Published June 27, 2023
| Version v1
Publication
Open
Simultaneous Optimization of Product Quality and Productivity for Multi-Factor designs of Circular Cross-Section Conformal Cooling Channels in Injection Molds
Creators
- 1. Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology
Description
Abstract The widespread use and demand for plastic products worldwide have caused manufacturers to covet high productivity and product quality. Most plastic products are produced using the injection molding technique. This technique is characterized by long cooling times, which affect the production cycle and product quality. According to the literature, cooling during the injection molding process can be significantly affected by the design of the cooling channels. This study is, therefore focused on multi-factor design optimization of circular cross-section conformal cooling channels for multiple responses. The Taguchi design-of-experiments approach was adopted in this study. The key variables of conformal cooling channels that were studied involved diameters, depths, and pitches. Solidworks® was used for 3D design and numerical simulation to determine the cooling time, volumetric shrinkage, warpage, and sink marks. Multi-response optimization was then conducted using the Taguchi-Grey Relational Analysis technique. Results show that the optimal cooling channel design has a minimum; diameter of 8 mm, a depth of 12 mm, and a pitch of 16 mm. Additionally, Analysis of Variance (ANOVA) revealed that the diameter is the significant cooling channel design parameter contributing to all the responses concurrently, with the most significant percentage of 80.26%. Comparing the conformal and straight cooling channel designs, superior performance was noted for the former against the latter, with the optimal design recording an improvement of 29.35%, 5.99%, 19.77%, and 38.85% in the cooling time, volumetric shrinkage, warpage, and depth of sink marks, respectively.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أدى الاستخدام والطلب الواسع النطاق على المنتجات البلاستيكية في جميع أنحاء العالم إلى رغبة الشركات المصنعة في تحقيق إنتاجية عالية وجودة المنتج. يتم إنتاج معظم المنتجات البلاستيكية باستخدام تقنية قولبة الحقن. تتميز هذه التقنية بأوقات تبريد طويلة، مما يؤثر على دورة الإنتاج وجودة المنتج. وفقًا للأدبيات، يمكن أن يتأثر التبريد أثناء عملية قولبة الحقن بشكل كبير بتصميم قنوات التبريد. لذلك، تركز هذه الدراسة على تحسين التصميم متعدد العوامل لقنوات التبريد المتوافقة مع المقطع العرضي الدائري للاستجابات المتعددة. تم اعتماد نهج تصميم التجارب التاغوشي في هذه الدراسة. تضمنت المتغيرات الرئيسية لقنوات التبريد المطابقة التي تمت دراستها الأقطار والأعماق والدرجات. تم استخدام ® Solidworks للتصميم ثلاثي الأبعاد والمحاكاة العددية لتحديد وقت التبريد والانكماش الحجمي والتفاف وعلامات الحوض. ثم تم إجراء تحسين الاستجابة المتعددة باستخدام تقنية التحليل العلائقي Taguchi - Grey. تظهر النتائج أن تصميم قناة التبريد الأمثل له حد أدنى ؛ قطر 8 مم، وعمق 12 مم، وميل 16 مم. بالإضافة إلى ذلك، كشف تحليل التباين (ANOVA) أن القطر هو معلمة تصميم قناة التبريد المهمة التي تساهم في جميع الاستجابات في وقت واحد، مع النسبة الأكثر أهمية البالغة 80.26 ٪. وبمقارنة تصاميم قنوات التبريد المطابقة والمستقيمة، لوحظ أداء فائق للأولى مقابل الثانية، حيث سجل التصميم الأمثل تحسنًا بنسبة 29.35 ٪ و 5.99 ٪ و 19.77 ٪ و 38.85 ٪ في وقت التبريد، والانكماش الحجمي، والالتواء، وعمق علامات الحوض، على التوالي.Translated Description (French)
Résumé L'utilisation et la demande généralisées de produits en plastique dans le monde entier ont incité les fabricants à convoiter une productivité et une qualité de produit élevées. La plupart des produits en plastique sont fabriqués à l'aide de la technique de moulage par injection. Cette technique se caractérise par de longs temps de refroidissement, qui affectent le cycle de production et la qualité du produit. Selon la littérature, le refroidissement pendant le processus de moulage par injection peut être significativement affecté par la conception des canaux de refroidissement. Cette étude est donc axée sur l'optimisation de la conception multifactorielle des canaux de refroidissement conformes à section circulaire pour des réponses multiples. L'approche de conception des expériences de Taguchi a été adoptée dans cette étude. Les variables clés des canaux de refroidissement conformes qui ont été étudiées impliquaient les diamètres, les profondeurs et les pas. Solidworks® a été utilisé pour la conception 3D et la simulation numérique afin de déterminer le temps de refroidissement, le retrait volumétrique, le gauchissement et les marques d'évier. L'optimisation multi-réponse a ensuite été réalisée à l'aide de la technique d'analyse relationnelle Taguchi-Grey. Les résultats montrent que la conception optimale du canal de refroidissement a un diamètre minimum de 8 mm, une profondeur de 12 mm et un pas de 16 mm. De plus, l'analyse de la variance (ANOVA) a révélé que le diamètre est le paramètre de conception de canal de refroidissement significatif contribuant à toutes les réponses simultanément, avec le pourcentage le plus significatif de 80,26 %. En comparant les conceptions de canaux de refroidissement conformes et droits, des performances supérieures ont été notées pour le premier par rapport au second, la conception optimale enregistrant une amélioration de 29,35 %, 5,99 %, 19,77 % et 38,85 % du temps de refroidissement, du retrait volumétrique, du gauchissement et de la profondeur des marques d'évier, respectivement.Translated Description (Spanish)
Resumen El uso generalizado y la demanda de productos de plástico en todo el mundo han provocado que los fabricantes codicien una alta productividad y calidad del producto. La mayoría de los productos de plástico se producen utilizando la técnica de moldeo por inyección. Esta técnica se caracteriza por largos tiempos de enfriamiento, que afectan el ciclo de producción y la calidad del producto. Según la literatura, el enfriamiento durante el proceso de moldeo por inyección puede verse afectado significativamente por el diseño de los canales de enfriamiento. Por lo tanto, este estudio se centra en la optimización del diseño multifactorial de canales de enfriamiento conformes de sección transversal circular para múltiples respuestas. En este estudio se adoptó el enfoque de diseño de experimentos de Taguchi. Las variables clave de los canales de enfriamiento conformes que se estudiaron incluyeron diámetros, profundidades y pasos. Solidworks® se utilizó para el diseño 3D y la simulación numérica para determinar el tiempo de enfriamiento, la contracción volumétrica, la deformación y las marcas de hundimiento. La optimización de respuestas múltiples se llevó a cabo utilizando la técnica de análisis relacional Taguchi-Grey. Los resultados muestran que el diseño óptimo del canal de enfriamiento tiene un mínimo; diámetro de 8 mm, una profundidad de 12 mm y un paso de 16 mm. Además, el Análisis de Varianza (ANOVA) reveló que el diámetro es el parámetro de diseño del canal de enfriamiento significativo que contribuye a todas las respuestas simultáneamente, con el porcentaje más significativo de 80.26%. Al comparar los diseños de canales de enfriamiento conformes y rectos, se observó un rendimiento superior para el primero frente al segundo, con el diseño óptimo registrando una mejora del 29.35%, 5.99%, 19.77% y 38.85% en el tiempo de enfriamiento, contracción volumétrica, deformación y profundidad de las marcas de hundimiento, respectivamente.Files
latest.pdf.pdf
Files
(420.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:880427bdd1bab48f9052c573a5a89d14
|
420.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحسين المتزامن لجودة المنتج والإنتاجية للتصاميم متعددة العوامل لقنوات التبريد الدائرية ذات المقطع العرضي في قوالب الحقن
- Translated title (French)
- Optimisation simultanée de la qualité et de la productivité du produit pour les conceptions multifacteurs de canaux de refroidissement conformes à section transversale circulaire dans les moules d'injection
- Translated title (Spanish)
- Optimización simultánea de la calidad y la productividad del producto para diseños multifactoriales de canales de enfriamiento conformales de sección transversal circular en moldes de inyección
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4382462592
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-2693722/v2
References
- https://openalex.org/W1491068997
- https://openalex.org/W1971096411
- https://openalex.org/W1979790188
- https://openalex.org/W1981372915
- https://openalex.org/W1989943444
- https://openalex.org/W1996127614
- https://openalex.org/W2002511855
- https://openalex.org/W2037637769
- https://openalex.org/W2056635882
- https://openalex.org/W2060157122
- https://openalex.org/W2062537954
- https://openalex.org/W2068056210
- https://openalex.org/W2084311101
- https://openalex.org/W2089539290
- https://openalex.org/W2123330099
- https://openalex.org/W2145996048
- https://openalex.org/W2212439794
- https://openalex.org/W2290190822
- https://openalex.org/W2407042754
- https://openalex.org/W2471475523
- https://openalex.org/W2472058871
- https://openalex.org/W2551934926
- https://openalex.org/W2569887714
- https://openalex.org/W2581708358
- https://openalex.org/W2588556891
- https://openalex.org/W2608333633
- https://openalex.org/W2608741537
- https://openalex.org/W2732815038
- https://openalex.org/W2747646529
- https://openalex.org/W2760484259
- https://openalex.org/W2799615114
- https://openalex.org/W2800239682
- https://openalex.org/W2806932650
- https://openalex.org/W2809156541
- https://openalex.org/W2890006623
- https://openalex.org/W2894233020
- https://openalex.org/W2909683997
- https://openalex.org/W2911295861
- https://openalex.org/W2998107150
- https://openalex.org/W3015990060
- https://openalex.org/W3033500114
- https://openalex.org/W3048725449
- https://openalex.org/W3133675891
- https://openalex.org/W3201039310
- https://openalex.org/W4237324307