; 0,6 mm) và nhiệt độ bề mặt lòng khuôn khác nhau (ở 30 0C, 60 0C, 90 0C, 120 0 C, 150 0 C). Kết quả của đề tài là phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng giúp tăng khả năng điền đầy lòng khuôn dạng thành mỏng ( từ hình 4.15- 4.22 và từ bảng 4.4- 4.9). Từ đó bổ sung vào kết quả vào kết quả nghiên cứu của ngành vi khuôn, như là một giải pháp khác để giải quyết các vấn đề khuyết tật sản phẩm nhựa do không điền lòng khuôn cho ngành công nghiệp khuôn mẫu hiện nay tại Việt Nam. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Hiện nay thực tế sản xuất trong ngành công nghiệp khuôn ép nhựa dạng thành mỏng việc gia nhiệt cho bề mặt lòng khuôn là một vấn đề lớn trong giải quyết khả năng điền đầy nhựa. Không phải tất cả bề mặt lòng khuôn được gia nhiệt mà một phần nào đó của bề mặt được gia nhiệt thôi. Khi đó phương pháp gia nhiệt bằng Trang 87 khí nóng nổi lên như là một phương pháp có tính khả thi cao đối với cách giải quyết vấn đề nêu trên trong ngành vi khuôn. Kết quả của đề tài giúp các nhà sản xuất có được một lựa chọn giải pháp khác ( phương pháp gia nhiệt cho bề mặt lòng khuôn bằng khí nóng) ngoài các giải pháp áp dụng trước đây để giải quyết các vấn đề gặp phải trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa dạng thành mỏng. Kết quả của luận văn là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu sâu hơn trong ngành vi khuôn. 5.3. Hƣớng phát triển của đề tài.  Gia nhiệt cho cả hai bề mặt khuôn (bề mặt tấm cố định và bề mặt tấm di động) để tăng khả năng điền đầy lòng khuôn hơn.  Thực hiện việc giải nhiệt cho bề mặt khuôn một cách nhanh nhất mà tác giả của đề tài chưa giải quyết.  Thiết kế lại hệ thống gia nhiệt thành hệ thống gia nhiệt tự động để giải quyết các vấn đề nhân lực, ứng dụng vào sản xuất.  Tối ưu hóa quá trình gia nhiệt, tránh thất thoát nhiệt bằng cách thực hiện đồng bộ và nhanh nhất có thể.  Tìm kiếm vật liệu kỹ thuật cách nhiệt cao hơn 300 0C và có cơ tính cao.  Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ở cổng vào khuôn để tăng khả năng điền đầy. Trang 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên, Thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa, NXB ĐHQG TP HCM, 2014. 2. Vũ Hoài Ân, Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, Viện máy và dân dụng công nghiệp, Hà nội 1994. 3. Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, Kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo dục Việt Nam, 1999. 4. Phan Thế Anh, Kỹ thuật sản xuất chất dẻo, NXB Đại học Đà Nẵng, 2008. TIẾNG NƢỚC NGOÀI 5. Peter Jones, The Mould Design Guide, Published by Smither Rapra, 2008. 6. Jingyi Xu, Microcellular Injection Molding, Published by John Wiley & Sons, Inc, 2010. 7. Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh, Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding, ANTEC, 2008, Page 2208-2212. 8. Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol 36, 2009, Page 806-812. 9. S.-Y. Yang, S.-C. Nian, S.-T. Huang and Y.-J. Weng, A study on the micro- injection molding of multi-cavity ultra-thin parts, Polymers Advances Technologies, 2011. 10. Yung-Kang Shen, Chiung-Fang Huang, Yu-Sheng ShenSung-Chih Hsu, Ming- Wei Wu, Analysis for microstructure of microlens arrays on micro-injection Trang 89 molding by numerical simulation, International Communications in Heat and Mass Transfer, 2008. 11. K. F. Zhang, Zhen Lu..., Analysis of morphology and performance of PP microstructures manufactured by micro injection molding, Microsyst Technol, 2008. 12. Shia-Chung Chen, Yu-Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li, Variable Mold Temperature to Improve Surface Quality of Microcellular Injection Molded Parts Using Induction Heating Technology, Advances in Polymer Technology, Vol. 27, 2008, No. 4, Page 224–232. 13. B. Sha, S. Dimov, C. Griffiths, M.S. Packianather.., Investigation of micro- injection moulding: Factors affecting the replication quality, Journal of Materials Processing Technology, 2007, 284–296. 14. Shia-Chung Chen, Wen-Ren Jong, Jen-An Chang and Hsin-Shu Peng.., Simulation and verification on rapid mold surface eating/cooling using electromagnetic induction technology, 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics Cairo, Egypt, 2005 Trang 90 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thông số kỹ thuật máy ép General Information 1 Trọng lượng máy 4.5 (ton) 2 Kích thước bao (L x W x H) 4.8 x 1.3 x 1.65 (m) 3 Tốc độ nước làm mát 20 (l/min) 4 Dầu thủy lực American ESSO – 68 (350L) 5 Dầu bôi trơn ESSO 3 – Mobil No. 3 (2L) Injection Mold 1 Khoảng mở khuôn 380 (mm) 2 Khoảng cách giữa 2 trục dẫn hướng 395 x 395 (mm) 3 Kích thước bệ máy 595 x 595 (mm) 4 Chiều cao khuôn (Min~Max) 180 ~ 440 (mm) 5 Kích thước khuôn thích hợp 295 x 350 (mm) Machine Injection Unit 1 Đườn kính trục vít 45 (mm) 2 Áp suất phun 1393 (kg/cm2) 3 Thể tích nhựa 1 lần phun lớn nhất theo lý thuyết 318 (cm3) 4 Khối lượng nhựa 1 lần phun lớn nhất 267 (gram) 5 Tốc độ phun 131 (cm3/sec) 6 Khả năng làm dẻo nhựa 74 (kg/hour) 7 Tốc độ quay trục vít theo lý thuyết 0 ~ 200 (rpm) 8 Hành trình phun 200 (mm) Clamping Unit 1 Lực kẹp 120 (ton) 2 Khoảng mở khuôn 380 (mm) 3 Max Opening Daylight 820 (mm) 4 Khoảng đẩy 100 (mm) 5 Lực đẩy 4.6 (ton) 6 Bơm thủy lực 20 (HP/KW) 7 Công suất gia nhiệt 4.6 (KW) 8 Cảm biến nhiệt độ (0 ~ 399) x 4 (set)