LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT CHO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

 

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước

1.1.1 Ngoài nước

Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn [1, 2]. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ được dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn 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, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài.

Dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating). Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) (Hình 1.1) có thể đạt được tốc độ gia nhiệt từ 1^oC/s đến 3^oC/s [3]. Độ gia nhiệt theo phương pháp này không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn.

Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng. Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25^oC [4, 5]. Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), (hình 1.2), được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa [6, 7].

Hình 1.1 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating)

 

 

Hình 1.2 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating system)

Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá [8, 9]. Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60^oC đến 120^oC trong  thời gian 2 giây. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 giây. Ưu điểm của phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) là tốc độ gia nhiệt rất cao, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn. Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 1.3) cần được thực hiện lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào.

Hình 1.3 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating)

 

Trong phương pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn (welding line), cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

Hình 1.4 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating)

Trong các nghiên cứu mới đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (Hình 1.4) được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như:

- Tốc độ gia nhiệt cao

- Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 giây

- Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn.

Tuy nhiên, hiện nay, các thiết kế của cuộn dây gia nhiệt chỉ giới hạn ở dạng 2D, toàn bộ cuộn dây chỉ được bố trí trên 2 mặt phẳng. Điều này ảnh hưởng không tốt đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt của khuôn. Đây cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép. Để khắc phục hiện tượng này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm nâng cao độ đồng đều về nhiệt độ của bề mặt khuôn và giảm cong vênh sản phẩm.

 

1.1.2 Trong nước:

Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giải quyết  bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa. Trong quá trình tìm hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm chuyên dùng cho mô phỏng quá trình gia công nhựa như: C-Mold, Moldflow, Moldex3D,… Ngoài ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE được thực hiện như sau:

- Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên LÊ MINH TRÍ (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”. Luận văn này đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng, kiểm tra kết quả. Tuy nhiên, nội dung đề tài này chưa đưa ra được phương pháp tối ưu cho việc thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở một chi tiết quá đơn giản, chưa phù hợp với yêu cầu thực tế.

- Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên NGUYỄN VĂN THÀNH (ĐH Bách Khoa TP HCM): “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD / CAE”. Luận văn này đã đề cập đến lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khuôn ép phun, nhằm xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD / CAE, áp dụng qui trình này cho sản phẩm là khuôn vỏ bình nước nóng.

- Đề tài nghiên cứu khoa học – công nghệ, PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH đã thực hiện đề tài : “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE, xác định thông số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa, hệ thống giải nhiệt hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của thành phố), thực hiện trong thời gian 9-2003 đến 8-2004, nghiệm thu ngày 30-8-2004.

Tuy nhiên, đến hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội khuôn trong thời gian ngắn nhất. Ngược lại, quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Do đó, thực trạng của sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Như đã trình bày ở trên, việc thiết kế hệ thống khuôn ép nhựa nói chung và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ nói riêng là một quá trình phức tạp, đòi hỏi tốn nhiều chi phí và thời gian. Hiện nay, việc thiết kế hệ thống làm nguội được thực hiện theo 2 phương pháp:

- Thiết kế theo kinh nghiệm.

- Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (sử dụng công cụ CAE).

Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều tập trung chủ yếu vào quá trình giải nhiệt cho khuôn. Do đó, đa số các công ty sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng. Ngoài ra, các phương án giải quyết các vấn đề về cong vênh, đường hàn, chất lượng bề mặt… vẫn còn rất hạn chế và tốn nhiều chi phí trong qua trình gia công.

1.3 Mục tiêu đề tài, đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu đề tài:

Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa theo nguyên lý gia nhiệt bề mặt bằng cảm ứng từ với các mục tiêu như sau:

- Tốc độ gia nhiệt đủ nhanh (sau 3-5 giây, nhiệt độ bề mặt khuôn đạt tới nhiệt độ > 100^oC)

- Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây.

- Phân tích, mô phỏng quá trình gia nhiệt nhằm dự đoán phân bố nhiệt độ ứng với các thiết kế khác nhau của cuộn dây

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Mô hình gia nhiệt cho tấm khuôn phun ép bao gồm:

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng nước

- Hệ thống dẫn nước giải nhiệt trong lòng khuôn

- Tấm khuôn

- Phương pháp mô phỏng nhằm dự đoán kết quả gia nhiệt cho bề mặt khuôn.

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

1.4.1       Nhiệm vụ nghiên cứu

-         Thu thập và phân tích tài liệu về kỹ thuật điều khiển nhiệt độ cho khuôn phun ép gồm 2 nhóm chính:

• Giải nhiệt cho khuôn
• Gia nhiệt cho khuôn

-         Tìm hiểu các yêu cầu về kết cấu khuôn ứng với phương pháp điều khiển nhiệt độ theo nguyên lý cảm ứng từ

-         Phân tích và đề xuất các thiết kế cho cuộn dây trong hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho khuôn phun ép

-         Mô phỏng các thiết kế của cuộn dây và chọn ra các thiết kế khả thi

-         Thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả phân tích, mô phỏng

-         Tổng kết và đưa ra các phương án tối ưu hóa

1.4.2 Giới hạn đề tài:

- Tấm khuôn mẫu kích thước : 100x100x30 mm³

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng nước : 25^oC à 90^oC

- Quá trình gia nhiệt cho khuôn đạt nhiệt độ cao nhất: 110^oC

1.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Cách tiếp cận

Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả.

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu

1.5.2.1                Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu:

Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa: đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài

1.5.2.2                Phương pháp phân tích thực nghiệm:

-           Dựa trên các kết quả và thất bại trong thực nghiệm, lựa chọn được cấu hình thiết bị phù hợp, tối ưu hóa được quy trình thu thập kết quả thí nghiệm.

-           Áp dụng quy trình thí nghiệm trên các thiết kế khác nhau của cuộn dây (thiết kế 2D và 3D)

1.5.2.3                Phương pháp phân tích so sánh:

Dựa trên các kết quả về mô phỏng và thực nghiệm so sánh giữa 2 thiết kế của cuộn dây (2D và 3D) về các yếu tố:

- Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn

- Giá trị nhiệt độ cao nhất của quá trình gia nhiệt.

Từ đó làm sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.

1.6 Kế hoạch thực hiện

Kế hoạch thực hiện luận văn được trình bày tóm tắt trong bảng 1.1

STT	Nội dung công việc	Thời gian thực hiện	Ghi chú
1	Tổng quan	09/2013
2	Quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm ứng từ	10/2013 - 12/2013
3	Phương pháp và thiết bị thí nghiệm	1/2014 - 03/2014
4	Mô phỏng và thí nghiệm quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ	04/2014 - 06/2014
5	Kết luận và hướng phát triển	07/2014

Bảng 1-1 Kế hoạch thực hiện luận văn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chương 2

QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP CẢM ỨNG TỪ

Chương này sẽ giới thiệu về hệ thống gia nhiệt bằng cảm ứng từ. Ngoài ra, các nguyên lý cơ bản và các đặc điểm nổi bật của phương pháp gia nhiệt này cũng sẽ được đề cập đến. Hiện nay, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mới, đang được ứng dụng ngày càng phổ biến trong công nghệ phun ép nhựa, vì vậy, khả năng ứng dụng của phương pháp này cũng sẽ được đề cập đến.

2.1 Giới thiệu chung về phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường được sử dụng trong quá trình gia nhiệt cho các vật liệu sắt từ nhằm nâng nhiệt độ lên đến trạng thái lỏng (nóng chảy), hoặc đến nhiệt độ chuyển đổi pha (quá trình tôi cao tần). Hiện nay, trong các phương pháp gia công tiên tiến, phương pháp gia nhiệt này có ưu điểm vượt trội về tốc độ gia nhiệt, độ ổn định, cũng như khả năng điều khiển quá trình gia nhiệt. Nhìn chung, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thuộc nhóm phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc. Phương pháp này dựa trên ảnh hưởng của dòng điện cao tần trong cuộn dây (coil) tạo nên dòng điện cảm ứng trên bề mặt cần gia nhiệt. Nhờ dòng điện cảm ứng này, bề mặt cần gia nhiệt sẽ được nung nóng đến giá trị cần thiết. Do đặc điểm về dòng điện cảm ứng từ, trong quá trình gia nhiệt, hầu như chỉ phần vật liệu gần lớp bề mặt bị ảnh hưởng (nung nóng), do đó, hiệu quả của quá trình gia nhiệt được nâng cao. Ngoài ra, trong quá trình phun ép, sau khi bề mặt khuôn được gia nhiệt và đạt đến giá trị nhiệt độ nhất định, nhựa nóng sẽ được phun vào lòng khuôn, sau đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra. Vì phương pháp cảm ứng từ chỉ gia nhiệt tại bề mặt khuôn, do đó, quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ diễn ra dễ dàng và tốc độ giải nhiệt sẽ nhanh hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được trình bày như Hình 2.1 và 2.2. Thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cấp nguồn điện, tạo ra dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây (Cuộn sơ cấp – primary coil) như Hình 2.1. Dòng điện này sẽ tạo ra từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây với cùng tần số của nguồn cao tần. Theo định luật Faraday, nếu có một cuộn dây khác nằm trong vùng ảnh hưởng của từ trường này, dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra bên trong cuộn thứ cấp (Secondary coil). Vì vậy, trong phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn theo phương pháp cảm ứng từ, cuộn dây sẽ đóng vai trò như cuộn sơ cấp, và bề mặt khuôn sẽ đóng vai trò như cuộn thứ cấp (Hình 2.2). Khi có dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây, từ trường biến thiên với tần số cao sẽ được tạo ra. Nếu bề mặt cần gia nhiệt của khuôn được đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trên bề mặt khuôn, và quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện.

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 

Hình 2.2 Dòng điện cảm ứng trong phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ

2.2 Hiệu ứng bề mặt

Trong quá trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn, do ảnh hưởng của dòng điện cao tần, hiện tượng gia nhiệt chỉ tập trung tại bề mặt của lòng khuôn. Trong các nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ, khi dòng điện có tầng số càng cao, dòng điện cảm ứng trên vật cần gia nhiệt sẽ càng tập trung tại bề mặt. Do đó, hiệu ứng nung nóng bề mặt sẽ càng được thể hiện rõ.

Chiều sâu lớp gia nhiệt (Heating layer or Penetration depth) tính từ bề mặt của vật cần gia nhiệt được xác định theo công thức sau [7]:

Với:

r  : Điện trở suất (Resistivity)                                [W.m]

µ  : Độ ngấm từ (Magnetical permeability)    [H/m]

f  : Tần số (Frequency)                                [Hz]

Theo như công thức trên, độ ngấm từ phụ thuộc vào tính chất vật liệu của vật cần gia nhiệt và tần số dòng điện. Do đó, với cùng loại vật liệu, hiệu suất và chiều dày của lớp gia nhiệt có thể được thay đổi thông qua việc điều chỉnh tần số của dòng điện. Với các loại vật liệu từ tính thấp, như đồng (Cu) và nhôm (Al), độ ngấm từ (Magnetical permeability) thường là 1. Ngược lại, với các loại vật liệu sắt từ (Ferromagnetic material), như thép, độ ngắm từ thường cao hơn rất nhiều. Do đó, khi gia nhiệt cho vật liệu sắt từ, nhờ hiệu ứng bề mặt, quá trình gia nhiệt sẽ tập trung tại bề mặt của vật cần gia nhiệt. Vì vậy, hiệu suất của quá trình gia nhiệt sẽ nâng cao đáng kể.

2.3 Thiết kế của cuộn dây gia nhiệt (coil design)

Trong quá trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn, dòng điện cảm ứng trên bề mặt khuôn được tạo ra bởi từ trường thay đổi của dòng điện trong cuộn dây (coil). Do đó, với các thiết kế khác nhau của cuộn dây, từ trường sẽ thay đổi, và kết quả là phân bố nhiệt độ trên bề mặt lòng khuôn cũng sẽ khác nhau. Với thiết kế tốt, cuộn dây sẽ tạo ra vùng gia nhiệt hợp lý cho bề mặt khuôn, ngoài ra, hiệu suất của quá trình gia nhiệt cũng được tối ưu hơn. Nhìn chung, trong lĩnh vực gia nhiệt cho khuôn phun ép theo nguyên lý cảm ứng từ, cuộn dây gia nhiệt (induction coil) thường được làm từ ống đồng với đường kính từ 5 mm đến 14 mm. Tùy theo từng loại khuôn và khu vực cần gia nhiệt, cuộn dây có thể có 1 vòng (turn) hoặc nhiều vòng dạng xoắn ốc (helical) với tiết diện tròn (round) hoặc vuông (square). Bên cạnh thông số về cuộn dây, khoảng cách giữa cuộn dây và bề mặt cần gia nhiệt cũng là một trong những thông số quan trọng. Nếu khoảng cách này nhỏ, hiệu suất của quá trình gia nhiệt sẽ lớn hơn. [10]

2.4 Một số đặc điểm nổi bật của quá trình gia nhiệt theo phương pháp cảm ứng từ

- Quá trình gia nhiệt:

(+) Do mật độ dòng điện (current density) tập trung tại bề mặt gia nhiệt nên quá trình gia nhiệt sẽ được thực hiện với tốc độ cao

(+) Với mục tiêu nâng nhiệt độ bề mặt lên giá trị cao (cao hơn nhiệt độ chuyển pha (T_g) của vật liệu nhựa), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ là một trong những phương pháp mang tính khả thi nhất.

(+) Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có thể dùng cho trường hợp cần gia nhiệt cục bộ tại một cùng nhỏ trên bề mặt khuôn

(+) Các trang thiết bị được dùng trong quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ có thể được tự động hóa dễ dàng

- Năng lượng:

(+) Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ mang tính hiệu quả cao về mặt năng lượng [11, 2, 10]. Tuy nhiên, mức độ hiệu quả này phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu cần gia nhiệt.

(+) Trong qui trình phun ép nhựa, quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ thường diễn ra với tốc độ nhanh, do đó, phần tổn thất nhiệt năng ra ngoài môi trường được hạn chế tốt đa.

- Chất lượng vùng gia nhiệt:

(+) Vùng gia nhiệt có thể được điều khiển dễ dàng thông qua thiết kế cuộn dây gia nhiệt hợp lý

(+) Quá trình gia nhiệt có thể được mô phỏng, tính toán chính xác trước khi tiến hành thực tế

- So với các phương pháp gia nhiệt khác, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có một số ưu điểm sau:

(+) Quá trình điều khiển nhiệt độ có thể được tiến hành dễ dàng

(+) Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ chỉ có ảnh hưởng đến lớp bề mặt của khuôn, do đó, hiệu quả về mặt năng lượng cao hơn rất nhiều so với phương pháp dùng điện trở để gia nhiệt.

(+) Có khả năng gia nhiệt cục bộ tại một hoặc một số vùng trên bề mặt khuôn

(+) Quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ gần như không phụ thuộc vào điều kiện môi trường bên ngoài.

(+) Đây là phương pháp gia nhiệt không ảnh hưởng xấu đến môi trường

- Một số nhược điểm cần được khắc phục của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ:

(+) Chỉ ứng dụng tốt với các loại vật liệu sắt từ

(+) Giá của thiết bị vẫn còn khá cao

(+) Với các bề mặt phức tạp, rất khó để có được thiết kế của cuộn dây thích hợp

.................................

Chương 5

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận

Thông qua nghiên cứu này, các thông số và đặc điểm của cuộn dây của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ đã được xem xét và phân tích. Với phương pháp mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng, các kết quả sau được rút ra:

- Với thiết kế 2 (cuộn dây 2D), chênh lệch nhiệt độ giữa mô phỏng và thí nghiệm dao động trong khoảng 3,6 ^oC đến 13,5 ^oC. Tương tự, với thiết kế 3 (cuộn dây 3D), chênh lệch nhiệt độ giữa mô phỏng và thí nghiệm dao động trong khoảng 2,0 ^oC đến 7,9 ^oC.

- Các kết quả cho thấy phương pháp mô phỏng có thể dự đoán khá chính xác phân bố nhiệt độ trên bề mặt của tấm khuôn.

- Cả phương pháp mô phỏng và phương pháp thí nghiệm đều cho thấy cuộn dây 3 (3D) cho kết quả tốt hơn các thiết kế khác với tốc độ gia nhiệt có thể đạt được 24,5 ^oC/s và chênh lệch nhiệt độ lớn nhất là 22,9 ^oC.

- Bằng phương pháp mô phỏng, các thông số của cuộn dây 3D đã được phân tích với các kết quả sau:

- Khi gia nhiệt bằng cuộn dây 3D, cuộn dây càng gần bề mặt khuôn, quá trình gia nhiệt càng thuận lợi.

- Chiều cao (H) của cuộn dây 3D càng thấp, tốc độ gia nhiệt sẽ chậm hơn, nhưng phân bố nhiệt độ sẽ tốt hơn.

- Bước (P) của cuộn dây có ảnh hưởng lớn đến quá trình gia nhiệt. Với bước nhỏ hơn, tốc độ gia nhiệt sẽ tăng mạnh tại vùng giữa của khuôn. Tuy nhiên, phân bố nhiệt độ của bề mặt gia nhiệt sẽ không cân bằng.

- Khi cuộn dây có tiết diện hình vuông, phân bố nhiệt độ và chênh lệch nhiệt độ sẽ được cải thiện.

5.2 Hướng phát triển của đề tài

Thông qua quá trình nghiên cứu về cuộn dây của phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ, bên cạnh những kết quả đã đạt được, hướng phát triển sau đây được đề xuất:

- Nghiên cứu quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ cho các bề mặt khuôn phức tạp hơn.

Thời gian gia nhiệt 10 giây, dòng điện 550A, tấm khuôn làm bằng thép không

 gỉ, cuộn dây là từ ống đồng.