Введение 3
1 Проблема создания системы индукционного нагрева технологических комплексов для производства пластмассовых изделий методом литья 5
1.1 Технология изготовления изделий из пластмассы методом литья 5
1.2 Спецификация технологии нагрева для полимерных материалов 14
2. Математическая модель процесса индукционного нагрева при производстве пластмасс 38
2.1 Математическая модель структуры нагреваемых объектов 38
2.2 Электромагнитные процессы и их математическая модель индукционного нагрева 47
2.3 Окончательная модель процессов индукционного нагрева при производстве пластмасс методом литья 63
3. Синтез параметров индукционного нагревателя и анализ его электромагнитных и тепловых полей при производстве пластмасс методом литья 71
3.1 Создание алгоритма поиска параметров системы индукционного нагрева для производства пластмасс методом литья 71
3.2 Расчет и анализ электромагнитных полей полимерного материала 72
3.3 Выбор оптимальной частоты источника питания 78
3.4 Параметры системы индукционного нагрева во время производства пластмассы методом литья 85
Заключение 89
Список использованных источников 91
В настоящее время пластмассовые изделия, которые производятся путем литья, находят наибольшее применение в промышленности. И больше всего в автомобильной, аэрокосмической, судоходной, электротехнической промышленности, в сельском хозяйстве и строительной отрасли. Изделия из пластмасс широко используются для производства потребительских товаров. Требования к качеству выпускаемой продукции затрудняют создание надежного и эффективного оборудования для нагрева полимерных материалов. Для повышения эффективности производства пластмассовых изделий методом литья используется индукционный нагрев. Далее необходимо провести предварительное физико-математическое моделирование, а именно, разработать математические модели электромагнитных и тепловых процессов для неоднородных сред. Это позволит нам обеспечить качественное функционирование всего технологического процесса.
В производстве пластмассовых изделий этот метод часто использует гидравлические машины для литья под давлением. Этот процесс называется литьевым формованием. Нагревание полимерного материала до фиксированной температуры является наиболее важным моментом в производстве пластмассовых изделий. На этом этапе необходимо создать температурное поле, которое равномерно распределено по всему объему материала и предотвратит перегрев, так как это приведет к потере упругих свойств и невозможности проведения литья.
Для нагрева полимерного материала в настоящее время используются трубчатые электронагреватели (TEN) и специальные электрические нагреватели типа повязки. Устойчивые нагревательные элементы очень просты в изготовлении, имеют низкую стоимость и не особенно критичны к качеству электроэнергии. Но вместе с этими преимуществами нагреватели сопротивления также имеют ряд недостатков, которые не позволяют повысить производительность производственной линии и не могут обеспечить постоянно возрастающие требования к качеству продукции. Существует, например, нагрев с помощью сопротивления, путем прямого воздействия горячей воды или пара. Эти методы, в свою очередь, являются дорогостоящими и неэффективными из-за большой тепловой инерции процесса и трудности получения требуемого температурного диапазона при одновременном снижении энергопотребления отопительной установки.
Рассматриваемый индукционный нагреватель используется для нагрева полимера при производстве пластмассовых изделий. Этот тип отопления по сравнению с другими типами имеет ряд преимуществ: быстрый нагрев, высокая концентрация и точная локализация энергии при нагревании, обеспечивая короткий цикл, который, в свою очередь, имеет высокую производительность. В то же время улучшается использование оборудования и материалов, снижаются затраты на энергию. В силу принципа индукционного нагрева происходит выделение тепла внутри детали, и в результате этот процесс более эффективен в энергетических затратах, чем другие методы, а количество рассеиваемой энергии чрезвычайно низкое.
Чтобы обеспечить равномерный нагрев материала со всех сторон, необходимо выбрать правильную частоту нагрева металлического шнека.
1. Анализ, который был проведен для технологии нагрева при производстве изделий из пластмассы, показал, что методы, используемые в настоящее время, не обеспечивают необходимой точности и быстродействия системы. Однако, есть иные конструкции индукционных нагревателей, которые можно использовать, как часть технологического процесса изготовления изделий из пластмассы.
2. Мы рассмотрели метод, который показал нестандартные особенности использования индукционного нагрева и который отличает его от известных индукционных нагревателей. Для разработки рациональной конструкции индуктора, которая удовлетворяла бы всем требованиям технологии, она должна базироваться на оптимальном проектировании и методах математического моделирования. Нужно получить комплексное решение задачи оптимально управления технологическим процессом нагрева и оптимального проектирования для того, чтобы получить высокоэффективную индукционную нагревательную установку.
3. Рассмотрен алгоритм расчета внутренних источников тепла, конечно-элементную модель и метод расчета температурных распределений в многослойной цилиндрической системе «цилиндр пластикации - полимерный материал - шнек».
4. Был разработан вычислительный алгоритм для расчета тепловых и электромагнитных полей в системе «индуктор - цилиндр пластикации - полимерный материал - шнек», который позволил рассчитать распределение температуры в полимерном материале на всех участках при нагреве внутренними источниками тепла, которые образуются под действием вихревых токов.
5. Получен алгоритм распределения удельной мощности источников внутреннего тепловыделения в основе которого лежат математические модели процесса индукционного нагрева, которые мы рассмотрели в работе.
6. Разработан алгоритм для поиска необходимой конструкции индуктора, который мы рассчитали на основе последовательного решения электромагнитной и тепловой задач.
7. На основании экспериментов, которые мы провели, определены энергетические характеристики индукционного нагревателя. В согласовании с предложенным способом были определены параметры, а также разработана конструкция системы индукционного нагрева.
8. В итоге предложен путь реализации системы индукционного нагрева, который обеспечит требуемые показатели качества нагрева.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
