Onderzoek naar het effect van de schroefrotatiesnelheid van spuitgietmachines op het weekmakend vermogen en de schijnbare viscositeit

0 Invoering

Spuitgietmachine is de belangrijkste uitrusting voor kunststof gieten, voornamelijk door het injectiesysteem. Systeem, klemsysteem, elektrisch besturingssysteem, smeersysteem, hydrostatisch transmissiesysteem,Verwarmings- en koelsysteem, veiligheidsbewakingssysteem, enzovoort. Om de productkwaliteit te verbeterenHoeveelheid, productie efficiëntie, het energieverbruik verminderen, men heeft er diepgaand onderzoek naar gedaan. Het onderzoek naar spuitgietmachines is veelzijdig, inclusief het elektrische regelsysteem. Intelligente transformatie. Servo-transformatie van transmissiesysteem Energiebesparing van verwarmings- en koelsysteem Hervorming. De transformatie van de schroefstructuur van het weekmakend vermogen. De schroef is de kern van de spuitgietmachineHartcomponenten, waarvan de parameters het injectievolume van de injectiemachine bepalen, onderzoekers hebben gestudeerdMeer. Hoe beter de plastificerende uniformiteit van de schroef de herhalingsnauwkeurigheid van het product vertegenwoordigt. Hoe hoger de meetnauwkeurigheid, de prestatieparameter van weekmakende uniformiteit is schijnbare viscositeit. Waarbij de wijziging van de schroefstructuur helpt om de schijnbare viscositeit van de smelt te verminderen, de schroef.

De capaciteit wordt bepaald door de schroefstructuur en de schroefsnelheid, druk, snelheid, temperatuur, enz. Het is de belangrijkste parameter om de prestaties van de schroef te meten. Wang XishSmelten van injectieschroefLichaamstransport werd theoretisch geanalyseerd. Li Zhenget De effecten van temperatuur en tegendruk op slakken Invloed van staafplastificerend vermogen. Het weekmakend vermogen vertegenwoordigt de efficiëntie van de productie van spuitgietmachines,Het is noodzakelijk om het weekmakende vermogen van schroeven te verbeteren voor de economische voordelen van ondernemingen.

Het weekmakend vermogen van de staaf verwijst naar de kwaliteit van weekgemaakte materialen per tijdseenheid van de spuitgietmachineschroef. De kwaliteit van materiaalopslag wordt bepaald door de doseerkamer, en de uitgang van de schroefhomogenisatiesectieVerbonden met de meetkamer, het volume aan de uitlaat van de schroefhomogenisatiesectie kan worden gemeten. Het weekmakend vermogen van de schroef werd bepaald door het slagingspercentage. Bij de materiaalkeuze, de viscositeit wordt sterk beïnvloed door de afschuifsnelheid en de temperatuur De mate van lage gevoeligheid van polypropyleen om detectie en observatie van experimentele resultaten te vergemakkelijken. Dit artikel Het stromingsveld van PP-smelt in het homogenisatiegedeelte van de schroef wordt geanalyseerd door Fluent-software.

De onderzoeksmethode gebruiken om experiment en theoretische analyse te combineren, de draaiing van de schroef

Effecten van verschillende schroefdieptes op temperatuur, schijnbare viscositeit, snelheid en weekmakend vermogen De volumetrische slagingssnelheid aan de uitlaat van de schroefhomogenisatiesectie wordt geanalyseerd om de schroefsnelheid van de parameters van het productieproces van de spuitgietmachine te optimaliseren.

1 Theoretische analyseIn dit artikel, de homogenisatie van de LYH680 kunststof spuitgietmachine wordt gesimuleerd door Fluent.Section of pipe fluid, stel verschillende schroefsnelheden in, analyse van homogenisatiesectie van de pijp De volumetrische doorvoersnelheid aan de uitlaat van de propyleenvloeistofhomogenisatiesectie wordt verkregen. De schijnbare viscositeit van PP-smelt en het weekmakende vermogen van de schroef werden onderzocht. Fase van spuitgietmachineDe relevante parameters zijn: de lengte van het gehomogeniseerde gedeelte van de schroef is 80 mm, en de temperatuur van het vat in de homogenisatiesectie is ingesteld op 220 C, de smeltdruk in de homogenisatiesectie is 1.5 MPa, en de diepte van de schroefgroef is 2,2 mm, schroef de hoek van de schroef is 17.66 °, schroef lengte-diameter verhouding is 19.6, schroefdiameter32 mm; De smeltdichtheid van polypropyleen (PP) was 770 kg / m3Het smeltpunt is 170 ° C, de warmtegeleidingscoëfficiënt van de smelt is 0,182W / (m · ° C), en de smeltratioHeat capaciteit van 2900 J / (kg · C), smeltviscositeit van 421 vader · S (453 K / 320)vader·s（463 K）/250 Pa·s（473 K）。 In praktische techniek, houd rekening met de vloeistof De dichtheid verandert weinig vanwege het feit dat het gesmolten polymeer wordt afgeschoven in de spuitgietmachine wanneer het wordt voorgevormd. De afschuifsnelheid is minder dan 10-3 m / S, op welk moment de smelt zich bevindt in het niet-Newtonse reologische gebied van de eerste in dit gebied, het smeltpolymeer kan worden beschouwd als een Newtoniaanse vloeistof, dus de PP-smelt wordt beschouwd als een onsamendrukbare laminaire Newtons-vloeistof in de theoretische en experimentele testanalyse.

• Oprichting van het coördinatensysteem

Het originele roterende kanaal waar het materiaal doorheen gaat, wordt uitgerekt tot een kubusvormig kanaal,Het driedimensionale ruimtemodel opgebouwd uit de oorsprong wordt getoond in figuur 1 Bedenken 3.

1.2 De totstandkoming van Fluid Governing Equation (Phi) + div (pf) = div (γ gradphi) + S. (1) Waarbij φ een gegeneraliseerde fysieke variabele is; De gegeneraliseerde diffusiecoëfficiënt die overeenkomt met phi; S is een algemene bronterm.

Volgens de Guangyi-methode, de vergelijking van behoud van massa en momentum wordt vastgesteld bij de ingang van de homogenisatiesectie van het x-y-vlak (z = 0).

dV

R

Z = – van de Pb + πF + dV.

(2) In de dt-formule: rho is de smeltdichtheid, kg / m3; Vz is de stroomsnelheid in z-richting, m / S, het binnengaan van de spiraalvormige groef in het homogeniseringsgebied; F is de versnelling van de zwaartekracht, m / s2; Pb is tegendruk, vader; Is de smeltviscositeit,

vader·S; T voor tijd, S; ▽ is de Hamiltoniaan，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Vergelijking (2) is de momentumevenwichtsvergelijking (NS-vergelijking) van stroperige vloeistof, de vloeistof in de spiraalvormige groef wordt beschouwd als isotherme stroming; De viscositeits- en dichtheidsvelden zijn uniform. De breedte van de spiraalvormige groef is veel groter dan de diepte van de spiraalvormige groef, en het effect van de schroefzijwand wordt genegeerd. De smelt stroomt volledig langs het schroefkanaal, negeren van het stromingseffect van de inlaat en uitlaat, maar rekening houdend met het effect van de omgekeerde tegendruk. De NS-vergelijking wordt vereenvoudigd door de bovenstaande voorwaarden:

2

dp

dy=1·B。 (3) dy2eta dx

Integreer y twee keer en geef randvoorwaarden (j = 0, Vz = 0; J = u, Vz = π NDcos theta / 60). De toestandsfunctie van de stroomsnelheidsverdeling in de richting van de smelt wordt verkregen, dat is

NDyπ is theta hy-y2pb

Vz = 120 uur – 2en × Lsintheta. (4)

Waarbij h de diepte is van de schroefgroef in het homogenisatiegedeelte, m; De helixhoek van de schroef, (°); L is de lengte van het gehomogeniseerde segment, m; N is schroefsnelheid, r een d / m ik n; D is de rechte diameter van de schroefstang, m.

1.3 Berekening van theoretisch weekmakend vermogen

Vergelijking vervangen. (4) in de stroomdefinitievergelijking, Q = WhVz = π DhVzsynthesizer, geeft

22 32

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

Toonhoogte. (5) 120 12 L waar: W is de breedte van het vloeistofgedeelte, m; MPT is de theoretische kunststof van kunststof spuitgietmachine met schroeftype

Chemische capaciteit, kg / S; Q is de volumedoorgangssnelheid van de smelthomogenisatiesectie, m3 / S. Door vergelijking (5), het is te zien dat het weekmakend vermogen van de schroef wordt beïnvloed door een verscheidenheid aan procesparameters, zoals de schroefdiameter, hoek van de schroefgroef, smeltdruk en schroefgroefdiepte. Hoe hoger de schroefsnelheid, hoe sterker het weekmakend vermogen; Wanneer de schijnbare viscositeit van de smelt toeneemt, het weekmakend vermogen van de schroef neemt toe.

Experimentele resultaten en simulatieanalyse

2.1 Simulatie analyse en resultaten

1) Voorwaarden voor simulatieanalyse.

Het inlaateindvlak: van de toestandsfunctie van de snelheidsverdeling in de z-richting van de smelt (zoals (4)), de snelheid bij de inlaat van de homogenisatiesectie verandert met de y-waarde. Nu N= 120, 140, 160, 180 rad / min worden respectievelijk vervangen door Vz, en de initiële gesimuleerde snelheid langs de spiraalrichting bij de ingang van de homogenisatiesectie wordt bepaald door de functiedefinitie van Fluent met zijn eigen programmeertaal UDF, dat is, de beginsnelheid onder gesimuleerde en gemeten omstandigheden; Omdat de smeltdruk bij de inlaat veel lager is dan de schroefkopdruk, de druk aan de ingang van de homogenisatiesectie is 0; Volgens de procesparameters van PP-materiaal en -apparatuur, de

De smelttemperatuur is ingesteld op 465 K. Zijwanden links en rechts: y-z vliegtuig (x= 0), (x is gelijk aan 3.2 × 10-2 m) als homogenisatiesegmenten

De twee zijden van de schroefgroefwand zijn ingesteld als antislipwanden, en de smelttemperatuur is de schroeftemperatuur, waarop is ingesteld 473 K volgens de PP-materiaaleigenschappen en de werkelijke staat van de apparatuur.

Bovenste en onderste zijwanden: x-z vliegtuig (j = 0), (j = 2.2 × 10-3 m) als de onder- en bovenzijden van de schroefgroef van de homogeniseringssectie, de onderkant wordt beschouwd als een antislipwand, de smelttemperatuur is de schroeftemperatuur, en de temperatuur is ingesteld op 473 K volgens de materiële kenmerken van PP en de werkelijke staat van de apparatuur; De bovenzijde van de schroefgroef in de homogenisatiesectie is het contactoppervlak van de smelt en het vat, het smeltdebiet is het maximum, en de smelttemperatuur is gelijk aan de temperatuur van de vatverwarmer, waarop is ingesteld 493 K volgens de productieomstandigheden van het PP-materiaal.

Uitlaat eindvlak: het x-y vlak (z = 0.264 m) als uitlaat van de homogeniseringssectie, de grens van de drukuitlaat wordt overgenomen, waar de druk tegengesteld is aan de z-richting, en de druk wordt ingesteld om overeen te komen met de experimentele apparatuur voor eenvoudige analyse en vergelijking, en de tegendruk is ingesteld op -1.2 MPa.

• Simulatie analyse resultaten

Voor x= 0.01, het krommediagram van snelheid, temperatuur en viscositeit bij de uitgang van de homogeniseringssectie als functie van de diepte van de spiraalvormige groef is weergegeven in de figuren 4 tot 6.

We kunnen zien uit figuur 4 dat met de toename van de schroefsnelheid, ook neemt de snelheid van de homogenisatiesectie bij de uitgang toe, met de toename van de diepte van de schroefgroef, de snelheid neemt eerst af en daarna toe, wat te wijten is aan de afschuifkracht en viscositeit op de boven- en onderoppervlakken van de schroefgroef, in lijn met de polymeervloeistof in de plaat.

Wijzigingen tussen. Zoals we kunnen zien in figuur 4, met de toename van de schroefsnelheid, De snelheid bij de uitlaat van de homogenisatiesectie neemt ook toe. Met het toenemen van de groefdiepte, de snelheid neemt eerst af en neemt dan toe. Dit komt door de grote afschuifkracht en viscositeit op de boven- en onderoppervlakken van de groef, wat consistent is met de verandering van polymeervloeistof tussen platen. Temperatuurverandering in radiale richting zoals getoond in FIG. 5. De PP-smelt is in contact met de schroef aan de onderkant (j = 0), boven contact met de schroef (j = 0,0022m) warmtegeleiding optreedt, warmte van onderen, de bovenkant in de smelt, de temperatuur van beide kanten naar binnen neerwaartse trend, vorming van een concave temperatuurcurve. Met de toename van de schroefsnelheid, de snelheid neemt toe, de opwarmtijd in de loper neemt af, en de temperatuur neemt af met de toename van het aantal omwentelingen. Zoals getoond in FIG. 6, de schijnbare viscositeit van de smelt neemt eerst toe en neemt vervolgens af met de toename van de spiraalhoogte, In tegenstelling tot de temperatuurcurve, de schijnbare viscositeit is de laagste bovenaan de hoogste smelttemperatuur, en de schijnbare viscositeit is het hoogst in het midden van de laagste smelttemperatuur. Met de toename van de schroefsnelheid, de schijnbare viscositeit van de smelt wordt steeds hoger, en de schijnbare viscositeitsuniformiteit neemt af. Het is te zien dat de schijnbare viscositeit van PP-smelt omgekeerd evenredig is met de temperatuur, die de nauwkeurigheid van simulatie toont.

Het is te zien in figuur 6 dat de viscositeit niet vastligt in de Fluent-simulatie, dus nemen we de gemiddelde viscositeit aan de uitgang van de homogenisatiesectie op x = 0.01 hier, omdat de viscositeit hier verandert door de gegevensvergelijking.

De viscositeit die het dichtst bij de theoretische berekening ligt.

2.2 Meting en analyse van het weekmakend vermogen

Na het voorverwarmen van de spuitgietmachine, de polypropyleen grondstof wordt in de trechter gedaan voor plasticiteit. De roterende snelheidsparameters van de schroef zijn ingesteld op 120,140,160,180 toerental, de temperatuur van de gehomogeniseerde sectie wordt ingesteld op 220 ° C, en de smeltdruk in de homogenisatiesectie wordt ingesteld op 1.2 MPa. De opslagtijd t bij elk toerental wordt met een stopwatch geregistreerd, en dan is de lege feed ingesteld.

Na injectie, nadat de injectie is afgekoeld, de massa m van de injectie wordt verzameld en gemeten, en het feitelijke weekmakende vermogen mps wordt verkregen door mps = 1000m/t. De vergelijkingsresultaten met het theoretische weekmakende vermogen mpt onder dezelfde omstandigheden worden getoond in Fig. 7.

Figuur 7 laat zien dat het theoretisch weekmakend vermogen en de schroefsnelheid van de schroef een functie benaderen

Met de toename van de schroefsnelheid, het plastificerende vermogen van de schroef wordt verbeterd, en de eigenlijke schroef schroef

Het weekmakende vermogen van de staaf is lager dan het theoretische weekmakende vermogen, het werkelijke weekmakende vermogen van de spuitgietmachine met de snelheid van 120 ~ 180 rad / min rekeningen voor 82% ~ 86% van het theoretische plastificeervermogen, wat aangeeft dat het plastificeervermogen van de spuitgietmachineschroef boven het gemiddelde niveau ligt. 2.3 Foutenanalyse

Er zijn verschillen tussen het werkelijke plastificeervermogen en het theoretische plastificeervermogen van de schroef, niets meer dan deze punten: 1) een deel van het materiaal vormt tijdens het weekmakingsproces een gesmolten film, resulterend in lekkage van het materiaal; 2) De lekkage van spiraaldruk werd niet in aanmerking genomen bij de analyse van het theoretische plastificeervermogen, waardoor sommige materialen op de spiraalrand bleven. 3) Naast de warmte die wordt overgedragen door de vatverwarmer, het materiaal is meer van de afschuifwarmte van de schroef en de wrijving tussen de materialen, resulterend in de thermische ontleding van een deel van het materiaal.

Met de toename van de schroefsnelheid, het werkelijke weekmakende vermogen vertraagt, er zijn de volgende punten: 1) Met de toename van de schroefsnelheid, de afschuifwarmte van de schroef neemt toe, resulterend in de thermische ontleding van een deel van het materiaal; 2) De temperatuurstijging vermindert de viscositeit van het materiaal, verhoogt de tegendruk, belemmert de voortgang van het materiaal, en zorgt ervoor dat de werkelijke weekmakende energie vertraagt.

Conclusie Met de toename van de diepte van de schroefgroef, de uniformiteit van temperatuur en schijnbare viscositeit nam af, en het weekmakend vermogen nam toe, maar de precisie van de productkwaliteit nam af. Het weekmakend vermogen nam toe naarmate de schroefsnelheid toenam, maar de uniformiteit van temperatuur en schijnbare viscositeit nam af met de toename van de schroefsnelheid. Het verhogen van de temperatuur van de schroef helpt de schijnbare viscositeitsuniformiteit te bevorderen en de kwaliteitsnauwkeurigheid van het product te verbeteren; Om de productkwaliteit te waarborgen en de productie-efficiëntie te verbeteren, de diepte, temperatuur en schroefsnelheid moeten worden geoptimaliseerd.