بخشی از مقاله
چکیده:
نرم افزارهای مهندسی در زمینه ترزیق پلاستیک کمک شایانی جهت شبیه سازی فرآیند تزریق پلاستیک به طراحان و قالب سازان کرده اند. یکی از مهمترین و پرکاربردترین نرم افزارهای موجود در زمینه شبیه سازی فرآیند تزریق پلاستیک نرم افزار مولدفلو2 میباشد با استفاده از این نرم افراز قدرتمند میتوان مراحل مختلف فرآیند تزریق را تحلیل نمود.
فرآیند تزریق پلاستیک یکی از متداولترین روشهای شکل دهی در صنعت ساخت و تولید می باشد. در فرآیند تزریق پلاستیک عوامل متعددی در کیفیت نهایی و کاهش سیکل تولیدی قطعه تاثیر می گذارند که این عوامل موثر را میتوان در چهار گروه اصلی خلاصه کرد: جنس ماده تزریقی، نوع ماشین تزریق، طراحی قالب و شرایط تزریق میباشد و همچنین سیستم خنک کاری مناسب برای خنک کاری یکنواخت قطعه با توجه به پارامترهای خنک کاری تعیین گردید و نتایج حاصل از شبیه سازی مورد برسی قرار گرفت.
در این مقاله سعی شده است بدون استفاده از روش سعی و خطا و با توجه به کارایی بالای نرم افزار مولدفلو در فرآیند تزریق، سیکل تولید لیوان پلاستیکی به روش تزریق پلاستیک شبیه سازی شود و پارامتر های مهم تزریق از جمله زمان پر شدن، فشار تزریق، برای طراحی قالب وهمچنین سیستم خنک کاری مناسب برای خنک کاری یکنواخت قطعه با توجه به دمای آب خنک کننده ورودی و دبی آب خنک کننده، تعداد کانال، قطر کانال، فاصله کانال به قطعه تعیین گردید.
-1مقدمه:
حدود یک صد سال از عمر پلاستیک میگذرد و این در حالی است که تا حدود شش دهه پیش کسی از وجود این صنعت به این صورت و وسعت آگاهی نداشت.خواص متنوع و گوناگون پلاستیک ها همچون انعطاف پذیری یا قابلیت ذوب سریع، این امکان را به مهندسان طراح داده است تا با دستی بازتر به کار طراحی بپردازند.[1] قالبگیری تزریقی پلاستیک یکی از مهمترین روشهای شکل دهی قطعات پلاستیکی جدار نازک در صنعت می باشد که به دلیل داشتن مزیتهایی مانند سیکل تولیدی کوتاه، کیفیت بالای سطوح قطعه، خواص مکانیکی خوب، هزینه کم و وزن سبک امروزه بطور فزاینده ای در صنایع پلاستیک مورد توجه قرار گرفته است.
کیفیت قطعات قالبگیری تزریقی وابسته به ماده پلیمری، طراحی قطعه، طراحی قالب و پارامترهای فرایندی می باشد .[8]فرایند تزریق پلاستیک یکی از متداول ترین و مهمترین روشهای شکل دهی در صنعت ساخت و تولید می باشد .[9]سیکل تولیدی کوتاه مدت، خواص مکانیکی مناسب، هزینه پایین و وزن کم باعث رشد روزافزون این فرایند شده است .[10] در فرآیند تزریق پلاستیک عوامل موثری بر روی کیفیت نهایی قطعه اثر میگذارند که می توان آنها را در چهار گروه اصلی خلاصه کرد : جنس ماده تزریقی، نوع ماشین تزریق، طراحی قالب تزریق و شرایط تزریق [11 ] هرکدام از این عوامل باید به طور دقیق انتخاب و کنترل شوند تا در نهایت قطعه تولیدی دارای کیفیت مطلوبی باشد .
مشکلاتی همانند پدیده اعواج1، انقباض حجمی 2 و یا فرورفتگی سطحی3، از جمله مهمترین مواردی هستند که در کیفیت قطعه نهایی باید لحاظ شوند13]و [12 در ضمن زمان سیکل تولیدی هر قطعه نیز برای تولید کننده قطعه مطرح است. زیرا تولید کننده ای که بتواند قطعه تولیدی خود را با کیفیت بالاتر و در زمان کمتر تولید کند، در بازار رقابت موفق تر خواهد بود .[14]
در فرایند تزریق پلاستیک، ابتدا ماده پلاستیکی مورد نظر تا دمای ذوب آن گرم شده و سپس به داخل کویته قالب تزریق می گردد. طی فاز پر شدن4، فشار تزریق به تدریج افزایش یافته تا جایی که فاز تراکم5 آغاز میگردد. در این مرحله فشار تزریق معمولا ثابت باقی مانده تا با تراکم بیشتر مواد در داخل کویته میزان انقباض ابعادی کاهش یابد.[15] و در پایان فرآیند طی فاز خنک کاری6، ماده مذاب کاملا منجمد شده و از دستگاه تزریق بیرون انداخته میشود.
امروزه نرم افزارهای مهندسی در زمینه تزریق پلاستیک کمک شایانی جهت شبیه سازی فرایند تزریق پلاستیک به طراحان و قالب سازان کرده اند[16] .یکی از مهمترین و پرکاربردترین نرم افزارهای موجود در زمینه شبیه سازی فرایند تزریق پلاستیک نرم افزار مولدفلو میباشد[17] این نرم افزار شرایط تزریق را به عنوان شرایط مرزی از کاربر دریافت نموده و بر مبنای یک حل عددی - روش المان مرزی - نتایج را در خروجی ارائه می دهد.
-2مدل سازی و شبیه سازی: -1-2وارد نمودن مدل در نرم افزار
مدل لیوان موردنظر توسط نرمافزاری مدلسازی کتیا7، مدل شده و با پسوند STEP ذخیره گردید - شکل . - 1 قطعه مدل شده، برای بررسی شرایط عملیاتی قالبگیری، توسط نرمافزار مولدفلو فراخوانی شد. بعد از وارد کردن مدل لیوان به نرمافزار، مدل مشبندی شد و اندازه و نوع مش موردنظر انتخاب گردید. برای این منظور اندازه های متفاوتی از مش مورد بررسی قرار گرفت و نتایج مربوط با هم مقایسه شد و بهترین اندازه مش انتخاب گردید که برای مدل لیوان همانطور که در شکل 1و جدول1 مشاهده می شود از مش سطحی یا دوبعدی با اندازه 3/52 میلی متر با تعداد 2700 گره اانتخاب شد.
به منظور انتخاب بهترین اندازه مش ابتدا مدل مورد نظر با اندازه پیشنهادی نرمافزار مش زده و در مراحل بعدی مدل با چند اندازه کمتر و چند اندازه بیشتر از مقدار پیشنهادی مش زده شد - جدول. - 1 به منظور انتخاب صحیح اندازه مش باید در نظر داشت که در درجه اول درصد تطابق و درصد تطابق به صورت رفت و برگشتی بالاتر باشد، در درجه دوم تعداد مشهایی که نسبت ابعادی بزرگتر از شش دارند کمتر باشد و در درجه سوم تعداد مش کمتری داشته باشیم که حجم محاسبات کمتر شود. در نهایت برای این مدل - لیوان - اندازه 3/52 میلی متر، اندازه مناسبی در نظر گرفته شد.
-2-1-2 مشبندی قطعه و اصلاح خطاهای موجود
به منظور انتخاب صحیح سایز مش بندی، مقادیر نسبت ابعادی مثلث ها1، درصد تطابق2و درصد تطابق به صورت رفت و برگشتی3 باید بهینه گردنند. فاکتورهای فوق باید در مش ها با اندازه های مختلف بررسی گردند. در این بررسی ابتدا می توان قطعه مورد نظر را با ابعاد پیش فرض توسط نرم افزار مش بندی نموده، سپس میزان فاکتورهای فوق را در ابعاد مش بزرگتر و کوچکتر از مقادیر پیش فرض بررسی نمود. در برسی بهینه کردن فاکتورهای فوق باید به موارد زیر توجه نمود. مقادیر درصد تطابق و درصد تطابق به صورت رفت و برگشتی باید بیشترین مقدار باشد.
این مقادیر حداقل باید از 85 درصد بیشتر باشد. نسبت ابعادی مثلث ها باید کمتر از 6 بوده و هر چقدر این مقدار از عدد 6 کمتر باشد، مطلوب تر است. در نهایت مقدار مش های کمتر به دلیل حجم مورد نیاز محاسبات کمتر، مطلوب تر است. نتایج بررسی شده در جدول 1 نشان داده شده است. همانطور که از جدول 1 پیداست، دو فاکتور درصد تطابق و درصد تطابق به صورت رفت و برگشتی برای کلیه سایزها در محدوده قابل قبول بوده اند لذا فاکتور نسبت ابعادی مثلث ها به عنوان فاکتور مهم تر باید بررسی شود. نسبت ابعادی مثلث ها در اندازه مش برابر 3/52 میلیمتر دارای کمترین مقدار بوده و به این ترتیب اندازه مش 3/52 میلیمتر با تعداد 2700 گره به عنوان بهترین سایز مش بندی انتخاب گردید.
