Έλεγχος αντοχής μήτρας εκβολής πλαστικού σωλήνα

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 ελεχθεί ως προς την αντοχή της στην παρούσα εργασία φέρει μονή κεφαλή τύπου αράχνης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στην εκβολή, τα είδη των πολυμερών και τις ιδιότητές τους, ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μήτρα εκβολής με κεφαλή αράχνης που χρησιμοποιούμε και στην παρούσα εργασία. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται ο εκβολέας του εργαστηρίου του Τομέα των Κατεργασιών καθώς και η μήτρα εκβολής πλαστικού σωλήνα Φ32 που υπάρχει επίσης στο εργαστήριο. Αναφέρονται τα μέρη και το υλικό από το οποίο αποτελειται η μήτρα και τέλος γίνεται παρουσίαση συναρμολόγησης της μήτρας και πρόσδεσής της με τους κοχλίες συγκράτησης. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων, αναφέρονται οι τύποι πλέγματος και στοιχείων που υπάρχουν και χρησιμοποιούνται στις αναλύσεις, καθώς και τα είδη των αναλύσεων που μπορούν να πραγματοποιηθούν με τη συγκεκριμένη μέθοδο. Τέλος γίνεται μια αναφορά στο λογισμικό πακέτο ANSYS Workbench το οποίο χρησιμοποιείται στο επόμενο κεφάλαιο για τον έλεγχο της αντοχής της μήτρας εκβολής. Στο τέταρτο κεφάλαιο προχωρούμε στον έλεγχο της αντοχής τόσο της μήτρας του εργαστηρίου όσο και μιας βελτιστοποιημένης μήτρας που έχει σχεδιασθεί σε άλλη μελέτη. Προχωρούμε σε έλεγχο με δίαφορες τιμές πίεσης εισόδου του ρευστού στη μήτρα από 100 έως και 600 bar. Για να γίνει πιο κατανοητή η όλη διαδικασία περιγράφουμε τον έλεγχο που πραγματοποιήθηκε στη μήτρα του εργαστηρίου για 100 bar πίεση εισόδου. Πρώτα κάνουμε προσομοίωση της ροής του ρευστού για να υπολογίσουμε την πίεση στα τοιχώματα του ρευστού και στη συνέχεια κάνουμε στατική ανάλυση όπου λαμβάνουμε υπόψην τη πίεση, τη θερμοκρασία και τη βαρύτητα για να υπολογίσουμε ισοδύναμες τάσεις και παραμορφώσεις τόσο ολόκληρης της μήτρας όσο των επιμέρους τμήμάτων της. Στο πέμπτο κεφάλαιο, δείχνουμε τις γεωμετρικές διαφορές των δύο μητρών που αναλύσαμε (εργαστηρίου και βελτιστοποιημένη), συγκεντρώνουμε τα αποτελέσματα των στατικών αναλύσεων και συγκρίνουμε τις μέγιστες ισοδύναμες τάσεις με το όριο διαρροής του χάλυβα IMPAX για να βρούμε τα όρια των πιέσεων που μπορούν να δεχθούν οι μήτρες. Τέλος εξάγουμε χρήσιμα συμπεράσματα από την ανάλυσή μας. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο, δείχνονται τα κατασκευαστικά σχέδια της μήτρας εκβολής, οι ιδίοτητες του χάλυβα IMPAX από τον οποίο αποτελείται η μήτρα εκβολής και του πολυαιθυλενίου HDPE που είναι το ρευστό. Επίσης παρουσιάζονται κάποια reports των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν καθώς και η βιβλιογραφία που χρησμοποιήθηκε.

Extrusion is one of the most used techniques as long as for the format as for the mixture of polymers. The main line production for products with the extrusion method is the die extruders. The die extruder that is studied and attempted to be checked for his endurance in present work has single head of spider. In the first chapter we present the procedure of the extrusion, the species of polymerises and their attributes, while is given attention in the die extruder with head of spider, that we use also in the present work. In the second chapter is described the die and the extruder for plastic pipe Φ32 that exists in the laboratory. Also are reported the parts and the material which is constituted the die and finally becomes a presentation of assembly of the extruder. In the third chapter is described the method of finite elements, are reported the types of mesh and elements that exist and are used in the analyses, as well as the types of analyses that can be done with the particular method. Finally is present the ANSYS Workbench which is used in the next chapter for the control of endurance of the die extruder. In the fourth chapter we present the control of endurance of the extruder of the laboratory compared with the optimised extruder which has been drawn in other study. Next we simulate the flow for different pressures at the inlet of the die from 100 up to 600 bar. In order to understand the whole procedure we describe the control that was made in the lab’s die for 100 bar inlet pressure. First we make simulation of fluid flow in order to calculate the pressure in the walls of the fluid and afterwards we make the static analysis where we calculate equivalent stresses, deformations for whole and parts of the die, according to pressure temperature and gravity. In the fifth chapter, we show the geometric differences between the two dies that we analysed (laboratory and optimised), we gather the results of static analyses and we compare the maximum equivalent stresses with the tensile yield strength of steel IMPAX in order to find the limits of inlet pressures that can accept the die and we export useful conclusions of our analysis. Finally in the sixth chapter, are shown the constructional drawings of die, the attributes of steel IMPAX and polyethylene HDPE. Also we present the reports of static and fluid analysis and the bibliography that we used.