Investigació sobre l'efecte de la velocitat de rotació del cargol de la màquina d'emmotllament per injecció sobre la capacitat de plastificació i la viscositat aparent

0 Introducció

La màquina d'emmotllament per injecció és l'equip principal per a l'emmotllament de plàstic, principalment pel sistema d'injecció.Sistema, sistema de subjecció, sistema de control elèctric, sistema de lubricació, sistema de transmissió hidrostàtica,Sistema de calefacció i refrigeració, sistema de control de seguretat, etc.. Per millorar la qualitat del producteQuantitat, eficiència de producció, reduint el consum d'energia, la gent n'ha dut a terme una investigació en profunditat. La investigació sobre màquines d'emmotllament per injecció és multifacètica, inclòs el sistema de control elèctric. Transformació intel·ligent. Transformació servo del sistema de transmissió Estalvi d'energia del sistema de calefacció i refrigeració. Reforma. La transformació de l'estructura del cargol de la capacitat de plastificació. El cargol és el nucli dels components del cor de la màquina d'emmotllament per injecció, els paràmetres dels quals determinen el volum d'injecció de la màquina d'injecció, els investigadors han estudiatMés. Com millor sigui la uniformitat de plastificació del cargol representa la precisió de repetició del producte. Com més gran sigui la precisió de mesura, el paràmetre de rendiment de la uniformitat de plastificació és la viscositat aparent. En què la modificació de l'estructura del cargol ajuda a reduir la viscositat aparent de la massa fosa, el cargol.

La capacitat ve determinada per l'estructura del cargol i la velocitat del cargol, pressió, velocitat, temperatura, etc. És el paràmetre principal per mesurar el rendiment del cargol. Wang Xish La fusió del cargol d'injecció es va analitzar teòricament el transport del cos. Li Zhenget Els efectes de la temperatura i la contrapressió sobre el cargol. Influència de la capacitat de plastificació de la vareta. La capacitat de plastificació representa l'eficiència de la producció de màquines d'emmotllament per injecció,Cal millorar la capacitat de plastificació del cargol per als beneficis econòmics de les empreses.

La capacitat de plastificació de la vareta es refereix a la qualitat dels materials plastificats per unitat de temps del cargol de la màquina d'emmotllament per injecció. La qualitat de l'emmagatzematge del material està determinada per la cambra de mesura., i la sortida de la secció d'homogeneïtzació del cargol Connectada amb la sala de mesura, es pot mesurar el volum a la sortida de la secció d'homogeneïtzació del cargol. La capacitat de plastificació del cargol es va determinar per la velocitat de passada. En la selecció de materials, la viscositat es veu molt afectada per la velocitat de cisalla i la temperatura El grau de baixa sensibilitat del polipropilè per facilitar la detecció i l'observació dels resultats experimentals. Aquest treball El programari Fluent analitza el camp de flux de PP fos a la secció d'homogeneïtzació del cargol.

Utilitzar el mètode de recerca de combinar l'experimentació i l'anàlisi teòrica, la rotació del cargol

Efectes de diferents profunditats de cargol sobre la temperatura, viscositat aparent, velocitat i capacitat de plastificació. S'analitza la velocitat de pas volumètrica a la sortida de la secció d'homogeneïtzació del cargol per optimitzar els paràmetres del procés de producció de la velocitat del cargol de la màquina d'emmotllament per injecció..

1 Anàlisi teòrica En aquest article, l'homogeneïtzació de la màquina d'emmotllament per injecció de plàstic LYH680 és simulada per Fluent.Section de fluid de canonada, establir una velocitat de cargol diferent, anàlisi de la secció d'homogeneïtzació de la canonada S'obté la velocitat de trànsit volumètrica a la sortida de la secció d'homogeneïtzació del fluid de propilè. Es va investigar la viscositat aparent de la fosa de PP i la capacitat de plastificació del cargol.. Fase de la màquina d'emmotllament per injecció Els paràmetres rellevants són: la longitud de la secció homogeneïtzada del cargol és 80 mm, i la temperatura del barril a la secció d'homogeneïtzació s'estableix a 220 C, la pressió de fusió a la secció d'homogeneïtzació és 1.5 MPa, i la profunditat de la ranura del cargol és de 2,2 mm, l'angle del cargol és 17.66 °, La relació longitud-diàmetre del cargol és 19.6, diàmetre del cargol 32 mm; La densitat de fusió del polipropilè (PP) era 770 kg / m3El punt de fusió és 170 °C, el coeficient de conductivitat tèrmica de la massa fosa és de 0,182 W / (m · °C), i la relació de fusió Capacitat de calor de 2900 J / (kg · C), viscositat de fusió de 421 Pa · s (453 K / 320)Pa·s（463 K）/250 Pa·s（473 K）。 En enginyeria pràctica, Tingueu en compte el fluid La densitat canvia poc a causa del fet que el polímer fos es talla a la màquina d'emmotllament per injecció quan està premoltjat. La velocitat de cisalla és inferior a 10-3 m / s, moment en què la fosa se situa a la regió reològica no newtoniana de la primera En aquesta regió, el polímer fos es pot considerar com un fluid newtonià, de manera que la fusió de PP es considera un fluid laminar de Newton incompressible en l'anàlisi de proves teòriques i experimentals..

• Establiment del sistema de coordenades

El canal giratori original pel qual passa el material s'estira en un canal cuboide,El model espacial tridimensional construït a partir de l'origen es mostra a la figura 1 entendre 3.

1.2 L'establiment de l'equació de govern de fluids (Phi) + div (p f) = div (γ gradphi) + S. (1) On φ és una variable física generalitzada; El coeficient de difusió generalitzat corresponent a phi; S és un terme font generalitzat.

Segons el mètode Guangyi, l'equació de conservació de la massa i el moment s'estableix a l'entrada de la secció d'homogeneïtzació del pla x-y (z = 0).

dV

r

Z = – del Pb + π F + d V.

(2) En la fórmula dt: rho és la densitat de fusió, kg / m3; Vz és la velocitat del flux en la direcció z, m / s, entrant al solc espiral a la regió d'homogeneïtzació; F és l'acceleració de la gravetat, m / s2; Pb és contrapressió, Pa; És la viscositat de la fusió,

Pa·s; T pel temps, s; ▽ és l'hammiltonià，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Equació (2) és l'equació d'equilibri del moment (Equació N-S) de fluid viscós, el fluid de la ranura espiral es considera un flux isotèrmic; Els camps de viscositat i densitat són uniformes. L'amplada de la ranura espiral és molt més gran que la profunditat de la ranura espiral, i s'ignora l'efecte de la paret lateral del cargol. La fosa flueix completament al llarg del canal del cargol, ignorant l'efecte de flux de l'entrada i sortida, però tenint en compte l'efecte de la contrapressió inversa. L'equació N-S es simplifica per les condicions anteriors:

2

dp

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

Integra y dues vegades i dóna condicions de contorn (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos theta / 60). S'obté la funció d'estat de distribució de la velocitat del flux en la direcció de la fusió, això és

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2i × Lsintheta. (4)

On h és la profunditat de la ranura del cargol a la secció d'homogeneïtzació, m; Angle de l'hèlix del cargol, (°); L és la longitud del segment homogeneïtzat, m; N és la velocitat del cargol, r a d / m i n; D és el diàmetre recte del cargol, m.

1.3 Càlcul de la capacitat plastificant teòrica

Substituint l'eq. (4) a l'equació de definició de flux, Q = WhVz = π DhVzsintetitzador, dóna

22 32

Mpt = Qπ = π D Nhрsin θ cos θ – p Dhsin

Brea. (5) 120 12 L on: W és l'amplada de la secció del fluid, m; MPT és la màquina d'emmotllament per injecció de plàstic teòric de tipus cargol

Capacitat química, kg / s; Q és la velocitat de pas de volum de la secció d'homogeneïtzació de la massa fosa, m3 / s. Mitjançant l'equació (5), es pot veure que la capacitat de plastificació del cargol es veu afectada per una varietat de paràmetres de procés, com ara el diàmetre del cargol., angle de la ranura del cargol, pressió de fusió i profunditat de la ranura del cargol. Com més gran sigui la velocitat del cargol, més forta és la capacitat de plastificació; Quan augmenta la viscositat aparent de la massa fosa, augmenta la capacitat plastificant del cargol.

Anàlisi de resultats experimentals i simulació

2.1 Anàlisi de simulacions i resultats

1) Condicions per a l'anàlisi de simulació.

La cara de l'extrem d'entrada: de la funció d'estat de distribució de velocitats en la direcció z de la fusió (tal com (4)), la velocitat a l'entrada de la secció d'homogeneïtzació canvia amb el valor y. Ara N = 120, 140, 160, 180 rad / min es substitueixen per Vz respectivament, i la velocitat inicial simulada al llarg de la direcció de l'espiral a l'entrada de la secció d'homogeneïtzació es determina mitjançant la definició de la funció de Fluent amb el seu propi llenguatge de programació UDF, això és, la velocitat inicial en condicions simulades i mesurades; Com que la pressió de fusió a l'entrada és molt inferior a la pressió del cap del cargol, la pressió a l'entrada de la secció d'homogeneïtzació és 0; D'acord amb els paràmetres de procés del material i l'equip PP, el

La temperatura de fusió s'estableix a 465 K. Parets laterals esquerra i dreta: avió y-z (x = 0), (x és igual 3.2 × 10-2 m) com a segments d'homogeneïtzació

Els dos costats de la paret de la ranura del cargol es configuren com a parets antilliscants, i la temperatura de fusió és la temperatura del cargol, que s'estableix a 473 K segons les característiques del material PP i l'estat real de l'equip.

Parets laterals superior i inferior: pla x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 m) com els costats inferior i superior de la ranura del cargol de la secció d'homogeneïtzació, la part inferior es considera una paret antilliscant, la temperatura de fusió és la temperatura del cargol, i la temperatura s'estableix a 473 K segons les característiques del material del PP i l'estat real de l'equip; La part superior de la ranura del cargol a la secció d'homogeneïtzació és la superfície de contacte de la fosa i el barril, el cabal de fusió és el màxim, i la temperatura de fusió és igual a la temperatura de l'escalfador del barril, que s'estableix a 493 K segons les condicions de producció del material PP.

Cara final de sortida: el pla x-y (z = 0.264 m) com a sortida de la secció d'homogeneïtzació, s'adopta el límit de sortida de pressió, on la pressió és oposada a la direcció z, i la pressió s'ajusta a l'equip experimental per a una fàcil anàlisi i comparació, i la contrapressió s'estableix a -1.2 MPa.

• Resultats de l'anàlisi de simulació

Per a x = 0.01, el diagrama de corbes de velocitat, A les figures es mostra la temperatura i la viscositat a la sortida de la secció d'homogeneïtzació en funció de la profunditat de la ranura espiral. 4 a 6.

Podem veure a la figura 4 que amb l'augment de la velocitat del cargol, també augmenta la velocitat del tram d'homogeneïtzació a la sortida, amb l'augment de la profunditat de la ranura del cargol, la velocitat primer disminueix i després augmenta, que es deu a la força de tall i la viscositat a les superfícies superior i inferior de la ranura del cargol, en línia amb el fluid de polímer de la placa.

Canvis entre. Com podem veure a la figura 4, amb l'augment de la velocitat del cargol, La velocitat a la sortida de la secció d'homogeneïtzació també augmenta. Amb l'augment de la profunditat del solc, la velocitat disminueix primer i després augmenta. Això es deu a la gran força de tall i viscositat a les superfícies superior i inferior de la ranura, que és coherent amb el canvi de fluid de polímer entre plaques. Canvi de temperatura en la direcció radial tal com es mostra a la FIG. 5. El PP fos en contacte amb el cargol de la part inferior (y = 0), per sobre del contacte amb el cargol (y = 0,0022 m) es produeix la conducció de calor, escalfar des de baix, la part superior a la fosa, tendència a la baixa de la temperatura d'ambdós costats, formant una corba còncava de temperatura. Amb l'augment de la velocitat del cargol, augmenta la velocitat, el temps d'escalfament al corredor disminueix, i la temperatura disminueix amb l'augment del nombre de revolucions. Com es mostra a la FIG. 6, la viscositat aparent de la massa fosa augmenta primer i després disminueix amb l'augment de l'alçada de l'espiral, Contràriament a la corba de temperatura, la viscositat aparent és la més baixa a la part superior de la temperatura de fusió més alta, i la viscositat aparent és la més alta a la meitat de la temperatura de fusió més baixa. Amb l'augment de la velocitat del cargol, la viscositat aparent de la fosa és cada cop més alta, i la uniformitat de la viscositat aparent disminueix. Es pot veure que la viscositat aparent de la massa fosa de PP és inversament proporcional a la temperatura, que mostra la precisió de la simulació.

Es pot veure a la figura 6 que la viscositat no es fixa en la simulació Fluent, així que prenem la viscositat mitjana a la sortida de la secció d'homogeneïtzació a x = 0.01 aquí, perquè la viscositat canvia aquí mitjançant la comparació de dades.

La viscositat més propera al càlcul teòric.

2.2 Mesura i anàlisi de la capacitat plastificant

Després de preescalfar la màquina d'emmotllament per injecció, la matèria primera de polipropilè es posa a l'embut per a la plasticitat. Els paràmetres de velocitat de rotació del cargol s'estableixen a 120,140,160,180 rpm, la temperatura de la secció homogeneïtzada s'estableix a 220 °C, i la pressió de fusió a la secció d'homogeneïtzació s'estableix a 1.2 MPa. El temps d'emmagatzematge t a cada velocitat de rotació es registra amb un cronòmetre, i després s'estableix el feed buit.

Després de la injecció, després de refredar la injecció, es recull i es mesura la massa m de la injecció, i la capacitat de plastificació real mps s'obté per mps = 1000m/t. Els resultats de la comparació amb la capacitat de plastificació teòrica mpt en les mateixes condicions es mostren a la Fig. 7.

Figura 7 mostra que la capacitat de plastificació teòrica i la velocitat del cargol s'aproximen a una funció

Amb l'augment de la velocitat del cargol, es millora la capacitat de plastificació del cargol, i el cargol real

La capacitat de plastificació de la vareta és inferior a la capacitat de plastificació teòrica, la capacitat de plastificació real de la màquina d'emmotllament per injecció a la velocitat de 120 ~ 180 rad / comptes mínims 82% ~ 86% de la capacitat teòrica de plastificació, indicant que la capacitat de plastificació del cargol de la màquina d'emmotllament per injecció està per sobre del nivell mitjà. 2.3 Anàlisi d'errors

Hi ha diferències entre la capacitat de plastificació real i la capacitat de plastificació teòrica del cargol, res més que aquests punts: 1) part del material forma una pel·lícula fosa durant el procés de plastificació, provocant la fuita del material; 2) La fuga de pressió en espiral no es va considerar en l'anàlisi teòric de la capacitat de plastificació, que va fer que alguns materials es quedessin a la vora de l'espiral. 3) A més de la calor transmesa per l'escalfador del barril, el material és més de la calor de cisalla del cargol i la fricció entre els materials, resultant en la descomposició tèrmica d'una part del material.

Amb l'augment de la velocitat del cargol, la capacitat de plastificació real s'està alentint, hi ha els punts següents: 1) Amb l'augment de la velocitat del cargol, la calor de cisalla del cargol augmenta, resultant en la descomposició tèrmica d'una part del material; 2) L'augment de la temperatura redueix la viscositat del material, augmenta la pressió inversa, dificulta el progrés del material, i fa que l'energia plastificant real s'alenteixi.

Conclusió Amb l'augment de la profunditat de la ranura del cargol, la uniformitat de la temperatura i la viscositat aparent disminueixen, i la capacitat de plastificació va augmentar, però la precisió de la qualitat del producte va disminuir. La capacitat de plastificació va augmentar amb l'augment de la velocitat del cargol, però la uniformitat de la temperatura i la viscositat aparent van disminuir amb l'augment de la velocitat del cargol. Augmentar la temperatura del cargol ajuda a promoure la uniformitat de la viscositat aparent i millorar la precisió de la qualitat del producte; Per tal de garantir la qualitat del producte i millorar l'eficiència de la producció, la profunditat, La temperatura i la velocitat del cargol s'han d'optimitzar.