بررسی تجربی و شبیه سازی اثر پارامترهای مختلف فرآیند ترموفرمینگ بر توزیع ضخامت یک ظرف پلاستیکی

امروزه با توسعه استفاده پلیمرها در مصارف روزانه روش های جدیدی برای تولید محصولات پلاستیکی ابداع شده است. در این میان ترموفرمینگ به عنوان فرآیندی که در آن ورق های ترموپلاستیکی گرم شده دوباره تحت تغییر شکل قرار می گیرند تا محصول مطلوب تولید شود، جایگاه وسیعی در صنعت بسته بندی و تولید ظروف یکبار مصرف یافته است. مشکل اصلی در این فرآیند پیش بینی توزیع ضخامت محصول نهایی بدون استفاده از روش های مبتنی بر سعی و خطا که معمولاً هزینه بر و زمان بر می باشند، است. از این رو در این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای مختلف این فرآیند شامل نوع قالب، جنس مواد اولیه، ضخامت اولیه ورق و قدرت مکش بر توزیع ضخامت محصول نهایی پرداخته شد. برای دست یابی به این منظور یک دستگاه ترموفرمینگ در مقیاس آزمایشگاهی و یک جفت قالب نری و مادگی که به ترتیب برای فرآیند ترموفرمینگ مکشی و پوششی استفاده می شوند، ساخته شدند. مواد اولیه مصرف شده دو نوع ورق پلیمری معروف؛ پلی استایرن مقاوم به ضربه و پی وی سی شفاف با دو ضخامت 0/25 و 0/5 میلیمتر بودند. همچنین در این پژوهش با شبیه سازی کامپیوتری این فرآیند و معتبر سازی آن با نتایج تست تجربی با استفاده از مدل هایپر- ویسکوالاستیک در نرم افزار آباکوس برای ورق های پلی استایرن مقاوم به ضربه، مدلی صحیح و در عین حال ساده برای شبیه سازی این فرآیند ارائه شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد که قدرت مکش هرچند که اثر معنی داری بر توزیع ضخامت نداشته اما قدرت مکش بالاتر منجر به کامل تر شدن قطعات شده است، به عبارت دیگر قطعات تولید شده با قدرت مکش بیشتر دارای مشخصات واضح تری هستند. مشاهدات تجربی نشان می دهند که در قطعات تولید شده با قالب نری دارای دیواره نازک تر از کف ظرف هستند در حالی که این موضوع کاملاً برای قالب مادگی عکس است. نکته جالب دیگری که در حین آزمایش های تجربی کشف شد این بود که با گرم کردن دوباره ی ظرف شکل داده شده، تغییر شکل ها کاملاً برگشته و قطعه به حالت اولیه خود که به-صورت ورق بود برمی گردد. این جمله بیانگر غالب بودن رفتار هایپرالاستیک ماده است که برای هر دو جنس ورق دیده شده است. همچنین توزیع ضخامت مدل شبیه سازی شده با نتایج تجربی تطابق خوبی دارد که حاکی از انتخاب مدل خوب ماده و مدل سازی صحیح فرآیند دارد.