Pesquisa sobre o efeito da velocidade de rotação do parafuso da máquina de moldagem por injeção na capacidade de plastificação e viscosidade aparente

0 Introdução

Máquina de moldagem por injeção é o principal equipamento para moldagem de plástico, principalmente pelo sistema de injeção., sistema de fixação, sistema de controle elétrico, Sistema de lubrificação, sistema de transmissão hidrostática,Sistema de aquecimento e refrigeração, sistema de monitoramento de segurança, etc. Para melhorar a qualidade do produtoQuantidade, eficiência de produção, reduzindo o consumo de energia, pessoas realizaram pesquisas aprofundadas sobre isso. A pesquisa sobre máquinas de moldagem por injeção é multifacetada, incluindo o sistema de controle elétrico. Transformação inteligente. Transformação servo do sistema de transmissão Economia de energia do sistema de aquecimento e resfriamento Reforma. A transformação da estrutura do parafuso da capacidade de plastificação. O parafuso é o núcleo da máquina de moldagem por injeçãoComponentes do coração, cujos parâmetros determinam o volume de injeção da máquina de injeção, pesquisadores estudaramMais. Quanto melhor a uniformidade plastificante do parafuso representa a precisão de repetição do produto. Maior a precisão da medição, o parâmetro de desempenho da uniformidade de plastificação é a viscosidade aparente. Em que a modificação da estrutura do parafuso ajuda a reduzir a viscosidade aparente do fundido, o parafuso.

A capacidade é determinada pela estrutura do parafuso e a velocidade do parafuso, pressão, Rapidez, temperatura, etc. É o principal parâmetro para medir o desempenho do parafuso. Wang XishA fusão do parafuso de injeção O transporte do corpo foi analisado teoricamente. Li Zhenget Os efeitos da temperatura e da contrapressão no caracolInfluência da capacidade de plastificação da haste. A capacidade de plastificação representa a eficiência da produção da máquina de moldagem por injeção,É necessário melhorar a capacidade de plastificação do parafuso para os benefícios econômicos das empresas.

A capacidade de plastificação da haste refere-se à qualidade dos materiais plastificados por unidade de tempo do parafuso da máquina de moldagem por injeção. A qualidade do armazenamento do material é determinada pela câmara de medição, e a saída da seção de homogeneização do parafusoConectado com a sala de medição, o volume na saída da seção de homogeneização do parafuso pode ser medido. A capacidade de plastificação do parafuso foi determinada pela taxa de aprovação.Na seleção de materiais, a viscosidade é muito afetada pela taxa de cisalhamento e a temperatura O grau de baixa sensibilidade do polipropileno para facilitar a detecção e observação de resultados experimentais. Este artigoO campo de fluxo do PP fundido na seção de homogeneização da rosca é analisado pelo software Fluent.

Usando o método de pesquisa de combinação de experimento e análise teórica, a rotação do parafuso

Efeitos de diferentes profundidades de parafuso na temperatura, viscosidade aparente, velocidade e capacidade de plastificaçãoA taxa de passagem volumétrica na saída da seção de homogeneização do parafuso é analisada para otimizar a velocidade do parafuso dos parâmetros do processo de produção da máquina de moldagem por injeção.

1 Análise TeóricaNeste artigo, a homogeneização da máquina de moldagem por injeção de plástico LYH680 é simulada pelo Fluent. Seção do fluido do tubo, definir velocidade de parafuso diferente, análise da seção de homogeneização do tuboA taxa de trânsito volumétrico na saída da seção de homogeneização do fluido de propileno é obtida. A viscosidade aparente do PP fundido e a capacidade plastificante do parafuso foram investigadas. Fase da máquina de moldagem por injeçãoOs parâmetros relevantes são: o comprimento da seção homogeneizada do parafuso é 80 milímetros, e a temperatura do barril na seção de homogeneização é definida em 220 C, a pressão de fusão na seção de homogeneização é 1.5 MPa, e a profundidade da ranhura do parafuso é de 2,2 mm, o ângulo do parafuso é 17.66 °, a relação comprimento-diâmetro do parafuso é 19.6, diâmetro do parafuso 32 mm; A densidade de fusão do polipropileno (PP) era 770 kg / m3O ponto de fusão é 170 ° C, o coeficiente de condutividade térmica do fundido é 0,182W / (m · ° C), e a taxa de fusãoCapacidade de calor de 2900 J / (kg · C), viscosidade de fusão de 421 pa · s (453 k / 320)pa·s（463 K）/250 Pa·s（473 K）。 Na engenharia prática, considere o fluidoA densidade muda pouco devido ao fato de que o polímero fundido é cortado na máquina de moldagem por injeção quando pré-moldado. A taxa de cisalhamento é menor que 10-3 m / s, momento em que o fundido está localizado na região reológica não newtoniana da primeira região, o polímero fundido pode ser considerado como um fluido newtoniano, portanto, o fundido de PP é considerado um fluido de Newtons laminar incompressível na análise de teste teórico e experimental.

• Estabelecimento do sistema de coordenadas

O canal giratório original através do qual o material passa é esticado em um canal cubóide,O modelo espacial tridimensional construído a partir da origem é mostrado na Figura 1 descobrir 3.

1.2 O Estabelecimento da Equação Governante de Fluidos (Phi) + div (p f) = div (γ gradphi) + S. (1) Onde φ é uma variável física generalizada; O coeficiente de difusão generalizada correspondente a phi; S é um termo fonte generalizado.

De acordo com o método Guangyi, a equação de conservação de massa e momento é estabelecida na entrada da seção de homogeneização do plano x-y (z = 0).

dV

r

Z = – do Pb + π F + d V.

(2) Na fórmula dt: rho é a densidade de fusão, kg / m3; Vz é a velocidade do fluxo na direção z, m / s, entrando no sulco espiral na região de homogeneização; F é a aceleração da gravidade, m / s2; Pb é contrapressão, pa; é a viscosidade de fusão,

pa·s; T de tempo, s; ▽ é o hamiltoniano，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Equação (2) é a equação de equilíbrio do momento (equação N-S) de fluido viscoso, o fluido no sulco espiral é considerado como fluxo isotérmico; Os campos de viscosidade e densidade são uniformes. A largura da ranhura em espiral é muito maior do que a profundidade da ranhura em espiral, e o efeito da parede lateral do parafuso é ignorado. O fundido flui totalmente ao longo do canal do parafuso, ignorando o efeito de fluxo da entrada e saída, mas considerando o efeito da contrapressão reversa. A equação N-S é simplificada pelas condições acima:

2

dp

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

Integrar y duas vezes e fornecer condições de contorno (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos teta / 60). A função de estado de distribuição de velocidade de fluxo na direção do fundido é obtida, isso é

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2e × Lsintheta. (4)

Onde h é a profundidade da ranhura do parafuso na seção de homogeneização, m; O ângulo da hélice do parafuso, (°); L é o comprimento do segmento homogeneizado, m; N é a velocidade do parafuso, r a d / eu n; D é o diâmetro reto da haste do parafuso, m.

1.3 Cálculo da capacidade teórica de plastificação

Substituindo a Equação. (4) na equação de definição de fluxo, Q = WhVz = π DhVz sintetizador, dá

22 32

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

Tom. (5) 120 12 L onde: W é a largura da seção de fluido, m; MPT é o plástico teórico da máquina de moldagem por injeção de plástico tipo parafuso

capacidade química, kg / s; Q é a taxa de passagem de volume da seção de homogeneização de fusão, m3 / s. Através da equação (5), pode-se ver que a capacidade de plastificação do parafuso é afetada por uma variedade de parâmetros do processo, como o diâmetro do parafuso, ângulo da ranhura do parafuso, pressão de fusão e profundidade da ranhura do parafuso. Quanto maior a velocidade do parafuso, mais forte a capacidade de plastificação; Quando a viscosidade aparente do fundido aumenta, a capacidade plastificante do parafuso aumenta.

Resultados experimentais e análise de simulação

2.1 Análise e resultados da simulação

1) Condições para análise de simulação.

A face final de entrada: da função de estado de distribuição de velocidade na direção z do fundido (tal como (4)), a velocidade na entrada da seção de homogeneização muda com o valor y. Agora N = 120, 140, 160, 180 rad / min são substituídos em Vz respectivamente, e a velocidade inicial simulada ao longo da direção da espiral na entrada da seção de homogeneização é determinada através da definição da função do Fluent com sua própria linguagem de programação UDF, isso é, a velocidade inicial sob condições simuladas e medidas; Porque a pressão de fusão na entrada é muito menor do que a pressão da cabeça do parafuso, a pressão na entrada da seção de homogeneização é 0; De acordo com os parâmetros do processo de material e equipamento PP, a

A temperatura de fusão é definida para 465 k. Paredes laterais esquerda e direita: plano y-z (x = 0), (x é igual 3.2 × 10-2 m) como segmentos de homogeneização

Os dois lados da parede da ranhura do parafuso são definidos como paredes antiderrapantes, e a temperatura de fusão é a temperatura do parafuso, que está definido para 473 K de acordo com as características do material PP e a condição real do equipamento.

Laterais superior e inferior: plano x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 m) como os lados inferior e superior da ranhura do parafuso da seção de homogeneização, o lado inferior é considerado uma parede antiderrapante, a temperatura de fusão é a temperatura do parafuso, e a temperatura é ajustada para 473 K de acordo com as características do material de PP e a condição real do equipamento; O lado superior da ranhura do parafuso na seção de homogeneização é a superfície de contato do fundido e do barril, a taxa de fluxo de fusão é o máximo, e a temperatura de fusão é igual à temperatura do aquecedor do barril, que está definido para 493 K de acordo com as condições de produção do material PP.

Face final de saída: o plano x-y (z = 0.264 m) como a saída da seção de homogeneização, o limite de saída de pressão é adotado, onde a pressão é oposta à direção z, e a pressão é ajustada para corresponder ao equipamento experimental para fácil análise e comparação, e a contrapressão é ajustada para -1.2 MPa.

• Resultados da análise de simulação

Para x = 0.01, o diagrama da curva da velocidade, temperatura e viscosidade na saída da seção de homogeneização em função da profundidade do sulco em espiral é mostrado nas Figuras 4 para 6.

Podemos ver na Figura 4 que com o aumento da velocidade do parafuso, a velocidade da seção de homogeneização na saída também aumenta, com o aumento da profundidade da ranhura do parafuso, a velocidade primeiro diminui e depois aumenta, que é devido à força de cisalhamento e viscosidade nas superfícies superior e inferior da ranhura do parafuso, em linha com o fluido de polímero na placa.

Mudanças entre. Como podemos ver na Figura 4, com o aumento da velocidade do parafuso, A velocidade na saída da seção de homogeneização também aumenta. Com o aumento da profundidade do sulco, a velocidade diminui primeiro e depois aumenta. Isso se deve à grande força de cisalhamento e viscosidade nas superfícies superior e inferior da ranhura, o que é consistente com a mudança de fluido polimérico entre as placas. Mudança de temperatura na direção radial como mostrado na FIG. 5. O PP fundido está em contato com o parafuso na parte inferior (y = 0), acima do contato com o parafuso (y = 0,0022m) ocorre condução de calor, calor de baixo, a parte superior no derretimento, a temperatura de ambos os lados para dentro tendência descendente, formando uma curva de temperatura côncava. Com o aumento da velocidade do parafuso, a velocidade aumenta, o tempo de aquecimento no corredor diminui, e a temperatura diminui com o aumento do número de revoluções. Como mostrado na FIG. 6, a viscosidade aparente do fundido primeiro aumenta e depois diminui com o aumento da altura da espiral, Ao contrário da curva de temperatura, a viscosidade aparente é a mais baixa no topo da temperatura de fusão mais alta, e a viscosidade aparente é a mais alta no meio da temperatura de fusão mais baixa. Com o aumento da velocidade do parafuso, a viscosidade aparente do fundido é cada vez maior, e a uniformidade da viscosidade aparente diminui. Pode-se ver que a viscosidade aparente do PP fundido é inversamente proporcional à temperatura, que mostra a precisão da simulação.

Pode ser visto na Figura 6 que a viscosidade não é fixa na simulação Fluent, então tomamos a viscosidade média na saída da seção de homogeneização em x = 0.01 aqui, porque a viscosidade muda aqui através da comparação de dados.

A viscosidade que mais se aproxima do cálculo teórico.

2.2 Medição e Análise da Capacidade de Plastificação

Depois de pré-aquecer a máquina de moldagem por injeção, a matéria-prima de polipropileno é colocada no funil para plasticidade. Os parâmetros de velocidade de rotação do parafuso são definidos em 120,140,160,180 rpm, a temperatura da seção homogeneizada é fixada em 220 ° C, e a pressão de fusão na seção de homogeneização é ajustada em 1.2 MPa. O tempo de armazenamento t em cada velocidade de rotação é registrado com um cronômetro, e então o feed vazio é definido.

Após a injeção, depois que a injeção é resfriada, a massa m da injeção é coletada e medida, e a capacidade real de plastificação mps é obtida por mps = 1000m/t. Os resultados da comparação com a capacidade plastificante teórica mpt nas mesmas condições são mostrados na Fig.. 7.

Figura 7 mostra que a capacidade teórica de plastificação e a velocidade do parafuso se aproximam de uma função

Com o aumento da velocidade do parafuso, a capacidade de plastificação do parafuso é aprimorada, e o parafuso real

A capacidade de plastificação da haste é menor do que a capacidade de plastificação teórica, a capacidade real de plastificação da máquina de moldagem por injeção na velocidade de 120 ~ 180 rad / contas mínimas para 82% ~ 86% da capacidade plastificante teórica, indicando que a capacidade de plastificação do parafuso da máquina de moldagem por injeção está acima do nível médio. 2.3 Erro de análise

Existem diferenças entre a capacidade de plastificação real e a capacidade de plastificação teórica do parafuso, nada mais do que esses pontos: 1) parte do material forma um filme fundido durante o processo de plastificação, resultando no vazamento do material; 2) O vazamento de pressão espiral não foi considerado na análise teórica da capacidade plastificante, o que fez com que alguns materiais ficassem na borda da espiral. 3) Além do calor transmitido pelo aquecedor de barril, o material é mais do calor de cisalhamento do parafuso e o atrito entre os materiais, resultando na decomposição térmica de parte do material.

Com o aumento da velocidade do parafuso, a capacidade real de plastificação está diminuindo, existem os seguintes pontos: 1) Com o aumento da velocidade do parafuso, o calor de cisalhamento do parafuso está aumentando, resultando na decomposição térmica de parte do material; 2) O aumento da temperatura reduz a viscosidade do material, aumenta a pressão reversa, atrapalha o andamento do material, e faz com que a energia plastificante real diminua.

Conclusão Com o aumento da profundidade do sulco do parafuso, a uniformidade da temperatura e a viscosidade aparente diminuíram, e a capacidade plastificante aumentou, mas a precisão da qualidade do produto diminuiu. A capacidade plastificante aumentou com o aumento da velocidade da rosca, mas a uniformidade de temperatura e a viscosidade aparente diminuíram com o aumento da velocidade da rosca. Aumentar a temperatura da rosca ajuda a promover a uniformidade da viscosidade aparente e melhorar a precisão da qualidade do produto; A fim de garantir a qualidade do produto e melhorar a eficiência da produção, a profundeza, a temperatura e a velocidade do parafuso devem ser otimizadas.