Τρισδιάστατη προσομοίωση εκβολής πλαστικού σωλήνα με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (FEM)

Abstract

Η εκβολή αποτελεί μια από τις ευρύτερα χρησιμοποιούμενες τεχνικές τόσο για τη μορφοποίηση όσο και για την ανάμειξη πολυμερών. Κύριο τμήμα της γραμμής παραγωγής προϊόντων με την μέθοδο της εκβολής είναι η μήτρα του εκβολέα. Η μήτρα που μελετάται και επιχειρείται να βελτιστοποιηθεί στην παρούσα εργασία φέρει μονή κεφαλή τύπου αράχνης. Στόχος της βελτιστοποίησης είναι ο εντοπισμός των καλύτερων τιμών των χαρακτηριστικών παραμέτρων της μήτρας του εκβολέα που καθορίζουν την ροή του επεξεργαζόμενου πολυμερούς. Έχει παρατηρηθεί ότι η ύπαρξη του ποδιού της αράχνης δημιουργεί ανωμαλίες στην επιφάνεια του παραγόμενου προϊόντος, με αρνητικές συνέπειες στην αντοχή του. Η παρούσα εργασία επιχειρεί να αυξήσει την αποδοτικότητα της μήτρας εκβολής πλαστικού σωλήνα του Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών. Με δεδομένο ότι οι αρχικές και οι οριακές συνθήκες της ροής ποικίλουν κατά την παραγωγική διαδικασία (επεξεργαζόμενο υλικό, συνθήκες περιβάλλοντος, πίεση εισόδου στην μήτρα κ.α.), εξετάζονται οι βασικότερες μεταβλητές που αφορούν την γεωμετρία της μήτρας και επηρεάζουν την ροή (μήκος εξόδου της μήτρας, γεωμετρία του ποδιού της αράχνης). Η βελτιστοποίηση πραγματοποιείται με μία σειρά προσομοιώσεων χρησιμοποιώντας τα λογισμικά στο SolidWorks® και Comsol® χρησιμοποιώντας την μέθοδο Taguchi. Η παρουσίαση και η ανάλυση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων, δίνουν τον βαθμό εξάρτησης της ταχύτητας εξόδου υλικού και της αντοχής της μήτρας του εκβολέα με τις παραμέτρους που εξετάζονται και επιλέγονται οι βέλτιστες τιμές τους.

Extrusion constitutes one of the most widely techniques for formatting and polymers mixture. Main part of production line of products with extrusion method is die of extruder. The die that is studied and attempted to be optimised in the present work has single type head of spider. Objective of optimisation is the discovery of better values of characteristic parameters of die of extruder that determine the flow of the working polymere. It has been observed that the existence of leg of spider creates abnormalities in the surface of product, with negative consequences in his resistance. The present work attempts to increase the efficiency of extrusion’s die of plastic pipe at Section of Manufacturing Technology. With datum that the initial and marginal conditions of flow vary at the productive process (processing material, conditions of environment, pressure of entry in the die etc), are examined the more basic variables according the geometry of die and influence the flow (output length of die, geometry of leg of spider). The optimisation is being with a line of simulations using the software of SolidWorks® and Comsol® using the Taguchi method. The presentation and the analysis of simulation results, give the dependence degree of material’s output speed and the die of extruder’s resistance with the parameters that are examined and selected their most optimal values.