楊　鵬, 鐘　飛

(湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

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發(fā)泡模具清掃回收系統(tǒng)ANSYS分析

楊鵬, 鐘飛

(湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]針對一種汽車座椅發(fā)泡模具內(nèi)腔的殘?jiān)鍜吖ぷ?，利用ANSYS流體力學(xué)有限元分析軟件進(jìn)行建模分析。通過設(shè)定的不同參數(shù)之間的對比，確定進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口之間的距離、進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的角度以及風(fēng)口與傳送帶上模具的距離，使模具達(dá)到最佳清掃效果。

[關(guān)鍵詞]ANSYS; 流體分析; 模具清掃系統(tǒng)

泡沫塑料也叫多孔塑料，以樹脂為主要原料制成，其內(nèi)部具有無數(shù)微孔，質(zhì)輕，絕熱，吸音，防震，耐腐蝕，常用于制作汽車座墊、沙發(fā)床墊等[1-2]。本文以某公司汽車座椅用合綿生產(chǎn)流水線上的成型模具為對象，運(yùn)用流體力學(xué)(CFD)對生產(chǎn)過程中的模具腔內(nèi)部的殘?jiān)鍜咝ЧM(jìn)行建模仿真分析[3-5]，以提高模具制造產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約成本。由于沒有添加任何清洗劑，清掃不會(huì)對模具產(chǎn)生化學(xué)損傷；風(fēng)力清掃不受模具外型的限制，能得到很好的清掃效果[6]。

1清掃系統(tǒng)仿真建模

1.1發(fā)泡模具清掃回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

發(fā)泡模具清掃回收系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、進(jìn)出風(fēng)管道、進(jìn)口殘?jiān)^濾裝置、風(fēng)機(jī)支座、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、進(jìn)出風(fēng)口外部罩子等組成(圖1)。

1-出風(fēng)口；2-外殼；3-進(jìn)風(fēng)口；4-進(jìn)風(fēng)管道；5-出風(fēng)管道；6-過濾管道；7-風(fēng)機(jī)圖 1　發(fā)泡模具清掃回收系統(tǒng)簡圖

1.2問題描述

對不同風(fēng)力的入射角度C，不同進(jìn)出風(fēng)口的距離L1以及距離下方模具不同的高度H，運(yùn)用ANSYS里面的CFD模塊進(jìn)行分析，會(huì)得到不同的解。本文從中得到比較優(yōu)化的解，使得模具達(dá)到最佳清掃效果。

圖 2　參數(shù)圖

1.3數(shù)學(xué)模型

殘?jiān)鼩饬髟谶M(jìn)氣口內(nèi)流動(dòng)，并從進(jìn)風(fēng)管道進(jìn)入殘?jiān)^濾裝置。其數(shù)學(xué)模型如下。

1)連續(xù)性方程[7-9]

式中：ρ為流體密度；v為流體速度矢量。

2)動(dòng)量方程

校正壓力

式中：p為靜壓力；ξ為體積粘性系統(tǒng)。

有效粘度系數(shù)μeff的定義為:

μeff=μ+μT

1.4仿真簡化模型

ANSYS流體分析時(shí)，只能對只有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的模型進(jìn)行分析。而防護(hù)罩下端與模具之間有間隙，為開放空間，ANSYS無法分析。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，使防護(hù)罩下端與模具之間的間隙足夠小，就可以將模型簡化為只有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，其他均為壁面，從而為ANSYS分析提供了可能。

圖 3　簡化后的模型

1.5邊界條件

發(fā)泡模具清掃回收裝置中的風(fēng)機(jī)為德通9-19-5A/7.5kW離心風(fēng)機(jī)。其具體參數(shù)為：轉(zhuǎn)速，2 900r/min；流量，1 610~2 644m3/h；全壓，5 517~5 697Pa；功率，7.5kW；電壓，380V。風(fēng)機(jī)的左側(cè)圓形口為進(jìn)風(fēng)口，其尺寸為Φ224mm；右上方方形出口為出風(fēng)口，其尺寸為160mm×115mm。由于在管道中有能量損失，將出口壓力定為5 000Pa，進(jìn)口壓力定為-4 800Pa，壁面為0。

2不同參數(shù)條件下ANSYS流體分析

2.1不同參數(shù)條件下ANSYS流體分析的結(jié)果

2.1.1不同高度H條件下模型分析[10-11]

1)C=45°，L1=50 cm，H=45 cm時(shí)，ANSYS流體分析結(jié)果見圖4-圖6。

圖 4　矢量方程顯示的速度分布

圖 5　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖 6　 繪制模具上表面的流速分布

2)C=45°，L1=50 cm，H=35 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖7-圖9。

圖 7　矢量方程顯示的速度分布

圖 8　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖 9　繪制模具上表面的流速分布

3)C=45°，L1=50 cm，H=30 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖10-圖12。

圖 10　矢量方程顯示的速度分布

圖 11　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖 12　繪制模具上表面的流速分布

2.1.2不同距離L1條件下模型分析

1)C=45°，L1=55 cm，H=40 cm 時(shí)，ANSYS流體分析見圖13-圖15 。

圖13　矢量方程顯示的速度分布

圖14　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖15　繪制模具上表面的流速分布

2)C=45°，L1=60 cm，H=40 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖16-圖18 。

圖16　矢量方程顯示的速度分布

圖17　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖18　 繪制模具上表面的流速分布

(3)C=45°，L1=65 cm，H=40 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖19-圖21 。

圖19　 矢量方程顯示的速度分布

圖20　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖21　繪制模具上表面的流速分布

2.1.3不同角度C條件下模型分析

1)C=45°，L1=50 cm，H=40 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖22-圖24 。

圖22　矢量方程顯示的速度分布

圖23　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖24　繪制模具上表面的流速分布

2)C=40°，L1=50 cm，H=40 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖25-圖27 。

圖25　矢量方程顯示的速度分布

圖26　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖27　繪制模具上表面的流速分布

3)C=55°，L1=50 cm，H=40 cm時(shí)，ANSYS流體分析見圖28-圖30 。

圖28　矢量方程顯示的速度分布

圖29　流體指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫

圖30　繪制模具上表面的流速分布

2.2不同參數(shù)條件下ANSYS流體分析的結(jié)果比較

發(fā)泡模具清理回收系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場二次清理時(shí)模具表面的殘?jiān)|(zhì)量平均約為20 g。經(jīng)查閱相關(guān)資料，將20 g的殘?jiān)灯鸬娘L(fēng)速約為8 m/s，因此速度分布圖上8 m/s及以上的速度所處的范圍，是評價(jià)清理效果好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。由于每組數(shù)據(jù)中存在的渦流場范圍大小不同，導(dǎo)致在防護(hù)罩內(nèi)殘?jiān)鼣?shù)量也會(huì)有不同，因此，渦流場的大小是評判清理效果的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

為了將上述參數(shù)進(jìn)行綜合比較，筆者建立表格來分析最優(yōu)解。

2.2.1高度H的大小對清理效果影響

表1　不同高度條件下的仿真數(shù)據(jù)

由表1可知，高度越高，模具上表面的速度越小，這與實(shí)際情況相吻合?？紤]到實(shí)際情況以及速度矢量圖的效果，當(dāng)H=35 cm時(shí)，清理效果最好。

距離L1的大小對清理效果影響的分析。

表2　不同距離條件下的仿真數(shù)據(jù)

由表2可知，進(jìn)出風(fēng)口的距離對清理效果影響較大。當(dāng)L1較大時(shí)，清理系統(tǒng)內(nèi)部左側(cè)的渦流場也較大，但L1越大，大于8 m/s的速度范圍也就越大。綜合以上兩點(diǎn)考慮，選擇L1=60 cm。

2.2.2角度C的大小對清理效果影響

表3　不同角度條件下的仿真數(shù)據(jù)

由表3可知，隨著角度C 增加，其大于8 m/s的速度的范圍逐漸增加，由不同角度條件下的速度矢量圖分析，選擇C=55°。

3ANSYS分析比較結(jié)論

通過ANSYS分析，得知當(dāng)進(jìn)出口距離L1為60 cm，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的角度C為55°，距離模具的高度H為35 cm時(shí)，模具上表面速度大于8 m/s的區(qū)域?yàn)?0左右，此時(shí)的清理效果最好。

4結(jié)束語

利用ANSYS流體力學(xué)有限元分析軟件，通過設(shè)定不同參數(shù)之間的對比，確定了進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口之間的距離、進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的角度以及風(fēng)口與傳送帶上模具的的距離，使模具達(dá)到最佳清掃效果。 ANSYS流體分析在本設(shè)計(jì)的應(yīng)用，大大縮減了設(shè)計(jì)時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)成本，也提高了產(chǎn)品的清理效果。

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[責(zé)任編校： 張眾]

ANSYS Analysis of Foam Mold Cleaning and Recovery System

YANG Peng, ZHONG Fei

(SchoolofMechanicalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：In order to clean the car seat foaming mould cavity residue, the present study used ANSYS fluid dynamics software for the modeling and analysis. By comparing different parameter settings, it determined the distance between the inlet and the outlet, the inlet and outlet of the angle and distance of the outlet and the conveyor belt of the mold, making mold to achieve the best cleaning results. The results shows that the system has high utility in the secondary cleaning of the foam mold.

Keywords：ANSYS ;fluid analysis; mold cleaning device

[中圖分類號(hào)]TG76

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A

[文章編號(hào)]1003-4684(2016)01-0029-05

[作者簡介]楊鵬(1988-)， 男， 湖北天門人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制及機(jī)械

[收稿日期]2015-10-26