Modellazione, simulazione e analisi in tre fasi della tecnologia di lavorazione dei prodotti tramite stampaggio a soffiaggio

Autore: MULAN - Produttore di stampaggio di materie plastiche

Modellazione, simulazione e analisi in tre fasi della tecnologia di lavorazione dei prodotti mediante stampaggio a soffiaggio. Per diventare un materiale prezioso, i polimeri devono essere lavorati e formati, quindi lo sviluppo della tecnologia di lavorazione e formatura dei polimeri determina il livello di sviluppo complessivo della scienza e della tecnologia dei materiali polimerici. La tecnologia di lavorazione dei prodotti mediante stampaggio a soffiaggio è la terza tecnologia di stampaggio dei polimeri più importante e si è sviluppata rapidamente di recente. Rispetto alla tecnologia di stampaggio a iniezione ampiamente utilizzata, il costo delle attrezzature e degli stampi per stampaggio a soffiaggio è inferiore (ad esempio, il costo dello stampo per lo stampaggio a soffiaggio di paraurti e deflettori per automobili è circa 1/4 di quello dello stampaggio a iniezione) e la forza di serraggio è ridotta (la pressione di gonfiaggio del parison per stampaggio a soffiaggio è generalmente inferiore a 1 MPa, mentre la pressione di fusione nella cavità dello stampo a iniezione è generalmente di 15 ~ 140 MPa), basso consumo energetico, forte adattabilità (è possibile formare strutture complesse, produzione a doppia parete), i componenti industriali formati presentano elevata integrità, buone prestazioni complessive, elevato valore aggiunto, piccoli difetti e basso costo. Pertanto, la tecnologia di lavorazione dei prodotti mediante soffiaggio è diventata sempre più popolare nell'industria automobilistica e in altri settori, diventando sempre più ampiamente utilizzata. Recentemente, gli accessori per l'industria dello stampaggio a soffiaggio si stanno sviluppando verso la complessità e la produzione su larga scala. Tuttavia, esistono problemi importanti come l'elevato consumo di materiale, l'elevato consumo di energia di lavorazione e la bassa efficienza produttiva nei prodotti ottenuti tramite soffiaggio per componenti industriali come le automobili. Le strutture di vari tubi di collegamento e tubi di ventilazione nelle automobili sono complesse e la maggior parte di esse presenta curve tridimensionali, generando una grande quantità di bava durante lo stampaggio a soffiaggio. Ad esempio, la qualità della bava di un raccordo per tubi per automobili prodotto da un'azienda produttrice di componenti per auto utilizzando la tecnologia di lavorazione convenzionale per soffiaggio è più del doppio della qualità del raccordo, ovvero 9 volte superiore. Inoltre, i pezzi stampati a soffiaggio con strutture complesse e grandi differenze di spessore delle pareti presentano problemi come scarse prestazioni estetiche e un basso tasso di successo dello stampaggio. La tecnologia di lavorazione dei prodotti mediante soffiaggio comprende tre fasi: stampaggio del parison, gonfiaggio del parison e raffreddamento del prodotto, che influiscono direttamente sulle dimensioni e sulle varie proprietà dei prodotti ottenuti mediante soffiaggio e sono i principali fattori che determinano il consumo di materiale ed energia del processo di soffiaggio. 1. Formatura del parison La fase di stampaggio del parison è influenzata principalmente da due complessi fenomeni reologici, l'espansione dello stampo e il drappeggio, e il loro effetto combinato determina le dimensioni e la forma del parison prima del gonfiaggio. 1) Previsione delle dimensioni del parison tramite modello di rete neurale. Basato su una serie di dati ottenuti da esperimenti o simulazioni a elementi finiti (FE), un modello di rete neurale (NN) è stato sviluppato. L'applicazione del metodo NN allo studio dello stampaggio di parison influenzato da molteplici fattori può determinare la relazione quantitativa tra le dimensioni del parison e i parametri meccanici, i parametri di prestazione del materiale e i parametri di lavorazione del prodotto tramite soffiaggio, senza o con ipotesi minimamente semplificate. Non è necessario utilizzare equazioni costitutive, previsioni online, risposte più rapide, ecc. utilizzando i metodi stabiliti. I risultati previsti del modello NN sono in buon accordo con i risultati sperimentali, il che fornisce una base teorica per il controllo online delle dimensioni del parison. 2) Simulazione delle dimensioni del parison con la fessura variabile della matrice. Per ogni fessura preimpostata della matrice, viene utilizzato il metodo FE per eseguire una simulazione; le sottosezioni del parison ottenute dalla simulazione sotto ciascuna fessura della matrice possono essere combinate per ottenere l'intera sezione di estrusione con la variazione della fessura della matrice. Il profilo del parison e la distribuzione dimensionale dei prodotti soffiati ottenuti devono essere coerenti con i risultati sperimentali. 2) Gonfiaggio del parison Il parison nella fase di gonfiaggio è soggetto a grandi deformazioni e comporta non linearità nella geometria, nel materiale e nel contatto, quindi la sua modellazione e simulazione sono più difficili. Partendo dal bilancio delle forze degli elementi microvolumetrici del parison (guscio sottile), viene stabilito un modello fisico del gonfiaggio libero del parison. Sulla base dell'approssimazione del film sottile e della relazione costitutiva neo-hookeana, viene derivato un modello matematico che descrive il gonfiaggio libero del parison. Il modello matematico stabilito sopra può essere utilizzato per prevedere il rapporto di allungamento locale, la distribuzione delle sollecitazioni locali assiali e circonferenziali e la distribuzione dello spessore di parete quando il parison viene gonfiato liberamente, e può anche prevedere l'effetto del gonfiaggio libero del parison sulle proprietà del materiale e sulle dimensioni del parison. e Dipendenza dai parametri di lavorazione dei prodotti stampati a soffiaggio, ecc. 3. Raffreddamento e solidificazione del prodotto L'efficienza di raffreddamento dei prodotti stampati a soffiaggio influisce direttamente sulla produttività e sul consumo energetico dello stampaggio a soffiaggio ed è uno dei principali fattori che influenzano la struttura cristallina formata nel prodotto. Una piccola variazione porterà alla crescita dei cristalli e quindi a un grande cambiamento nelle prestazioni del prodotto. Il campo di temperatura tridimensionale, la cinetica di cristallizzazione e il modulo di Young del prodotto stampato a soffiaggio possono essere stabiliti nella fase di raffreddamento (E) Modello matematico. Attraverso la simulazione, la distribuzione della temperatura transitoria nella parete del prodotto soffiato viene prevista e confrontata con i risultati sperimentali, fornendo dati di temperatura per ulteriori analisi delle proprietà microstrutturali (grado di orientamento, cristallinità, densità e stress termico residuo) e delle prestazioni del prodotto. 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