MỤC LỤC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. GIỚITHIỆU

1.1. Đặt vấn đề - lý do chọn đề tài

1.2. Giới thiệu mô hình

1.3. Mục tiêu của đề tài

1.4. Phạm vi - giới hạn đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHUN ÉP NHỰA VÀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO KHUÔN

2.1. Giới thiệu công nghệ phun ép

2.1.1. Khả năng công nghệ

2.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với tấm insert

2.1.3. Chu trình ép phun

2.1.4. Vật liệu trong công nghệ ép phun

2.2. Quá trình điều khiển nhiệt độ cho khuôn

2.2.1. Tính toán lưu lượng nước cần thiết để giải nhiệt cho khuôn

2.2.2. Xác định đường kính kênh dẫn chất làm nguội

2.2.3. Tính lưu lượng nước làm nguội

2.2.4. Thời gian làm nguội

2.2.5. Kiểm soát nhiệt độ khuôn

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM INSERT VỚI CÁC YẾU TỐ KHÁC NHAU TRÊN PHẦN MỀM ANSYS 14.0

3.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 14.0

3.2. Mục tiêu mô phỏng

3.3. Ảnh hưởng của số lượng heater và cooling channel đến nhiệt độ của tấm insert

3.3.1. Thiết kế 1 (TK1)

3.3.2. Thiết kế 2 (TK2)

3.3.3. Thiết kế 3 (TK3)

3.3.4. Tổng hợp kết quả

3.4. Mô phỏng ảnh hưởng của kích thước và vật liệu đến nhiệt độ tấm insert

3.4.1. Thay đổi kích thước tấm insert

3.4.2. Thay đổi kích thước sản phẩm

3.4.3. Thay đổi vật liệu vật liệu

CHƯƠNG 4. GIA CÔNG TẤM INSERT

4.1. Chuẩn bị

4.1.1. Bản vẽ

4.1.2. Phôi

4.1.3. Dụng cụ cắt

4.1.4. Máy gia công

4.1.5. Các dụng cụ hỗ trợ khác

4.2. Tiến hành gia công

CHƯƠNG 5 : THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ

5.1. Chuẩn bị

5.2. Lắp ráp

5.3. Tiến hành thí nghiệm

5.4. Kết quả thí nghiệm

5.5. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng

5.5.1. Vật liệu nhôm (Al)

5.5.2. Vật liệu thép C45

5.5.3. Vật liệu thép P20

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN

6.1. Kết quả

6.2. Hướng phát triển đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU

1.1. Đặt vấn đề - lý do chọn đề tài

Hiện nay, các nước trên thế giới như: Nhật, Đài Loan, Đức, Mỹ …đã áp dụng công nghệ điều khiển nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa, đã và đang nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả kinh tế to lớn. Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ này cũng còn khá mới mẻ, hầu hết các doanh nghiệp ngành nhựa sử dụng công nghệ này chủ yếu mua của nước ngoài từ khuôn cho đến bộ điều khiển với giá thành cao. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển nhiệt độ cho khuôn là hết sức cần thiết cho ngành nhựa trong nước, giảm bớt sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài và chi phí sản xuất.

Đối với những sản phẩm nhựa đơn giản không nhất thiết phải thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn, nhưng hệ thống này không thể thiếu đối với những sản phẩm phức tạp. Sản phẩm phức tạp có hình dáng và độ dày mỏng thay đổi ở nhiều vị trí khác nhau nên để giảm bớt các khuyết tật có thể xảy ra cho sản phẩm trong quá trình phun ép cần phải có sự điều khiển nhiệt độ. Điều khiển không chỉ đơn giản là tăng hay giảm nhiệt độ theo thời gian mà còn điều khiển phân bố nhiệt độ cao thấp ở những vị trí khác nhau cho phù hợp với hình dáng sản phẩm. Để làm được điều đó cần tính toán số lượng heater, cooling channel, vị trí, chất giải nhiệt, thời gian gia nhiệt, thời gian giải nhiệt … cho phù hợp với thiết kế của khuôn. Có như vậy sản phẩm mới có thể điền đầy khuôn một cách tốt nhất, tránh được các hiện tượng: cong vênh, đường hàn, vết lõm, co rút …

Với mục đích nghiên cứu và chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn nhóm đã quyết định chọn đề tài “TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ BẰNG ĐIỆN TRỞ VÀ NƯỚC CHO TẤM KHUÔN DƯƠNG”. Với đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện sẽ áp dụng những kiến thức đã được học trên ghế nhà trường vào đề tài thực tế, kiểm nghiệm lại những kiến thức bằng chính những thực nghiệm của mình, tạo điều kiện

tiếp xúc, lấy kinh nghiệm làm việc nhóm trước khi ra trường và bắt đầu tham gia sản xuất. Nhóm thực hiện cũng mong muốn đóng góp một phần công sức của mình giúp nhà trường có thêm tài liệu giảng dạy về đề tài khuôn mẫu, và dựa trên những nghiên cứu của đề tài này có thể áp dụng cho doanh nghiệp vào thực tế, hoặc dùng làm cơ sở cho các nhóm nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện đề tài hơn nữa.

1.2. Giới thiệu mô hình

Một bộ khuôn ép nhựa bao gồm nhiều chi tiết ghép lại với nhau như: chốt định vị, chốt hồi, vỏ khuôn, tấm đỡ, gối đỡ, tấm kẹp sau, tấm kẹp trước, vít lục giác, tấm insert, chốt dẫn hướng, bạc cuống phun…

- Chốt định vị: định vị khuôn dương và khuôn âm.

- Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng.

- Đường ống gia nhiệt: gắng thanh điện trở để gia nhiệt cho khuôn.

- Vỏ khuôn: gắng tấm insert.

- Tấm đỡ: tăng độ bền cho khuôn trong quá trình phun ép.

- Tấm kẹp sau: giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa.

- Tấm giữ: giữ các chốt đẩy.

- Tấm đẩy: đẩy hệ thống ty đẩy để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.

1.3. Mục tiêu của đề tài

- Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng điện trở và nước cho tấm khuôn dương (tấm insert) cho quá trình mô phỏng.

- Điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu: gia nhiệt cho bề mặt lòng khuôn đạt được ≥ 800C và giải nhiệt xuống 400C trong quá trình mô phỏng.

- Biết được các yếu tố như: kích thước thước tấm insert, kích thước sản phẩm, kích thước heater (điện trở), cooling channel (đường giải nhiệt), vật liệu làm tấm insert ảnh hưởng như thế nào đến nhiệt độ bề mặt lòng khuôn trong quá trình mô phỏng.

1.4. Phạm vi - giới hạn đề tài

Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu được những vấn đề sau:

- Kinh phí có hạn nên chỉ có thể làm thí nghiệm thay đổi 3 loại vật liệu cho tấm insert.

- Thiết kế tấm insert core bằng phần mềm CreO 2.0.

- Mô phỏng tính toán quá trình điều khiển nhiệt độ bằng phần mềm ANSYS 14.0. Từ quá trình mô phỏng biết được cách bố trí hệ thống điều khiển nhiệt độ hợp lý, các thông số cần thiết cho thí nghiệm.

1.5. Phương pháp nghiên cứu

Đồ án được thực hiện bằng các phương pháp nghiên cứu:

-  Nghiên cứu tổng quan từ sách, báo, tìm hiểu tài liệu.

- Tìm hiểu các loại heater và công suất có trên thị trường.

- Tính toán và mô phỏng trên phần mềm ANSYS 14.0.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHUN ÉP NHỰA VÀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO KHUÔN

2.1. Giới thiệu công nghệ phun ép

2.1.1. Khả năng công nghệ

Có thể hiểu một cách đơn giản: công nghệ phun ép là quá trình điền đầy lòng khuôn bằng dòng nhựa nóng chảy, sau đó giải nhiệt và lấy sản phẩm ra nhờ hệ thống đẩy, không xảy ra bất kỳ phản ứng hóa học nào. Trong đó, yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, tốc độ phun, áp suất phun, vật liệu, chất lượng khuôn…

a) Ưu điểm của phun ép

- Tốc độ sản xuất nhanh.

- Có thể sản xuất với sản lượng lớn.

- Chi phí nhân lực (trên từng sản phẩm) thấp.

- Dễ dàng tự động hóa.

b) Khuyết điểm của phun ép

- Thị trường cạnh tranh cao.

- Chi phí chế tạo khuôn và máy phun ép cao.

- Quá trình điều khiển phức tạp.

- Với từng loại sản phẩm cần có thời gian để tìm ra thông số phun ép tối ưu (chấp nhận được).

- Cần có kiến thức về quá trình phun ép.

2.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với tấm insert a) Yêu cầu hình học

- Độ chính xác kích thước: đảm bảo cho việc lắp tấm insert vào vỏ khuôn một cách dễ dàng và đảm bảo cho sản phẩm sau khi ép đúng với thiết kế.

- Độ song song, độ phẳng giữa các bề mặt: đảm bảo cho quá trình lắp ráp khuôn và quá trình ép được chính xác, không xảy ra hiện tượng bavia.

b) Quy luật thiết kế cooling channel

- Dòng nước làm mát phải chảy liên tục và mang nhiệt độ từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt dộ thấp.

- Đảm bảo giải nhiệt đồng đều toàn sản phẩm. Do đó, cần chú ý giải nhiệt những phần dày nhất của sản phẩm.

- Thiết kế đường nước sao cho có một đầu vào một đầu ra.

- Đường kính kênh dẫn giải nhiệt thường lớn hơn 8mm để dễ gia công và phải giữ không đổi trên toàn bộ chiều dài kênh để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang giải nhiệt khác nhau do đường kính các kênh giải nhiệt khác nhau.

2.1.3. Chu trình ép phun

Một chu trình ép phun thường bao gồm 4 giai đoạn: quá trình điền đầy (Filling); quá trình định hình (Packing Time); quá trình giải nhiệt cho khuôn (Cooling); mở khuôn (Mold Open).

2.1.4. Vật liệu trong công nghệ ép phun

Vật liệu thường được sử dụng trong công nghệ ép phun là nhựa. Nhựa là sản phẩm nhân tạo dựa trên cơ sở các polyme hữu cơ. Khi nung nóng nhựa này sẽ chảy dẻo, dưới áp lực cao chúng tạo thành hình dáng nhất định và giữ nguyên hình dạng đó khi nguội lại.

a) Phân loại vật liệu nhựa

* Phân loại theo hiệu ứng nhiệt có 2 loại:

- Nhựa nhiệt dẻo: khi nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy, nhựa chảy mềm ra. Khi hạ nhiệt độ thì đông cứng trở lại và có khả năng tái sinh.

- Nhựa nhiệt rắn: khi gia nhiệt sẽ biến đổi trạng thái, chuyển sang trạng thái rắn. Khi ngừng gia nhiệt sẽ trở về trạng thái đầu, không tái sinh được.

b) Một số loại nhựa thông dụng

* Nhựa PP (Polypropylene).

- Độ bền cơ học cao.

- Trong suốt, khả năng in ấn cao.

- Dòn ở nhiệt độ thấp, dễ cháy ở nhiệt độ cao, dễ bị tia UV phá hủy.

- Khả năng ép phun tốt.

2.2. Quá trình điều khiển nhiệt độ cho khuôn

2.2.1. Tính toán lưu lượng nước cần thiết để giải nhiệt cho khuôn

Khi tính toán thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn thì lưu lượng dòng chảy là một thông số quan trọng vì sự giải nhiệt cho khuôn được thực hiện nhờ quá trình đối lưu. Khả năng giải nhiệt được đặc trưng bởi trạng thái của dòng chảy chứ không phải là nhiệt độ. Theo Osborne Reynolds, tiêu chuẩn để xác định trạng thái dòng chảy là tỉ số giữa lực quán tính và lực ma sát nhớt của lưu chất và được gọi là số Reynolds (Re).

2.2.2. Xác định đường kính kênh dẫn chất làm nguội

Dựa theo kinh nghiệm trong sản xuất khuôn, đường kính kênh làm nguội được đa số các nhà sản xuất sử dụng trong bảng.

Với bề dày thành sản phẩm lớn nhất là s = 1÷1.5mm chọn đường kính kênh dẫn chất lỏng làm nguội D = 8mm.

2.2.3. Tính lưu lượng nước làm nguội

Cần thiết phải biết lưu lượng nước làm nguội vì nó trực tiếp liên quan đến đường kính của kênh nguội sẽ được thiết kế.

Theo công thức trên, đường kính làm nguội tỉ lệ nghịch với tổn thất áp trong kênh nguội. Nếu đường kính kênh nguội càng giảm thì diện tích trao đổi nhiệt của kênh nguội và khuôn giảm làm cho tổn thất áp tăng lên đáng kể. Nhưng đường kính kênh nguội quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ bền của khuôn, cũng như vị trí các bộ phận của hệ thống đẩy được bố trí trên khuôn.Theo kinh nghiệm, có thể lựa chọn lưu lượng nước tối thiểu yêu cầu tương ứng với đường kính kênh nguội như bảng sau để luôn thỏa mãn yêu cầu trạng thái chảy rối của dòng.

2.2.4. Thời gian làm nguội

Thời gian làm nguội được hiểu là thời thời gian từ lúc khuôn bắt đầu chịu tác động của áp suất giữ khuôn cho đến trước khi mở khuôn ra. Thời gian làm nguội tối thiểu có thể tính theo công thức sau:

-  Trường hợp đơn giản, tính thời gian làm nguội với độ dày thành sản phẩm từ 1÷4mm, nhiệt độ khuôn dưới 600C.

2.2.5. Kiểm soát nhiệt độ khuôn

Nhiệt độ khuôn là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến chu kì định hình và chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ khuôn thấp hơn có thể rút ngắn thời gian làm nguội, nhưng có thể vì nhiệt độ giảm xuống nhanh mà tăng cản trở quá trình nóng chảy khi tiến hành điền đầy nhựa vào khuôn. Cũng có thể khiến nhựa trong tấm insert không thể co rút đến độ bình thường. Những hiện tượng này khiến thành phẩm tồn tại ứng suất cao. Còn khi tăng nhiệt độ khuôn làm cho sự co rút định hình đầy đủ, giảm co rút về sau. Đồng thời làm giảm ứng suất nội và tăng chất lượng bề mặt sản phẩm.

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM INSERT VỚI CÁC YẾU TỐ KHÁC NHAU

TRÊN PHẦN MỀM ANSYS 14.0

3.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 14.0

ANSYS là một trong những phần mềm công nghiệp sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn – PTHH để phân tích các bài toán vật lý – cơ học, nhiệt độ chuyển các chương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải.

Để giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS, cần đưa vào các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng buộc về nhiệt độ, công suất hoặc thời gian được đưa vào trong mô hình. Sau khi xác lập các điều kiện bài toán, để giải chúng, ANSYS cho phép chọn các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi tuyến, vấn đề đặt ra là sự hội tụ của bài toán ANSYS cho phép xác lập các bước để giải bài toán lặp với độ chính xác cao. Để theo dõi bước tính, ANSYS cho biểu đồ quan hệ các bước lặp và độ hội tụ. Các kết quả tính toán được ghi lưu vào các File dữ liệu. Việc xuất các dữ liệu được tính toán và lưu trữ, ANSYS có hệ hậu xử lý rất mạnh, cho phép xuất dữ liệu dưới dạng đồ thị, ảnh đồ, để có thể quan sát trường ứng suất và biến dạng, đồng thời cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng số.

Hướng dẫn sử dụng ANSYS/Transient Thermal:

- Bước 1: Start Workbench 14.0

- Bước 2: Double_click vào module Transient Thermal → đặt tên.

- Bước 3: Double_click để thiết lập các thông số của vật liệu (hoặc để mặc định theo phần mềm).

- Bước 6: File → Import External Geometry File (nơi lưu file mô hình định dạng *.igs) → Open. Click .

- Bước 11: Click → Film Coefficient (nhập hệ số làm mát của môi trường) → Chọn các bề mặt được giải nhiệt → Hiệu chỉnh thời gian làm mát theo yêu cầu → Apply.

- Bước 12: Click Solution (A6) → (để xem nhiệt độ tấm insert) → Temprature → Click bề mặt cần xem nhiệt độ. Click để phần mềm tiến hành mô phỏng với các thông số đã thiết lập.

3.2. Mục tiêu mô phỏng

- Gia nhiệt sao cho nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt được ≥800C và giải nhiệt xuống còn 400C.

- Nhận biết được sự ảnh hưởng của các yếu tố: số lượng heater & cooling channel; kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều dày) của tấm insert và sản phẩm; vật liệu khuôn đến nhiệt độ tấm insert trong quá trình gia nhiệt và giải nhiệt. Đồng thời nhận biết được sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn của tấm insert và tiết diện mặt cắt.

3.3. Ảnh hưởng của số lượng heater và cooling channel đến nhiệt độ của tấm insert

- Cơ sở cho quá trình mô phỏng: từ việc tìm hiểu thị trường về các sản phẩm và dụng cụ sẵn có để phục vụ cho đồ án nhóm đã xác định được các thông số cần thiết sau:

+ Heater: công suất và kích thước có thể đặt làm theo yêu cầu nhưng phổ biến nhất là 100mm có công suất từ 200W đến 400W…

+ Cooling channel: kích thước đường nước giải nhiệt phụ thuộc vào bề dày thành sản phẩm và nó phổ biến ở các kích thước Ø8 ÷ Ø12. Khoảng cách các đường nước phải bố trí hợp lý, các đường này cách nhau ít nhất là 3mm và với chiều dài đường nước lớn hơn 150mm khoảng cách an toàn khoảng 5mm.

-  Tấm insert với thiết kế ban đầu có kích thước 100x100x40mm3; phần core nhô lên của insert có kích thước 50x50x3mm3 (hình vẽ).

3.3.1. Thiết kế 1 (TK1)

Trong mô phỏng này 3 đường ống Ø10mm đóng vai trò là heater và 2 đường ống Ø12mm đóng vai trò là cooling channel. Mô phỏng được thực hiện trong tổng thời gian là 150s, trong đó thời gian gia nhiệt là 75s và giải nhiệt là 75s. Công suất điện trở 400W, giải nhiệt bằng nước, ngoài ra tấm insert còn tự truyền nhiệt ra môi trường không khí trong cả quá trình gia nhiệt và làm nguội.

3.3.2. Thiết kế 2 (TK2)

Trong mô phỏng này 3 đường ống Ø10mm đóng vai trò là heater và 3 đường ống Ø12mm đóng vai trò là cooling channel. Mô phỏng được thực hiện trong tổng thời gian là 150s, trong đó thời gian gia nhiệt là 75s và giải nhiệt là 75s. Công suất điện trở 400W, giải nhiệt bằng nước, ngoài ra tấm insert còn tự truyền nhiệt ra môi trường không khí trong cả quá trình gia nhiệt và giải nhiệt.

3.3.4. Tổng hợp kết quả

Từ kết quả mô phỏng có thể thấy: số lượng heater và cooling channel ảnh hưởng rất nhiều đến chênh lệch nhiệt độ bề mặt lòng khuôn và nhiệt độ lúc cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt. Mỗi cách bố trí khác nhau của heater và cooling channel đều ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn khác nhau. Với mỗi thiết kế trên sẽ có thời gian chu kì phun ép riêng. TK1 (152s) có chu kì phun ép dài nhất và nhiệt độ phân bố trên bề mặt lòng khuôn chênh lệch nhiều hơn TK2. TK3 có chu kì phun ép là ngắn nhất nhưng nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn lại chênh lệch nhiều nhất. TK2 có chu kì phun ép dài hơn TK3 nhưng lại có sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn là thấp nhất. Từ các kết quả trên nhóm đồ án thống nhất chọn tấm insert ở TK2 cho các mô phỏng tiếp theo.

3.4. Mô phỏng ảnh hưởng của kích thước và vật liệu đến nhiệt độ tấm insert (TK2)

- Trong mô phỏng này thì 3 đường ống Ø10mm nằm ở trên đóng vai trò là heater và 3 đường ống Ø12mm nằm ở dưới đóng vai trò là cooling channel.

- Mô phỏng được thực hiện trong tổng thời gian là 150s, trong đó thời gian gia nhiệt là 75s và giải nhiệt là 75s.

- Môi trường làm nguội là nước, các mặt xung quanh của tấm insert tự truyền nhiệt ra môi trường không khí.

3.4.1. Thay đổi kích thước tấm insert

a) Thay đổi chiều rộng (Wm)

* Mô phỏng với Wm =80 mm

Theo kết quả hình 3.17, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, với giá trị nhiệt độ cao nhất là 1110C. Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn dao động khoảng 40C (940C÷990C), với tốc độ gia nhiệt 0.790C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 590C, với tốc độ giải nhiệt 0.530C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.790C/s và giải nhiệt 0.530C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 127s trong đó 51s gia nhiệt và 76s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

* Mô phỏng với Wm = 90mm

Theo kết quả hình 3.18, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, nhiệt độ cao nhất là 1060C. Nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn dao động khoảng 20C (940C÷960C), với tốc độ gia nhiệt 0.750C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 580C, với tốc độ giải nhiệt 0.510C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.750C/s và giải nhiệt 0.510C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 133s trong đó 54s gia nhiệt và 79s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

Từ kết quả tổng hợp có thể thấy rằng:

- Nhiệt độ phân bố trên bề mặt lòng khuôn có kích thước Wm = 90mm là đồng đều nhất chênh lệch khoảng 20C ít hơn Wm = 80mm (40C) và Wm = 100 (40C).

- Tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt ở 3 kết quả chênh lệch không nhiều, Wm = 80mm có tốc độ gia nhiệt 0.790C/s cao hơn so với Wm = 100mm (0.730C/s) và Wm = 90mm (0.750C/s); tốc độ giải nhiệt của Wm = 80mm là 0.530C/s cao hơn Wm = 90mm (0.510C/s) và Wm = 100 mm (0.510C/s).

- Có thể thấy chu kì phun ép của Wm = 80mm (127s) là ngắn hơn Wm = 90mm (133s) và Wm = 100mm (134s).

- Nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của 3 kết quả mô phỏng đều có nhiệt độ gần bằng nhau chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất và nhỏ nhất khoảng 30C. Vì vậy có thể kết luận: khi thay đổi chiều rộng tấm insert ảnh hưởng rất ít đến sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn.

b) Thay đổi chiều dài (Lm)

Theo kết quả hình 3.21, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater với giá trị nhiệt độ cao nhất là 1210C. Trên bề mặt lòng khuôn nhiệt độ dao động khoảng 10C từ 1080C đến 1090C, với tốc độ gia nhiệt 0.910C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 610C, với tốc độ giải nhiệt 0.640C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.910C/s và tốc độ giải nhiệt 0.640C/s thì thời gian cần thiết cho cả chu kì phun ép là 105s trong đó 44s gia nhiệt và 61s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

Từ kết quả tổng hợp có thể thấy rằng:

- Nhiệt độ chênh lệch trên bề mặt lòng khuôn có kích thước Lm = 80mm (10C) tốt hơn so với Lm = 90mm (20C) và Lm = 100mm (40C).

- Tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt của Lm = 80mm tốt hơn rất nhiều so với Lm = 90mm và Lm = 100mm. Ở Lm = 80mm có tốc độ gia nhiệt 0.910C/s cao hơn so với Lm = 100mm (0.730C/s) và Lm = 90mm (0.810C/s), tốc độ giải nhiệt của Lm = 80mm (0.640C/s) cũng cao hơn so với Lm = 90mm (0.570C/s) vàLm = 100mm (0.510C/s).

- Lm = 80mm có tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt lớn hơn nên có chu kì phun ép (105s) ngắn hơn Lm = 90mm (121s) và Lm = 100mm (134s).

3.4.2. Thay đổi kích thước sản phẩm

a) Thay đổi chiều rộng sản phẩm (Wp)

* Mô phỏng với Wp = 40mm

Theo kết quả Hình 3.32, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, với giá trị nhiệt độ  cao  nhất  là  103.240C.  Nhiệt  độ  trên  bề  mặt  lòng  khuôn  dao  động  khoảng  30C (920C÷950C) với tốc độ gia nhiệt 0.740C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 570C với tốc độ giải nhiệt 0.520C/s. Như vậy, với tốc độ gia nhiệt 0.740C/s và giải nhiệt 0.520C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 131s trong đó có 54s gia nhiệt và 77s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

* Mô phỏng với Wp = 60mm

Theo kết quả Hình 3.34, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, với giá trị nhiệt độ cao nhất là 1050C. Trên bề mặt lòng khuôn, nhiệt độ dao động khoảng 40C từ 910C đến 950C với tốc độ gia nhiệt 0.730C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 56.70C với tốc độ giải nhiệt 0.510C/s. Như vậy, với tốc độ gia nhiệt 0.730C/s và giải nhiệt 0.510C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 133s trong đó có 55s gia nhiệt và 78s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

Từ kết quả tổng hợp có thể thấy rằng:

- Nhiệt độ chênh lệch trên bề mặt lòng khuôn có kích thước Wp = 40mm là 30C thấp hơn so với Wp = 50mm (40C), Wp = 60mm (40C), với Wp = 80mm nhiệt độ chênh lệch lên tới 60C.

- Cả 4 kết quả đều có tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt gần như nhau. Tốc độ gia nhiệt với Wp = 40mm là 0.740C/s, Wp = 50mm là 0.730C/s, Wp = 60mm là 0.730C/s, Wp = 80mm là 0.720C/s. Tốc độ giải nhiệt với Wp = 40mm là 0.520C/s, Wp = 50mm là 0.510C/s, Wp = 60mm là 0.510C/s, Wp = 80mm là 0.50C/s.

- Chênh lệch nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của 4 kết quả cũng rất ít khoảng 10C.

- Wp = 80mm có chu kì phun ép dài nhất 136s, trong khi Wp = 40mm là 131s, Wp = 50mm và Wp = 60mm có cùng chu kì phun ép 134s.

b) Thay đổi chiều dài sản phẩm (Lp)

* Mô phỏng với Lp = 40 mm

Theo kết quả Hình 3.38, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, với giá trị nhiệt độ cao nhất là 106.20C. Trên bề mặt lòng khuôn, nhiệt độ chênh lệch nhỏ dao động khoảng 10C (940C÷950C), với tốc độ gia nhiệt 0.740C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 56.40C, với tốc độ giải nhiệt 0.520C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.740C/s và giải nhiệt 0.520C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 131s trong đó 54 gia nhiệt và 77s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

* Mô phỏng với Lp= 80 mm

Theo kết quả Hình 3.41, nhiệt độ cao nhất tập trung tại vị trí gần heater, với giá trị nhiệt độ cao nhất là 1030C. Trên bề mặt lòng khuôn, chênh lệch nhiệt độ dao động khoảng 40C từ 900C đến 940C, với tốc độ gia nhiệt 0.720C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 56.80C, với tốc độ giải nhiệt 0.50C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.720C/s và giải nhiệt 0.50C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 136s trong đó 56s gia nhiệt và 80s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

Từ kết quả tổng hợp có thể thấy rằng:

- Nhiệt độ chênh lệch trên bề mặt lòng khuôn có kích thước Lp = 40mm và Lp = 50mm là 10C thấp hơn so với Lp = 60mm (20C), với Lp = 80mm nhiệt độ chênh lệch lên tới 40C. Như vậy khi tăng chiều dài sản phẩm chênh lệch nhiệt độ bề mặt lòng khuôn sẽ tăng lên.

- Cả 4 kết quả đều có tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt chênh lệch gần như nhau. Tốc độ gia nhiệt với Lp = 40mm là 0.740C/s, Lp = 50mm là 0.730C/s, Lp = 60mm là 0.730C/s, Lp = 80mm là 0.720C/s. Tốc độ giải nhiệt với Lp = 40mm là 0.520C/s, Lp = 50mm là 0.510C/s, Lp = 60mm là 0.510C/s, Lp = 80mm là 0.50C/s.

- Chênh lệch nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của 4 kết quả cũng rất ít khoảng 10C.

3.4.3. Thay đổi vật liệu vật liệu

a) Vật liệu Đồng (Cu)

Theo kết quả Hình 3.49, trên bề mặt lòng khuôn nhiệt độ phân bố rất đều, chênh lệch chỉ khoảng 0.30C (76.50C÷76.80C), với tốc độ gia nhiệt 0.490C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 40.230C, với tốc độ giải nhiệt 0.490C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt 0.490C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 164s trong đó 82s gia nhiệt và 82s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

b) Vật liệu Nhôm (Al)

Theo kết quả Hình 3.50, trên bề mặt lòng khuôn nhiệt độ phân bố rất đều, chênh lệch chỉ khoảng 10C (920C÷930C), với tốc độ gia nhiệt 0.70C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 40.080C, với tốc độ giải nhiệt 0.70C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt 0.70C/s thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 116s trong đó 58s gia nhiệt và 58s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

d) Vật liệu thép P20

Theo kết quả Hình 3.52, trên bề mặt lòng khuôn nhiệt độ chênh lệch khoảng 40C (910C÷950C), với tốc độ gia nhiệt 0.730C/s. Kết thúc quá trình giải nhiệt nhiệt độ bề mặt lòng khuôn giảm xuống còn 540C, với tốc độ giải nhiệt 0.550C/s. Như vậy với tốc độ gia nhiệt 0.730C/s và giải nhiệt 0.550C/s  thì thời gian cần cho cả chu kì phun ép là 128s trong đó 55s gia nhiệt và 73s giải nhiệt để nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đạt yêu cầu.

Từ kết quả tổng hợp có thể thấy rằng:

- Nhiệt độ chênh lệch trên bề mặt lòng khuôn của vật liệu Cu là nhỏ nhất 0.30C, vật liệu Al chênh lệnh cũng rất nhỏ nhưng cao hơn Cu với dao động nhiệt độ 10C, còn hai loại thép C45 và P20 chênh lệch nhiệt độ dao động tới 40C.

- Tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt ở Cu là 0.490C/s, Al là 0.70C/s. Hai vật liệu này có tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt bằng nhau nhưng đều thấp hơn của thép, tốc độ gia nhiệt của C45 là 0.740C/s và giải nhiệt là 0.520C/s, P20 là 0.730C/s và giải nhiệt là 0.550C/s.

- Vật liệu Al có chu kì phun ép ngắn nhất 116s, vật liệu Cu có chu kì phun ép dài nhất 164s, trong khi đó vật liệu P20 là 128s, vật liệu C45 là 132s.

Chương 4. GIA CÔNG TẤM INSERT

4.1. Chuẩn bị

4.1.1. Bản vẽ

4.1.2. Phôi

- Trong quá trình mô phỏng nhóm tiến hành trên 4 loại vật liệu là Cu, Al, C45 và P20 nhưng vì điều kiện về giá thành nên nhóm đã mua phôi và gia công cho 3 loại vật liệu là Al, C45 và P20.

- Kích thước phôi ban đầu là 105x105x45mm3.

4.1.3. Dụng cụ cắt

- Dao: dao phay mặt đầu Ø50mm, dao phay ngón Ø16, Ø10, các dao là dao hợp kim có thể gia công các loại vật liệu có độ cứng cao.

- Mũi khoan Ø12, Ø9.8, Ø4.

- Bộ mũi taro ren côn Ø13, một bộ taro xuất xứ Việt Nam gồm taro thô và taro tinh.

- Giấy nhám: 80, 180, 300.

4.1.4. Máy gia công

- Máy phay CNC.

- Máy Khoan đứng.

- Bàn gá phôi để taro.

4.1.5. Các dụng cụ hỗ trợ khác

- Heater & dây điện.

- Đầu nối ống nước & dây ống nước.

- Đồng hồ đo nhiệt độ.

4.2. Tiến hành gia công

Chế độ cắt được tra theo thông số của hãng dao Mitsubishi cho 3 loại vật liệu Al, C45 và P20. [Bảng chế độ cắt]

* Các bước gia công tấm insert:

- Bước  1:  Dùng  dao  phay mặt  đầu  Ø50  phay 6  mặt  của  phôi  để  được  kích  thước 100x100x43 mm3.

- Bước 2: Dùng dao hợp kim Ø16 để phay thô và tinh lòng khuôn tấm insert.

* Máy khoan dùng để khoan các lỗ.

- Bước 3: Dùng mũi khoan Ø12 để khoan đường ống nước.

Đường nước không cần làm bóng bề mặt, khi có độ nhám cao sẽ tạo ra dòng chảy rối tốt hơn, giúp nâng cao khả năng làm mát của hệ thống nên chỉ cần nguyên công khoan lỗ cho đường nước là đủ.

- Bước 4: Dùng mũi khoan Ø9.8 để khoan đường ống gia nhiệt.

- Bước 5: Dùng mũi dao phay Ø10 để phay tinh đường ống gia nhiệt. Phay tinh làm tăng độ bóng đường ống gia nhiệt, để các thanh điện trở và bề mặt tiếp xúc tốt nhất, khi đó khả năng truyền nhiệt sẽ giảm bớt được sự thất thoát ra môi trường bên ngoài.

- Bước 6: Dùng mũi khoan Ø4 để khoan lỗ ty đẩy.

- Bước 7: Vát mép đường ống nước để dễ taro.

- Bước 8: Taro đường ống nước.

CHƯƠNG 5 : THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ

5.1. Chuẩn bị

Nhóm đồ án thực hiện mô phỏng lấy kết quả đối với 4 loại vật liệu là Cu, Al, C45 và P20 nhưng vì điều kiện về giá thành vật liệu nên nhóm chỉ tiến hành gia công và làm thí nghiệm trên 3 loại vật liệu là Al, C45 và P20. Các đường heater được đánh dấu cụ thể trên từng tấm insert để lắp ráp phù hợp với từng thanh điện trở.

- Tấm insert

- Điện trở gia nhiệt (heater): có công suất 200W, đường kính 10mm, chiều dài 100mm.

- Các công tắc, dây điện để nối heater và các dụng cụ hỗ trợ khác.

- Đồng hồ đo nhiệt độ và đầu nối ống nước.

5.2. Lắp ráp

- Bước 1: lắp đầu nối ống nước vào các đường cooling channel, đầu có ren được quấn một lớp băng keo non có tác dụng phòng ngừa nước bị rỉ trong quá trình làm mát tấm insert.

- Bước 2: Lắp heater vào tấm insert.

3 heater mắc song song với nhau được cấp nguồn 220V, 50Hz điều khiển bằng công tắc thường.

- Bước 3: Kết nối cooling channel vào máy nước và máy nén khí

5.3. Tiến hành thí nghiệm

-  Bước 1: Gia nhiệt cho tấm insert để được nhiệt độ ban đầu của thí nghiệm là 400C. Quá trình gia nhiệt này được tiến hành bằng cách dùng máy nước bơm nước khoảng 430C chảy qua insert, máy nước sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ để luôn duy trì mức ổn định. Dùng máy đo nhiệt độ kiểm tra bề mặt lòng khuôn khi nào đạt được 400C thì chuyển sang bước 2.

- Bước 2: Tắt máy bơm nước và dùng máy nén khí đẩy hết nước trong cooling channel và ống nước ra ngoài, sau khi đẩy hết nước ra ngoài tắt máy nén khí. Bước này được thực hiện trong thời gian rất ngắn để tránh thất thoát nhiệt cho tấm insert.

- Bước 3: Sau khi đẩy hết nước ra ngoài bắt đầu gia nhiệt cho insert bằng heater trong thời gian 75s. Trong suốt quá trình gia nhiệt dùng máy đo nhiệt độ để đo nhiệt độ trên bề mặt khảo sát.

- Bước 4: Sau khi gia nhiệt đủ 75s tắt nguồn heater và bơm nước 400C để giải nhiệt cho tấm insert trong thời gian 75s. Trong suốt quá trình này cũng dùng máy đo nhiệt độ ghi lại nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn. Sau khi đủ 75s tắt máy bơm nước, kết thúc một lần thí nghiệm.

5.4. Kết quả thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm cho 3 loại vật liệu làm insert. Mỗi loại vật liệu được thí nghiệm 3 lần và kết quả nhiệt độ cuối được lấy trung bình của 3 lần đo.

Nhận xét kết quả thí nghiệm:

- Nhiệt độ lúc cuối quá trình gia nhiệt (75s) của tấm insert Al là 87.570C, tấm insert P20 là 81.470C và của tấm insert C45 là 74.370C.

- Nhiệt độ chênh lệch bề mặt của tấm insert Al là khoảng 1.50C (88.70C÷89.230C), tấm insert P20 là 20C (84.70C÷86.70C) và tấm C45 là 20C (84.70C÷86.70C).

- Theo Hình 5.10, kết quả thí nghiệm cho tấm insert Al có nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao nhất 89.230C (tại 77s), của P20 là 86.670C (tại 85s), và của C45 là 79.670C (tại 90s).

5.5.2. Vật liệu thép C45

Nhận xét

- Tấm insert làm bằng vật liệu C45 có tốc độ gia nhiệt rất chậm, biểu đồ Hình 5.12 cho thấy đường gia nhiệt và giải nhiệt giữa mô phỏng và thí nghiệm lệch nhau rất lớn.

- Nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt chênh lệch khoảng 220C nhưng cuối quá trình gia nhiệt là khoảng 0.130C. Chênh lệch nhiệt độ lúc cuối quá trình gia nhiệt nhỏ là do nhiệt nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt của thí nghiệm nhỏ nên giải nhiệt nhanh và về gần như nhiệt trong mô phỏng.

- Các yếu tố trong kết quả mô phỏng đều tốt hơn rất nhiều so với thí nghiệm: trong mô phỏng có nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt cao hơn, nhiệt độ cuối quá trình giải nhiệt thấp hơn, chênh lệch nhiệt độ bề mặt lòng khuôn thấp hơn, tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt cao hơn so với kết quả thí nghiệm.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"