قسمت 5
طراحی برش عمودی مستطیلی قلب اکستروژن با یک سوراخ
1ـ5 مقدمه
هدف از شبیه‌سازی CFD، معین کردن حالت بهینه شکل قالب شامل صفحه قالب و مقطع عرضی پین برای بدست آوردن ابعاد اکسترود خواسته شده از cm1*cm2 از بخش عبوری مستطیلی با یک سوراخ دایره‌ای از cm1/1 ضخامت برای مرکز آن (شکل 1ـ5 را ملاحظه فرمائید. برای بدست آوردن این اکسترود، یک خالی کردن، تقریباً بخش مسطتیلی، قالب برشی با یک انداختن شبیه یک پین در مرکز آن مورد نیاز است. آنالیز عنصر محدود انجام شده یک گردش بولی را بکار می‌گیرد یک کد عنصر محدود CFD تجاری. نتایج بدست آمده براساس اطلاعات مواد و موقعیتهای فرآیند که در قسمت 3 داده شده بنا نهاده شده‌اند.
در بخش 2ـ5 علم هندسه مدل ارائه شده است. در بخش 3ـ5 یک توضیح مختصر از مدل عنصر محدود توسعه داده شده برای شبیه‌سازی ارائه شده است. این استنباط شده بوسیله یک بازبینی متصل از نتایج اکستروژن در بخش 4ـ5. این نتایج شامل یک بازبینی از اطلاعات در زمینه تندی برحسب زمان. فشار و دما مانند یک نقشه از سرعت برش و ویسکوزینه پلیمر، همچنین شکلها در بخش 4ـ5 نتایج محاسبات سطوح آزاد و وارونه اکستروژنه هستند. بخش 5ـ5 تشریح می‌کند اجزاء متفاوتی از قالبها و اهدافشان در جریان قالب نقشه چاپی آبی برای قالب طراحی شده در پیوست A داده شده است.2ـ5 علم هندسه از مدل
قالب اکستروژن یک جریان پلیمر زیر فشار از ورودی تا خروجی نگه می‌دارد. ورودی یک دایره است با قطر m055/0 که با بخش عبوری خروج از لوله برابر است. پلیمر از میان بخشهای تناوب و منشعب و اطراف عنکبوتها و از میان تحول قالب دور نهایت از میان سطح قالب جریان می‌یابد (شکل 2ـ5 را ملاحظه فرمائید). لبه قالب یک بخش مسطتیلی انحناءدار بی قاعده با عرض کاسته شده در وسط هست و پین از بخش عبوری شبیه انداخت هست. حتی با وجود آن مقطع عرضی اکسترود و لبه قالب بالانس چهارتایی هستند. (شکل 2ـ5 را ملاحظه فرمائید). بدلیل عنکبوتی پیچیده و ساختار قالب تحول، شبیه‌سازی کردن نیمی از حوزه جریان واقعی لازم بود. شکل (3ـ5 را ملاحظه فرمائید) هر چند تحلیلهای پارامتری می‌تواند باشد و انجام شده باشد خیلی کارآمدتر بوسیله جریان شبیه‌سازی در سطح قالب و یا نواحی زیری قالب فقط با یک ربع از حوزه جریان واقعی بعلت بالانس کردن چهارتایی در آن ناحیه (شکل 4ـ5 را ملاحظه فرمائید). حرکت پولی برای شبیه‌سازی جریان قالب 3 بعدی و انتقال گرما مثل جریان سطح آزاد mm25 پائین رود از انتهای قالب بکار می‌رود (شکل 5ـ5 را ملاحظه فرمائید). حوزه محاسباتی مانند شکل 3 بعدی واقعی قالب و یک جریان سطح آزاد بعد از قالب جائیکه سرعت دوباره توزیع می‌شود و کم شدن فشار در یک پائین رود فاصله کوتاه اتصال از انتهای قالب اتفاق افتاده است. حوزه به چندین زیر حوزه تقسیم شده است برای آسان کردن استفاده از موقعیتهای مرز وابسته (شکل 5ـ5 را ملاحظه فرمائید)
3ـ5 مدل عنصری محدود
بعلت هندسه 3 بعدی پیچیده از قالب و رابطه غیر خطی میان ویسکوزیته پلیمر و سرعت برش یک شبکه عنصری محدود وظیفه‌ای و دارای جزئیات توسعه یافته برای آسان کردن ثبات عددی از راه‌حل (شکل 6ـ5 را ملاحظه فرمائید). آن شامل 30872 عنصر با شبکه مکعبی شاختاری در سطح قالب و سطوح آزاد و شبکه چهارضلعی غیرساختاری در بخش باقیمانده. شبکه ساختاری در سطح قالب و سطح آزاد کمتر از 33/0 است. بعد از بوجود آمدن شبکه عنصری محدود در گامبیت، مدل بیرون برد، شده برای اطلاعات پولی جائیکه اطلاعات مواد و وضعیت مرزی مشخص شده است.
4ـ5 شبیه‌سازی و نتایج تست حقیقی
1ـ4ـ5 برجستگی قالب ـ تحلیل میزان حساسیت
تبعیت از پارامترهای گوناگون روی برجستگی قالب زمانیکه جریان از میان یک قالب با یک سوراخ دانسته برای اکستروژن مستقیم می‌یابد. برای این بررسی، فقط اجزاء سطح زیری، سطح قالب و سطح آزاد به حساب می‌آیند، در شکل 4ـ5 نمایش داده شده است. هندسه متناسب است در مورد هر دو برنده فقط یک چهارم بخش از قالب محاسبه می‌گردد. شبیه‌سازیهای گوناگون انجام شده برای استفاده چرکت پولی بوسیله تغییر حجم از یک پارامتر هنگامیکه دیگر ثابتها، ثابت نگه داشته شوند. مختصات اکسترود در شکل 7ـ5 نشان داده شده برای شبیه‌سازیهای مختلف مقایسه شده است.
یک شبیه‌سازی بدون گرفتن حالت سکون در کار مؤثر اجرا شده و دیگر شبیه‌سازی بوسیله گرفتن حالت سکون که هست کمتر از 007/0% در برجستگی قالب انجام شده است. مقاطع عرضی سرعت اغلب یکسان هستند برای دو مورد که نمایش می‌دهد که نتیجه از حالت سکون برای جریانها در تعداد رینولد کم بی‌اهمیت است. تعداد رینولدها برای جریانهای پلیمری در قالبهای اکستروژن بوش عمودی داده شده معمولاً کمتر از 1 است. شبیه‌سازیهای گوناگون انجام شده توسط تغییر هر حجم از توان از مدل کریو، ویسکوزیته سرعت برشی مبدأ، سرعت جریان توده، پارامتر انتقال و ثابت زمانی هنگامیکه همه پارامترهای باقیمانده ثابت نگه داشته می‌شوند. زمانیکه توان در مدل یاسودا ـ کریو، n از 253/0 به 53/0 تغییر کرده است، تغییر در مختصات اکسترود بین 8/3% و 4/17% پیدا می‌شود. این نشان می‌دهد که توان یا شیب ویسکوزیته در برابر منحنی سرعت برش یک ثانیه بیشتری بر روی برجستگی قالب دارد. تأثیر توان بر روی برجستگی قالب در شکل 8ـ5 نشان داده شده است.
زمانیکه حجم پارامتر انتقال از 5/0 تا 2 تغییر کرده است که بکار رفته در مدل کریو، تغییر در برجستگی قالب که مشاهده شده که کمتر از 7/2% بوده است. نتایج شبیه‌سازیهای مختلف زمانیکه با استاندارد یکی در درصد مقایسه شده در جدول 1ـ5 نشان داده شده است.
2ـ4ـ5 توانائی اکستروژن معکوس از جریان پولی
کارایی اکستروژن معکوس، پشکویی از ابعاد ورودی قالب زمانیکه مقطع عرضی خروجی مورد نظر داده شده است، بکارگیری نرم‌افزار جریان پولی توسط معکوس جریان و شبیه‌سازیهای اکستروژن مستقیم از بین یک قالب با یک سوراخ تحلیل شده است. شبیه‌سازیها توسط گرفتن فقط ؟؟ بخش از سطح قالب در امتداد با سطح آزاد اجرا شده‌اند. یک شبیه‌سازی توسط دادن حوزه خروجی خواسته شده از ورودی اجرا شده و جریان پولی شبیه‌سازی اکستروژن معکوس را انجام می‌دهد و شکل خروجی قالب مورد نیاز از خروجی را می‌دهد. بعد یک شبیه‌سازی توسط گرفتن حوزه لبه قالب اجرا شده بوسیله اکستروژن معکوس از ورودی و جریان پولی شبیه‌سازی اکستروژن مستقیم را انجام می‌دهد. و شکل از حوزه اکسترود را می‌دهد.
بعد. شکلها از بخش ورودی در شکل قالب‌گیر و بخش خروجی در شکل دومی برای معتبر ساختن توانائی شبیه‌سازی اکستروژن معکوس از جریان پولی مقایسه شده‌اند. مختصات اکسترود در شکل 7ـ5 نمایش داده شده برای هر دوی شبیه‌سازیها مقایسه شده‌اند. نتایج 2 شبیه‌سازی در ارتباط با درصد مقایسه شده‌اند در جدول 1ـ5 نمایش داده شده است. ابعاد معکوس حوزه اکسترود خواسته شده از ورودی در اکستروژن معکوس خیلی به ابعاد بدست آورده شده توسط اکستروژن مستقیم نزدیک است با یک اختلاف درصد کمتر از 2% که نمایش می‌دهد که توانائی اکستروژن معکوس از جریان پولی خیلی خوب است.
3ـ4ـ5 تبعیت از جریان مخالف روی مقطع عرضی اکسترود.
تعدادی شبیه‌سازیهای اکستروژن مستقیم انجام شده برای تعیین اثر جریان مخالف بر روی مقطع عرضی اکسترود کرون، شبیه‌سازیهای انجام شده توسط گرفتن سطح قالب (بخش1)، سطح قالب، سطح زیری (بخش1 و2) و همه قالب (بخش‌های1 و2 و3) همراه با سطح آزاد (شکل 3ـ5 را ملاحظه فرمائید) و ابعاد اکسترود مقایسه شده‌اند. گنجایش از سطح زیری در شبیه‌سازیها نشان می‌دهد یک اختلاف از 5% در ابعاد از اکسترونهائی زمانیکه مقایسه کرد با شبیه‌سازیها بوسیله گرفتن فقط سطح قالب که نشان می‌دهد که سطح زیری باید در شبیه‌سازیها شامل باشد. اما اختلاف در ابعاد از اکسترود فقط 1% برای شبیه‌سازیهای انجام شده با سطح زیری و سطح قالب و کل قالب هست که نشان می‌دهد که شبیه‌سازیهای پارامتری می‌تواند انجام شده با سطح زیری و سطح قالب باشد اما برای نتایج دقیق‌تر کل قالب باید درنظر گرفته شود.
4ـ4ـ5 نتایج شبیه‌سازی اکستروژن معکوس
شبیه‌سازیها بر روی یک 2.52 GHz, windowsکامپیوتر خانگی با رم GB-1 اجرا شده است. بر روی این پلت فرم 19 ساعت و 36 دقیقه از زمان cpu برای بدست آوردن کل نتایج شبیه‌سازی معکوس نیاز بوده است. جریان پولی مفید بوده است برای انجام دادن شبیه‌سازی عددی از قالب اکستروژن، بکارگیری اطلاعات فرآیند و مدل عنصری محدود که در بالا شرح داده شده است.
بعد نتایج یک پس‌انداز برای بکارگیری پست روان ملاحظه شده‌اند. شبیه‌سازیهای اکستروژن برای هندسه قالب موجود و پارامترهای فرآیند اکستروژن واقعی اجرا شده است. مقطع عرضی اکسترود با شبیه‌سازی بدست آمده شبیه شکل بدست آمده در طول اکستروژن واقعی هست.
مقایسه شکل 9ـ5 با شکل 10ـ5. در حدود 5% انحراف در عرض و ارتفاع می‌تواند با محدودیتهای شبیه‌سازی حمایت شود به‌خوبی با نتایج از خنک کردن و پائین کشیدن کشش در طول اکستروژن واقعی.
طرح اکستروژن معکوس نیرومند از نرم‌افزار کاربردی CFD برای بدست آوردن یک سطح قالب محدود و مقاطع عرضی بین مرکزی برای تولید یک اکسترود مستطیلی با یک سوراخ دایره‌ای در مرکز آن مفید بوده است.
ابعاد محصول هدف 5% بزرگتر داده شده است برای جبران کردن برای پائین کشیدن و تأثیرات سرما در کالیبراتور و پائین رود دورتر. برنامه از برجستگی قالب تأثیر می‌گیرد بعلت کاهش سرعت از گداز در ناحیه سطح آزاد که آن از قالب خارج می‌شود و سطح قالب مورد نیاز را محاسبه می‌کند و مقاطع عرضی پین مرکزی برای بدست آوردن ابعاد اکسترود خواسته شده بعد از خروج گداز از ناحیه سطح آزاد. مختصات لبه قالب شبیه‌سازی مفید داده شده در ضمیمه A را بدست آورد.
1ـ4ـ4ـ5 توزیع فشار
فشار یکی از پراهمیت‌ترین مقادیر از تنزیل در تحلیل قالب اکستروژن است.
در تحلیل حاضر، فشار خروجی 5 مشخص شده بود. این مقدار کمک می‌کند بعنوان یک مرجع برای نتایج ارائه شده در زیر برای دیگر حوزه‌ها، شکل 11ـ5 و 12ـ5 نشان می‌دهد توزیعهای فشار در تمام خوزه ورودی سطوح یکسان از مختصات ثابت، که عمودی هستند برای هدایت جریان که می‌تواند مشاهده شود که فشار پیوسته در امتداد سطوح یکسان از ورودی قالب تا خروجی کاهش می‌یابد و سطوح از فشار ثابت برای هدایت جریان عمودی هستند که نشان می‌دهد که آنها نواحی باز چرخشی در قالب نیستند. افت فشار در تمام قالب از ورودی تا خروجی 02/5 مگاباسکال می‌باشد.
2ـ4ـ4ـ5 توزیع سرعت
شکل 13ـ5 و 14ـ5 طرح نقشه برجسته‌ای از بزرگی سرعت از تمام حوزه و در سطوح یکسان مختلف را نشان می‌دهد. سرعت حداکثر از پلیمر تقریباً 1/14 است که در ناحیه همگرا شده در تعدیل کننده پمپ ذرب اتفاق می‌افتد و میانگین سرعت در خروجی 1/6 است.
3ـ4ـ4ـ5 توزیع دما
توزیع دما بوسیله حل معادلات بالانس انرژی توصیفی در حوزه قالب بدست آمده است. شکل 15ـ5 توزیع دما از پلیمر را در طول اکستروژن نشان می‌دهد. پلیمر وارد قالب می‌شود در یک دمای 473 درجه کلوین و دیوارهای قالب در یک دمای k473 نگهداری می‌شوند بنابراین تغییرات دما در درون قالب اتفاق نمی‌افتد. سطح بیرونی پلیمر تا k465 خنک می‌شود زمانیکه از قالب mm25 پائین رود بیرون می‌آید. دما در قالب افزایش می‌یابد بعلت چسبناکی گرمای پیدا شده k5 در اطراف نزدیک ناحیه پین جائیکه سرعتهای برش بالا در طول بررسیهای پارامتری اتفاق می‌افتد که ناچیز است و بنابراین در شبیه‌سازی نهائی ناچیز است.
4ـ4ـ4ـ5 سرعت برش، ویسکوزیته و توزیع فشار
ویسکوزیته سیترون در شبیه‌سازی قالب در مدل کاربردی کاریو ـ یاسورا مشخص شده بود. با این مدل ویسکوزیته ماکزیمم اتفاق می‌افتد زمانیکه سرعت برش به صفر تمایل دارد و یک مینی‌یوم است زمانیکه سرعت برش بالاترین است. سرعت برش از 0 تا 320 تغییر می‌کند. در دیوار پین مرکزی بیشترین می‌شود. اطراف دیواره‌های سطح قالب سرعت برش در حدود 70 تا 150 تغییر می‌کند. مقدار ویسکوزیته از 480 تا 13350، Pa-S تغییر می‌کند. این حد بالا از ویسکوزیته نشان می‌دهد درجه غیر خطی مواد در حل عددی. شکل 16ـ5 . 17ـ5 و 18ـ5 حد فاصل سرعت کشش و ویسکوزیته را نشان می‌دهد.
5ـ5 طراحی قالب
وظیفه نهایی همه شبیه‌سازیهای انجام شده هست رسیدن به شکل بهینه از قالب برای بدست آوردن ابعاد خواسته شده از حوزه اکسترود است. برای اینکه ساده کردن ساخت و بررسی، قالب اکسترود شامل 5 صفحه می‌شود هرکدام وظیفه و اهمیت خودشان را دارند. بعد از خروج پلیمر اکسترود با سرعت زیاد حرکت می‌کند و از میان یک صفحه شکننده پرده جریان می‌یابد. آن هست اندازه‌گیری شده در واحد متر بوسیله یک پمپ چرخ دنده‌دار ذوب قبل از ورود به قالب. اولین صفحه قالب، تعدیل کننده پمپ ذوب متصل کرده قطر خارجی mm55 پمپ چرخ‌دنده‌دار ذوب به صفحه تعدیل کننده عنکبوتی که در چرخش وصل می‌کند صفحه عنکبوتی با 3 عنکبوت. عنکبوتها برای نگهداری یک پین میان‌تهی برای شکل دادن سوراخ مرکزی اکسترود مفید هستند یک سوراخ متصل در یکی از عنکبوتها ساخته شده است از خط نیتروژن تنظیم شده به پین میان‌تهی برای نگهداری فشار گاز و به میانه شکل دادن حوزه در اکسترود. بنابراین پلیمر از میان صفحه زیری جریان می‌یابد. تغییر شکلش از مدور به حالت خمیده، بخش عبوری شبیه مستطیلی از صفحه سطح قالب آخری با بخش عبوری یکسان، اجازه گداخته پلیمر به نیت شود قبل از خروج از قالب. پین مرکزی در ساختار عنکبوتی محکم شده و بخش عبوری خروجش انداختنی هست بطوریکه بدست آوردن یک سوراخ مدور در اکسترود کردن نهائی بعد از باد کردن جریان آزاد و توقف درهمان زمان خروج ذوب شده پلیمر منحنی است بخش عبوری سطح قالب مستطیلی شکل منتظر است برای تغییر شکل دادن به پائین رود حوزه مستطیلی خواسته شده همه قسمتهای قالب در شکل مونتاژ شده، شکل گسترده، دید 2 بعدی و جداگانه در شکلهای 19ـ5 تا 22ـ5 نمایش داده شده‌اند.
خلاصه
هدف از این مطالعه توسعه یک استراتژی ممکن برای طراحی قالب کارا در روش اکستروژن برای شکل‌دهی پلیمر اکسترود شده با یک شکل دلخواه باتوجه به افزایش عملکرد قالب یک پلیمر مذاب و بدست آوردن محاسبات خیلی مهم فیزیکی و پدیده‌های سیال شناسی در فرآیند را شامل می‌شود. روند 3 بعدی و انتقال حرارت از میان قالب همچنین حرکت به سمت خروجی قالب در داخل سطح آزاد تحلیل شده است.
استفاده از رفتار عامل CFD در انتها باتوجه به رفتار غیر نیوتنی پلیمر 2 نمای اکسترود با اشکال لازم، با 10 سوراخ گرد یک اندازه و روی خط مرکز به قطر mm1/1 برای طراحی قالب محاسبه شده‌اند. موارد مورد استفاده با یک درجه‌بندی صنعتی شامل پلی‌استیژن استیرن 663. ترکیب شده با ناخالصی‌های براق‌کننده. هدف از شبیه‌سازی CFD محاسبه فشار، حرارت، سرعت، تنش و توزیع سرعت برشی روی کل قلمرو شبیه‌سازی و بررسی تأثیر قسمتهای مختلف روی تعادل جریان جرم در خروجی قالب و در پایان تعیین شکل بهینه قالب شامل پایه قالب و پینها برای محاسبه ابعاد دلخواه از قسمت اکسترود شده.
فهرست
لیست فصلها
لیست جداول
لیست شکلها
لیست ضمیمه
منابع(مراجع)
فصل یک
1 مقدمه
1 مقدمه
2 هدف
3 انگیزه
5 طرح کلی از کارحاضر
فصل دو
7 زمینه ومرورنوشتجات
7 روش تزریق
8 تجهیزات تزریق
8 شمای تزریق کننده
10 خنک‌کاری و مراقبت تجهیزات
11 قالبهای تزریق
11 برخی فرضیه های لایه ای
14 مناطق فشار,سرعت ودما
15 انواع قالبها
16 عوامل کیفی موثردر کیفیت تزریق شده
17 تورم تزریق شده
22 دمای دیواره قالب
23 تولید حرارت ماده لزج
23 مرور نوشتجات
فصل سه: معادلات حاکم از جریان پلیمر و هدایت گرمایی, شرایط مرزی و خواص پلیمر
26 معادله‌های پایستگی (بقا)
26 معادله موازنه جرم
27 معادله موازنه مومنتوم
29 معادله موازنه انرژی
29 فرضیات کلی
29 مایع غیر نیوتنی
36 شرایط مرزی
37 مسخصات پلیمر (ذرات پلاستیکی)
39 شبیه‌سازی عددی
39 مقدمه
42 مرور نرم‌افزار
43 برنامه play flow
44 پیش‌بینی شکل تزریق
45 طراحی معکوس قالب
45 جریان سطح آزاد
46 شبکه منظم وشبکه های غیر یکسان
46 شبیه‌سازی عددی
فصل پنج ـ طراحی قسمت مستطیلی قالب تزریق با یک سوراخ
49 مقدمه
50 علم هندسه از مدل
53 مدل عنصری محدود
53 شبیه‌سازی و نتایج تست حقیقی
53 برجستگی قالب ـ تحلیل میزان حساسیت
54 توانایی اکستروژن معکوس ازجریان پولی
55 تبعیت ازجریان مخالف روی مقطع عرضی اکسترود
55 نتایج شبیه‌سازی معکوس اکستروژن
57 توزیع فشار
60 توزیع سرعت
60 توزیع دما
62 سرعت برش، ویسکوزیته و توزیع فشار
62 طراحی قالب
فصل شش ـ طراحی قسمت مستطیلی قالب اکستروژن با 10 سوراخ
68 معرفی
70 هندسه مدل
72 عامل انتهایی مدل
72 شبیه‌سازی و نتایج تست موجود
74 Preland
76 توزیع فشار
78 توزیع سرعت
78 توزیع حرارت
78 نرخ برش، سرعت و توزیع تنش
81 پیش‌بینی سطح مشترک آزاد واکستروژن معکوس
81 طراحی قالب
فصل هفت ـ نتایج و توصیه‌ها برای اصلاحات آینده
85 نتایج
85 نتیجه وپیشنهادات برای پیشرفت درآینده
لیست جداول(پیوست)
100
جدولA-1
105 جدولB-1
لیست شکلها
51 (شکل3-5)حوزه قالب اکستروژن باسطح آزاد
51 (شکل4-5)هندسه از سطح قبلی وسطح قالب ونواحی سطوح آزاد
52 شکل(5-5)نمایش حوزه با مرز موقعیتها
52 شکل(5-5)نمایش حوزه با مرز موقعیتهای حوزه محیط محدود وشبکه لبه قالب
58 شکل(9-5)قالب موجود و نمایش متقابل و برشهای عمودی قالب بهبودیافته جدید
59 شکل(11-5)طرحی ازفشارایستا
59 شکل(12-5)طرحی از فشار ایستادرسطوح مختلف
61 شکل(13-5)طرحی ازحجم سرعت
61 شکل(14-5)طرحی ازحجم سرعت-فشاردرسطوح مختلف
64 شکل(15-5)طرحی از توزیع دما
63 شکل(16-5)طرحی از سرعت قطع کردن
63 شکل(17-5)طرحی از ویسکوزیته
64 شکل(18-5)سرعتهای بریدن در بخش عرضی لبه قالب
66 شکل(19-5)منظرمونتاژشده ازکل قالب
66 شکل(20-5)منظرشکافته شده ازکل قالب
67 شکل(21-5)منظرشکافته شده ازقالب اکستروژن
67 شکل(22-5)منظر2بعدی ازکل قالب
71 شکل(2-6)حوزه کاملی ازقالب اکستروژن
71 شکل(3-6)حوزه نیمه ای ازقالب اکستروژن با سطح آزاد
71 شکل(4-6)حوزه نمایش با وضعیت سرحد
73 شکل(5-6)نمای بسته ازلبه ها پایه ها وپینها
73
75
75 شکل(6-6)حوزه عنصر محدودونیمه از شبکه برش عمودی داده شده اکسترود
شکل(7-6)نیم حوزه ای از قالب اکستروژن
شکل(8-6)تقسیم خروجی به 10قسمت
75 شکل(10-6)طرحی از فشار ایستا
77 شکل(11-6)طرحی از فشارایستادرسطوح مختلف
79 شکل(13-6)طرحی ازحجم سرعت
79 شکل(14-6)طرحی ازحجم سرعت درسطوح مختلف
79 شکل(15-6)سرعت میان خط مرکزی ازخروج
80 شکل(16-6)طرحی از توزیع دما
80 شکل(17-6)طرحی از سرعت بریدن
80 شکل(18-6)طرحی از ویسکوزیته
82 شکل(19-6)برشهای عمودی اکسترود مورد نیاز وقالب شبیه سازی شده
82 شکل(20-6)درصدسرعت جریان انبوه برای قالب بالانس شده وطراحی شده
84 شکل(23-6)منظرمونتاژ شده ازکل قالب
84 شکل(24-6)منظرشکافته شده ازکل قالب
84
94 شکل(25-6) منظرشکافته شده ازکل قالب
لیست مراجع
لیست ضمیمه
98 Appendix.A101 Appendix.B105 Appendix.Cفصل 6
طراحی قسمت مستطیل شکل قالب اکستروژن با 10 سوراخ
1ـ6 معرفی
هدف از شبیه‌سازی CFD تعیین مطلوب‌ترین شکل قالب شامل dielend و پین و بهترین طول قسمتهای مختلف می‌شود تا بیشترین تعادل جریان در خروجی قالب با ابعاد اکسترود شده دلخواه قسمت عبوری مستطیل شکل با 10 سوراخ گرد مساوی روی خط مرکزی به قطر mm1/1 فراهم کند (عکس 1ـ6 مشاهده می‌شود)
جریان از میان قالب موجود بوسیله Altar inc آسانتر تحلیل شده بود [47]. برخی مدلها دوباره آنالیز شده بود توسط نرم‌افزار Paly flow تا بیشترین تعادل جریان در خروجی قالب را فراهم کند. در نتیجه اساس داده مواد و موقعیت فرایند داده شده در فصل 3 فراهم شده است.
77-97
در قسمت 6.2 هندسه‌ای از مدل ارائه شده است. در قسمت 6.3 یک تعریف کوتاه از توسعه عامل انتهایی مدل برای شبیه‌سازی ارائه شده است. این قسمت بوسیله مرور جزئیات نتایج اکستروژن در قسمت 6-4 پیگیری می‌شود. این نتایج شامل مروری بر داده‌های سرعت و فشار و حوزه گرمایی علاوه بر کشیدن نقشه برش و سرعت پلیمر می‌شود. همچنین نتایج محاسبات صفحات آزاد اکستروژن معکوس در قسمت 6-4 نمایش داده می‌شود. قسمت 6-5 اجزای مختلف قالب و اهمیت آنها در جریان قالب و تصویر آبی کشیده برای طراحی قالب p در ضمیمه B داده شده است را توضیح می‌دهد.
6-2 هندسه مدل
قالب اکستروژن جریان پلیمر (استیرن) را مهار می‌کند زیر فشار از ورود تا خروج. ورودی دایره‌ای با قطر 0.055m است که برابر با قسمت عبوری خروجی لوله است. جریانهای پلیمر از میان قسمت انتقال و … i.e و از قسمت عبوری گرد تا قسمت عبوری مستطیل شکل سپس دور شبکه و پل ارتباطی (با استفاده از پین) و از میان منطقه انتقال قالب (انتقال روان از قسمت عبوری مستطیل تا نزدیکی قسمت مستطیل شکل)، و در پایان از میان dieland (عکس 6.2 ملاحظه شود) عبور می‌کند. لبه قالب یک برآمدگی نامنظم قسمت مستطیل شکل است و پینها قسمت عبوری بیضی شکل است.
در هرحال قسمت اکسترود شده و لبه قالب چهار ضلعی متقارن است (شکل 6-2 را ببینید)، هزینه پیچیدگی شبکه و انتقال ساختار قالب تا شبیه‌سازی نیمی از حوزه جریان واقعی آن ضروری بوده (شکل 6.3 را ملاحظه کنید)
Paly flow در شبیه‌سازی 3 بعدی جریان قالب و انتقال حرارت مورد استفاده است علاوه بر قسمت عبوری به سمت خارج 35mm در سطح آزاد از قسمت خروجی (نگاه کنید شباهت محاسبات منطقه شبیه‌سازی شده در شکل 6.4) و عکس 6.5 نشان می‌دهد در نمای نزدیک از پل، پایه‌ها و پینها.
72-98
حیطه محاسبات شبیه هندسه 3 بعدی قالب واقعی و جریان سطح آزاد قالب بعدی جایی که سرعت پخش (توزیع) و تنش آرام در فاصله‌ای کوتاه از قسمت عبوری به خارج از خروجی قالب قرار گیرد برای کاربرد آسان شرایط حدی منطقه فوق به چند زیر منطقه تقسیم می‌شود (شکل 6-4)
74-100
6-3 عامل انتهایی مدل
هندسه سه بعدی پیچیده قالب و ارتباط غیر خطی بین سرعت پلیمر و نرخ برش، پیچیدگی، مش (mesh) عامل انتهایی توسعه داده شده بود تا حل عددی متعادل آسان شود. آن عبارت است از 19479 عامل با سختار شبکه هگزاهیه‌رال در dieland و سطح آزاد شبکه بدون ساختار تتراهیدرال در قسمت باقی‌مانده. گوشه‌های مساوی کج از ساختار شبکه در dieland و سطح آزاد 0.5 کمتر است بعد از ساخت شبکه عامل انتهایی در Gambit و مدل فرستاده شده Palydata و جایی که داده‌های مواد و شرایط مرزی مشخص شده بود.
75-101
6-4 شبیه‌سازی و نتایج تست موجود
شبیه‌سازی‌ها با نرم‌افزار ویندوز و با کامپیوتری با سرعت 2-52GHz و با RAM , 1GB قابل اجرا می‌باشد و برای اجرای کامل یک ساعت از زمان CPU لازم بود. نتایج شبیه‌سازی معکوس غیر همدما (قسمت dileand جدید). Play flow برای انجام شبیه‌سازی عددی از قالب اکستروژن توسط داده فرآیند و عامل انتهایی مدل که در بالا توضیح داده شده استفاده شده بود.
سپس نتایج توسط یک تست پردازش Fluentpast بازبینی شد.
نقطه قوت اکستروژن معکوس در نرم‌افزار کاربردی CFD استفاده از فراهم کردن یک dieland تعدیل شده و قسمتهای پین مرکزی برای تولید اکسترود مستطیل شکل با یک سوراخ گرد در مرکز بوده. همان‌طور که در نزدیکترین فصل توضیح دادیم در حدود 5% انحرافات در طول و عرض ممکن است با محدودیتهای شبیه‌سازی قابل توجیه باشد بعلاوه با تأثیر خنک کردن و انقباض کشش در طول فعالیت اکستروژن می‌توان چنین انتظاری داشت.
76-102
هدف از تولید ابعاد 5% بزرگتر از حالت عادی جبران انقباض و اثر خنک کردن در تنظیمات و همچنین قسمت عبوری انتهایی بود. برنامه بدست آمده در محاسبات برآمدگی مناسب قالب تا سرعت آرامش مذاب در منطقه سطح آزاد همچنین خروجیهای قالب و محاسبات مورد نیاز dieland و حوزه‌های بین مرکزی ابعاد اکسترود شده دلخواه بعد از خروج مذاب از قسمت سطح آزاد را فراهم می‌آورد.
Preland-6-4-1
در ابتدا، برخی شبیه‌سازیها با گرفتن فقط قالب قابل انجام بودند (به استثنای سطح آزاد) تا مشخص شدن بهترین ابعاد Preland در تعادل بیشتر جریان در خروجی می‌تواند مؤثر باشد. شبیه‌سازی‌ها با تغییر ابعاد d2 و d0 و d1 انجام شد (در شکل 6-7 نشان داده شده) در 8 مورد، و خروجی قالب در 10 منطقه تقسیم شده بود (در شکل 6-8 دیده شود) و نرخ جریان در هر خروجی در طول تست پردازش گرفته می‌شود. و نتایج در نموداری نمایش داده شده بود در شکل 6-9 دیده می‌شود. مورد 1-4 انجام شده بود با تغییر do (مورد 3 بهتر بود) مورد 3 و 5 و 6 انجام شده بود و با تغییر در d1 (موردها بهتر بود) و در 5 و 7 و 8 تغییر در d2 انجام شد (مورد 5 بهتر بود) از همه موارد مورد 5 از بقیه بهتر بود و ابعاد آن در شبیه‌سازیهای باقی‌مانده استفاده شده بود.
78-104
6-4-2 توزیع فشار
فشار یکی از مهمترین کمیتهای مورد توجه در تحلیل قالب اکستروژن است. در تحلیل فعلی فشار در خروجی صفر بود. این مقدار خوبی است چون یک مرجع برای تفسیر نتایج توضیح زیرا برای استراحت منطقه است. عکس 6-10 و 6-11 توزیع فشار در کل منطقه و روی سطح مشترک نشان می‌دهد. آن می‌تواند مشاهده شود که ادامه کاهش فشار در طول iso-sarfaces از ورودی تا خروجی قالب و فشار ثابت سطح مشترک تا راستای جریان عبوری است، که قسمت گردش دوباره در قالب وجود ندارد نشان داده شده است.
79-105
فشار کم در کل قالب از ورودی تا خروجی بود. فشار کم قالب افزایش خواهد یافت با افزایش در نرخ جریان ـ شبیه‌سازیهای مختلف برای نرخهای جریان مختلف انجام می‌شود و نتایج در جدول و منحنی که براساس فشار کم با نرخ جریان در شکل 6-12 فراهم شده است.
81-107
6-4-3 توزیع سرعت
عکس 6.13 و 6.14 خطوط منحنی بزرگی سرعت در کل منطقه و Iso-surfaceهای مختلف را نشان می‌دهد. حداکثر سرعت پلیمر تقریباً m/s16 است که در قسمت پل بوجود می‌آید. عکس 6-25 سرعت در طول خط مرکزی در خروجی را نشان می‌دهد.
83-109
6-4-4 توزیع حرارت
توزیع حرارت بوسیله حل معادله توزیع معادل انرژی در منطقه قالب فراهم شده است. عکس 6.16 توزیع حرارت پلیمر درطی اکستروژن را نشان می‌دهد. دمای پلیمر ورودی قالب 473k و دیواره‌های قالب دمای 473k را نگه داشته تا تغییر دما در قالب رخ ندهد. در سطح مشترک خروجی پلیمر تا 445k سرد شده تا هنگامی که خارج شود از مجرای عبوری خارجی 3.5cm قالب (چسبندگی اضافه صرف‌نظر می‌شود).
84
6-4-5 نرخ برش، سرعت، و توزیع تنش
با افزایش مقدار رخ داده در منطقه پل و ارزش مقدار چسبندگی از 1026 Pa-S تا 13211 Pa-S نرخ برش کمتر از 96 1/5 است. افزایش درجه چسبندگی نشان دهنده مقداری ماده غیر خطی در شبیه‌سازی عددی است. عکس 6.17 و 6.18 نمایشی از نرخ برش و چسبندگی را نشان می‌دهد.
85
6-5 پیش‌بینی سطح مشترک آزاد و اکستروژن معکوس
قسمت خروجی قالب نیاز به کسب اکسترود دلخواه با یک منحنی نامنظم است. قسمت مستطیل شکل با 10 پین بیضی شکل همچنین فراهم کردن توسط قابلیتهای معکوس Paly flow. در عکس 6-19 نشان داده شده. هماهنگی لبه قالب توسط شبیه‌‌سازی ارائه شده در ضمیمه B فراهم شده است. با فراهم کردن قسمت عبوری و یک نمودار مقایسه نرخ جریان در خروجی قالب در طراحی قالب و تعادل قالب که در شکل 6-20 ارائه شده جریان در خروجی قالب متعادلتر می‌شود. همچنین در شکلهای 6-21 و 6-22 نمودار مقایسه میانگین سرعت و شاخه‌های خروجی مختلف از قالب موجود با میانگین تعادل قالب ارائه شده در گزارش Altair Inc نشان داده شده است.
88
6-6 طراحی قالب
قالب با 10 سوراخ شامل 5 صفحه است. مخزن اکسترو در پلیمر خروجی، ابتدا جریانها از میان تنظیم کننده پمپ مذاب. پمپ 1 و پمپ 2 عبور می‌کند. این 3 صفحه استفاده از تغییر کانال جریان از گرد به مستطیل شکل می‌باشد.
سپس جریانهای پلیمر از میان صفحه شبکه. شبکه‌ها و پلها در نگه داشتن پینهای توخالی و سوراخهای ارتباطی که ساخته شده از میان پینها، پلها و شبکه‌های وزش هوا هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد. سپس جریانهای پلیمری از میان dielan عبور کرده تا آرام شود قبل از خروج از قالب همه قسمتهای قالب در مونتاژ و شکل انفجاری در شکلهای 6-23 و 6-24 و 6-25 دیده می‌شود. عکس آبی برای کل قالب و اجزای جداگانه رسم شده و در ضمیمه B نشان داده شده است.
فصل 7
نتیجه و پیشنهادات برای پیشرفت در آینده
1ـ7ـ نتیجه
این پایان نامه یک مروری بر جزئیات فرایندهای اکستروژن، فرموله کردن ریاضی جریان پلیمر، حرارت و شبیه‌سازی جریان و طراحی قالب اکستروژن را ارائه می‌دهد. هدف از شبیه‌سازی GDF تعیین شکل بهینه قالب شامل پایه قالب و پینها برای فراهم کردن ابعاد دلخواه اکسترود کردن می‌باشد. شبیه‌سازی سه بعدی عامل انتهایی جریان و انتقال حرارت از میان قالب و در داخل قسمت عبوری سطح آزاد به سمت خروجی قالب قابل انجام است توسط یک کد GFD صنعتی. Poly flow و ساخته شده توسط Fluent Inc. شبیه‌سازی اولیه گرفته و منتقل شده بود با استفاده از ابعاد قالب موجود و پارامترهای فرایند عملیات و روش اکسترود کردن همچنین فراهم آوردن شباهت شکل بدست آمده در طول عملیات اکستروژن. در حدود 5 درصد افزایش ابعاد در پهنا و ارتفاع نوعاً پذیرفته می‌شد با تأثیر خنک کردن و کم شدن کشش در طول عملیات اکستروژن. بنابراین، هدف تولید ابعاد 5% بزرگتر جبران انقباض و اثر خنک کردن در تنظیم و افزایش قسمت عبوری به سمت خارج می‌باشد. قسمت میانی دچار افت شده از تولید انتهایی اکسترود شده قابل پرداخت و دوباره کاری می‌باشد تا خنک کردن غیر یکنواخت در تنظیم و انقباض قسمت عبوری به سمت خارج جایی که حوزه شبیه‌سازی خارجی بود. Dieland و لبه‌ها توسط اصطلاحاً شبیه‌سازی اکستروژن معکوس با هدف بهبود درستی ابعاد اکسترود شده بدست می‌آید.
91-117
از بازرسی دقیق توزیع سرعت و فشار آشکار می‌شود که مناطق بازگشت مجدد در قالب وجود ندارد و آن قالب مجاری خوبی دارد. آن باید قابل فهم باشد که نتیجه شبیه‌سازی و تجربه باید برای طراحی قالب کارا با یکدیگر ترکیب شوند. علاوه براین درک کامل از فرایند اکستروژن و خصوصیات پلیمر برای طراحی قالب کارا خیلی مهم است.
یک طراحی قالب کارا، طراحی تنظیمات و درک کامل از فرایند اکستروژن کاملاً ضروری است تا رسیدن به کیفیت و دقت بالا در تولیدات اکسترور شده نهایی.
نتایج آنالیز CFD را می‌توان به شکل زیر خلاصه کرد:
1ـ ابعاد بهینه قالب برای رسیدن به بیشترین تعادل جریان در قسمت خروجی فراهم شود.
2ـ اثر زمان سختی قابل پیدا کردن است تا برای جریانها پلیمر در برآورد قانون Beynalds قابل صرفنظر باشد.
3ـ نمونه‌ای از مدل Carreau-yasuda یا شیب از نسبت سرعت به منحنی نرخ برش، یک اثر مهم روی برجستگی قالب دارد.
4ـ میزان فشار در قالب با یک سوراخ. از دهانه تا خروجی 5.02 MPa است.
5ـ میزان فشار در قالب با 10 سوراخ. از دهانه تا خروجی 7.35 MPa است.
6ـ جریان در قالب مورد نظر بدون منطقه گردش دوباره باید روان باشد.
7ـ شکل قسمت خروجی قالب برای قالب با یک سوراخ نامنظم است. قوس قسمت عبور مستطیلی با یک پین بیضی شکل هم مرکز است.
8ـ جریان در قسمت خروجی با محاسبات قسمت خروجی قالب متعادل است.
118-92
9ـ تغییر دما در سیال مناسب است تا زمانی ویسکوزیته حرارتی قابل صرفنظر است (کمتر از 5k) سطح خروجی پلیمر خنک می‌شود تا 465k از دمای قالب که 475k است تا هنگامی که از قالب یا یک سوراخ 2.5cm به سمت قسمت خروجی خارج شود و خنک می‌شود تا 445k تا هنگامی که خارج شود از قالب با 10 سوراخ 3.5cm در قسمت خروجی.
نتیجه شبیه‌سازی در طراحی و ابعاد قالب اکستروژن استفاده شده بود. جزئیات آنچه را که ارائه شد در این پایان نامه با یکدیگر با نتیجه شبیه‌سازی، بعلاوه طراحی قالب تعدیل / تطبیق برای موارد مختلف، داده و روی، و خصوصیات استیرن می‌تواند توسط روش شبیه‌سازی توسعه یافته و انجام شود.
7-2 پیشنهادات برای پیشرفت در آینده
بعد از مرور نتیجه شبیه‌سازی CFD توسط Paly flow و فرایند عملیات اکستروژن در Fermilab و پیشنهادات برای پیشرفت در آینده عبارتند از:
1ـ موقعیت حدی شبیه‌سازی همرفتی آزاد خنک کردن در محیط هوا استفاده می‌شود برای جریان سطح آزاد (مجرای عبوری به خارج از خروجی قالب). در فرایند عملیات اکستروژن تابش اثر مهمی روی توزیع گرما در جریان سطح آزاد دارد. اثر تابش تنها با همرفتی می‌تواند شامل شبیه‌سازی آینده باشد.
2ـ موقعیت حدی از نیروی صفر در انتهای سطح آزاد قابل اجرا است. اما در فراین عملیات اکستروژن نیروی کششی وجود دارد که موجب شکل نهایی اکسترود شده می‌شود. این نیروی کششی می‌تواند قابل اندازه‌گیری باشد یا تضمین و مسئول شبیه‌سازیهای آینده شود.
93
3ـ اثر چسبندگی می‌تواند شامل شبیه‌سازی 5 در آینده باشد.
4ـ خنک کاری اکسترود کردن و تنظیمات بعدی برای مقاله جامدسازی و کیفیت سطح اکسترود شده مهم است. شبیه‌سازی‌های انتقال حرارت می‌تواند گرفته و منتقل شود برای حداکثر استفاده انجام شده خنک کننده از اکسترود کردن.
5ـ ابعاد سوراخ‌ها منوط به طراحی قالب (شکل لوله و ابعاد) و فشار هوای فشرده، تنش و هوای فشرده می‌تواند مورد استفاده باشد.
6ـ مطالعه پارامترهای بیشتر می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد برای پرداخت گوشه‌های غیر یکنواخت.


5 دسته‌بندی نشده  یکسان ویسکوزیته نمای نامنظم موقعیتهای موقعیت موازنه منظرشکافته منحنی معکوس مشترک مستطیلی مرزی مذاب مختصات لیست کیفیت کشیدن کشش کریو کارا قسمتهای فرمائید عنکبوتی عنکبوتها عکس عرضی عبوری طرحی ضمیمه شکلها سوراخ سکون سازیهای سازیها زیری زمانیکه روان ذوب دایره خنک حدی چسبندگی جزئیات جریانهای جریانها جائیکه توانائی تنظیمات تعدیل تزریق تبعیت پینها پین پیشنهادات پیشرفت پولی پلیمر پارامتری بیضی برجستگی بالانس بازبینی انقباض انرژی انتهایی انتهای اکستروژن اکسترود استیرن ازکل ازقالب ازحجم Preland Paly Pa mm dieland CFD Appendix
قیمت: 100 تومان

برای پیدا کردن مطالب مشابه در این سایت ، از قسمت جستجو استفاده کنید 

کلمه کلیدی را وارد کنید :

مطالب مرتبط

5

30 (2393)

HYPERLINK “http://vahidsaeedi.blogfa.com/post-3.aspx” رفتارشناسی حیوانات اهلی مقدمه: در طول چندین هزار سال انسان شکارچی و مصرف کننده گوشت می‌باشد. انسان Homoerectus در 400 هزار سال قبل شکار و استفاده از آتش را برای پختن گوشت آغاز ادامه مطلب…

5

30 (2354)

7) بحث با توجه به مصرف رو به رشد فراورده های پروتئینی دریائی در جهان و سمیت بالقوه فلزات سنگین در این ماده مصرفی، بررسی این عوامل به عنوان یک شاخص بهداشتی در دستور کار ادامه مطلب…

5

30 (2252)

کارآفرینی کارخانه ماکارونی مقدمه ماکارونی در حال حاضر به عنوان عنصری پر اهمیت در تامین غذای روزانه مردم دنیا از جایگاه ویژه ای برخوردار است . با توجه به این مهم گروهی از پیشگامان آرد ادامه مطلب…

background