Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Ghaei,Peiman Mosaddegh
عباس قائی (استاد مشاور) پیمان مصدق (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Namdari
نوید نامداری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Experimental and Simulation Study of Different Thermoforming Process Parameters on the Final Profile of a Plastic Container
In recent years, utilization of polymers in various industries is caused to invention of new methods to produce new products. Thermoforming is one of the approaches to form polymer especially in home applinaces and packaging industries. In this process pre-extruded polymeric sheet is heated and formed to the desired shape. One of the problems in this process is to reach to the desired part dimensional accuracy of designed product especially when the part should be assembled in a base. Today, try and error method which is costly and time-consuming is a suitable approach to consider the effect of different process parameters on dimensional accuracy of products in both vacuum forming and drape forming processes. In this study, the final product is a cup with defined geometry and process parameters were initial sheet thickness, initial temperature and vacuum pressure for vacuum forming. For the drape forming process, in addition to the above parameters, plug speed in pre-stretching phase was also an additional parameter. The raw high impact polystyrene (HIPS) material used in experimental work had 0.15, 0.3 and 0.5 mm thickness. The experimental results showed that an increase in temperature and vacuum pressure will improve the part dimensional accuracy. The 0.3 mm sheet in thickness using vacuum forming and 0.5 mm sheet in thickness using drape forming give the best dimensional accuracy than other sheets. Decrease of the polymer viscosity due to increase the strain rate in drape forming process will increase the profile shape quality. Experimental results illustrated that in vacuum forming process stretches are biaxial while in drape forming process stretches are uniaxial. Comparison between vacuum forming and drape forming showed that vacuum forming is better than drape forming to reach the desired part dimensional accuracy. Also a hyper-viscoelastic material model is used to simulate the behavior of polymer in this study. Comparison between experimental tests and simulation results showed that the maximum deviation is about 29 % which indicates that hyper-viscoelastic material model could properly model thermo-mechanical behavior of HIPS. In addition a numerical study of friction coefficient revealed that decreasing the friction coefficient causes a better dimensional accuracy of the part. Also, a numerical study of the plug speed illustrated that the dimensional accuracy of the part will improve with an increase in the plug speed Keywords: Thermoforming, Finite element simulation, Viscoelastic, Hyperelastic, HIPS, Final profile shape
امروزه با توسعه استفاده پلیمرها در صنایع مختلف روش های جدیدی برای تولید محصولات پلاستیکی ابداع‌شده است. در این میان ترموفرمینگ به عنوان فرآیندی که در آن ورق های پلاستیکی گرم شده دوباره تحت تغییر شکل قرار می‌گیرند تا محصول مطلوب نهایی تولید شود، جایگاه وسیعی را به خود اختصاص داده است. یکی از مشکلات موجود در این فرآیند شکل پروفیل نهایی قطعه ترموفرمینگ شده، مخصوصاً زمانی که این محصول باید با قطعات دیگر مونتاژ شود است. در حال حاضر پیش‌بینی شکل پروفیل نهایی بدون استفاده از روش های مبتنی بر سعی و خطا که معمولاً هزینه‌بر و زمان‌بر است امکان پذیر نمی باشد ازاین‌رو در این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای مختلف بر شکل نهایی قطعه تولید شده به دو روش شکل دهی مکشی و شکل دهی پوششی پرداخته شد. اثر دما و ضخامت اولیه ورق و فشار خلاء بر شکل دهی مکشی و عامل های ذکر شده به علاوه سرعت خطی قالب بر شکل دهی پوششی بررسی شدند. جنس ورق بکار رفته در آزمایش‌ها HIPS یا پلی استایرن مقاوم به ضربه بود که با ضخامت‌های 15/0، 3/0 و 5/0 میلی‌متر مورداستفاده قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که با افزایش دما و فشار خلاء شکل پروفیل قطعه به پروفیل قالب نزدیک‌تر خواهد شد همچنین در شکل‌دهی مکشی ورق با ضخامت اولیه 3/0 میلی‌متر و در شکل‌دهی پوششی ورق با ضخامت 5/0 میلی متر مناسب‌ترین ورق برای شکل‌دهی است. یافته های تحقیق نشان داد که در شکل‌دهی پوششی با افزایش نرخ کرنش پیش کشش ورق پروفیل قطعه کامل تر خواهد شد. مشاهدات تجربی نشان داد که کشش در فرآیند شکل دهی مکشی دومحوری و در شکل‌دهی پوششی تک‌محوری است. مقایسه میان آزمایش‌های تجربی شکل‌دهی مکشی و پوششی نشان داد که شکل‌دهی مکشی برای رسیدن به شکل پروفیل دلخواه عملکرد بهتری دارد. شبیه سازی فرآیند با استفاده از مدل ماده هایپرویسکوالاستیک انجام شد. به‌منظور اطمینان از صحیح و دقیق بودن مدل شبیه سازی، نتایج شکل پروفیل پیش‌بینی‌شده توسط نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس با نتایج حاصل از آزمایش‌های تجربی مقایسه شدند که بیشینه خطای آن 29 درصد بدست آمد. اثر اصطکاک بر روی فرآیند به صورت شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد با کاهش ضریب اصطکاک شکل پروفیل نهایی مطلوب تر خواهد بود. همچنین شبیه سازی اثر سرعت خطی قالب بر شکل دهی پوششی نشان داد که با افزایش سرعت خطی قالب و در نتیجه افزایش نرخ کرنش پیش کشش ورق، کیفیت پروفیل قطعه افزایش پیدا می کند. کلمات کلیدی: 1- ترموفرمینگ 2- شبیه سازی اجزاءمحدود 3- ویسکوالاستیک 4- هایپرالاستیک 5- پلی استایرن مقاوم به ضربه 6- شکل پروفیل نهایی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی