مطالعه‌ی عددی و توسعه‌ی نرم‌افزار شبیه‌سازی رفتار مذاب در قالب‌های بطر و جار

///مطالعه‌ی عددی و توسعه‌ی نرم‌افزار شبیه‌سازی رفتار مذاب در قالب‌های بطر و جار
111

با توجه به اینکه نحوه ی سیلان مذاب درون قالب، بر کیفیت محصول نهایی اثرگذار است، بنابراین کنترل پارامترهای تأثیرگذار بر جریان سیلان مذاب شیشه ازجمله دمای مذاب، ویسکوزیته مذاب، دمای قالب، ضریب انتقال حرارت قالب، فشار دمش هوا، ضریب اصطکاک مذاب و بدنه قالب، طراحی قالب و سرعت فرایند حائز اهمیت می باشد. ضمناً به دلیل اینکه بهینه‌سازی پارامترها با روش تجربی هزینه بر است و همچنین تحلیل نتایج حاصل از روش تجربی به علت تداخل برخی از این پارامترها به‌سادگی امکان پذیر نیست، بنابراین به‌منظور صرفه جویی در وقت، هزینه و نیز افزایش دقت، کیفیت و راندمانِ تولید محصول، توسعه ی نرم افزاری برای شبیه سازی مدنظر است که مبتنی بر روش حجم کنترل یا المان محدود باشد و بتواند اطلاعات ورودی (پارامترهای فرایند) و نیز هندسه¬ی قالب را دریافت کند و توانایی تحلیل انتقال حرارت، انجماد و سیلان ماده مذاب درون قالب و ارزیابی عوامل مؤثر بر توزیع دما و پروفیل انجماد را به‌منظور پیش بینی عیوب در محصول نهایی داشته باشد.
در فرایند تولید بطر و جار شیشه ای مهم‌ترین مرحله تولید، مرحله ی شکل¬دهی در قالب پیش فرم و Blank می باشد. این فرایند بسیار سریع و همراه با تغییر فرم زیاد و تماس جریان مذاب شیشه با فلز قالب است. هدف از طرح این موضوع توسعه ی نرم افزار شبیه سازی با کاربرد صنعتی است. لازم است نتایج حاصل از این نرم افزار با نتایج تجربی حاصل از فرایند کارخانه همخوانی قابل قبولی داشته باشد. این نرم افزار باید قابلیت نمایش دقیق جریان مذاب شیشه درون قالب، انتقال حرارت در حین فرایند و پیش¬بینی ضخامت نهایی محصول نهایی را داشته باشد. نرم¬افزار ¬باید در هرلحظه میدان جریان سیال و میدان حرارتی را به‌صورت کوپله حل نماید.
نتایج حاصل از این نرم افزار به کمک نتایج تجربی به‌دست‌آمده از یک سیستم صنعتی مورد ارزیابی و تائید قرارگرفته و پس از تائید، برای اصلاح پارامترهای فرایند و طراحی قالب بکار گرفته می شود.

یک شرکت تولید بطری و جار شیشه‌ای در نظر دارد به‌منظور بررسی رفتار مذاب در قالب Blank و پیش‌بینی شرایط بهینه تولید و قالب‌گیری، با فناوران در زمینه توسعه‌ی نرم‌افزار شبیه‌سازی تعامل و همکاری نماید.

تا نیمه دوم قرن ۱۹، بطری شیشه توسط حرکات دست، دمیدن و نهایتاً شکل دادن دهانه تولید می­شد. بعد از سال ۱۸۵۰، یک فرآیند تولید نیمه اتوماتیک به وجود آمد، اما امروزه فرآیند تولید کاملاً اتوماتیک جایگزین آن شده است. امروزه تمامی بطری­ها و جارهای شیشه­ای با دو روش تولید اتوماتیک پرس و دمیدن (Press and Blow) یا دمیدن و دمیدن (Blow and Blow) تولید می­شوند. با توجه به اینکه روش دمیدن و دمیدن مدنظر است بنابراین این روش به‌صورت مختصر معرفی می­گردد.

در روش دمیدن و دمیدن (The Blow and Blow method)، تکه­ای از شیشه مذاب شده داخل قالب­هایی به نام Blank ریخته می­شوند. جریان هوای فشرده به داخل قالب دمیده می­شود و مواد مذاب را به انتهای قالب می­فشارد تا دهانه یا قسمت انتهایی بطری یا جار شکل گیرد. سپس، دوباره از محل دهانه، هوای فشرده به داخل ماده مذاب شیشه دمیده می­شود تا فضای داخلی بطری شکل بگیرد و ماده مذاب تا جایی باد شود که شکل قالب را به خود بگیرد. محصول به‌دست‌آمده شکل اولیه بطری یا جار شیشه­ای می­باشد، اما ضخامت دیواره آن زیاد است؛ لذا این محصول دوباره حرارت داده می‌شود و در قالب نهایی قرارگرفته و عمل دمیدن یا مکش روی آن صورت می­گیرد تا هم شکل قالب نهایی را به خود بگیرد و هم دیوار آن به ضخامت قابل‌قبول برسد. ظروف به‌دست‌آمده جهت رفع استرس­های به وجود آمده روی سطح شیشه طی فرآیند تولید به کوره پخت برده می‌شوند و سپس تحت شرایط کاملاً کنترل‌شده سرد می­شوند. تصویر زیر شماتیکی از این مراحل را نشان می­دهد.

  1. ماده مذاب شیشه داخل Blank ریخته می­شود.
  2. با عمل دمیدن، دهانه شکل می­گیرد.
  3. هوای تحت‌فشار از دهانه دمیده می­شود و ماده مذاب اولیه را باد می­کند.
  4. شکل اولیه بطری تولید می­شود.
  5. محصول در قالب نهایی قرار می­گیرد.
  6. محصول به شکل نهایی درمی‌آید.
  7. مراحل تولید به پایان می­رسد.

به‌منظور شبیه‌سازی فرایند تولید در مرحله­ دمش از مدل­های ریاضی استفاده می­شود. این مدل­ها جریان مذاب شیشه، انتقال حرارت و موقعیت سطح مشترک هوا- مذاب را حل می­کنند. این روابط عبارت‌اند از:

  • روابط نویر استوکس برای جریان سیال مذاب شیشه

  • رابطه­ی انرژی برای سیال غیرقابل تراکم برای انتقال حرارت

  • رابطه زیر برای انتقال فصل مشترک

با توجه به اینکه نحوه ی سیلان مذاب درون قالب، بر کیفیت محصول نهایی اثرگذار است، بنابراین کنترل پارامترهای تأثیرگذار بر جریان سیلان مذاب شیشه ازجمله دمای مذاب، ویسکوزیته مذاب، دمای قالب، ضریب انتقال حرارت قالب، فشار دمش هوا، ضریب اصطکاک مذاب و بدنه قالب، طراحی قالب و سرعت فرایند حائز اهمیت می باشد. ضمناً به دلیل اینکه بهینه‌سازی پارامترها با روش تجربی هزینه بر است و همچنین تحلیل نتایج حاصل از روش تجربی به علت تداخل برخی از این پارامترها به‌سادگی امکان پذیر نیست، بنابراین به‌منظور صرفه جویی در وقت، هزینه و نیز افزایش دقت، کیفیت و راندمانِ تولید محصول، توسعه ی نرم افزاری برای شبیه سازی مدنظر است که مبتنی بر روش حجم کنترل یا المان محدود باشد و بتواند اطلاعات ورودی (پارامترهای فرایند) و نیز هندسه¬ی قالب را دریافت کند و توانایی تحلیل انتقال حرارت، انجماد و سیلان ماده مذاب درون قالب و ارزیابی عوامل مؤثر بر توزیع دما و پروفیل انجماد را به‌منظور پیش بینی عیوب در محصول نهایی داشته باشد.
در فرایند تولید بطر و جار شیشه ای مهم‌ترین مرحله تولید، مرحله ی شکل¬دهی در قالب پیش فرم و Blank می باشد. این فرایند بسیار سریع و همراه با تغییر فرم زیاد و تماس جریان مذاب شیشه با فلز قالب است. هدف از طرح این موضوع توسعه ی نرم افزار شبیه سازی با کاربرد صنعتی است. لازم است نتایج حاصل از این نرم افزار با نتایج تجربی حاصل از فرایند کارخانه همخوانی قابل قبولی داشته باشد. این نرم افزار باید قابلیت نمایش دقیق جریان مذاب شیشه درون قالب، انتقال حرارت در حین فرایند و پیش¬بینی ضخامت نهایی محصول نهایی را داشته باشد. نرم¬افزار ¬باید در هرلحظه میدان جریان سیال و میدان حرارتی را به‌صورت کوپله حل نماید.
نتایج حاصل از این نرم افزار به کمک نتایج تجربی به‌دست‌آمده از یک سیستم صنعتی مورد ارزیابی و تائید قرارگرفته و پس از تائید، برای اصلاح پارامترهای فرایند و طراحی قالب بکار گرفته می شود.

  • • محیط کاربری و گرافیکی ساده
    • قابلیت ورود اطلاعات و پارامترهای مختلف فرایند (ازجمله دمای مذاب، ویسکوزیته مذاب، دمای قالب، ضریب انتقال حرارت قالب، فشار دمش هوا، ضریب اصطکاک مذاب و بدنه قالب، طراحی قالب و سرعت فرایند)
    • قابلیت ورود نقشه قالب بطری و جار و نیز امکان ویرایش آن در نرم‌افزار
    • قابلیت مش¬بندی ساده و اصلاح آن
    • دارا بودن کتابخانه‌ی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مواد (وابسته به دما) متداول بکار رفته در ساخت شیشه و قالب (مانند SiO2، فولاد گرم کار …) و نیز قابلیت تعریف نمودن مواد جدید در نرم‌افزار.
    • امکان پیش‌بینی عیوب متداول فرایند مانند Air Bell، Baffle Mark، Chill Mark، Choke، Blibe
    • نمایش خروجی¬های حاصل از نرم¬افزار در قالب فایل¬های گرافیکی، نمودار و جدول
    • امکان ذخیره¬سازی خروجی¬های حاصل از نرم¬افزار
    • امکان استخراج و استفاده خروجی‌های آن در دیگر نرم‌افزارهای طراحی مهندسی مانند آباکوس و انسیس
    • فایل آموزش نرم¬افزار
  • خرید نرم­افزار از خارج کشور و عدم انتقال دانش فنی
  • استفاده از نرم­افزارهای المان محدود غیرتخصصی موجود

کلیه موارد زیر در طرح ارائه‌شده باید مشخص شوند:

  • تشریح کلیه مراحل فنی و قسمت‌های مختلف نرم‌افزار
  • تشریح خروجی‌های حاصل از نرم‌‌افزار
  • تشریح دقیق جدول زمان‌بندی و مراحل اجرای روش موردنظر
  • تشریح دقیق هزینه‌های موردنیاز برای اجرای طرح و دستیابی به نرم‌افزار مطلوب
  • هرگونه شواهدی در رابطه با عملیات
  • پیش‌زمینه‌ها، تجارب و تخصص‌های مرتبط با مسئله موردنظر
  • نوع همکاری مورد تمایل با شرکت متقاضی
  • توصیف تیم/ سازمان (رزومه علمی و اجرایی تیم یا فرد)

نوع همکاری مطلوب :

بر اساس پیشنهادها قابل مذاکره می‌­باشد.

فراخوان

کلیه فناوران، شرکت های دانش بنیان، دانشگاه ها، پژوهشگاه ها و سایر شخصیت های حقیقی و حقوقی فعال در این زمینه می توانند پیشنهادهای خود را از طریق سایتیا پست الکترونیک Proposal@boomerangtt.com ارسال نمایند. همچنین به منظور کسب اطلاعات بیشتر با شماره های ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳ تماس حاصل فرمائید.

هیچ دیدگاهی موجود نیست.

نظر خود را بگذارید

Your email address will not be published.

این را به اشتراک بگذارید