بخشی از مقاله
شبیه سازی فرآیند تزریق پلاستیک در تولید قاشق با استفاده از نرم افزار Moldflow
چکیده:
فرآیند تزریق پلاستیک یکی از متداولترین روش های شکل دهی در صنعت و 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 رامی توان در چهار گروه اصلی خلاصه کرد: جنس ماده تزریقی، نوع ماشین تزریق، طراحی قالب و شرایط تزریق.در این مقاله سعی شده است بدون استفاده از روش سعی و خطا و با توجه به کارایی بالای نرم افزار Moldflow در فرآیند تزریق، سیکل تولید قاشق به روش تزریق پلاستیک شبیه سازی شود و پارامتر های مهم تزریق از جمله زمان پر شدن، فشار تزریق، و زمان پران قطعه را با داده های تجربی مقایسه شود 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 و نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی مطابقت مناسبی دارند.
کلمات کلیدی: شبیه سازی-تزریق پلاستیک-moldflow
مقدمه:
فرایند تزریق پلاستیک یکی از متداولترین و مهم ترین روش های شکل دهی در صنعت و ساخت و تولید
میباشد.[1]در فرایند تزریق پلاستیک ، ابتدا ماده پلاستیکی موردنظر تا دمای ذوب آن گرم شده و سپس به داخل حفره قالب تزریق می گردد . طی فاز پرشدن1، فشار تزریق به تدریج افزایش یافته تا جایی که فاز تراکم2 آغاز می گردد . سیکل تولیدی کوتاه مدت، خواص مکانیکی مناسب ، هزینه پایین باعث رشد روزافروزن این فرآیند شده است [2]
در این مرحله فشار تزریق معمولا ثابت باقی مانده تا با تراکم بیشتر مواد در داخل حفره میزان انقباض ابعاد کاهش
می یابد [3]و در پایان فرآیند طی فاز خنک کاری، ماده مذاب کاملا منجمد شده و از دستگاه تزریق بیرون انداخته می
شود .
در فرآیند تزریق پلاستیک عوامل متعدی درکیفیت نهایی قطعه تاثیر می گذارند . عوامل موثر را می توان در چهار گروه اصلی خلاصه کرد : جنس ماده تزریقی ، نوع ماشین تزریق ، طراحی قالب و شرایط تزریق .[4] منظور از شرایط تزریق عواملی همچون دمای قالب ، دمای مذاب ،مقدار فشار و دمای خنک کاری می باشند .[5]هر کدام از این عوامل
باید به طور دقیق انتخاب و کنترل شدند تا در نهایت قطعه تولیدی دارای کیفیت مطلوبی می باشد . مشکلاتی همانند
پدیده خط جوش3 و حبس هوا4 و پرنشدن کامل قطعه از جمله مهمترین مواردی هستند که در کیفیت قطعه نهایی باید لحاظ شوند [6-5].
شبیه سازی ، یکی از روشهای تجزیه و تحلیل سیستم ها است . شبیه سازی فرآیند ، طراحی مدلی از سیستم واقعی و انجام آزمایش هایی با این مدل است که با هدف پی بردن به رفتار سیستم و ارزیابی آن فرآیند است . ابزار شبیه سازی امکاناتی را در اختیار طراحان و مهندسان قرار می دهد که می توانند بدون صرف هزینه و تولید ضایعات ،
در کمترین زمان ، تاثیر پارامترهای مهم هر سیستم را بررسی تغییرات آن بررسی کنند. [7]
نرم افزار moldflow یکی از قویترین نرم افزار های شبیه سازی فرآیند تزریق می باشد.این نرم افزار اولین بار در سال 1978 تولید گردید که در آن سال فقط قادر به انجام آنالیز جریان5 بود.به مرور زمان ویژگی های آن توسعه یافتند
به گونه ای که امروزه قادر است کلیه چرخه سیکل تزریق را از اعم از پرکردن قالب ، اعمال فشار نگهدارنده ، خنک کاری قطعه را تحلیل نماید. همچنین بررسی انواع محل های تزریق ، بررسی تولید قطعه با مواد متفاوت و در نتیجه کاهش هزینه توسعه و تولید محصولات جدید با آن امکان پذیر است [8].
اساس آنالیزهای نرم افزار moldflow بر مبنای مش بندی می باشد . بنابراین نوع و اندازه مش ها در صحت نتایج و سرعت آنالیز موثر می باشند.
شبیه سازی:
- وارد نمودن مدل در نرم افزار و مش بندی آن:
ابتدا مدل قاشق در نرم افزاری مدل سازی مانندcatia طراحی شد و سپس به نرم افزار moldflow وارد گردید.
برای بررسی تحلیل نتایج بر روی قاشق از مش بندی Dual-Damine استفاده گردید.
بعد از مش بندی و اصلاح خطاهای موجود آن آنالیز های جریان و خنک کاری و محل تزریق ترسیم و انجام
گردید که در شکل 1 و 2، مدل مش بندی شده به روشDual-Damine و محل تزریق نشان داده شده است.
شکل-1 مدل مش بندی شده به روشDual-Damine
شکل .2 مشخص کردن محل تزریق
-مشخصات ماده :
از پلی استایرن شفاف1برای تولید قاشق با گرید CM1378 تولیدی شرکت Dow chemical USA با نام تجاری Styron 615 APR استفاده شد که در جدول 1 مشخصات کلی آن آمده است.
جدول-1 مشخصات ماده
جدول -2مشخصات ماده مصرفی در قالب
مشخصات دستگاه تزریق:
جهت تولید از دستگاه تزریق BA1300/400BK تولیدی شرکت Batterfeld استفاده شدکه مشخصات آن در جدول 3 آمده است.
جدول- 3 مشخصات دستگاه تزریق
اعتبارسنجی:
آنالیز های جریان و خنک کاری برای قطعه مورد نظر انتخاب گردیدو با داده های تجربی مورد مقایسه گردیدکه نتایج حاصل از شبیه سازی ما با داده های تجربی مطابقت مناسبی دارند.
برای خنک کاری قاشق، از آب استفاده شده است که در جدول 4 و شکل 3، مشخصات آن نشان داده شده است.
جدول-4 مشخصات خنک کاری
شکل-3 خنک کاری قطعه
نتایج و بحث:
در این مقاله داده های تجربی ، فشار تزریق ، دمای قالب ، زمان پر شدن و زمان پران که برای تولید قاشق به وسیله دستگاه تزریق در شرکت ناب پلاستیک به صورت دستی به دستگاه تزریق داده می شود را با داده هایی که با نرم افزار بدست آمده را مورد مقایسه قرار گرفته است.
-1زمان پرشدن:1
کل سیکل زمانی تولید قاشق شامل پر شدن ، تراکم ، خنک کاری و پران ، حدودا 14 ثانیه می لاشد که زمان پرشدن قاشق در فرآیند صنعتی تولید، حدود 4 ثانیه می باشد که با استفاده از نرم افزاراین زمان 3/041 ثانیه بدست آمد که در شکل4 نشان داده شده است.
شکل-4 زمان پرشدن
-2فشار تزریق:
مقدار فشاری که برای پر شدن قالب در فرآیند صنعتی تولید قاشق به صورت دستی و تجربی به دستگاه تزریق داده شد ، 80 مگا پاسکال بود که با استفاده از نرم افزاراین فشار 75,65 مگاپاسکال بدست آمد که در شکل5 نشان داده شده است.
