(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận cản từ đến phân bố nhiệt độ của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC CƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ÐẾN
PHÂN BỐ NHIỆT ÐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG
CẢM ỨNG TỪ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404

S K C0 0 5 8 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC CƢƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ĐẾN
PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG
CẢM ỨNG TỪ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC CƢƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA BỘ PHẬN CẢN TỪ ĐẾN
PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG
CẢM ỨNG TỪ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1520404
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐỖ THÀNH TRUNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018

Luan van


Luan van

Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: PHẠM NGỌC CƢƠNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 31 – 03 – 1969

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Quê quán: Thành phố Hồ Chí Minh

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 62/1/15 Đƣờng số 1, Phƣờng 4, Quận Gị
Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại nhà riêng: 08.3994.0041

Điện thoại di động: 0903.375.243

E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/1986 đến 08/1989

Nơi học: Trƣờng Kỹ thuật Cao Thắng TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật viên cơ khí chế tạo máy
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Tại chức

Thời gian đào tạo từ 1995 đến 2000

Nơi học: Trƣờng Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
Tên luận án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy xếp giấy
Nơi bảo vệ luận án tốt nghiệp: Trƣờng Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh
Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TS Phan Đình Huấn
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 12/1989
Từ 12/2009

Nơi công tác
X/n Cơ Khí Ngành In TP. Hồ Chí
Minh
Trƣờng Cao đẳng nghề TP.HCM

Trang i

Luan van

Công việc đảm nhiệm
Nhân viên kỹ thuật
Giảng viên

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng 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 cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 04 năm 2018
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Ngọc Cương

Trang ii

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên cho tôi gởi lời tri ân đến Thầy hƣớng dẫn PGS. TS. Đỗ Thành
Trung và Thầy PGS. TS. Phạm Sơn Minh đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tơi
trong suốt q trình học tập cũng nhƣ thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Q Thầy Cơ khoa Cơ khí Chế tạo
máy, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM và nhất là quý Thầy Cô đã giảng
dạy trực tiếp lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí khóa 2015A đã hỗ trợ và truyền đạt cho
tơi nhiều kiến thức bổ ích.
Đồng thời, xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, q Thầy Cơ khoa Cơ khí Chế tạo
máy, trƣờng Cao đẳng nghề TP.HCM và q Thầy Cơ khoa Cơ khí, Trƣờng Cao
đẳng nghề số 22, Bộ Quốc Phòng đã tạo điều kiện, giúp đỡ tơi hồn thành thực
nghiệm cũng nhƣ đóng góp nhiều ý kiến quí báu.
Đặc biệt xin gởi lời cảm ơn đến những ngƣời thân trong gia đình đã hỗ trợ kịp
thời và nguồn động lực tuyệt vời giúp tôi vƣợt qua khó khăn để hồn thành khóa

học.
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ từ bạn Tâm, bạn Minh
và các bạn học viên Cao học trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Trang iii

Luan van


TÓM TẮT
Hiện nay, trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc, một trong những phƣơng pháp
phổ biến trong quá trình chế tạo các sản phẩm nhựa là công nghệ phun ép. Trong
đó, q trình gia nhiệt cho khn đóng vai trị quan trọng và ảnh hƣởng lớn đến
năng suất và chất lƣợng sản phẩm. Cho nên việc nghiên cứu, cải tiến q trình gia
nhiệt cho khn bằng phƣơng pháp cảm ứng từ là rất cần thiết. Trong phƣơng pháp
này việc sử dụng và bố trí hợp lý các tấm bằng vật liệu cản từ sẽ làm cho từ trƣờng
hội tụ tập trung vào vùng cần gia nhiệt và nâng cao hiệu quả gia nhiệt. Đó là nội
dung của đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận cản từ đến phân bố nhiệt độ
của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ”
Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng vật liệu cản từ Ferrite, thay đổi cuộn
dây với hình dạng và kích thƣớc khác nhau để đánh giá phân bố nhiệt độ trên bề
mặt tấm thép C45 có kích thƣớc 100x100x5 mm. Kết quả thực nghiệm cho thấy
cuộn dây hợp lý là dạng có hai vịng lị xo cùng chiều xoắn phải và có bộ phận cản
từ bên trên với nhiệt độ lớn nhất là 3150C sau 30s gia nhiệt. Đồng thời, phân bố
nhiệt độ trên bề mặt tấm phôi cũng đƣợc xác định thông qua mô phỏng trên phần
mềm COMSOL và so sánh với kết quả thực nghiệm.

Trang iv

Luan van

ABSTRACT
Nowadays, in the world as well as in the country, one of the common methods
in the manufacture of plastic products is the injection molding technology. In
particular, the heating of the mold plays an important role and greatly affects the
productivity and quality of

products. Therefore, it is necessary to study and

improve the mold heating process by magnetic induction method. In this method,
the proper use and placement of sheets of magnetic material will cause the focused
magnetic field to focus on the area to be heated and improve the heating effect. This
is the content of the topic "A study on the influence of magnetic resistance on the
temperature distribution of magnetic induction heating"
In research, the author uses the physical material of Ferrite, changes the coil
with different forms and sizes to evaluate the temperature distribution on the plate
surface of the steel sheet of C45 with 100x100x5 mm. The results show that the
reasonable coil is a two-ringed form springs same twist right and have the magnetic
resistance from above with a maximum temperature of 315 0C after 30 s of heating.
In addition, the temperature distribution on the plate surface is also determined by
simulation on the COMSOL software and compared with the experimental results.

Trang v

Luan van


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. i

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................ iv
ABSTRACT ...............................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. ix
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. ix
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. xiv
Chƣơng 1: TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 Tổng quan về gia nhiệt khuôn ...........................................................................1
1.1.1 Giới thiệu ....................................................................................................1
1.1.2 Phân loại các phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn ép nhựa .........................2
1.1.3 Công nghệ gia nhiệt bằng cảm ứng từ .......................................................3
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc .......................................................4
1.2.1 Ngồi nƣớc..................................................................................................4
1.2.2 Trong nƣớc.................................................................................................9
1.3 Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................11
1.4 Tính mới của đề tài ..........................................................................................12
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................12
1.5.1 Ý nghĩa khoa học ......................................................................................12
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn......................................................................................12
1.6 Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................12
1.6.1 Mục đích nghiên cứu ................................................................................12
1.6.2 Đối tƣợng nghiên cứu ...............................................................................13
1.7 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ......................................................................13
1.7.1 Nhiệm vụ của đề tài ..................................................................................13

Trang vi

Luan van

1.7.2 Giới hạn của đề tài ....................................................................................13
1.8 Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện .............................................14
1.8.1 Phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................................................14
1.8.2 Kế hoạch thực hiện ...................................................................................15
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................16
2.1 Cảm ứng từ ......................................................................................................16
2.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................16
2.1.2 Phƣơng pháp tính ......................................................................................18
2.2 Hiệu ứng bề mặt ..............................................................................................21
2.3 Ứng dụng trong công nghiệp ...........................................................................22
2.4 Vật liệu chế tạo tấm khuôn ..............................................................................23
2.6 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt .......................................................................27
2.7 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phƣơng pháp cảm
ứng từ ....................................................................................................................32
Chƣơng 3 MÔ TẢ THỰC NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG ......................................35
3.1 Trình tự nghiên cứu .......................................................................................35
3.2 Mơ hình nghiên cứu.......................................................................................36
3.2.2 Tấm cản từ ...............................................................................................37
3.2.3 Mơ hình cuộn dây ....................................................................................37
3.3 Phƣơng pháp mơ phỏng .................................................................................47
3.3.1 Giới thiệu phần mềm ................................................................................47
3.3.2 Mô đun truyền nhiệt.................................................................................48
3.1.3 Các bƣớc mô phỏng .................................................................................48
3.4

Phƣơng pháp thực nghiệm ............................................................................51

3.4.1 Chuẩn bị thực nghiệm ..............................................................................51

3.4.2 Q trình thực nghiệm .............................................................................53
3.4.3 Vị trí đo ....................................................................................................54
3.4.4 Tiến hành thực nghiệm ............................................................................55
Chƣơng 4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG .........56

Trang vii

Luan van


4.1

Kết quả thực nghiệm cuộn dây gia nhiệt dạng 1 ..........................................56

4.2

Cuộn dây gia nhiệt dạng 2 ............................................................................59

4.3

Cuộn dây gia nhiệt dạng 3 ............................................................................63

4.4

Cuộn dây gia nhiệt dạng 4 ............................................................................67

cản từ với thay đổi thông số a ...................................................................................68
4.5

Chọn cuộn dây tối ƣu ...................................................................................72

4.6 Phân bố nhiệt độ trên cuộn dây 3B................................................................73
4.7 Mô phỏng phân bố nhiệt độ của tấm phôi ......................................................75
4.8 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng ....................................................79
Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...........................................82
5.1 Kết luận ..........................................................................................................82
5.2 Hƣớng phát triển của đề tài ............................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................84

Trang viii

Luan van


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
IH

:

Induction Heating

STL

:

Standard Template Library

CAE :

Computer Aided Engineering

TEM :

Thermo Electric Modules

H

:

Cƣờng độ từ trƣờng (T)

Ø

:

Từ thông (Wb)

L

:

Độ tự cảm (H).

εtc

:

Suất điện động tự cảm (V).

W

:

Năng lƣợng từ (J)

i

:

Cƣờng độ dòng qua ống dây (A)



:

Điện trở suất (W.m)

µ

:

Độ ngấm từ (0C)

f

:

Tần số

(Hz)

Trang ix

Luan van


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý gia nhiệt cảm ứng từ .......................................................3
Hình 1.2: Gia nhiệt cho khn bằng cảm ứng từ với bộ phận gia nhiệt độc lập với
khn ...........................................................................................................................5
Hình 1.3: Gia nhiệt cho khn bằng cảm ứng từ với bộ phận gia nhiệt đƣợc tích
hợp vào kết cấu khn ................................................................................................5
Hình 1.4: Gia nhiệt cho khn bằng cảm ứng từ với kết cấu cuộn dây khác nhau
[15] ..............................................................................................................................6
Hình 1.5: Gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ với cuộn dây hình chữ nhật [16]...7
Hình 1.6 Gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ với cuộn dây xoắn ốc phẳng [17]...7
Hình 1.7: Gia nhiệt cho khn bằng cảm ứng với lịng khn micro [18] ................8
Hình 1.8: Mơ hình nghiên cứu ảnh hƣởng của HFC đến nhiệt độ khuôn [19] ..........8
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng [21] ..................................................16
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng tƣơng tự nhƣ máy biến áp [21]........18
Hình 2.3: Độ tự cảm hay sự phân bố từ trƣờng với thay đổi của cuộn coil .............20
Hình 2.4: Ảnh hƣởng của mật độ dòng điện với độ sâu bề mặt gia nhiệt và khoảng
cách vị trí bề mặt của cuộn coil .................................................................................21
Hình 2.5: Phân bố từ trƣờng (hình a) và mật độ dịng điện trên bề mặt (hình b) ....22
Hình 2.6: Ứng dụng cảm ứng từ trong cơng nghệ nhiệt luyện ................................22
Hình 2.7: Ứng dụng cảm ứng từ trong công nghệ hàn .............................................23
Hình 2.8: Ứng dụng cảm ứng từ trong cơng nghiệp ................................................23
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng và bố trí bộ phận cản từ ...................25
Hình 2.10: Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ ........................................................26
Hình 2.11: Ảnh hƣởng của vật liệu cản từ và chiều sâu gia nhiệt [22] ...................27

Hình 2.12: Các mẫu cuộn dây gia nhiệt chi tiết hình trụ..........................................28
Hình 2.13: Các mẫu cuộn dây gia nhiệt mặt phẳng .................................................29
Hình 3.1: Trình tự nghiên cứu ..................................................................................31
Hình 3.2: Kích thƣớc tấm phơi thực nghiệm gia nhiệt .............................................36
Hình 3.3: Hình dạng tấm phơi thực nghiệm gia nhiệt ..............................................36

Trang x

Luan van


Hình 3.4: Kích thƣớc tấm cản từ ..............................................................................37
Hình 3.5: Tấm vật liệu cản từ ...................................................................................37
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 1A ..............................................38
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt vớ cuộn dây 1B ...............................................38
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 1C ..............................................38
Hình 3.9: Kích thƣớc cuộn dây dạng 1 ....................................................................39
Hình 3.10: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 2A ............................................40
Hình 3.11: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 2B ............................................40
Hình 3.12: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 2C ............................................41
Hình 3.13: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 2D ............................................41
Hình 3.14: Kích thƣớc cuộn dây dạng 2 ..................................................................42
Hình 3.15: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 3A ............................................43
Hình 3.16: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 3B ............................................43
Hình 3.17: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 3C ............................................43
Hình 3.18: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 3D ............................................44
Hình 3.19: Kích thƣớc cuộn dây dạng 3 ..................................................................44
Hình 3.20: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 4A ............................................45
Hình 3.21: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt với cuộn dây 4B ............................................45
Hình 3.22: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt cuộn dây 4C...................................................45

Hình 3.23: Sơ đồ bố trí khi gia nhiệt cuộn dây 4D ..................................................46
Hình 3.24: Kích thƣớc cuộn dây dạng 4 ..................................................................46
Hình 3.25: Các ứng dụng của phần mềm Comsol Multiphysisc 5.0 .......................47
Hình 3.26: Setup phôi và cuộn dây vào phần mềm Comsol ....................................48
Hình 3.27: Setup thuộc tính vật liệu.........................................................................49
Hình 3.28: Cài đặt thơng số thuộc tính đối tƣợng bài tốn mơ phỏng cuộn dây......49
Hình 3.29: Chia lƣới tấm khn ...............................................................................50
Hình 3.30: Bộ phận biến thế của máy gia nhiệt cảm ứng từ ....................................51
Hình 3.31: Máy gia nhiệt cảm ứng điện từ ..............................................................52
Hình 3.32: Thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc........................................................53

Trang xi

Luan van


Hình 3.33: Vị trí đo để xác định phân bố nhiệt độ trên bề mặt tấm phơi .................55
Hình 3.34: Tiến hành thực nghiệm với cuộn dây dạng 1, 2, 3 và 4 .........................55
Hình 4.1: Biểu đồ kết quả thực nghiệm nhiệt độ với cuộn dây dạng 1 ....................57
Hình 4.2: Biểu đồ nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 1C ứng với bố trí bộ phận cản từ
có khe hở Δ khác nhau ..............................................................................................59
Hình 4.3 : Biểu đồ kết quả thực nghiệm nhiệt độ với cuộn dây loại 2A..................60
Hình 4.4: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 2B có bộ phận cản từ bên
trên với thay đổi thơng số a .......................................................................................61
Hình 4.5: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 2C chỉ có bộ phận cản từ
bên dƣới với thay đổi thông số a ...............................................................................62
Hình 4.6: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 2D, có đồng thời bộ phận
cản từ bên trên và bên dƣới với thay đổi thông số a .................................................63
Hình 4.7: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3A khơng có cản từ thay
đổi thơng số a ............................................................................................................64

Hình 4.8: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3B có bộ phận cản từ bên
trên với thay đổi thơng số a .......................................................................................65
Hình 4.9 : Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3C chỉ có bộ phận cản từ
bên dƣới với thay đổi thơng số a ...............................................................................66
Hình 4.10: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3D, có đồng thời bộ
phận cản từ bên trên và bên dƣới vớu thay đổi thơng số a........................................67
Hình 4.11 : Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 4A khơng có cản từ với
thay đổi thơng số a ....................................................................................................68
Hình 4.12: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 4 có bộ phận cản từ bên
trên với thay đổi thơng số a .......................................................................................69
Hình 4.13 : Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 4C chỉ có bộ phận cản
từ bên dƣới với thay đổi thơng số a...........................................................................70
Hình 4.14: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 4D, có đồng thời bộ
phận cản từ bên trên và bên dƣới, thay đổi thông số a ..............................................71

Trang xii

Luan van


Hình 4.15: Biểu đồ so sánh nhiệt độ cao nhất khi gia nhiệt trên các cuộn dây có
đồng thời bộ phận cản từ bên trên ............................................................................73
Hình 4.16: Điểm đo xác định phân bố nhiệt của cuộn dây 3B .................................73
Hình 4.17: Biểu đồ so sánh nhiệt độ cao nhất tại bốn điểm cuộn dây 3B ...............74
Hình 4.18: Mơ hình mơ phỏng cuộn dây 3B ............................................................75
Hình 4.19: Kết quả mơ phỏng cuộn dây 3B .............................................................79
Hình 4.20: Biểu đồ so sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3B ..............................80

Trang xiii

Luan van


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần hoá học của thép Các bon chất lƣợng C45 ............................24
Bảng 2.2 Cơ tính của thép Các bon chất lƣợng C45 ...............................................24
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc .......................52
Bảng 4.1: Bảng kết quả nhiệt độ thực nghiệm với cuộn dây dạng 1 .......................56
Bảng 4.2: Bảng kết quả nhiệt độ thực nghiệm với loại 1C có khe hở Δ khác nhau 58
Bảng 4.3: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây loại 2A với thay
đổi thông số a ............................................................................................................60
Bảng 4.4: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 2B có bộ phận cản
từ bên trên với thay đổi thông số a ............................................................................60
Bảng 4.5: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 2C chỉ có bộ phận
cản từ bên dƣới với thay đổi thông số a ....................................................................61
Bảng 4.6: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 2D có đồng thời bộ
phận cản từ bên trên và bên dƣới với thay đổi thông số a ........................................62
Bảng 4.7: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 3A khơng có cản
từ thay đổi thơng số a ................................................................................................64
Bảng 4.8: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 3B có bộ phận cản
từ bên trên thay đổi thông số a ..................................................................................65
Bảng 4.9: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 3C chỉ có bộ phận
cản từ bên dƣới với thay đổi thông số a ....................................................................65
Bảng 4.10: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 3D có đồng thời
bộ phận cản từ bên trên và bên dƣới với thay đổi thông số a ...................................66
Bảng 4.11: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 4A khơng có cản
từ với thay đổi thông số a ..........................................................................................68
Bảng 4.12: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 4B có bộ phận
cản từ bên trên với thay đổi thông số a .....................................................................69
Bảng 4.13: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 4C chỉ có bộ phận

cản từ bên dƣới với thay đổi thông số a ....................................................................70

Trang xiv

Luan van


Bảng 4.14: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc khi gia nhiệt cuộn dây 4 có đồng thời bộ
phận cản từ bên trên và bên dƣới với hay đổi thông số a..........................................71
Bảng 4.15: Nhiệt độ thực nghiệm cao nhất đo đƣợc khi gia nhiệt trên các 4 dạng
cuộn dây, có đồng thời bộ phận cản từ bên trên .......................................................72
Bảng 4.16: Nhiệt độ thực nghiệm đo đƣợc tại bốn điểm của cuộn dây 3B ..............74
Bảng 4.17: So sánh nhiệt độ khi gia nhiệt cuộn dây 3B ...........................................80

Trang xv

Luan van


Chƣơng 1:

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về gia nhiệt khuôn
1.1.1 Giới thiệu
Đối với các doanh nghiệp Việt Nam, trong quá trình chế tạo các sản phẩm
nhựa, công nghệ phun ép vật liệu nhựa đã và đang đƣợc ứng dụng ngày càng phổ
biến, là một trong những phƣơng pháp thông dụng nhất hiện nay.
Song song với quá trình phát triển sản phẩm nhựa, các khuyết tật cũng sẽ
xuất hiện ngày càng nhiều. Hiện nay, các khuyết tật thƣờng gặp trong quá trình sản
xuất sản phẩm theo phƣơng pháp phun ép nhƣ: đƣờng hàn, rổ khí, cong vênh do co

rút khơng đồng đều… [1, 12]. Mặt khác, độ bền sản phẩm ngày càng đƣợc u cầu
nhiều hơn từ phía khách hàng. Do đó, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, các
nghiên cứu trong những năm gần đây chủ yếu tập trung vào:
-

Nghiên cứu các qui trình mới

-

Nâng cao độ bền của sản phẩm với các chất phụ gia thêm vào vật liệu

-

Nghiên cứu kết cấu và vật liệu chế tạo khuôn phun ép

-

Tối ƣu điều kiện gia cơng

Trong đó, nghiên cứu về kết cấu khuôn hoặc điều kiện phun ép thƣờng đƣợc
các nƣớc nhƣ Trung Quốc, Đài Loan… chú ý do nhu cầu sản xuất từ các khu công
nghiệp.
Với điều kiện sản xuất và nhu cầu cải tiến công nghệ nhƣ Việt Nam, việc
thay đổi, cải tiến vật liệu nhựa, hoặc ứng dụng các qui trình mới vào sản xuất sẽ
khơng mang tính khả thi cao. Vì vậy, hƣớng nghiên cứu về cải tiến các điều kiện gia
cơng của qui trình phun ép nhựa là một trong những hƣớng nghiên cứu hiệu quả
nhất hiện nay.
Trong các nghiên cứu về điều kiện phun ép, các thơng số về nhiệt độ thƣờng
có ảnh hƣởng lớn đến qui trình cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm. Thơng thƣờng, các

Trang 1

Luan van


nghiên cứu về nhiệt độ khuôn tập trung vào nhiệt độ nhựa nóng chảy và nhiệt độ
khn. Trong đó, nhiệt độ nhựa nóng chảy thƣờng đƣợc nhà sản xuất qui định trong
khoảng cho phép. Do đó, đây gần nhƣ là thơng số rất khó thay đổi. Ngƣợc lại, nhiệt
độ khn là yếu tố ảnh hƣởng đến:
- Dòng chảy nhựa khi điền vào lịng khn
- Q trình giải nhiệt cho sản phẩm
- Độ co rút và ứng suất dƣ của sản phẩm
Gia nhiệt cho khn ép nhựa là q trình rất quan trọng. Quá trình này ảnh
hƣởng đến chất lƣợng của sản phẩm. Nếu nhiệt độ lịng khn cao (90oC- 180oC),
q trình điền đầy nhựa sẽ dễ dàng hơn.Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khn
tăng cao, q trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và thời gian chu kỳ tái
ép sản phẩm nhựa sẽ tăng, nên giá thành sản phẩm khó có thể giảm.
Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun
ép nhựa: gia nhiệt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhƣng vẫn đảm bảo thời gian của
chu kỳ phun ép không quá dài.
1.1.2 Phân loại các phƣơng pháp gia nhiệt cho khn ép nhựa
Có nhiều cách phân loại các phƣơng pháp gia nhiệt khuôn [6-10]. Tuy nhiên
thông dụng nhất là cách phân loại theo dạng năng lƣợng sử dụng tại thời điểm gia
nhiệt.
- Các phƣơng pháp gia nhiệt bằng dầu nóng: Dầu khống đã nung nóng đƣa
vào khn trong quá trình gia nhiệt.
- Các phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng: Khí đã nung nóng đƣa vào
khn trong q trình gia nhiệt.
- Các phƣơng pháp gia nhiệt bằng điện trở: Điện trở đƣợc lắp đặt trong
khn sẽ nóng lên trong quá trình gia nhiệt.

- Các phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ: Sử dụng dịng điện Fuco làm
nóng khuôn.

Trang 2

Luan van


1.1.3 Cơng nghệ gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cảm ứng từ
Gia nhiệt cảm ứng từ cho khn ép nhựa là q trình đốt nóng khơng tiếp
xúc thơng qua hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Ở đây, đối tƣợng là khuôn cần đƣợc đốt
nóng khơng có tiếp xúc với thiết bị đốt nóng. Nhiệt sẽ đƣợc sinh ra ngay trong
khuôn nhờ vào các dịng điện xốy đƣợc cảm ứng do thiết bị đốt nóng tạo ra từ
trƣờng biến thiên theo thời gian.
Gia nhiệt cảm ứng cho khn có thể tạo ra một nhiệt độ cao trong thời gia rất
nhanh, đồng thời nguồn nhiệt ngắt ngay khi tắt máy ( khơng có hiện tƣợng tồn nhiệt
nhƣ điện trở).
Trong phƣơng pháp gia nhiệt bề mặt, phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng
từ đã đƣợc ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đƣờng hàn, cũng
nhƣ các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

Trang 3

Luan van


1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.2.1 Ngồi nƣớc

Đã có nhiều nghiên cứu gia nhiệt khn bằng cảm ứng từ để giảm lỗi sản
phẩm. Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối
ƣu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt khn
[12]. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lịng khn cao, q trình điền đầy nhựa sẽ
đƣợc dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trƣờng hợp, chất lƣợng bề mặt sản phẩm sẽ
đƣợc cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khn tăng cao, q
trình giải nhiệt của khn 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, nhƣng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài.
Dựa vào ảnh hƣởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khn
phun ép đƣợc chia làm: gia nhiệt cả tấm khuôn và gia nhiệt cho bề mặt khn.
Trong đó, phƣơng pháp gia nhiệt cả tấm khn khơng đƣợc hiệu quả kinh tế và quá
trình giải nhiệt cho khn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn.
Mặt khác, tốc độ gia nhiệt đƣợc cải tiến đáng kể khi phƣơng pháp gia nhiệt
cho bề mặt khn đƣợc sử dụng. Q trình điền đầy của nhựa vào lịng khn đƣợc
cải thiện khi bề mặt khuôn đƣợc phủ một lớp cách nhiệt. Phƣơng pháp này có thể
tăng nhiệt độ bề mặt khn lên khoảng 25oC [13, 14].
Trong các phƣơng pháp gia nhiệt bề mặt, phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm
ứng từ đã đƣợc ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đƣờng hàn,
cũng nhƣ các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa. Hiện nay, phƣơng pháp gia nhiệt
bằng cảm ứng từ đƣợc nghiên cứu ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa gồm hai
nhóm thiết kế chính:
-

Nhóm 1: Bộ phận gia nhiệt độc lập với khn (Hình 1.2)

-

Nhóm 2: Cuộn dây gia nhiệt đƣợc tích hợp vào kết cấu khn (Hình 1.3)

Trang 4

Luan van


Hình 1.2: Gia nhiệt cho khn bằng cảm ứng từ với bộ phận gia nhiệt độc lập với
khn

Hình 1.3: Gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ với bộ phận gia nhiệt đƣợc tích
hợp vào kết cấu khn
Phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ đƣợc tác giả Yu-Ting Sung và các
cộng sự nghiên cứu bằng cách thay đổi hƣớng và kết cấu cuộn dây (Hình 1.4) nhằm
tìm đƣợc sự phân bố đồng đều về nhiệt độ, tốc độ và nhiệt độ trung bình gia nhiệt
tăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một phƣơng pháp
gia nhiệt nhanh chóng mặc dù để đạt đƣợc sự đồng đều nhiệt độ trên một bề mặt
khuôn không phải là dễ dàng [15].

Trang 5

Luan van