射出成形機のスクリュー回転速度が可塑化能と見かけ粘度に及ぼす影響に関する研究

0 序章

射出成形機はプラスチック成形の主要設備, 主にインジェクションシステムによるシステム。, クランプシステム, 電気制御システム, 潤滑システム, 油圧伝達システム,冷暖房システム, 安全監視システム, NS. 商品の品質向上のため数量, 生産効率, エネルギー消費の削減, 射出成形機の研究は多面的です。, 電気制御系も含めて インテリジェント化 伝達系のサーボ化 加熱冷却系の省エネ化 可塑化能力のスクリュ構造化. スクリューは射出成形機の心臓部心臓部品, 射出成形機の射出量を決定するパラメータ, 研究者は研究した. スクリューの可塑化の均一性が高いほど、製品の繰り返し精度が高くなります。測定精度が高いほど、, 可塑化の均一性の性能パラメータは見かけの粘度です。ここで、スクリュー構造の変更は、溶融物の見かけの粘度を下げるのに役立ちます, ネジ.

容量はスクリュー構造とスクリュー速度によって決まります, プレッシャー, スピード, 温度, etc.ねじの性能を測る主要なパラメータです. Wang Xish射出スクリューの溶融体輸送を理論的に解析. Li Zhenget カタツムリに対する温度と背圧の影響ロッド可塑化能力の影響. 可塑化能力は、射出成形機の生産効率を表します,企業の経済的利益のために、スクリューの可塑化能力を向上させる必要があります.

ロッドの可塑化能力とは、射出成形機のスクリューの単位時間あたりの可塑化された材料の品質を指します。材料貯蔵の品質は、計量チャンバーによって決まります。, とスクリューホモジナイゼーションセクションの出口は測定室に接続されています, スクリュー均質化セクションの出口での容積を測定できます。スクリューの可塑化能力は通過率によって決定されました。材料の選択では, 粘度はせん断速度と温度に大きく影響されます実験結果の検出と観察を容易にするポリプロピレンの感度の低さ. この論文スクリューの均質化セクションにおける PP メルトの流れ場は、Fluent ソフトウェアによって解析されます.

実験と理論解析を組み合わせた研究手法を用いて, ネジの回転

スクリュー深さの違いによる温度への影響, 見かけの粘度, 速度と可塑化能力スクリュー均質化セクションの出口での体積通過率を分析して、射出成形機のスクリュー速度生産プロセス パラメータを最適化します。.

1 理論的分析この論文では, LYH680 プラスチック射出成形機の均質化は、Fluent によってシミュレートされます。パイプ流体のセクション, 異なるスクリュー速度を設定する, パイプの均質化セクションの分析プロピレン流体均質化セクションの出口での体積通過速度が得られます。PPメルトの見かけの粘度とスクリューの可塑化能力が調査されました。. 射出成形機のフェーズ関連するパラメータは次のとおりです。: スクリューの均質化部分の長さは 80 んん, 均質化セクションのバレルの温度を設定します 220 NS, 均質化セクションの溶融圧力は 1.5 MPa, ネジ溝の深さは2.2mm, ねじねじ角度は 17.66 °, ねじの長さ直径の比率は 19.6, ネジ径32mm; ポリプロピレンの溶融密度 (PP) だった 770 単一回線の容量は / m3融点は 170 ℃, 溶融物の熱伝導率は 0.182W / (NS · ℃), と溶融比の熱容量 2900 J / (単一回線の容量は · NS), の溶融粘度 421 パ · s (453 K / 320)パ·s（463K）/250Pa·s（473K）。 実践工学では, 流体を考慮する溶融ポリマーは、予備成形時に射出成形機内で剪断されるため、密度はほとんど変化しません。剪断速度は、 10-3 NS / s, その時点で、溶融物は最初の非ニュートン レオロジー領域に位置します。この領域では, 溶融ポリマーはニュートン流体と見なすことができます, したがって、PP メルトは、理論的および実験的なテスト分析では非圧縮性の層流ニュートン流体と見なされます。.

• 座標系の確立

材料が通過する元の回転チャネルは、直方体のチャネルに引き伸ばされます,原点から構築された 3 次元空間モデルを図 1 に示します。 1 図へ 3.

1.2 流体支配方程式の確立 (ファイ) + 分周 (p f) = 分割 (γ勾配) + S. (1) ここで、φ は一般化された物理変数です; ファイに対応する一般化された拡散係数; S は一般化されたソース タームです。.

Guangyiメソッドによると, 質量と運動量の保存の方程式は、x-y 平面の均質化セクションの入り口で確立されます。 (z = 0).

dV

r

Z = – Pbの + πF + d V.

(2) dt式では: rho は溶融密度, 単一回線の容量は / m3; Vz は z 方向の流速, NS / s, 均質化領域のらせん溝に入る; F は重力加速度, NS / s2; Pbは背圧, パ; 溶融粘度ですか,

パ·s; 時間の T, s; ▽はハミルトニアン，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

方程式 (2) は運動量平衡方程式 (N-S式) 粘性流体の, らせん溝内の流体は等温流と見なされます; 粘度フィールドと密度フィールドは均一です. らせん溝の幅は、らせん溝の深さよりもはるかに大きい, ねじの側壁の影響は無視されます. 溶融物はスクリューチャンネルに沿って完全に流れます, 入口と出口の流れの影響を無視, 逆背圧の影響を考えると. N-S 方程式は、上記の条件によって単純化されます。:

2

DP

ダイ=1·b。 (3) dy2eta dx

y を 2 回積分し、境界条件を与える (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos シータ / 60). 融液方向の流速分布状態関数を求める, あれは

NDyπ cos シータ hy-y2pb

Vz = 120h – 2と × Lsintheta. (4)

ここで、h は均質化セクションのスクリュー溝の深さです。, NS; ねじのねじれ角, (°); L は均質化されたセグメントの長さです, NS; N はスクリュー速度, ラジオ / みん; Dはスクリューロッドのストレート径です, NS.

1.3 理論可塑化能力の計算

式の代入. (4) 流れ定義方程式に, Q = WhVz = π DhVzsynthesizer, 与える

22 32

Mpt = Qπ = π D Nhрsin θ cos θ – p ジン

ピッチ. (5) 120 12 Lどこ: W は流体セクションの幅です, NS; MPTはスクリュー式プラスチック射出成形機の理論プラスチックです

化学容量, 単一回線の容量は / s; Q は、溶融均質化セクションの体積通過率です。, m3 / s. 方程式を通して (5), スクリューの可塑化能力は、スクリュー径などのさまざまなプロセス パラメータの影響を受けることがわかります。, ねじ溝角度, 溶融圧力とスクリュー溝深さ. スクリュー速度が速いほど, 可塑化能力が強いほど; 見かけの溶融粘度が上昇した場合, スクリューの可塑化能力が向上します.

実験結果とシミュレーション解析

2.1 シミュレーション解析と結果

1) シミュレーション解析条件.

入口端面: 溶融物の z 方向の速度分布状態関数から (そのような (4)), 均質化セクションの入口での速度は、y の値によって変化します。. 今N = 120, 140, 160, 180 ラド / min をそれぞれ Vz に代入します。, 均質化セクションの入口でスパイラル方向に沿ってシミュレートされた初期速度は、独自のプログラミング言語 UDF を使用した Fluent の関数定義によって決定されます。, あれは, シミュレートおよび測定された条件下での初速度; 入口での溶融圧力がスクリューヘッドの圧力よりもはるかに低いため, 均質化セクションの入口での圧力は 0; PP材料および装置のプロセスパラメータによると, NS

樹脂温度は 465 K. 左右の側壁: y-z 平面 (×＝ 0), (×が等しい 3.2 × 10-2 NS) 均質化セグメントとして

ネジ溝壁の2面を滑り止め壁に設定, 樹脂温度はスクリュー温度, に設定されています 473 PP材料の特性と機器の実際の状態に応じたK.

上下のサイドウォール: x-z 平面 (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 NS) 均質化部のねじ溝の下側と上側, 下側は滑り止め壁と見なされます, 溶融温度はスクリュー温度です, そして温度は 473 PPの材料特性と機器の実際の状態に応じたK; 均質化部のスクリュー溝の上側が溶湯とバレルの接触面, メルトフローレートは最大です, 溶融温度はバレル ヒーター温度と同じです。, に設定されています 493 PP素材の製造条件によるK.

出口端面: x-y 平面 (z = 0.264 NS) 均質化セクションの出口として, 圧力出口境界が採用されています, 圧力が z 方向と反対の場合, 圧力は実験装置に合わせて設定されているため、分析と比較が容易です, 背圧は -1.2 MPa.

• シミュレーション解析結果

x = 0.01, 速度の曲線図, 螺旋溝の深さの関数としての均質化セクションの出口での温度と粘度を図に示します。 4 に 6.

図からわかります 4 スクリュー速度の増加に伴い, 出口での均質化セクションの速度も増加します, ネジ溝の深さの増加に伴い, 速度は最初に減少し、次に増加します, これは、ねじ溝の上下面のせん断力と粘性によるものです。, プレート内のポリマー流体に沿って.

間の変化. 図からわかるように 4, スクリュー速度の増加に伴い, 均質化セクションの出口での速度も増加します. 溝の深さの増加に伴い, 速度は最初に減少し、次に増加します. これは、溝の上下面に大きなせん断力と粘性があるためです。, これは、プレート間のポリマー流体の変化と一致しています. 図２に示す半径方向の温度変化. 5. PPメルトは底部のスクリューと接触しています (y = 0), ネジとの接触の上 (y = 0.0022m) 熱伝導が起こる, 下から熱する, 溶けたアッパー, 両側から内側への温度下降傾向, 凹型温度曲線の形成. スクリュー速度の増加に伴い, スピードが上がる, ランナーの加熱時間が短縮されます, 回転数が上がると温度が下がり、. 図２に示すように. 6, らせんの高さの増加に伴い、溶融物の見かけの粘度が最初に増加し、次に減少します。, 温度曲線とは逆, 見かけの粘度は、最高溶融温度の上部で最も低くなります。, 見かけの粘度は、最低溶融温度の中央で最高になります。. スクリュー速度の増加に伴い, 溶融物の見かけの粘度はますます高くなります, 見かけの粘度均一性が低下します. PP メルトの見かけの粘度は温度に反比例することがわかります。, シミュレーションの精度を示す.

それは図から見ることができます 6 Fluent シミュレーションで粘度が固定されていないこと, したがって、均質化セクションの出口で x = の平均粘度を取得します。 0.01 ここ, ここはデータ比較で粘度が変わるので.

理論計算に最も近い粘度.

2.2 可塑化能力の測定と分析

射出成形機の予熱後, ポリプロピレン原料は、可塑性のために漏斗に入れられます. スクリューの回転速度パラメータは 120,140,160,180 rpm, 均質化されたセクションの温度はに設定されています 220 ℃, 均質化セクションの溶融圧力は 1.2 MPa. 各回転数での蓄積時間tをストップウォッチで記録, そして、空のフィードが設定されます.

注射後, 注射液が冷めてから, 注入の質量mが収集され、測定されます, 実際の可塑化能力 mps は mps = 1000m/t で得られます。. 同条​​件での理論可塑化能mptとの比較結果を図1に示します。. 7.

形 7 スクリューの理論可塑化能力とスクリュー速度が関数に近似することを示します

スクリュー速度の増加に伴い, スクリューの可塑化能力が向上, と実際のねじねじ

ロッドの可塑化能力が理論可塑化能力より低い, の速度での射出成形機の実際の可塑化能力 120 〜 180 ラド / 最小アカウント 82% 〜 86% 理論可塑化能力の, 射出成形機スクリューの可塑化能力が平均レベルを上回っていることを示します. 2.3 エラー分析

スクリューの実際の可塑化能力と理論上の可塑化能力には違いがあります, これらの点に過ぎません: 1) 材料の一部は、可塑化プロセス中に溶融フィルムを形成します, 材料の漏れの原因となる; 2) 理論可塑化能力解析ではスパイラル圧の漏れを考慮していなかった, これにより、一部の材料がらせんの端にとどまりました. 3) バレルヒーターから伝わる熱に加えて, 材料は、ねじのせん断熱と材料間の摩擦によるものです。, 材料の一部が熱分解する.

スクリュー速度の増加に伴い, 実際の可塑化能力が低下している, 以下の点があります: 1) スクリュー速度の増加に伴い, スクリューのせん断熱が上昇している, 材料の一部が熱分解する; 2) 温度が上昇すると、材料の粘度が低下します, 逆圧を上げます, 素材の進行を妨げる, 実際の可塑化エネルギーが遅くなります.

まとめ ねじ溝深さの増加に伴い, 温度の均一性と見かけの粘度が低下しました, 可塑化能力が向上, しかし、製品品質の精度は低下しました. 可塑化能力は、スクリュー速度の増加とともに増加しました, しかし、温度の均一性と見かけの粘度は、スクリュー速度の増加とともに減少しました. スクリューの温度を上げると、見かけの粘度の均一性が促進され、製品の品質精度が向上します。; 製品の品質を確保し、生産効率を向上させるため, 深度, 温度とスクリュー速度を最適化する必要があります.