Simulace nestacionárního radiačního ohřevu skořepinových forem

Ing. Martin Hušek

Disertační práce

The simulation of the non-stationary infra-red heating of the shell moulds

Anotace:

Technologie na výrobu měkčených automobilových doplňků, využívaná ve firmě Magna Exteriors Bohemia s.r.o [dále jen Magna] se nazývá Slush moulding. Technologie je především vhodná na výrobu umělých kůží používaných na měkčené interiérové části vozidel, např. na palubní desky automobilů, výplně dveří apod. Jedná se o metodu radiačního ohřevu skořepinových forem, dodávajících výslednému produktu vhodný tvar, tloušťku a designový reliéf. Polohování infračervených zářičů kolem výrobní formy se provádí s podporou simulací. Původní metoda simulace, založená na komerčních CAD a CAE systémech byla již nevyhovující. CAD softwary nebyly svými funkcemi vhodné pro manipulaci se zářiči a radiační simulace v CAE softwarech nerespektovala reálné vyzařovací vlastnosti používaných typů infračervených zářičů. Teplotní simulace v komerčním CAE také nebyla vhodná pro implementaci regulace teploty, která je nezbytná během ohřevu skořepinové formy. Původní metoda simulace byla zdlouhavá a neumožňovala návrh více variant radiačního ohřevu. Cílem disertační práce bylo zpřesnit a zrychlit technickou přípravu radiačního ohřevu výrobních forem návrhem nové simulační metody. Nutnou součástí disertační práce bylo též naprogramování nového simulačního prostředí, umožňujícího výrobci umělých kůží zefektivnit výrobu umělých kůží. Pro vývoj nového simulačního prostředí bylo nutné vhodnou experimentální metodou identifikovat vyzařovací charakteristiky používaných typů infračervených zářičů. Tato měření se stala základem simulace teplotní okrajové podmínky, představující rozložení hustoty tepelného toku na povrchu formy. Pro výpočet nestacionárního teplotního pole, měnícího se i v důsledku zásahů regulace, bylo nutné navrhnout algoritmus pro rychlý výpočet výsledné teploty povrchu formy. V rámci optimalizačních smyček může uživatel vyvinutého softwarového prostředí optimalizovat konfiguraci pozic zářičů a jejich řídících termočlánků a současně hledat vhodné parametry regulace teploty. Simulace nestacionárního teplotního pole povrchu formy bylo též nutné ověřit měřením skutečných teplot ve výrobní lince.

Abstract:

The technology of softened car interior accessories manufacturing used in the company Magna Exteriors (Bohemia) s.r.o. [hereafter Magna] is called "slush moulding". The technology is particularly suitable for production of artificial leathers utilized for softened interior parts of vehicles, such as dash-boards, door panels etc. The technology is based on infra-red heating of the shell moulds providing the final product with the suitable shape, thickness and embossment. Positioning of infra-red emitters around the mould is realised with the support of simulations. The previous method of simulations based on commercial CAD and CAE systems was no longer convenient. CAD software with its functions was not suitable for manipulation with the emitters, and radiation simulation using CAE software did not respect real emissive properties of the applied types of infra-red emitters. Temperature simulation by commercial CAE was also inconvenient for implementation of temperature regulation which is essential during the shell mould heating. The original simulation method was lengthy and did not enable projection of multiple variants of infra-red heating. The aim of the thesis was to design a new simulation method in order to make the adjustment of the infra-red heating of the moulds more accurate and rapid. The integral part of the thesis was development of new simulation software that makes the manufacture of artificial leathers more effective. In order to develop the new simulation software, it was necessary to identify radiation characteristics of the applied types of infra-red emitters, using a suitable experimental method. The measurement of the characteristics constituted the base of the simulation of the thermal boundary conditions representing distribution of the heat flux density on the mould surface. For the calculation of non-stationary temperature field, changing as a result of the regulation, it was necessary to design an algorithm for rapid calculation of the resulting temperature of the mould surface. Users of the developed software can thus optimize configuration of the emitter positions and their control thermocouples within the optimisation loops and at the same time they can look for suitable parameters of the temperature regulation. The simulation of the non-stationary thermal field of the mould surface was verified by measuring the real temperatures on the production line.

Klíčová slova

Umělá kůže, skořepinová forma, infračervený zářič, měření teploty, simulace, hustota tepelného toku

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 7. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 6. 12. 2016
• Vedoucí: doc. Ing. Antonín Potěšil, CSc.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Doktorský studijní program / obor:
Aplikované vědy v inženýrství / Aplikované vědy v inženýrství