دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 10098 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

مطالعه شبیه سازی اثر زمان خنک سازی پیش فرم در قالب گیری تزریقی کششی دمشی

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
10098 2012 6 صفحه PDF 15 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
A simulation study of the effect of preform cooling time in injection stretch blow molding
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Journal of Materials Processing Technology, , Volume 212, Issue 11, November 2012, Pages 2400-2405

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
کلید واژه ها
1. مقدمه
شکل 1. مدل CAD قالب بطری (در میلی متر).
2. تجربی
2.1. ماده
2.2. قالب بطری و طراحی پیش فرم
جدول 1. پروفیل دمائی پیش فرم در پی زمان های مختلف خنک سازی پیش فرم
شکل 2. ابعاد پیش فرم (به میلی متر)
2.3. قالبگیری تزریقی کششی دمشی
2.4. توزیع دمائی در پیش فرم
شکل 3. پروفیل دمائی پیش فرم
2.5. مقاومت بطری در برابر فشار عمودی
جدول 2. ماشین ISBM و پارامترهای فرآوری
2.6. مقاومت بطری در برابر فشار داخلی
2.7. توزیع مواد
2.8. اندازه گیری ضخامت
جدول 3. زمانبندی پارامترهای فرآیند استفاده شده در مطالعه شبیه سازی و تجربی
3. مطالعه شبیه سازی
3.1. شبیه سازی فرآیند بوسیله نرم افزار فرآوری پلاستیک Blowview
3.2. تحلیل مکانیکی بطری های شبیه سازی شده بوسیله نرم افزار شبیه سازی ANSYS
شکل 4. (آ) محدودیت های بر پایه بطری و (ب) فشارهای اعمال شده بر قسمت فوقانی بطری.
جدول 4. مقاومت در برابر فشار داخلی و فشار عمودی تجربی بطری ها برای زمان های مختلف خنک سازی پیش فرم
4. نتایج و بحث
شکل 5. (آ) گیره های بر قسمت فوقانی بطری و (ب) فشار اعمال شده بطور داخلی.
شکل 6. توزیع وزن قسمت های بطری برای زمان های مختلف خنک سازی.
شکل 7. توزیع ضخامت بطری ها برای زمان های مختلف خنک سازی.
جدول 6. بیشترین مقادیر تنش تحت شبیه سازی های فشار عمودی بوسیله ANSYS.
شکل 8. توزیع های تنش بر بطری برای (آ) تست فشار پارگی و (ب) تست فشار عمودی.
شکل 9. توزیع ضخامت بطری برای زمان خنک سازی پیش فرم s5/3.
5. نتیجه گیری
کلمات کلیدی
بطری - پریفرم زمان خنک کننده - شبیه سازی
ترجمه چکیده
بطری های پلاستیکی اغلب از مواد پلی اتیلن ترفتالات (PET) و از طریق قالب گیری تزریقی کششی دمشی (ISBM) ساخته می شوند. معیارهای لازم عملکرد بطری بسته به کاربرد آن متغیراند، لیکن نوعاً شامل مقاومت در برابر فشارعمودی ، مقاومت در برابر فشار داخلی ، و خواص سختی می شوند، که هر یک تحت تاثیر پارامترهای فراوری بطری قرار دارند. بهینه سازی تجربی فرآیند کاری زمان بر و پر هزینه است، درحالیکه روش های مدلسازی کامپیوتری اکنون جایگزینی بادوام را ارائه می دهند. در این مطالعه، زمان خنک سازی بهینه پیش فرم بطری از طریق انجام تحلیل ساختاری بطری های واقعی تعیین شد. به عبارت دیگر، شبیه سازی فرآیند و شبیه سازی تحلیل ساختاری بطری های آب میوه PET تحت شرایط مشابه با تولید بطری های واقعی انجام شد. نتایج تجربی با نتایج شبیه سازی مقایسه شدند. مطالعات شبیه سازی ساختاری بیشتر یافته های تجربی را تائید کردند. ناهمخوانی بین مطالعه تجربی و پیش بینی های شبیه سازی توضیح داده شدند.
ترجمه مقدمه
پلی اتیلن ترفتالات (PET) ماده انتخابی برای بطری ها به دلیل شفافیت فوق العاده، خواص مکانیکی و سختی خوب، و فرآوری آسان آن می باشد. بطری ها معمولاً بوسیله قالب گیری تزریقی کششی دمشی (ISBM) ساخته می شوند، که در آن یک پیش فرم بطور تزریقی قالب گیری شده بوسیله فشار هوا به طور شعاعی و بوسیله یک میله کشش بطور محوری تغییر شکل می یابد. نیروی فشار هوا در دو مرحله اعمال می شود؛ پیش دمش و دمش نهائی. پیش دمش غالب شکل بطری را شکل می دهد درحالیکه دمش نهائی فشار بیشتری را برای تولید شکل دقیق نهائی اعمال می نماید. شرایط فرآوری تولید و خواص PET بر کیفیت نهائی بطری تاثیرگذار اند، که نوعاً بوسیله مقاومت در برابر فشار داخلی، مقاومت در برابر فشارعمودی، و خواص سختی تعریف می شوند. مقاومت در برابر فشارعمودی دوام کلی بطری ها را ارزیابی می کند که برای پر کردن و پشته سازی حین ساخت، و در مرحله بعدی انبارسازی و توزیع لازم اند. مقاومت در برابر فشار داخلی - فشاری که در آن حد بطری می ترکد - برای اطمینان سازی پیرامون این مطلب است که بطری ها در مرحله پر کردن نمی ترکند، و بطری های پر شده حین فرآیند انبارسازی یا حین فرایند پاستوریزاسیون بیش از حد منبسط نمی شوند. خواص سختی که به مورفولوژی یا همان ریخت شناسی بطری ها مربوط می شود عمر قفسه ای محصول را تعیین می کند، مثلاً نشت گاز از جداره های بطری را کنترل می نماید. دمای پیش فرم و پروفیل دمائی تعیین کننده شفافیت و توزیع مواد در بطری، به همراه سهولت فرآوری آن هستند. زمان خنک سازی پیش فرم به عنوان یکی از مهم ترین پارامترها در میان پارامترهای قابل تنظیم عملیات در ساخت بطری های PET مشخص شده است (روژنیک-سوکیلی و همکاران، 2004). درحالیکه دیگر پارامترها، بویژه فشار دمش و سرعت میله کشش نیز ممکن است تاثیرگذار باشند، پروفیل دمای پیش فرم یک ابزار عملی برای توزیع مجدد ماده را فراهم می آورد به نحوی که ضخامت یکنواخت جداره در محصول نهائی بدست می آید. همچنین، در صنعت بسته بندی پلاستیک، تغییر دمای پیش فرم به منظور بدست آوردن ضخامت یکنواخت در جداره بطری کاری معمول است؛ این امر بویژه برای ماشین های قالب گیری تزریقی کششی دمشی دو مرحله ای صدق می کند، که در آن پیش فرم قبل از مرحله کشش/دمش مجدداً حرارت داده می شود. بنابراین، مطالعات تجربی و شبیه سازی بسیاری در زمینه فرآیند قالب گیری تزریقی کششی دمشی وجود دارد که شامل دمای پیش فرم و پروفیل دما می شود. در یکی از مطالعات اولیه در زمینه قالب گیری تزریقی کششی دمشی، مک ایوُی و همکاران (1998) با استفاده از نرم افزار تجاری موجود ABAQUS، بطری های PET مختلف دارای تقارن محوری را شبیه سازی نمودند. محدوده دمائی برای پیش فرم PET در فرآیند تولید بطری بین 90 تا 110 درجه سانتیگراد است، درحالیکه بیشترین دمای پیش فرم کمتر از بیشترین دمای بدنه اصلی است تا حرکت مواد بیشتری را به پایه بطری تشویق نماید. سایر پارامترهای فرآوری، از جمله شدت فشار دمشی، زمانبندی دمش نسبت به حرکت میله کشش، و سرعت میله کشش نیز مورد مطالعه قرار گرفتند تا پیش بینی های شبیه سازی برحسب ضخامت جداره بطری بهبود یابد. هارت ویگ و میکله (1995) یک مدل نظری را پیشنهاد نمودند که امکان بررسی اثر ترکیبی شکل دهی حرارتی پیش فرم و فاز قالب گیری را بر توزیع ضخامت جداره بطری ها فراهم می کند. مدلی که یک رفتار مواد وابسته به دما را به خدمت می گیرد، مسئول پروفیل دمای پیش فرم هم در مسیر شعاعی و هم در مسیر محوری است. فام و همکاران (2004) یک مدل ماده ویسکو-هایپر- الاستیک را برای شبیه سازی فرآیند قالب گیری تزریقی کششی دمشی تک مرحله ای ایجاد نمودند. یک پروفیل دمای پیش فرم بهینه بر اساس دمای سطح پیش فرم تجربی به عنوان ورودی استفاده شد. چنین فرض شد که دمای پیش فرم در ضخامت تقریباً نزدیک به دمای سطح تجربی در انتهای مرحله شکل دهی است. با این وجود، نتایج شبیه سازی آنها تاحدی از داده های تجربی دچار انحراف شد. یانگ و همکاران (2004) یک مدلسازی کوپل حرارتی –سازه ای ISBM بطری های PET را با دیدی به بهینه سازی پارامترهای فرآیند معرفی نمودند. مدلی که دربرگیرنده انتقال حرارت بین پیش فرم، میله کشش و قالب می باشد به طور موفقی توزیع ضخامت جداره جانبی را برای بیشتر بطری های مورد مطالعه پیش بینی می کند. در مطالعه ایشان، دمای سطح پیش فرم با استفاده از یک دوربین مادون قرمز اندازه گیری شد. ناهمخوانی بین داده های تجربی و پیش بینی به بی دقتی در ثبت دمای حقیقی پیش فرم نسبت داده شد. تجسم تغییرشکل پیش فرم حین مراحل کشش و دمش توسط هوانگ و همکاران (2007) بوسیله یک قالب شفاف انجام شد. مکانیزم های تغییرشکل پیش فرم PET، که به اندازه، هندسه و پروفیل دمای پیش فرم بستگی دارند، در کنترل ضخامت جداره بطری حیاتی هستند. در یکی از مطالعات اخیر فرآیند ISBM، بوردیوال و همکاران (2009) یک متدولوژی عملی را برای بهینه سازی عددی توزیع دمای پیش فرم به منظور فراهم سازی یک ضخامت یکنواخت برای بطری در یک ماشین قالب گیری تزریقی کششی دمشی دو مرحله ای پیشنهاد نمودند. آنها همخوانی خوبی را در روند بین پروفیل دمائی بطور تجربی تعیین شده در شرایط صنعتی و توزیع دمای محاسبه شده با استفاده از روش بهینه سازی عددی خود بدست آوردند. با وجود این، ایشان پارامترهای فرآیند سیستم گرمایشی را بهینه سازی ننمودند. ما همچنین اثر پارامترهای فرآیند ISBM و طراحی پیش فرم بر خواص بطری را مورد مطالعه قرار دادیم (دمیرل و داور، 2009)؛ پارامترهای فرآیند متشکل از شدت فشار دمش، زمانبندی فعالسازی فشار دمش نسبت به حرکت میله کشش، مورد مطالعه قرار گرفتند تا پیش بینی های شبیه سازی برحسب ضخامت جداره بطری بهبود یابند (دمیرل و داور، 2012). در این مطالعه شبیه سازی، ما بر تاثیر زمان خنک سازی پیش فرم بر بطری ها برحسب مقاومت در برابر فشار داخلی و مقاومت در برابر فشار عمودی متمرکز شدیم و فرآیند ISBM را بر اساس زمان خنک سازی پیش فرم بطری، یعنی دمای پیش فرم و پروفیل دمائی بهینه کردیم. در مرحله اول کار، یک سری از بطری های ml350 آب میوه PET در زمان های مختلف خنک سازی پیش فرم قالب گیری تزریقی کششی دمشی شدند و مقاومت در برابر فشار داخلی و مقاومت در برابر فشار عمودی بطری ها بلحاظ فیزیکی تست شد. در مرحله دوم، از نرم افزار Blowview برای شبیه سازی فرآوری بطری ها در زمان های مختلف خنک سازی پیش فرم استفاده شد. شرایط فرآوری انتخابی برای شبیه سازی از طریق مرحله فرآوری فیزیکی کار فراهم گردید. سپس، از نرم افزار تحلیل اجزاء محدود ANSYS برای تحلیل ساختاری هر بطری شبیه سازی شده استفاده شد تا مقاومت در برابر فشار عمودی و مقاومت در برابر فشار داخلی ارزیابی شوند. مسعود و کشاوامورتی (2005) از شیوه ای مشابه در تحلیل و بهینه سازی یک بطری آب PET تاشو 151 استفاده کردند. ایشان از نرم افزار مدلسازی اجزاء محدود و پارامتری استفاده نمودند. در تحلیل ساختاری، آنها از یک مقدار ثابت مدول یونگ برای تعریف خواص ماده PET بهره گرفتند. در مطالعه خویش، ما از مدول های محلی وابسته به میکروساختار در امتداد طول قوس بطری استفاده کردیم تا جهتگیری مولکولی و بلورینگی مختلف را در نتیجه فرآیند تغییرشکل پیش فرم توضیح دهیم (داور و همکاران، 2012).
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله مطالعه شبیه سازی اثر زمان خنک سازی پیش فرم  در قالب گیری تزریقی کششی دمشی

چکیده انگلیسی

Plastic bottles are most commonly made from poly(ethylene terephthalate) (PET) by injection stretch blow molding (ISBM). The required bottle performance criteria vary with its application but typically include top load strength, burst strength, and barrier properties, each of which is influenced by the bottle processing parameters. Experimental process optimization is time-consuming and costly, and computer modeling methods now offer a viable alternative. In this study, the optimum cooling time of the bottle preform was determined by conducting structural analysis of the actual bottles. On the other hand, the process simulation and the simulation of structural analysis of the PET fruit juice bottles were conducted under the same conditions with those from actual bottles produced. The experimental results were compared with simulation results. The structural simulation studies validated most of the experimental findings. The discrepancy between the experimental study and the simulation predictions were explained.

مقدمه انگلیسی

Polyethylene terephthalate (PET) is the material of choice for bottles due to its excellent clarity, good mechanical and barrier properties, and ease of processing. The bottles are generally made by injection stretch blow molding (ISBM), in which an injection molded preform is deformed radially by air pressure and axially by a stretch rod. The air pressure load is applied in two stages; pre-blow and final-blow. The pre-blow forms most of the bottle shape while the final-blow exerts a higher pressure to produce the final detailed form. Production processing conditions and the PET properties affect the final bottle quality, typically defined by burst strength, top load strength, and barrier properties. Top-load strength assesses the overall durability of the bottles necessary for filling and stacking during manufacturing, and in subsequent storage and distribution. Burst strength, the pressure at which the bottle bursts; is to ensure the bottles do not blow up at the filling stage, and filled bottles do not expand excessively during storage or during the pasteurization process. Barrier properties which are related to morphology of the bottles, determines the shelf life of the product as it controls gas permeation through the bottle walls. The preform temperature and temperature profile dictate the clarity and material distribution in the bottle; as well as the ease of processing. Preform cooling time has been established as one of the most important parameters among the operation-adjustable parameters in manufacturing of PET bottles (Rujnic-Sokele et al., 2004). While the other parameters, in particular blow pressure and stretch rod speed may also be influential, preform temperature profile provides a practical means of redistributing material so as to achieve uniform wall thickness in the final product. Also, in plastics packaging industry, it is a common practice to vary the preform temperature in order to achieve uniform bottle wall thickness; this is particularly relevant for the two-stage injection stretch blow molding machines, where the preform is re-heated prior to the stretch/blow stage. Therefore, there are numerous experimental and simulation studies of injection stretch blow molding process which incorporates the preform temperature and temperature profile. In one of the earlier studies of injection stretch blow molding, McEvoy et al. (1998) used commercially available software (ABAQUS) and simulated various axi-symmetric PET bottles. The temperature range for PET preform in bottle production process ranged from 90 to 110 °C with preform top temperature being lower than that of the main body to encourage more material movement into the bottle base. Other processing parameters, namely the magnitude of the blow pressure; the timing of the blow relative to the stretch rod motion, and stretch rod speed were also studied to improve the simulation predictions in terms of bottle wall thickness. Hartwig and Michaeli (1995) proposed a theoretical model that allows the investigation of the combined effect of thermal preform conditioning and the molding phase on the wall thickness distribution of the bottles. The model which employs a temperature dependant material behavior, takes account of the preform temperature profile both in the axial and radial direction. Pham et al. (2004) developed a visco-hyper-elastic material model to simulate the single-stage injection stretch blow molding process. An optimal preform temperature profile was input based on experimental preform surface temperature. It was assumed that the preform temperature through thickness is approximately close to the experimental surface temperature at the end of conditioning step. However, their simulation results deviated somehow from the experimental data. Yang et al. (2004) introduced a fully coupled temperature-displacement modeling of ISBM of PET bottles with a view to optimize process parameters. The model incorporating heat transfer between the preform, stretch rod and mold successfully predicts the side wall thickness distribution for most part of the bottles studied. In their study, preform surface temperature was measured by means of an infrared camera. The discrepancy between the prediction and the experimental data was attributed to the inaccuracy in recording the actual preform temperature. Visualization of preform deformation during stretching and blowing steps were undertaken by Huang et al. (2007) via a transparent mold. The deformation mechanisms of the PET preform, which are dependent on preform size, geometry and temperature profile, were found to be critical in controlling the bottle wall thickness distribution. In one of the recent studies of the ISBM process, Bordival et al. (2009) proposed a practical methodology to numerically optimize the temperature distribution of the preform in order to provide a uniform thickness for the bottle in a two stage stretch blow molding machine. They achieved good agreement in the trend between temperature profile experimentally determined within industrial conditions and the temperature distribution computed using their numerical optimization method. However, they did not optimize the process parameters of the heating system. We also studied the effect of ISBM process parameters and the preform design on the bottle properties (Demirel and Daver, 2009); the process parameters comprising the magnitude of the blow pressure, the timing of the blow pressure activation relative to the stretch rod motion were studied to improve the simulation predictions in terms of bottle wall thickness (Demirel and Daver, 2012). In this simulation study, we focused on the effect of preform cooling time on the bottles in terms of burst strength and top-load strength and optimized the ISBM process based on cooling time of the bottle's preform i.e. preform temperature profile. In the first stage of the work, a series of 350 ml PET fruit juice bottles were injection stretch blow molded at different preform cooling times and the bottles were tested physically for burst strength and top load strength. In the second stage, the Blowview Software was used to simulate the processing of bottles at different preform cooling times. The processing conditions chosen for the simulation were provided by the physical processing stage of the work. Subsequently, the ANSYS finite element analysis software was used for structural analysis of each simulated bottle to assess the top load and burst strength. Masood and KeshavaMurthy (2005) used a similar approach in analysis and optimization of a 15 l collapsible PET water bottle. They used parametric and finite-element modelling software. In the structural analysis they used a constant Young's Modulus value to define the material properties PET. In our study we used local, microstructure dependant, moduli along the arc-length of the bottle to account for different crystallinity and molecular orientation as a result of the preform deformation process (Daver et al., 2012).

نتیجه گیری انگلیسی

In this study, a total of five preform temperatures were examined, corresponding to five different preform cooling times; all other process parameters were held constant. Simulation with Blowview Software was used to obtain the thickness profiles of the bottles which were than used to carry out top-load and burst pressure resistance tests via ANSYS Software. According to the experimental results, 350 ml PET fruit juice bottle produced at a preform cooling time of 3.5 s, resulted in high burst strength and high top-load strength. While, the top-load simulation of the bottles was not in accordance with the experimental results, the burst resistance simulation of the bottles was verified by the experimental burst strength results. The discrepancy between the experimental and the simulation results may very well be due to the fact that the simulated bottle thickness profile deviates from the actual data considerably. This subsequently affects of the crystallinity and orientation of the molecules within the bottle walls. On the other hand, ANSYS analysis indicates that the different deformation mechanisms may be operating under the burst strength and top-load strength evaluation of the bottles; this may also require further investigation in determining the effect of cooling time on the final properties of the bottles

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.