Cercetări privind efectul vitezei de rotație a șuruburilor a mașinii de turnat prin injecție asupra capacității de plastificare și a vâscozității aparente

0 Introducere

Mașina de turnat prin injecție este echipamentul principal pentru turnarea plasticului, în principal prin sistemul de injecţie.Sistem, sistem de prindere, sistem de control electric, sistem de lubrifiere, sistem de transmisie hidrostatic,Sistem de incalzire si racire, sistem de monitorizare a siguranței, etc.. Pentru a îmbunătăți calitatea produsuluiCantitatea, eficienta productiei, reducerea consumului de energie, oamenii au efectuat cercetări aprofundate asupra acesteia. Cercetările privind mașinile de turnat prin injecție sunt multiple, inclusiv sistemul de control electric.Transformare inteligentă.Servo transformare a sistemului de transmisie Economie de energie a sistemului de încălzire și răcireReforma.Transformarea structurii șurubului a capacității de plastificare. Șurubul este miezul mașinii de turnat prin injecție Componentele inimii, ai căror parametri determină volumul de injecție al mașinii de injectare, cercetătorii au studiat Mai mult. Cu cât uniformitatea de plastificare a șurubului reprezintă mai bună acuratețea de repetare a produsului. Cu atât precizia de măsurare este mai mare., parametrul de performanță al uniformității plastifiantei este vâscozitatea aparentă. În cazul în care modificarea structurii șurubului ajută la reducerea vâscozității aparente a topiturii, șurubul.

Capacitatea este determinată de structura șurubului și de viteza șurubului, presiune, viteză, temperatura, etc.Este parametrul principal pentru a măsura performanța șurubului. Wang XishTopirea șurubului de injecție Transportul corpului a fost analizat teoretic. Li Zhenget Efectele temperaturii și contrapresiunii asupra melculuiInfluența capacității de plastificare a tijei. Capacitatea de plastificare reprezintă eficiența producției de mașini de turnat prin injecție,Este necesară îmbunătățirea capacității de plastificare a șurubului pentru beneficiile economice ale întreprinderilor.

Capacitatea de plastificare a tijei se referă la calitatea materialelor plastifiate pe unitatea de timp a șurubului mașinii de turnat prin injecție. Calitatea depozitării materialului este determinată de camera de dozare, iar ieșirea din secțiunea de omogenizare a șuruburilor Conectată cu camera de măsurare, volumul la ieșirea secțiunii de omogenizare a șurubului poate fi măsurat. Capacitatea de plastificare a șurubului a fost determinată de rata de trecere.În selecția materialelor, vâscozitatea este foarte afectată de viteza de forfecare și de temperatură. Gradul de sensibilitate scăzută a polipropilenei pentru a facilita detectarea și observarea rezultatelor experimentale. Această lucrare Câmpul de curgere al topiturii PP în secțiunea de omogenizare a șurubului este analizat de software-ul Fluent.

Utilizarea metodei de cercetare de combinare a experimentului cu analiza teoretică, rotația șurubului

Efectele diferitelor adâncimi ale șuruburilor asupra temperaturii, vâscozitatea aparentă, Viteza și capacitatea de plastificare. Rata de trecere volumetrică la ieșirea secțiunii de omogenizare a șuruburilor este analizată pentru a optimiza parametrii procesului de producție a vitezei șurubului mașinii de turnat prin injecție.

1 Analiza teoretică În această lucrare, omogenizarea mașinii de turnat prin injecție de plastic LYH680 este simulată de Fluent.Secțiunea fluidului de conductă, setați viteze diferite ale șurubului, analiza secțiunii de omogenizare a conductei Se obține viteza de tranzit volumetrică la ieșirea din secțiunea de omogenizare a fluidului de propilenă. S-au investigat vâscozitatea aparentă a topiturii PP și capacitatea de plastificare a șurubului.. Faza mașinii de turnat prin injecție Parametrii relevanți sunt: lungimea secţiunii omogenizate a şurubului este 80 mm, iar temperatura butoiului în secțiunea de omogenizare este setată la 220 C, presiunea de topire în secţiunea de omogenizare este 1.5 MPa, iar adâncimea șurubului este de 2,2 mm, unghiul șurubului șurubului este 17.66 °, raportul lungime-diametru șurub este 19.6, diametru șurub 32 mm; Densitatea de topire a polipropilenei (PP) a fost 770 kg / m3Punctul de topire este 170 °C, coeficientul de conductivitate termică al topiturii este de 0,182W / (m · °C), iar raportul de topire Capacitatea termică de 2900 J / (kg · C), vâscozitatea topiturii de 421 Pa · s (453 K / 320)Pa·s（463 K）/250 Pa·s（473 K）。 În inginerie practică, luați în considerare fluidul. Densitatea se modifică puțin datorită faptului că polimerul topit este forfecat în mașina de turnat prin injecție atunci când este preturnat. Rata de forfecare este mai mică decât 10-3 m / s, moment în care topitura este situată în regiunea reologică nenewtoniană a primei În această regiune, polimerul topit poate fi privit ca un fluid newtonian, deci topitura PP este privită ca un fluid Newton laminar incompresibil în analiza testelor teoretice și experimentale.

• Stabilirea sistemului de coordonate

Canalul rotativ original prin care trece materialul este întins într-un canal cuboid,Modelul spațial tridimensional construit de la origine este prezentat în figură 1 a-si da seama 3.

1.2 Stabilirea ecuației de guvernare a fluidelor (Phi) + div (p f) = div (γ gradphi) + S. (1) Unde φ este o variabilă fizică generalizată; Coeficientul de difuzie generalizat corespunzător lui phi; S este un termen sursă generalizat.

Conform metodei Guangyi, ecuația de conservare a masei și a impulsului se stabilește la intrarea secțiunii de omogenizare a planului x-y (z = 0).

dV

r

Z = – al Pb + π F + d V.

(2) În formula dt: rho este densitatea topiturii, kg / m3; Vz este viteza curgerii în direcția z, m / s, intrând în şanţul spiralat în regiunea de omogenizare; F este accelerația gravitației, m / s2; Pb este contrapresiunea, Pa; Este vâscozitatea topiturii,

Pa·s; T pentru timp, s; ▽ este hamiltonianul，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Ecuaţie (2) este ecuația de echilibru a impulsului (Ecuația N-S) de lichid vâscos, fluidul din canelura spirală este privit ca flux izoterm; Câmpurile de vâscozitate și densitate sunt uniforme. Lățimea canelurii spiralate este mult mai mare decât adâncimea canelurii spiralate, iar efectul peretelui lateral al șurubului este ignorat. Topitura curge complet de-a lungul canalului șurubului, ignorând efectul de curgere al intrării și ieșirii, dar având în vedere efectul contrapresiunii inverse. Ecuația N-S este simplificată de condițiile de mai sus:

2

dp

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

Integrați y de două ori și dați condiții la limită (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos theta / 60). Se obține funcția de stare de distribuție a vitezei de curgere în direcția topiturii, acesta este

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2și × Lsintheta. (4)

Unde h este adâncimea canelurii șuruburilor din secțiunea de omogenizare, m; Unghiul helix al șurubului, (°); L este lungimea segmentului omogenizat, m; N este viteza șurubului, r a d / m i n; D este diametrul drept al tijei șurubului, m.

1.3 Calculul capacității teoretice de plastificare

Înlocuind Eq. (4) în ecuația de definire a fluxului, Q = WhVz = π DhVzsintetizator, dă

22 32

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

Pas. (5) 120 12 L unde: W este lățimea secțiunii fluidului, m; MPT este plasticul teoretic al mașinii de turnat prin injecție din plastic tip șurub

Capacitate chimică, kg / s; Q este rata de trecere în volum a secțiunii de omogenizare a topiturii, m3 / s. Prin ecuație (5), se poate observa că capacitatea de plastificare a șurubului este afectată de o varietate de parametri ai procesului, cum ar fi diametrul șurubului, unghiul șurubului, presiunea de topire și adâncimea canelurii șuruburilor. Cu cât viteza șurubului este mai mare, cu atât capacitatea de plastificare este mai puternică; Când vâscozitatea aparentă a topiturii crește, capacitatea de plastificare a șurubului crește.

Rezultate experimentale și analiză de simulare

2.1 Analiza simulării și rezultate

1) Condiții pentru analiza de simulare.

Fața capătului de admisie: din funcția de stare de distribuție a vitezei în direcția z a topiturii (precum (4)), viteza la intrarea secțiunii de omogenizare se modifică odată cu valoarea y. Acum N = 120, 140, 160, 180 rad / min sunt substituite în Vz, respectiv, iar viteza inițială simulată de-a lungul direcției spiralei la intrarea secțiunii de omogenizare este determinată prin definirea funcției Fluent cu propriul limbaj de programare UDF, acesta este, viteza inițială în condiții simulate și măsurate; Deoarece presiunea de topire la intrare este mult mai mică decât presiunea capului șurubului, presiunea la intrarea secţiunii de omogenizare este 0; În conformitate cu parametrii de proces ai materialului și echipamentelor PP, cel

Temperatura de topire este setată la 465 K. Pereții laterali din stânga și din dreapta: avion y-z (x = 0), (x este egal 3.2 × 10-2 m) ca segmente de omogenizare

Cele două laturi ale peretelui șurubului sunt setate ca pereți anti-alunecare, iar temperatura de topire este temperatura șurubului, care este setat la 473 K în funcție de caracteristicile materialului PP și de starea reală a echipamentului.

Pereții laterali superiori și inferiori: plan x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 m) ca părțile inferioare și superioare ale canelurii șuruburilor secțiunii de omogenizare, partea inferioară este privită ca un perete antiderapant, temperatura de topire este temperatura șurubului, iar temperatura este setată la 473 K în funcție de caracteristicile materialelor PP și de starea reală a echipamentului; Partea superioară a canelurii șuruburilor din secțiunea de omogenizare este suprafața de contact a topiturii și a cilindrului, debitul de topire este maxim, iar temperatura de topire este egală cu temperatura încălzitorului butoiului, care este setat la 493 K în funcție de condițiile de producție ale materialului PP.

Față de capăt de ieșire: planul x-y (z = 0.264 m) ca ieşire a secţiunii de omogenizare, se adoptă limita de ieşire a presiunii, unde presiunea este opusă direcției z, iar presiunea este setată pentru a se potrivi cu echipamentul experimental pentru o analiză și o comparație ușoară, iar contrapresiunea este setată la -1.2 MPa.

• Rezultatele analizei simulării

Pentru x = 0.01, diagrama curbă a vitezei, temperatura și vâscozitatea la ieșirea din secțiunea de omogenizare în funcție de adâncimea șanțului spiralat este prezentată în figuri 4 la 6.

Putem vedea din figura 4 că odată cu creșterea vitezei șurubului, creste si viteza sectiei de omogenizare la iesire, odată cu creșterea adâncimii șanțului șurubului, viteza mai întâi scade și apoi crește, care se datorează forței tăietoare și vâscozității de pe suprafețele superioare și inferioare ale canelurii șurubului, în linie cu fluidul polimeric din placă.

Schimbări între. După cum putem vedea din figura 4, odată cu creșterea vitezei șurubului, Viteza la ieșirea secțiunii de omogenizare crește și ea. Odată cu creșterea adâncimii canelurii, viteza scade mai intai si apoi creste. Acest lucru se datorează forței mari de forfecare și vâscozității de pe suprafețele superioare și inferioare ale canelurii, care este în concordanță cu schimbarea fluidului polimeric între plăci. Schimbarea temperaturii în direcția radială așa cum este prezentat în FIG. 5. Topitura PP este în contact cu șurubul din partea inferioară (y = 0), deasupra contactului cu șurubul (y = 0,0022m) are loc conducerea căldurii, căldură de jos, partea superioară în topitură, temperatura din ambele părți spre interior tendință descendentă, formând o curbă concavă de temperatură. Odată cu creșterea vitezei șurubului, viteza creste, timpul de încălzire în rulotă scade, iar temperatura scade odata cu cresterea numarului de rotatii. După cum se arată în FIG. 6, vâscozitatea aparentă a topiturii crește mai întâi și apoi scade odată cu creșterea înălțimii spiralei, Spre deosebire de curba de temperatură, vâscozitatea aparentă este cea mai scăzută în vârful celei mai ridicate temperaturi de topire, iar vâscozitatea aparentă este cea mai mare la mijlocul celei mai scăzute temperaturi de topire. Odată cu creșterea vitezei șurubului, vâscozitatea aparentă a topiturii este din ce în ce mai mare, iar uniformitatea aparentă a vâscozității scade. Se poate observa că vâscozitatea aparentă a topiturii PP este invers proporțională cu temperatură, care arată acuratețea simulării.

Se poate vedea din figura 6 că vâscozitatea nu este fixată în simularea Fluent, deci luăm vâscozitatea medie la ieșirea din secțiunea de omogenizare la x = 0.01 Aici, deoarece vâscozitatea se modifică aici prin compararea datelor.

Vâscozitatea care se apropie cel mai mult de calculul teoretic.

2.2 Măsurarea și analiza capacității de plastificare

După preîncălzirea mașinii de turnat prin injecție, materia primă din polipropilenă este pusă în pâlnie pentru plasticitate. Parametrii vitezei de rotație ai șurubului sunt setați la 120,140,160,180 rpm, temperatura secțiunii omogenizate este setată la 220 °C, iar presiunea de topire în secțiunea de omogenizare este stabilită la 1.2 MPa. Timpul de stocare t la fiecare viteză de rotație se înregistrează cu un cronometru, și apoi alimentarea goală este setată.

După injectare, după ce injecția este răcită, se colectează şi se măsoară masa m a injecţiei, iar capacitatea reală de plastificare mps se obține prin mps = 1000m/t. Rezultatele comparației cu capacitatea teoretică de plasticizare mpt în aceleași condiții sunt prezentate în Fig. 7.

Figura 7 arată că capacitatea teoretică de plastificare și viteza șurubului aproximează o funcție

Odată cu creșterea vitezei șurubului, capacitatea de plastificare a șurubului este sporită, și șurubul propriu-zis

Capacitatea de plastificare a tijei este mai mică decât capacitatea de plastificare teoretică, capacitatea reală de plastificare a mașinii de turnat prin injecție la viteza de 120 ~ 180 rad / min conturi pentru 82% ~ 86% a capacităţii teoretice de plasticizare, indicând faptul că capacitatea de plastificare a șurubului mașinii de turnat prin injecție este peste nivelul mediu. 2.3 Analiza erorilor

Există diferențe între capacitatea reală de plastificare și capacitatea teoretică de plasticizare a șurubului, nimic mai mult decât aceste puncte: 1) o parte a materialului formează o peliculă topită în timpul procesului de plastificare, rezultând scurgerea materialului; 2) Scurgerea presiunii spiralate nu a fost luată în considerare în analiza capacității teoretice de plasticizare, ceea ce a făcut ca unele materiale să rămână pe marginea spiralei. 3) Pe lângă căldura transmisă de încălzitorul de butoi, materialul este mai mult de la căldura de forfecare a șurubului și de frecarea dintre materiale, rezultând descompunerea termică a unei părţi din material.

Odată cu creșterea vitezei șurubului, capacitatea reală de plastificare încetinește, sunt următoarele puncte: 1) Odată cu creșterea vitezei șurubului, căldura de forfecare a șurubului este în creștere, rezultând descompunerea termică a unei părţi din material; 2) Creșterea temperaturii reduce vâscozitatea materialului, crește presiunea inversă, împiedică progresul materialului, și determină încetinirea energiei plastifiante efective.

Concluzie Odată cu creșterea adâncimii canelurii șuruburilor, uniformitatea temperaturii și vâscozitatea aparentă au scăzut, iar capacitatea de plastificare a crescut, dar precizia calității produsului a scăzut. Capacitatea de plastificare a crescut odată cu creșterea vitezei șurubului, dar uniformitatea temperaturii și vâscozitatea aparentă au scăzut odată cu creșterea vitezei șurubului. Creșterea temperaturii șurubului ajută la promovarea uniformității aparente a vâscozității și la îmbunătățirea preciziei calității produsului; Pentru a asigura calitatea produsului și pentru a îmbunătăți eficiența producției, adâncimea, temperatura și viteza șurubului trebuie optimizate.