بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تجزیه و تحلیل عددي انتقال حرارت و جریان سیال در شرایط گذرا در فرایند تزریق پلاستیک بر روي یک قالب سطل رنگ صنعتی با استفاده از نرم افزار Mold flow بررسی و عوامل موثر مانند فشارتزریق و نحوه و زمان خنک کاري و عوامل حرارتی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. معادلات حاکم شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژي می باشند. تنش هاي حرارتی ایجاد شده بر روي قطعه در نقاط مختلف تحلیل گردید. آنالیز گرمایی قالب تزریق پلاستیک، امکان بررسی اثر تنش پسماند گرمایی را در تغییر شکل نمونه و آنالیز تنش کششی محصول فراهم نمود تا به وسیله آن حد تحمل نمونه در زیر بار کششی، قبل از رسیدن به شکست بدست آید . نتایج حاصل از این تحلیل ها موجب گردید تا میزان کاهش مواد اولیه بدون هیچ گونه تغییر در شکل یا اعوجاج در قطعه - سطل - بدست آید . همچنین براي شرابط ورودي بدست آمده در مجموع حداقل مواد مصرفی با حداکثر راندمان تزریق حاصل گردید.
واژههاي کلیدي: قالب تزریق پلاستیک ، تنش پسماند گرمایی ، فشار تزریق ، زمان خنککاري
-1 مقدمه
صنعت پلاستیک از جمله صنایع رو به رشد در جهان می باشد. تقریبا قطعات پلاستیکی در همه محصولاتی که در زندگی روزمره به کار میروند وجود دارند و بیشتر آنها به شیوه تزریق تولید میشوند. فرایند قالبگیري تزریق پلاستیک از جمله صنایع شناخته شده در زمینه تولید قطعات با اشکال متنوع و پیچیده با هزینه اندك میباشد.فرایند قالبگیري تزریق پلاستیک یک فرایند سیکلی میباشد. در این فرایند چهار مرحله عمده شامل پرکردن، قالبگیري، سردکردن و پران قطعه میباشد.[1]فرایند قالبگیري تزریق پلاستیک با ریختن رزین و افزودنی هاي مورد نیاز در قیف دستگاه جهت گرما دادن در سیلندر و تزریق در ماشین تزریق آغاز میشود . این مرحله تغذیه میباشد که در آن حفره قالب با پلیمر ذوب شده و داغ در دماي تزریق پر میشود. بعد از اینکه حفره قالب پر شد مواد پلیمري اضافی با فشار بالاتر جهت جبران انقباض مورد انتظار همزمان با انجماد قطعه تزریق میشوند. از این به بعد مرحله خنککاري آغاز میشود و تا زمانی که قطعه به صلبیت کافی جهت پران برسد ادامه می یابد.
مرحله بعدي مرحله پران می باشد که در آن قالب باز میشود و قطعه پران میشود و دوباره قالب جهت انجام سیکل بعدي بسته می شود. طراحی و ساخت قالبهاي تزریق قطعات پلیمري با خواص مورد نیاز، یک فرایند گران قیمت و نیازمند تجربه و اصلاحات مکرر در ساخت و ماشینکاري میباشد. همچنین طراحی اضافات قالب از قبیل طراحی ماهیچه، به دلیل پستی و بلنديهاي آن کاري پیچیده میباشد. فاکتورهاي مهم دیگري نیز در طراحی قالب وجود دارند. این فاکتور ها شامل اندازه قالب، تعداد حفرهها، چیدمان حفرهها ، سیستم راهگاه، سیستم گیتها ، آبرفتگی و پران میباشد. در آنالیز گرمایی قالب، هدف بررسی تنش پسماند گرمایی یا تنشهاي وارده در قالب بر اندازههاي محصول میباشد .
به طور عمده ایجاد تنش هاي حرارتی در قطعه قالبگیري شده تزریقی در خلال مرحله سرد شدن ایجاد میشود و این امر به دلیل انتقال حرارت پایین و اختلاف دما بین رزین ذوب شده و قالب میباشد. در مدت زمان سرد شدن دماي پیرامون حفره قالب غیر یکنواخت میباشد. در زمان سرد شدن مکان هاي نزدیک به مجراهاي خنککاري نرخ سرد شدن بیشتري نسبت به مکانهاي دورتر از مجاري دارند .این امر باعث ایجاد انقباضهاي مختلف و به دنبال آن ایجاد تنش حرارتی میشود. این تنشهاي حرارتی باعث ایجاد تنش هاي پسماند عمده میشود. بنابراین در مرحله سرد شدن، شبیهسازي گسترده تنش هاي پسماند حرارتی در قطعات قالبگیري شده بسیار مهم می باشد . بنابراین با درك نحوه پخش تنش حرارتی میتوان تغییر شکلهاي ناشی از تنشهاي پسماند حرارتی را پیشبینی کرد.[2]در این بخش طراحی قالب تزریق جهت بررسی نمونه تست پیچش و آنالیز گرمایی قالب جهت درك اثر تنش پسماند حرارتی در قالب ارائه شده است.
-2 بیان فیزیکی :
مدل مورد مطالعه در این مقاله یک سطل رنگ صنعتی از جنس ABS استوانهاي با ضخامت 2mm میباشد که درشکل - - 1 نشان داده شده است. با توجه به حالت تقریباً مخروطی سطل رنگ، قطر کف سطل یا قسمت کوچک 262/17mm ، قطر قسمت بزرگ یا سر سطل 269/97mm و ارتفاع آن 235/62 mm است. دادههاي ورودي تزریق براي ساخت سطل عبارتند از فشار mpa
120 ، زمان تزریق 1 Sec ، دما مذاب 230oc و نیروي گیرهبندي 5600 ton میباشد. در شکل - 2 - نیز قالب اصلی و در شکل - - 3 نمونه طراحی شده آن نشان داده شده است.
-5نتیجه گیري
پس از اعمال شرایط ورودي و تعیین مناسبترین محل تزریق که در شکل - 4 - نشان داده شده، مدل مورد مطالعه تحلیل و در نتیجه توزیع حرارت، فشار، زمان پر شدن، زمان منجمد شدن و پارامترهاي دیگر موثر بر فرایند تزریق بدست آمد که در شکلهاي زیر به ترتیب مشاهده میشود.
-3 بیان ریاضی معادلات حاکم :
معادلات حاکم براي تعیین توزیع دما، فشار و سرعت در فرایند تزریق پلاستیک قالب سطل رنگ صنعتی، معادلات پیوستگی، مومنتم و معادله انرژي میباشند که عبارتند از :
-4 شبکه بندي هندسه:
در شکل - 4 - شبکه بندي هندسه مورد نظر با استفاده از مش منشوري و نامنظم انجام شده است. نکات مهم درمشبندي عبارتند از اینکه نسبت مشها نباید بیشتر ازیک به هفت باشد و درصد تراکم آن باید حداقل 85 درصد باشد.
