Investigación sobre el efecto de la velocidad de rotación del tornillo de la máquina de moldeo por inyección en la capacidad de plastificación y la viscosidad aparente

0 Introducción

La máquina de moldeo por inyección es el equipo principal para el moldeo de plástico., principalmente por el sistema de inyección. Sistema, sistema de sujeción, sistema de control eléctrico, sistema de lubricación, sistema de transmisión hidrostática,Sistema de calefacción y refrigeración, sistema de vigilancia de seguridad, etc.. Para mejorar la calidad del productoCantidad, eficiencia de producción, reduciendo el consumo de energía, la gente ha llevado a cabo una investigación profunda al respecto. La investigación sobre máquinas de moldeo por inyección es multifacética, incluyendo el sistema de control eléctrico. Transformación inteligente. Transformación servo del sistema de transmisión Ahorro de energía del sistema de calefacción y refrigeración Reforma. Transformación de la estructura del tornillo de la capacidad de plastificación. El tornillo es el núcleo de la máquina de moldeo por inyecciónComponentes del corazón, cuyos parámetros determinan el volumen de inyección de la máquina de inyección, los investigadores han estudiadoMás. Cuanto mejor sea la uniformidad de plastificación del tornillo representa la precisión de repetición del producto. Cuanto mayor sea la precisión de la medición, el parámetro de rendimiento de la uniformidad de plastificación es la viscosidad aparente. En el que la modificación de la estructura del tornillo ayuda a reducir la viscosidad aparente de la masa fundida, El tornillo.

La capacidad está determinada por la estructura del tornillo y la velocidad del tornillo., presión, velocidad, temperatura, etc.Es el parámetro principal para medir el rendimiento del tornillo. Wang XishLa fusión del transporte del cuerpo del tornillo de inyección se analizó teóricamente. Li Zhenget Los efectos de la temperatura y la contrapresión en el caracolInfluencia de la capacidad de plastificación de la varilla. La capacidad de plastificación representa la eficiencia de la producción de máquinas de moldeo por inyección.,Es necesario mejorar la capacidad de plastificación del tornillo para los beneficios económicos de las empresas..

La capacidad de plastificación de la varilla se refiere a la calidad de los materiales plastificados por unidad de tiempo del tornillo de la máquina de moldeo por inyección. La calidad del almacenamiento del material está determinada por la cámara de medición., y la salida de la sección de homogeneización del tornillo Conectado con la sala de medición, se puede medir el volumen a la salida de la sección de homogeneización del tornillo. La capacidad de plastificación del tornillo se determinó por la tasa de aprobación. En la selección de materiales, la viscosidad se ve muy afectada por la velocidad de corte y la temperatura El grado de baja sensibilidad del polipropileno para facilitar la detección y observación de los resultados experimentales. Este artículo El software Fluent analiza el campo de flujo de la masa fundida de PP en la sección de homogeneización del tornillo..

Usando el método de investigación de combinar experimento y análisis teórico., la rotación del tornillo

Efectos de diferentes profundidades de tornillo sobre la temperatura, viscosidad aparente, velocidad y capacidad de plastificación La tasa de paso volumétrico en la salida de la sección de homogeneización del tornillo se analiza para optimizar la velocidad del tornillo de los parámetros del proceso de producción de la máquina de moldeo por inyección.

1 Análisis teóricoEn este artículo, Fluent simula la homogeneización de la máquina de moldeo por inyección de plástico LYH680. Sección del fluido de la tubería, establecer diferentes velocidades de tornillo, análisis de la sección de homogeneización de la tubería Se obtiene la tasa de tránsito volumétrico a la salida de la sección de homogeneización del fluido de propileno. Se investigaron la viscosidad aparente del PP fundido y la capacidad plastificante del tornillo. Fase de la máquina de moldeo por inyección Los parámetros relevantes son: la longitud de la sección homogeneizada del tornillo es 80 mm, y la temperatura del barril en la sección de homogeneización se establece en 220 C, la presión de fusión en la sección de homogeneización es 1.5 MPa, y la profundidad de la ranura del tornillo es de 2,2 mm, el ángulo del tornillo es 17.66 °, la relación longitud-diámetro del tornillo es 19.6, diámetro del tornillo32 mm; La densidad de fusión del polipropileno. (PÁGINAS) era 770 kg / m3El punto de fusión es 170 ° C, el coeficiente de conductividad térmica de la fusión es 0.182W / (metro · ° C), y la relación de fusiónCapacidad de calor de 2900 j / (kg · C), viscosidad de fusión de 421 Pensilvania · s (453 k / 320)Pensilvania·s（463 K）/250 Pa·s（473 K）。 En ingeniería práctica, considere el fluido La densidad cambia poco debido al hecho de que el polímero fundido se corta en la máquina de moldeo por inyección cuando se premoldea. La tasa de corte es menor que 10-3 metro / s, momento en el cual la masa fundida se encuentra en la región reológica no newtoniana de la primera En esta región, el polímero fundido se puede considerar como un fluido newtoniano, por lo tanto, el fundido de PP se considera un fluido de Newton laminar incompresible en el análisis de prueba teórico y experimental.

• Establecimiento del sistema de coordenadas

El canal giratorio original a través del cual pasa el material se estira en un canal paralelepípedo,El modelo espacial tridimensional construido a partir del origen se muestra en la Figura 1 a Figura 3.

1.2 El Establecimiento de la Ecuación Gobernante de Fluidos (Fi) + división (pf) = división (γ grado) + S. (1) Donde φ es una variable física generalizada; El coeficiente de difusión generalizado correspondiente a phi; S es un término fuente generalizado.

Según el método Guangyi, la ecuación de conservación de masa y cantidad de movimiento se establece a la entrada de la sección de homogeneización del plano x-y (z = 0).

dV

r

Z = – del Pb + πF + d V.

(2) En la fórmula dt: rho es la densidad de fusión, kg / m3; Vz es la velocidad del flujo en la dirección z, metro / s, entrando en la ranura espiral en la región de homogeneización; F es la aceleración de la gravedad, metro / s2; Pb es contrapresión, Pensilvania; es la viscosidad del fundido,

Pensilvania·s; t de tiempo, s; ▽ es el hamiltoniano，▽= ∂ yo+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Ecuación (2) es la ecuación de equilibrio de cantidad de movimiento (Ecuación NS) de fluido viscoso, el fluido en la ranura espiral se considera flujo isotérmico; Los campos de viscosidad y densidad son uniformes.. El ancho de la ranura en espiral es mucho mayor que la profundidad de la ranura en espiral, y se ignora el efecto de la pared lateral del tornillo. La masa fundida fluye por completo a lo largo del canal del tornillo, ignorando el efecto de flujo de la entrada y la salida, pero considerando el efecto de la contrapresión inversa. La ecuación N-S se simplifica por las condiciones anteriores:

2

doble penetración

día = 1·B。 (3) dy2eta dx

Integre y dos veces y dé las condiciones de contorno (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos theta / 60). Se obtiene la función de estado de distribución de la velocidad del flujo en la dirección de la fusión, eso es

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2y × Lsintheta. (4)

Donde h es la profundidad de la ranura del tornillo en la sección de homogeneización, metro; El ángulo de hélice del tornillo., (°); L es la longitud del segmento homogeneizado, metro; N es la velocidad del tornillo, rad / m i n; D es el diámetro recto de la varilla roscada, metro.

1.3 Cálculo de la capacidad plastificante teórica

Ecuación de sustitución. (4) en la ecuación de definición de flujo, Q = WhVz = π DhVzsintetizador, da

22 32

Mpt = Qπ = π D Nhðsen θ cos θ – p dhsin

Paso. (5) 120 12 donde: W es el ancho de la sección de fluido, metro; MPT es el plástico teórico de la máquina de moldeo por inyección de plástico tipo tornillo

Capacidad química, kg / s; Q es la tasa de paso de volumen de la sección de homogeneización de fusión, m3 / s. A través de la ecuación (5), se puede ver que la capacidad de plastificación del tornillo se ve afectada por una variedad de parámetros del proceso, como el diámetro del tornillo, ángulo de la ranura del tornillo, presión de fusión y profundidad de la ranura del tornillo. Cuanto mayor sea la velocidad del tornillo, cuanto más fuerte es la capacidad de plastificación; Cuando la viscosidad aparente del fundido aumenta, aumenta la capacidad de plastificación del tornillo.

Resultados experimentales y análisis de simulación.

2.1 Análisis y resultados de la simulación

1) Condiciones para el análisis de simulación.

La cara del extremo de entrada: de la función de estado de distribución de velocidad en la dirección z de la masa fundida (tal como (4)), la velocidad en la entrada de la sección de homogeneización cambia con el valor y. Ahora N = 120, 140, 160, 180 radical / min se sustituyen en Vz respectivamente, y la velocidad inicial simulada a lo largo de la dirección de la espiral a la entrada de la sección de homogeneización se determina a través de la definición de funciones de Fluent con su propio lenguaje de programación UDF, eso es, la velocidad inicial en condiciones simuladas y medidas; Debido a que la presión de fusión en la entrada es mucho más baja que la presión de la cabeza del tornillo, la presión a la entrada de la sección de homogeneización es 0; De acuerdo con los parámetros del proceso de material y equipo de PP., la

La temperatura de fusión se establece en 465 k. Paredes laterales izquierda y derecha: plano yz (x = 0), (x es igual 3.2 × 10-2 metro) como segmentos de homogeneización

Los dos lados de la pared de la ranura del tornillo se establecen como paredes antideslizantes., y la temperatura de fusión es la temperatura del tornillo, que se establece en 473 K según las características del material PP y el estado real del equipo.

Paredes laterales superior e inferior: plano x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 metro) como los lados inferior y superior de la ranura del tornillo de la sección de homogeneización, el lado inferior se considera como una pared antideslizante, la temperatura de fusión es la temperatura del tornillo, y la temperatura se ajusta a 473 K según las características del material de PP y la condición real del equipo; El lado superior de la ranura del tornillo en la sección de homogeneización es la superficie de contacto de la masa fundida y el cilindro., el caudal de fusión es el máximo, y la temperatura de fusión es igual a la temperatura del calentador del barril, que se establece en 493 K según las condiciones de producción del material PP.

Cara final de salida: el plano x-y (z = 0.264 metro) como salida de la sección de homogeneización, se adopta el límite de salida de presión, donde la presión es opuesta a la dirección z, y la presión se ajusta para que coincida con el equipo experimental para facilitar el análisis y la comparación, y la contrapresión se establece en -1.2 MPa.

• Resultados del análisis de simulación

para x = 0.01, el diagrama de la curva de velocidad, la temperatura y la viscosidad a la salida de la sección de homogeneización en función de la profundidad de la ranura espiral se muestra en las Figuras 4 a 6.

Podemos ver en la figura 4 que con el aumento de la velocidad del tornillo, la velocidad de la sección de homogeneización a la salida también aumenta, con el aumento de la profundidad de la ranura del tornillo, la velocidad primero disminuye y luego aumenta, que se debe a la fuerza de corte y la viscosidad en las superficies superior e inferior de la ranura del tornillo, en línea con el fluido de polímero en la placa.

Cambios entre. Como podemos ver en la Figura 4, con el aumento de la velocidad del tornillo, La velocidad a la salida de la sección de homogeneización también aumenta. Con el aumento de la profundidad de la ranura, la velocidad disminuye primero y luego aumenta. Esto se debe a la gran fuerza de corte y la viscosidad en las superficies superior e inferior de la ranura., que es consistente con el cambio de fluido polimérico entre placas. Cambio de temperatura en la dirección radial como se muestra en la FIG.. 5. El PP fundido está en contacto con el tornillo en la parte inferior (y = 0), por encima del contacto con el tornillo (y = 0.0022m) se produce conducción de calor, calor desde abajo, la parte superior en el derretimiento, la temperatura de ambos lados hacia adentro tendencia a la baja, formando una curva de temperatura cóncava. Con el aumento de la velocidad del tornillo, la velocidad aumenta, el tiempo de calentamiento en el corredor disminuye, y la temperatura disminuye con el aumento del número de revoluciones. Como se muestra en la figura. 6, la viscosidad aparente de la masa fundida primero aumenta y luego disminuye con el aumento de la altura de la espiral, Al contrario de la curva de temperatura, la viscosidad aparente es la más baja en la parte superior de la temperatura de fusión más alta, y la viscosidad aparente es la más alta en el medio de la temperatura de fusión más baja. Con el aumento de la velocidad del tornillo, la viscosidad aparente de la masa fundida es cada vez mayor, y la uniformidad de la viscosidad aparente disminuye. Se puede observar que la viscosidad aparente del PP fundido es inversamente proporcional a la temperatura, que muestra la precisión de la simulación.

Se puede ver en la figura 6 que la viscosidad no es fija en la simulación Fluent, entonces tomamos la viscosidad promedio a la salida de la sección de homogeneización en x = 0.01 aquí, porque la viscosidad cambia aquí a través de la comparación de datos.

La viscosidad más cercana al cálculo teórico.

2.2 Medición y Análisis de la Capacidad Plastificante

Después de precalentar la máquina de moldeo por inyección, la materia prima de polipropileno se coloca en el embudo para plasticidad. Los parámetros de velocidad de rotación del tornillo se establecen en 120,140,160,180 rpm, la temperatura de la sección homogeneizada se fija en 220 ° C, y la presión de fusión en la sección de homogeneización se establece en 1.2 MPa. El tiempo de almacenamiento t a cada velocidad de rotación se registra con un cronómetro, y luego se establece el feed vacío.

Después de la inyección, después de que la inyección se enfría, se recoge y mide la masa m de la inyección, y la capacidad de plastificación real mps se obtiene por mps = 1000m/t. Los resultados de la comparación con la capacidad de plastificación teórica mpt en las mismas condiciones se muestran en la Fig.. 7.

Cifra 7 muestra que la capacidad de plastificación teórica y la velocidad del tornillo del tornillo se aproximan a una función

Con el aumento de la velocidad del tornillo, se mejora la capacidad de plastificación del tornillo, y el tornillo tornillo real

La capacidad de plastificación de la varilla es inferior a la capacidad de plastificación teórica., la capacidad real de plastificación de la máquina de moldeo por inyección a la velocidad de 120 ~ 180 radical / cuentas mínimas para 82% ~ 86% de la capacidad plastificante teórica, lo que indica que la capacidad de plastificación del tornillo de la máquina de moldeo por inyección está por encima del nivel promedio. 2.3 Análisis de errores

Existen diferencias entre la capacidad de plastificación real y la capacidad de plastificación teórica del tornillo, nada mas que estos puntos: 1) parte del material forma una película fundida durante el proceso de plastificación, resultando en la fuga del material; 2) La fuga de presión espiral no fue considerada en el análisis teórico de la capacidad de plastificación., lo que provocó que algunos materiales permanecieran en el borde de la espiral. 3) Además del calor transmitido por el calentador de barril, el material es más del calor cortante del tornillo y la fricción entre los materiales, resultando en la descomposición térmica de parte del material.

Con el aumento de la velocidad del tornillo, la capacidad de plastificación real se está ralentizando, hay los siguientes puntos: 1) Con el aumento de la velocidad del tornillo, el calor de corte del tornillo está aumentando, resultando en la descomposición térmica de parte del material; 2) El aumento de temperatura reduce la viscosidad del material., aumenta la presión inversa, dificulta el progreso del material, y hace que la energía de plastificación real disminuya.

Conclusión Con el aumento de la profundidad de la ranura del tornillo, la uniformidad de la temperatura y la viscosidad aparente disminuyeron, y la capacidad de plastificación aumentó, pero la precisión de la calidad del producto disminuyó. La capacidad de plastificación aumentó con el aumento de la velocidad del tornillo., pero la uniformidad de la temperatura y la viscosidad aparente disminuyeron con el aumento de la velocidad del tornillo. El aumento de la temperatura del tornillo ayuda a promover la uniformidad aparente de la viscosidad y mejora la precisión de la calidad del producto.; Con el fin de garantizar la calidad del producto y mejorar la eficiencia de producción, la profundidad, la temperatura y la velocidad del tornillo deben optimizarse.