Untersuchung der Auswirkung der Schneckendrehzahl einer Spritzgießmaschine auf die Plastifizierfähigkeit und die scheinbare Viskosität

0 Einführung

Spritzgießmaschine ist die Hauptausrüstung für das Kunststoffformen, hauptsächlich durch das Einspritzsystem.System, Spannsystem, elektrische Steuerung, Schmiersystem, Hydrostatisches Übertragungssystem,Heiz- und Kühlsystem, Sicherheitsüberwachungssystem, etc.. Zur Verbesserung der ProduktqualitätMenge, Produktionseffizienz, Reduzierung des Energieverbrauchs, Menschen haben intensiv darüber geforscht. Die Forschung an Spritzgießmaschinen ist vielfältig, einschließlich des elektrischen Steuersystems.Intelligente Transformation.Servo-Transformation des Übertragungssystems Energieeinsparung des Heiz- und KühlsystemsReform.Die Transformation der Schraubenstruktur der Plastifizierungsfähigkeit. Die Schnecke ist das Herzstück der SpritzgussmaschineHerzkomponenten, deren Parameter das Spritzvolumen der Spritzmaschine bestimmen, Forscher haben studiertMehr. Je besser die Plastifiziergleichmäßigkeit der Schnecke repräsentiert die Wiederholgenauigkeit des Produktes. Je höher die Messgenauigkeit, Der Leistungsparameter der Plastifizierungseinheitlichkeit ist die scheinbare Viskosität. Dabei hilft die Modifikation der Schneckenstruktur, die scheinbare Viskosität der Schmelze zu verringern, die Schraube.

Die Kapazität wird durch den Schneckenaufbau und die Schneckendrehzahl bestimmt, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur, usw. Es ist der Hauptparameter, um die Leistung der Schraube zu messen. Wang XishSchmelzen der InjektionsschneckeKörpertransport wurde theoretisch analysiert. Li Zhenget Die Auswirkungen von Temperatur und Gegendruck auf die SchneckeEinfluss der Stäbchenplastifizierungsfähigkeit. Die Plastifizierleistung steht für die Effizienz der Spritzgießmaschinenproduktion,Es ist notwendig, die Plastifizierungsfähigkeit der Schnecke zum wirtschaftlichen Nutzen der Unternehmen zu verbessern.

Die Plastifizierfähigkeit des Stabes bezieht sich auf die Qualität der plastifizierten Materialien pro Zeiteinheit der Schnecke der Spritzgießmaschine. Die Qualität der Materialspeicherung wird durch die Dosierkammer bestimmt, und der Ausgang des Schneckenhomogenisierungsabschnitts, der mit dem Messraum verbunden ist, das Volumen am Ausgang der Homogenisierungsstrecke der Schnecke kann gemessen werden. Die Plastifizierfähigkeit der Schnecke wurde durch die Durchlaufgeschwindigkeit bestimmt. Bei der Auswahl der Materialien, Die Viskosität wird stark von der Scherrate und der Temperatur beeinflusst. Der Grad der geringen Empfindlichkeit von Polypropylen erleichtert den Nachweis und die Beobachtung experimenteller Ergebnisse. Dieses PapierDas Strömungsfeld der PP-Schmelze im Homogenisierungsabschnitt der Schnecke wird mit der Fluent-Software analysiert.

Verwendung der Forschungsmethode der Kombination von Experiment und theoretischer Analyse, die Schraubenrotation

Auswirkungen unterschiedlicher Einschraubtiefen auf die Temperatur, scheinbare Viskosität, Geschwindigkeit und Plastifizierfähigkeit Die volumetrische Durchlaufrate am Ausgang des Homogenisierungsabschnitts der Schnecke wird analysiert, um die Prozessparameter der Schneckengeschwindigkeit der Spritzgießmaschine zu optimieren.

1 Theoretische AnalyseIn diesem Beitrag, Die Homogenisierung der Kunststoffspritzgießmaschine LYH680 wird durch Fluent.Section of pipe fluid simuliert, andere Schneckendrehzahl einstellen, Analyse des Homogenisierungsabschnitts des Rohrs Die volumetrische Durchgangsrate am Auslass des Propylenfluid-Homogenisierungsabschnitts wird erhalten. Die scheinbare Viskosität der PP-Schmelze und die Plastifizierungsfähigkeit der Schnecke wurden untersucht. Phase der SpritzgießmaschineDie relevanten Parameter sind: die Länge des homogenisierten Abschnitts der Schnecke ist 80 mm, und die Temperatur des Zylinders im Homogenisierungsabschnitt eingestellt wird 220 C., der Schmelzedruck in der Homogenisierungsstrecke ist 1.5 MPa, und die Tiefe der Schraubennut beträgt 2,2 mm, Schraube Schraubenwinkel ist 17.66 °, Schraubenlänge-Durchmesser-Verhältnis ist 19.6, Schraubendurchmesser32 mm; Die Schmelzdichte von Polypropylen (PP) War 770 kg / m3Der Schmelzpunkt ist 170 ° C., der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der Schmelze beträgt 0,182 W / (m · ° C.), und das SchmelzverhältnisWärmekapazität von 2900 J / (kg · C.), Schmelzviskosität von 421 Pa · s (453 K / 320)Pa·s (463 K)/250 Pa·s (473 K)。 Im praktischen Ingenieurwesen, Betrachten Sie die FlüssigkeitDie Dichte ändert sich kaum, da das geschmolzene Polymer beim Vorspritzen in der Spritzgießmaschine geschert wird. Die Scherrate ist geringer als 10-3 m / s, zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Schmelze im nicht-newtonschen rheologischen Bereich des ersten In diesem Bereich, das Schmelzpolymer kann als Newtonsche Flüssigkeit angesehen werden, so wird die PP-Schmelze in der theoretischen und experimentellen Versuchsauswertung als inkompressibles laminares Newtonsches Fluid angesehen.

• Einrichtung des Koordinatensystems

Der ursprüngliche rotierende Kanal, durch den das Material läuft, wird zu einem quaderförmigen Kanal gedehnt,Das aus dem Ursprung konstruierte dreidimensionale Raummodell ist in Abbildung dargestellt 1 herauszufinden 3.

1.2 Die Aufstellung der Flüssigkeitsgleichung (Phi) + div (p f) = div (γ gradphi) + S.. (1) Wobei φ eine verallgemeinerte physikalische Größe ist; Der verallgemeinerte Diffusionskoeffizient, der phi entspricht; S ist ein verallgemeinerter Quellterm.

Nach der Guangyi-Methode, die Erhaltungsgleichung von Masse und Impuls wird am Eingang des Homogenisierungsabschnitts der x-y-Ebene aufgestellt (z = 0).

dV

R

Z = – des Pb + πF + d V.

(2) In der dt-Formel: rho ist die Schmelzdichte, kg / m3; Vz ist die Strömungsgeschwindigkeit in z-Richtung, m / s, Eintritt in die Spiralnut im Homogenisierungsbereich; F ist die Erdbeschleunigung, m / s2; Pb ist Gegendruck, Pa; Ist die Schmelzviskosität,

Pa·s; T für Zeit, s; ▽ ist der Hamiltonoperator，▽= ∂i+ ∂j+ ∂k。 ∂x ∂y ∂z

Gleichung (2) ist die Impulsgleichgewichtsgleichung (N-S-Gleichung) von viskoser Flüssigkeit, die Flüssigkeit in der Spiralnut wird als isotherme Strömung angesehen; Die Viskositäts- und Dichtefelder sind einheitlich. Die Breite der Spiralrille ist viel größer als die Tiefe der Spiralrille, und die Wirkung der Schraubenseitenwand wird vernachlässigt. Die Schmelze fließt vollständig entlang des Schneckenkanals, Vernachlässigung des Strömungseffekts des Einlasses und Auslasses, aber unter Berücksichtigung der Wirkung des Gegengegendrucks. Die N-S-Gleichung wird durch die obigen Bedingungen vereinfacht:

2

dp

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

Integriere y zweimal und gib Randbedingungen an (y = 0, VZ = 0; Y = h, Vz = π NDcos Theta / 60). Die Zustandsfunktion der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung in Richtung der Schmelze wird erhalten, das ist

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2und × Lsintheta. (4)

Wobei h die Tiefe der Schneckennut im Homogenisierungsabschnitt ist, m; Der Steigungswinkel der Schraube, (°); L ist die Länge des homogenisierten Segments, m; N ist die Schneckendrehzahl, rad / Mindest; D ist der gerade Durchmesser der Gewindestange, m.

1.3 Berechnung der theoretischen Plastifizierkapazität

Einsetzen von Gl. (4) in die Strömungsdefinitionsgleichung, Q = WhVz = π DhVzSynthesizer, gibt

22 32

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

Tonhöhe. (5) 120 12 L wo: W ist die Breite des Flüssigkeitsabschnitts, m; MPT ist der Theoretische Kunststoff der Kunststoffspritzgießmaschine vom Schraubentyp

Chemische Kapazität, kg / s; Q ist die Volumendurchlaufrate des Schmelzhomogenisierungsabschnitts, m3 / s. Durch Gleichung (5), Es ist ersichtlich, dass die Plastifizierfähigkeit der Schnecke durch eine Vielzahl von Prozessparametern wie Schneckendurchmesser beeinflusst wird, Winkel der Schraubennut, Schmelzedruck und Schneckenrillentiefe. Je höher die Schneckendrehzahl, desto stärker ist die Plastifizierungsfähigkeit; Wenn die scheinbare Viskosität der Schmelze zunimmt, die Plastifizierfähigkeit der Schnecke steigt.

Experimentelle Ergebnisse und Simulationsanalyse

2.1 Simulationsanalyse und Ergebnisse

1) Bedingungen für die Simulationsanalyse.

Die Eintrittsstirnfläche: aus der Zustandsfunktion der Geschwindigkeitsverteilung in z-Richtung der Schmelze (wie zum Beispiel (4)), die Geschwindigkeit am Eingang der Homogenisierungsstrecke ändert sich mit dem y-Wert. Jetzt N = 120, 140, 160, 180 Rad / min werden jeweils in Vz eingesetzt, und die simulierte Anfangsgeschwindigkeit entlang der Spiralrichtung am Eingang des Homogenisierungsabschnitts wird durch die Funktionsdefinition von Fluent mit seiner eigenen Programmiersprache UDF bestimmt, das ist, die Anfangsgeschwindigkeit unter simulierten und gemessenen Bedingungen; Denn der Schmelzedruck am Einlass ist deutlich geringer als der Schneckenkopfdruck, der Druck am Eingang der Homogenisierungsstrecke beträgt 0; Gemäß den Prozessparametern von PP-Material und -Ausrüstung, das

Die Schmelztemperatur wird auf eingestellt 465 K. Seitenwände links und rechts: y-z-Ebene (x= 0), (x gleich 3.2 × 10-2 m) als Homogenisierungssegmente

Die beiden Seiten der Schraubennutwand sind als rutschfeste Wände festgelegt, und die Schmelztemperatur die Schneckentemperatur ist, was eingestellt ist 473 K entsprechend den PP-Materialeigenschaften und dem tatsächlichen Zustand der Ausrüstung.

Obere und untere Seitenwände: x-z-Ebene (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 m) als Unter- und Oberseite der Schneckennut des Homogenisierungsabschnitts, die Unterseite gilt als rutschfeste Wand, die Schmelztemperatur ist die Schneckentemperatur, und die Temperatur eingestellt ist 473 K entsprechend den Materialeigenschaften von PP und dem tatsächlichen Zustand der Ausrüstung; Die Oberseite der Schneckennut im Homogenisierungsteil ist die Kontaktfläche von Schmelze und Zylinder, die Schmelzflussrate ist maximal, und die Schmelztemperatur gleich der Zylinderheiztemperatur ist, was eingestellt ist 493 K entsprechend den Produktionsbedingungen des PP-Materials.

Austrittsstirnfläche: die x-y-Ebene (z = 0.264 m) als Ausgang der Homogenisierungsstrecke, die Druckaustrittsgrenze wird übernommen, wo der Druck entgegengesetzt zur z-Richtung ist, und der Druck ist so eingestellt, dass er zur einfachen Analyse und zum Vergleich mit der Versuchsausrüstung übereinstimmt, und der Gegendruck eingestellt ist -1.2 MPa.

• Ergebnisse der Simulationsanalyse

Für x= 0.01, das Kurvendiagramm der Geschwindigkeit, Temperatur und Viskosität am Ausgang des Homogenisierungsabschnitts als Funktion der Tiefe der Spiralrille sind in den Figuren gezeigt 4 zu 6.

Wir können aus Abbildung sehen 4 das mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, auch die Geschwindigkeit der Homogenisierungsstrecke am Ausgang erhöht sich, mit der Zunahme der Tiefe der Schraubennut, Die Geschwindigkeit nimmt zuerst ab und dann zu, was auf die Scherkraft und Viskosität auf der Ober- und Unterseite der Schraubennut zurückzuführen ist, in Übereinstimmung mit der Polymerflüssigkeit in der Platte.

Wechsel zwischen. Wie wir aus Abbildung sehen können 4, mit Erhöhung der Schneckendrehzahl, Die Geschwindigkeit am Ausgang des Homogenisierungsabschnitts nimmt ebenfalls zu. Mit zunehmender Rillentiefe, Die Geschwindigkeit nimmt zuerst ab und steigt dann an. Dies liegt an der großen Scherkraft und Viskosität an der oberen und unteren Oberfläche der Rille, was mit dem Wechsel der Polymerflüssigkeit zwischen den Platten übereinstimmt. Temperaturänderung in radialer Richtung, wie in FIG. 5. Die PP-Schmelze berührt die Schnecke unten (y = 0), oben Kontakt mit der Schraube (y = 0,0022 m) Wärmeleitung entsteht, Hitze von unten, das obere in die Schmelze, die Temperatur von beiden Seiten nach innen Abwärtstrend, bildet eine konkave Temperaturkurve. Mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, die Geschwindigkeit steigt, die Aufheizzeit im Läufer verkürzt sich, und die Temperatur nimmt mit zunehmender Drehzahl ab. Wie in FIG. 6, die scheinbare Viskosität der Schmelze nimmt mit zunehmender Spiralhöhe zunächst zu und dann wieder ab, Im Gegensatz zur Temperaturkurve, die scheinbare Viskosität ist an der Spitze der höchsten Schmelztemperatur am niedrigsten, und die scheinbare Viskosität ist in der Mitte der niedrigsten Schmelztemperatur am höchsten. Mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, die scheinbare Viskosität der Schmelze wird immer höher, und die scheinbare Einheitlichkeit der Viskosität nimmt ab. Es ist ersichtlich, dass die scheinbare Viskosität der PP-Schmelze umgekehrt proportional zur Temperatur ist, was die Genauigkeit der Simulation zeigt.

Es ist aus Abbildung ersichtlich 6 dass die Viskosität in der Fluent-Simulation nicht festgelegt ist, also nehmen wir die durchschnittliche Viskosität am Ausgang des Homogenisierungsabschnitts bei x = 0.01 Hier, denn hier ändert sich die Viskosität durch den Datenabgleich.

Die Viskosität, die der theoretischen Berechnung am nächsten kommt.

2.2 Messung und Analyse der Plastifizierkapazität

Nach dem Vorwärmen der Spritzgießmaschine, Das Polypropylen-Rohmaterial wird zur Plastizität in den Trichter gegeben. Die Rotationsgeschwindigkeitsparameter der Schnecke werden auf eingestellt 120,140,160,180 U/min, die Temperatur des homogenisierten Abschnitts eingestellt wird 220 ° C., und der Schmelzdruck im Homogenisierungsabschnitt eingestellt wird 1.2 MPa. Die Speicherzeit t bei jeder Drehzahl wird mit einer Stoppuhr aufgezeichnet, und dann wird der leere Vorschub eingestellt.

Nach der Injektion, nachdem die Einspritzung abgekühlt ist, die Masse m der Einspritzung wird gesammelt und gemessen, und die tatsächliche Plastifizierungsfähigkeit mps wird erhalten durch mps = 1000 m/t. Die Vergleichsergebnisse mit dem theoretischen Plastifiziervermögen mpt unter gleichen Bedingungen sind in Abb. 7.

Figur 7 zeigt, dass die theoretische Plastifizierkapazität und die Schneckendrehzahl der Schnecke annähernd eine Funktion sind

Mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, die Plastifizierungsfähigkeit der Schraube wird verbessert, und die eigentliche Schraube Schraube

Die Stabplastifizierfähigkeit ist niedriger als die theoretische Plastifizierfähigkeit, die tatsächliche Plastifizierfähigkeit der Spritzgießmaschine bei einer Geschwindigkeit von 120 ~ 180 Rad / min Konten für 82% ~ 86% des theoretischen Plastifiziervermögens, was darauf hinweist, dass die Plastifizierfähigkeit der Spritzgussmaschine über dem durchschnittlichen Niveau liegt. 2.3 Fehleranalyse

Es gibt Unterschiede zwischen dem tatsächlichen Plastifiziervermögen und dem theoretischen Plastifiziervermögen der Schnecke, nichts weiter als diese Punkte: 1) ein Teil des Materials bildet beim Plastifizieren einen Schmelzfilm, was zum Auslaufen des Materials führt; 2) Das Lecken des Spiraldrucks wurde in der theoretischen Plastifizierungsfähigkeitsanalyse nicht berücksichtigt, was dazu führte, dass einige Materialien auf der Spiralkante verblieben. 3) Zusätzlich zu der von der Fassheizung übertragenen Wärme, das Material ist mehr von der Scherwärme der Schraube und der Reibung zwischen den Materialien, was zur thermischen Zersetzung eines Teils des Materials führt.

Mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, die eigentliche Plastifizierungsfähigkeit verlangsamt sich, es gibt folgende punkte: 1) Mit der Erhöhung der Schneckendrehzahl, die Scherwärme der Schnecke nimmt zu, was zur thermischen Zersetzung eines Teils des Materials führt; 2) Durch die Temperaturerhöhung verringert sich die Viskosität des Materials, erhöht den Gegendruck, behindert den Fortschritt des Materials, und bewirkt eine Verlangsamung der eigentlichen Plastifizierungsenergie.

Fazit Mit der Erhöhung der Schraubenrillentiefe, die Gleichmäßigkeit der Temperatur und die scheinbare Viskosität nahmen ab, und die Plastifizierungsfähigkeit nahm zu, aber die Genauigkeit der Produktqualität nahm ab. Die Plastifizierfähigkeit nahm mit zunehmender Schneckendrehzahl zu, aber die Gleichmäßigkeit der Temperatur und der scheinbaren Viskosität nahmen mit zunehmender Schneckengeschwindigkeit ab. Das Erhöhen der Temperatur der Schnecke trägt dazu bei, die scheinbare Viskositätsgleichmäßigkeit zu fördern und die Qualitätsgenauigkeit des Produkts zu verbessern; Um die Produktqualität sicherzustellen und die Produktionseffizienz zu verbessern, die Tiefe, Temperatur und Schneckendrehzahl sollten optimiert werden.