Дослідження впливу швидкості обертання шнека машини для лиття під тиском на здатність до пластифікації та уявну в'язкість

лютий 23, 2023

0 вступ

Машина для лиття під тиском є основним обладнанням для формування пластику, в основному системою впорскування.Система, система затиску, електрична система управління, система змащення, гідростатична система передачі,Система опалення та охолодження, система моніторингу безпеки, тощо. Поліпшити якість товаруКількість, ефективність виробництва, зниження споживання енергії, люди провели поглиблені дослідження. Дослідження машин для лиття під тиском є багатогранним, включаючи електричну систему управління. Інтелектуальна трансформація. Сервотрансформація системи передачі Енергозбереження системи опалення та охолодження Реформа. Перетворення гвинтової структури пластифікуючої здатності. Шнек є ядром компонентів машини для лиття під тиском, параметри якого визначають об'єм впорскування шприцевої машини, дослідники вивчилиБільше. Чим краще рівномірність пластифікації гвинта представляє точність повторення продукту. Чим вища точність вимірювання, Параметр продуктивності однорідності пластифікації - уявна в'язкість. При цьому модифікація шнекової структури допомагає зменшити уявну в'язкість розплаву, гвинт.

Ємність визначається конструкцією шнека та швидкістю шнека, тиск, швидкість, температура, тощо. Це основний параметр для вимірювання продуктивності гвинта. Wang XishТеоретично проаналізовано розплавлення ін’єкційного гвинтаBody. Li Zhenget Вплив температури та зворотного тиску на равлика. Вплив здатності стрижня до пластифікації. Здатність до пластифікації являє собою ефективність виробництва машин для лиття під тиском,Необхідно покращити пластифікуючу здатність шнека для економічної вигоди підприємств.

Пластифікуюча здатність стрижня відноситься до якості пластифікованих матеріалів за одиницю часу гвинта машини для лиття під тиском. Якість зберігання матеріалу визначається дозуючою камерою, і вихід секції шнекової гомогенізації, з'єднаної з вимірювальною кімнатою, можна виміряти об’єм на виході секції гомогенізації шнека. Пластифікуючу здатність шнека визначали за швидкістю проходження. При виборі матеріалів, на в'язкість сильно впливає швидкість зсуву та температураСтупінь низької чутливості поліпропілену для полегшення виявлення та спостереження за експериментальними результатами. У цій статті Поле течії розплаву ПП у секції гомогенізації шнека аналізується за допомогою програмного забезпечення Fluent.

Використання методу дослідження поєднання експерименту та теоретичного аналізу, обертання гвинта

Вплив різної глибини гвинта на температуру, уявна в'язкість, швидкість і здатність до пластифікації. Об'ємна швидкість пропускання на виході з шнекової гомогенізаційної секції аналізується для оптимізації параметрів процесу виробництва машини для лиття під тиском..

1 Теоретичний аналізУ цій роботі, гомогенізація машини для лиття пластмас під тиском LYH680 імітується за допомогою Fluent.Section трубної рідини, встановити іншу швидкість гвинта, аналіз секції гомогенізації труби Отримано об'ємну швидкість проходження на виході секції гомогенізації пропіленової рідини. Були досліджені видима в'язкість розплаву ПП і пластифікуюча здатність шнека. Фаза машини для лиття під тиском Відповідні параметри: довжина гомогенізованої ділянки шнека становить 80 мм, і температура бочки в секції гомогенізації встановлюється на рівні 220 C, тиск розплаву в секції гомогенізації становить 1.5 МПа, а глибина гвинтової канавки становить 2,2 мм, гвинт гвинт кут є 17.66 °, Співвідношення довжини гвинта до діаметра становить 19.6, діаметр гвинта 32 мм; Щільність розплаву поліпропілену (пп) був 770 кг / м3Температура плавлення становить 170 °C, коефіцієнт теплопровідності розплаву 0,182Вт / (м · °C), і коефіцієнт розплавуТеплоємність 2900 Дж / (кг · C), в'язкість розплаву 421 па · с (453 К / 320)па·s（463 K）/250 Па·s（473 K）。 У практичній інженерії, враховуйте рідину. Щільність змінюється незначно через те, що розплавлений полімер піддається зсуву в машині для лиття під тиском під час попереднього формування. Швидкість зсуву менше ніж 10-3 м / с, в цей час розплав знаходиться в неньютонівській реологічній області першого В цієї області, розплав полімеру можна розглядати як ньютонівську рідину, тому розплав ПП розглядається як нестислива ламінарна рідина Ньютона в теоретичному та експериментальному аналізі випробувань.

Встановлення системи координат

Початковий обертовий канал, через який проходить матеріал, розтягується в прямокутний канал,Модель тривимірного простору, побудована з початку координат, показана на малюнку 1 до Рис 3.

1.2 Створення рівняння, що керує рідиною (Phi) + див (p f) = розділ (γ градфі) + С. (1) Де φ – узагальнена фізична змінна; Узагальнений коефіцієнт дифузії, що відповідає фі; S — узагальнений вихідний термін.

За методом Гуаньї, рівняння збереження маси та імпульсу встановлено на вході секції гомогенізації площини x-y (z = 0).

Z = – Pb + π F + d V.

(2) У формулі dt: rho – щільність розплаву, кг / м3; Vz – швидкість потоку в напрямку z, м / с, входження в спіральну канавку в області гомогенізації; F – прискорення сили тяжіння, м / s2; Pb - протитиск, па; Є в'язкість розплаву,

па·с; T для часу, с; ▽ — гамільтоніан，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

Рівняння (2) є рівнянням рівноваги імпульсу (N-S рівняння) в'язкої рідини, рідина в спіральній канавці розглядається як ізотермічний потік; Поля в'язкості і густини однорідні. Ширина спіральної канавки набагато більша за глибину спіральної канавки, і ефект бокової стінки гвинта ігнорується. Розплав повністю тече по шнековому каналу, ігнорування ефекту потоку на вході та виході, але враховуючи ефект зворотного протитиску. Рівняння N-S спрощується наведеними вище умовами:

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

Проінтегруйте y двічі та введіть граничні умови (y = 0, Vz = 0; Y = h, Vz = π NDcos тета / 60). Отримано функцію стану розподілу швидкості потоку в напрямку розплаву, тобто

NDyπ cos тета hy-y2pb

Vz = 120 год – 2і × Lsintheta. (4)

Де h – глибина гвинтової канавки в секції гомогенізації, м; Кут нахилу гвинта, (°); L – довжина гомогенізованого сегмента, м; N - швидкість шнека, r a d / хв; D - прямий діаметр стрижня гвинта, м.

1.3 Розрахунок теоретичної пластифікуючої здатності

Підставляючи рівняння. (4) у рівняння визначення потоку, Q = WhVz = π DhVzсинтезатор, дає

22 32

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

крок. (5) 120 12 L де: W - ширина перетину рідини, м; MPT — це теоретична машина для лиття пластику шнекового типу

Хімічна ємність, кг / с; Q об'ємна швидкість секції гомогенізації розплаву, м3 / с. Через рівняння (5), можна побачити, що пластифікуюча здатність шнека залежить від різноманітних параметрів процесу, таких як діаметр шнека, гвинт паз кут, тиск розплаву і глибина гвинтової канавки. Чим вище швидкість шнека, тим сильніше пластифікуюча здатність; При цьому уявна в'язкість розплаву збільшується, підвищується пластифікуюча здатність шнека.

Експериментальні результати та аналіз моделювання

2.1 Аналіз моделювання та результати

1) Умови аналізу моделювання.

Вхідний торець: від функції стану розподілу швидкостей у напрямку z розплаву (як от (4)), швидкість на вході секції гомогенізації змінюється зі значенням y. Тепер N = 120, 140, 160, 180 рад / min замінюються відповідно на Vz, і початкова змодельована швидкість вздовж спірального напрямку на вході секції гомогенізації визначається через визначення функції Fluent з його власною мовою програмування UDF, тобто, початкова швидкість за змодельованих і виміряних умов; Оскільки тиск розплаву на вході набагато нижчий за тиск головки гвинта, тиск на вході секції гомогенізації становить 0; Відповідно до технологічних параметрів PP матеріалу та обладнання, the

Температуру плавлення встановлюють 465 К. Ліва і права бічні стінки: площина y-z (х = 0), (х дорівнює 3.2 × 10-2 м) як сегменти гомогенізації

Дві сторони стінки гвинтової канавки встановлені як нековзні стінки, а температура розплаву - температура шнека, який встановлено на 473 K відповідно до характеристик матеріалу PP та фактичного стану обладнання.

Верхня і нижня боковини: площина x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 м) як нижня і верхня сторони гвинтової канавки секції гомогенізації, нижня сторона вважається неслизькою стіною, температура розплаву - температура шнека, і температура встановлена на 473 К за характеристиками матеріалу ПП та фактичним станом обладнання; Верхня сторона гвинтової канавки в секції гомогенізації є поверхнею контакту розплаву і стовбура., швидкість течії розплаву максимальна, а температура розплаву дорівнює температурі нагрівача бочки, який встановлено на 493 K відповідно до умов виробництва матеріалу ПП.

Вихідний торець: площині x-y (z = 0.264 м) як вихід із секції гомогенізації, приймається границя виходу тиску, де тиск протилежний напрямку z, і тиск встановлено відповідно до експериментального обладнання для легкого аналізу та порівняння, а зворотний тиск встановлено на -1.2 МПа.

Результати аналізу моделювання

Для x = 0.01, діаграма кривої швидкості, температура і в'язкість на виході із секції гомогенізації як функція глибини спіральної канавки показані на малюнках 4 до 6.

Ми бачимо з рис 4 що зі збільшенням швидкості шнека, також збільшується швидкість секції гомогенізації на виході, зі збільшенням глибини гвинтової канавки, швидкість спочатку зменшується, а потім збільшується, що зумовлено силою зсуву та в’язкістю на верхній та нижній поверхнях гвинтової канавки, відповідно до полімерної рідини в пластині.

Зміни між. Як бачимо з рис 4, зі збільшенням швидкості шнека, Швидкість на виході з секції гомогенізації також зростає. Зі збільшенням глибини канавки, швидкість спочатку зменшується, а потім зростає. Це пов'язано з великою силою зсуву і в'язкістю на верхній і нижній поверхнях канавки., що узгоджується зі зміною полімерної рідини між пластинами. Зміна температури в радіальному напрямку, як показано на фіг. 5. Розплав ПП контактує з гвинтом внизу (y = 0), вище контакту з гвинтом (y = 0,0022 м) відбувається теплопровідність, тепла знизу, верхній у розплав, температура з обох боків має низхідний тренд, утворюючи увігнуту температурну криву. Зі збільшенням швидкості шнека, швидкість збільшується, час нагріву в бігуні зменшується, а температура зменшується зі збільшенням числа обертів. Як показано на фіг. 6, уявна в'язкість розплаву спочатку зростає, а потім зменшується зі збільшенням висоти спіралі, Всупереч температурній кривій, уявна в'язкість є найнижчою у верхній частині найвищої температури плавлення, і видима в'язкість є найвищою в середині найнижчої температури плавлення. Зі збільшенням швидкості шнека, уявна в'язкість розплаву все вище і вище, і видима однорідність в'язкості зменшується. Можна побачити, що видима в'язкість розплаву ПП обернено пропорційна температурі, що показує точність моделювання.

Це видно з рис 6 що в’язкість не є фіксованою в моделюванні Fluent, тому ми беремо середню в'язкість на виході із секції гомогенізації при x = 0.01 тут, оскільки в’язкість тут змінюється через порівняння даних.

В'язкість, яка найбільш наближена до теоретичного розрахунку.

2.2 Вимірювання та аналіз здатності до пластифікації

Після попереднього нагрівання машини для лиття під тиском, поліпропіленову сировину поміщають у лійку для пластичності. Параметри швидкості обертання шнека встановлюються на рівні 120,140,160,180 об/хв, температуру гомогенізованої ділянки встановлюють на рівні 220 °C, і тиск розплаву в секції гомогенізації встановлюється на рівні 1.2 МПа. Час зберігання t при кожній швидкості обертання фіксується секундоміром, а потім встановлюється порожня подача.

Після ін'єкції, після ін'єкції охолоджується, масу m ін'єкції збирають і вимірюють, а фактична пластифікуюча здатність mps визначається як mps = 1000 м/т. Результати порівняння з теоретичною пластифікуючою здатністю mpt за тих же умов наведені на рис. 7.

малюнок 7 показує, що теоретична здатність до пластифікації та швидкість шнека приблизно відповідають функції

Зі збільшенням швидкості шнека, підвищується пластифікуюча здатність гвинта, і фактичний гвинтовий гвинт

Пластифікуюча здатність стрижня нижча за теоретичну пластифікуючу здатність, фактична пластифікуюча здатність машини для лиття під тиском зі швидкістю 120 ~ 180 рад / хв 82% ~ 86% теоретичної пластифікуючої здатності, вказуючи на те, що пластифікуюча здатність шнека машини для лиття під тиском вище середнього рівня. 2.3 Аналіз помилок

Існують відмінності між фактичною здатністю пластифікації та теоретичною здатністю пластифікації гвинта, нічого більше, ніж ці пункти: 1) частина матеріалу утворює розплавлену плівку в процесі пластифікації, що призводить до витоку матеріалу; 2) Витік спірального тиску не враховувався в теоретичному аналізі здатності до пластифікації, через що деякі матеріали залишалися на краю спіралі. 3) Крім тепла, що передається стовбуровим нагрівачем, матеріал більше від тепла зсуву гвинта та тертя між матеріалами, що призводить до термічного розкладання частини матеріалу.

Зі збільшенням швидкості шнека, фактична пластифікуюча здатність сповільнюється, є наступні моменти: 1) Зі збільшенням швидкості шнека, теплота зсуву шнека зростає, що призводить до термічного розкладання частини матеріалу; 2) Підвищення температури знижує в'язкість матеріалу, підвищує зворотний тиск, заважає просуванню матеріалу, і сповільнює фактичну енергію пластифікації.

Висновок Зі збільшенням глибини гвинтової канавки, однорідність температури і видима в'язкість зменшилися, і зросла пластифікуюча здатність, але точність якості продукту знизилася. Пластифікуюча здатність зростала зі збільшенням швидкості шнека, але рівномірність температури і видима в'язкість зменшувалися зі збільшенням швидкості шнека. Підвищення температури шнека сприяє однорідності видимої в'язкості та покращує точність якості продукту; З метою забезпечення якості продукції та підвищення ефективності виробництва, глибина, температура та швидкість шнека повинні бути оптимізовані.