發泡模具清掃回收系統ANSYS分析

楊　鵬, 鐘　飛

(湖北工業大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

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發泡模具清掃回收系統ANSYS分析

楊鵬, 鐘飛

(湖北工業大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]針對一種汽車座椅發泡模具內腔的殘渣清掃工作，利用ANSYS流體力學有限元分析軟件進行建模分析。通過設定的不同參數之間的對比，確定進風口與出風口之間的距離、進風口與出風口的角度以及風口與傳送帶上模具的距離，使模具達到最佳清掃效果。

[關鍵詞]ANSYS; 流體分析; 模具清掃系統

泡沫塑料也叫多孔塑料，以樹脂為主要原料制成，其內部具有無數微孔，質輕，絕熱，吸音，防震，耐腐蝕，常用于制作汽車座墊、沙發床墊等[1-2]。本文以某公司汽車座椅用合綿生產流水線上的成型模具為對象，運用流體力學(CFD)對生產過程中的模具腔內部的殘渣清掃效果進行建模仿真分析[3-5]，以提高模具制造產品的質量，節約成本。由于沒有添加任何清洗劑，清掃不會對模具產生化學損傷；風力清掃不受模具外型的限制，能得到很好的清掃效果[6]。

1清掃系統仿真建模

1.1發泡模具清掃回收系統的結構

發泡模具清掃回收系統由風機、進出風管道、進口殘渣過濾裝置、風機支座、進風口、出風口、進出風口外部罩子等組成(圖1)。

1-出風口；2-外殼；3-進風口；4-進風管道；5-出風管道；6-過濾管道；7-風機圖 1　發泡模具清掃回收系統簡圖

1.2問題描述

對不同風力的入射角度C，不同進出風口的距離L1以及距離下方模具不同的高度H，運用ANSYS里面的CFD模塊進行分析，會得到不同的解。本文從中得到比較優化的解，使得模具達到最佳清掃效果。

圖 2　參數圖

1.3數學模型

殘渣氣流在進氣口內流動，并從進風管道進入殘渣過濾裝置。其數學模型如下。

1)連續性方程[7-9]

式中：ρ為流體密度；v為流體速度矢量。

2)動量方程

校正壓力

式中：p為靜壓力；ξ為體積粘性系統。

有效粘度系數μeff的定義為:

μeff=μ+μT

1.4仿真簡化模型

ANSYS流體分析時，只能對只有一個進口和一個出口的模型進行分析。而防護罩下端與模具之間有間隙，為開放空間，ANSYS無法分析。在設計的時候，使防護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進口和一個出口，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

發泡模具清掃回收裝置中的風機為德通9-19-5A/7.5kW離心風機。其具體參數為：轉速，2 900r/min；流量，1 610~2 644m3/h；全壓，5 517~5 697Pa；功率，7.5kW；電壓，380V。風機的左側圓形口為進風口，其尺寸為Φ224mm；右上方方形出口為出風口，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，進口壓力定為-4 800Pa，壁面為0。

2不同參數條件下ANSYS流體分析

2.1不同參數條件下ANSYS流體分析的結果

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，ANSYS流體分析結果見圖4-圖6。

圖 4　矢量方程顯示的速度分布

圖 5　流體指定點的運動軌跡動畫

圖 6　 繪制模具上表面的流速分布

2)C=45°，L1=50 cm，H=35 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖 9　繪制模具上表面的流速分布

3)C=45°，L1=50 cm，H=30 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

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，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖15　繪制模具上表面的流速分布

2)C=45°，L1=60 cm，H=40 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖18　 繪制模具上表面的流速分布

(3)C=45°，L1=65 cm，H=40 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

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，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖24　繪制模具上表面的流速分布

2)C=40°，L1=50 cm，H=40 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖27　繪制模具上表面的流速分布

3)C=55°，L1=50 cm，H=40 cm時，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　流體指定點的運動軌跡動畫

圖30　繪制模具上表面的流速分布

2.2不同參數條件下ANSYS流體分析的結果比較

發泡模具清理回收系統生產現場二次清理時模具表面的殘渣質量平均約為20 g。經查閱相關資料，將20 g的殘渣吹起的風速約為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，是評價清理效果好壞的一個重要標準。由于每組數據中存在的渦流場范圍大小不同，導致在防護罩內殘渣數量也會有不同，因此，渦流場的大小是評判清理效果的一個標準。

為了將上述參數進行綜合比較，筆者建立表格來分析最優解。

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據

由表1可知，高度越高，模具上表面的速度越小，這與實際情況相吻合。考慮到實際情況以及速度矢量圖的效果，當H=35 cm時，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據

由表2可知，進出風口的距離對清理效果影響較大。當L1較大時，清理系統內部左側的渦流場也較大，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據

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分析比較結論

通過ANSYS分析，得知當進出口距離L1為60 cm，進風口和出風口的角度C為55°，距離模具的高度H為35 cm時，模具上表面速度大于8 m/s的區域為40左右，此時的清理效果最好。

4結束語

利用ANSYS流體力學有限元分析軟件，通過設定不同參數之間的對比，確定了進風口與出風口之間的距離、進風口與出風口的角度以及風口與傳送帶上模具的的距離，使模具達到最佳清掃效果。 ANSYS流體分析在本設計的應用，大大縮減了設計時間，節約了生產成本，也提高了產品的清理效果。

[參考文獻]

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[11] 韓占忠,王敬,蘭小平.FLUENT流體工程仿真計算實例與應用[M].北京:北京理工大學出版社,2004.

[責任編校： 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]TG76

[文獻標識碼]：A

[文章編號]1003-4684(2016)01-0029-05

[作者簡介]楊鵬(1988-)， 男， 湖北天門人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向為自動控制及機械

[收稿日期]2015-10-26