Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít của máy ép phun đến khả năng hóa dẻo và độ nhớt biểu kiến

0 Giới thiệu

Máy ép phun là thiết bị chính để đúc nhựa, chủ yếu bằng hệ thống phun. Hệ thống, hệ thống kẹp, hệ thống điều khiển điện, hệ thống bôi trơn, hệ thống truyền động thủy tĩnh,Hệ thống sưởi ấm và làm mát, hệ thống giám sát an toàn, Vân vân. Nâng cao chất lượng sản phẩmSố lượng, Hiệu quả sản xuất, giảm tiêu thụ năng lượng, mọi người đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về nó. Nghiên cứu về máy ép phun là nhiều mặt, bao gồm cả hệ thống điều khiển điện. Chuyển đổi thông minh. Chuyển đổi servo của hệ thống truyền động Tiết kiệm năng lượng của hệ thống sưởi ấm và làm mát. Cải cách. Chuyển đổi cấu trúc trục vít của khả năng hóa dẻo. Vít là cốt lõi của máy ép phunCác thành phần trái tim, có tham số xác định lượng phun của máy phun, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứuThêm. Độ đồng đều hóa dẻo của vít càng tốt thể hiện độ chính xác lặp lại của sản phẩm. Độ chính xác của phép đo càng cao, thông số hiệu suất của tính đồng nhất hóa dẻo là độ nhớt rõ ràng. Trong đó, việc sửa đổi cấu trúc trục vít giúp giảm độ nhớt rõ ràng của sự tan chảy, tua vít.

Công suất được xác định bởi cấu trúc trục vít và tốc độ trục vít, áp lực, tốc độ, vận tốc, nhiệt độ, v.v. Đây là thông số chính để đo hiệu suất của vít. Wang XishSự nóng chảy của vít phunVận chuyển cơ thể được phân tích về mặt lý thuyết. Li Zhenget Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất ngược đối với ốc Ảnh hưởng đến khả năng hóa dẻo của thanh. Khả năng hóa dẻo thể hiện hiệu quả sản xuất máy ép phun,Cần cải thiện khả năng hóa dẻo của trục vít vì lợi ích kinh tế của doanh nghiệp.

Khả năng hóa dẻo của thanh liên quan đến chất lượng của vật liệu dẻo trên một đơn vị thời gian của vít máy ép phun. Chất lượng lưu trữ vật liệu được xác định bởi buồng đo, và lối ra của phần đồng nhất trục vítKết nối với phòng đo, có thể đo được thể tích ở đầu ra của phần đồng nhất vít. Khả năng dẻo của vít được xác định bởi tốc độ truyền. Trong việc lựa chọn vật liệu, độ nhớt bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tốc độ cắt và nhiệt độ Độ nhạy thấp của polypropylene để tạo điều kiện phát hiện và quan sát kết quả thí nghiệm. Bài báo nàyTrường dòng chảy của PP nóng chảy trong phần đồng nhất của trục vít được phân tích bằng phần mềm Fluent.

Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp thực nghiệm và phân tích lý thuyết, vòng quay vít

Ảnh hưởng của độ sâu vít khác nhau đến nhiệt độ, độ nhớt biểu kiến, tốc độ và khả năng hóa dẻoTốc độ truyền thể tích ở đầu ra của phần đồng nhất trục vít được phân tích để tối ưu hóa tốc độ trục vít của các thông số quy trình sản xuất máy ép phun.

1 Phân tích lý thuyếtTrong bài báo này, quá trình đồng nhất của máy ép nhựa LYH680 được mô phỏng bằng Fluent. Phần chất lỏng đường ống, đặt tốc độ vít khác nhau, phân tích phần đồng nhất của đường ống. Tốc độ vận chuyển thể tích ở đầu ra của phần đồng nhất chất lỏng propylene thu được. Độ nhớt biểu kiến ​​của PP nóng chảy và khả năng hóa dẻo của trục vít đã được nghiên cứu. Giai đoạn của máy ép phunCác thông số liên quan là: chiều dài của phần đồng nhất của vít là 80 mm, và nhiệt độ của thùng trong phần đồng nhất hóa được đặtĐặt ở 220 C, áp suất nóng chảy trong phần đồng nhất là 1.5 MPa, và độ sâu của rãnh vít là 2,2Mm, góc vít vít là 17.66 °, tỷ lệ chiều dài đường kính trục vít là 19.6, đường kính vít32 mm; Mật độ nóng chảy của polypropylene (PP) là 770 Kilôgam / m3Điểm nóng chảy là 170 ° C, hệ số dẫn nhiệt của nóng chảy là 0,182W / (NS · ° C), và tỷ lệ tan chảyCông suất nhiệt của 2900 J / (Kilôgam · C), độ nhớt nóng chảy của 421 Pa · S (453 K / 320)Pa·s（463 K）/250 Pa·（473 K）。 Trong kỹ thuật thực tế, xem xét chất lỏngMật độ ít thay đổi do thực tế là polyme nóng chảy bị cắt trong máy ép phun khi được đúc sẵn. Tốc độ cắt nhỏ hơn 10-3 NS / S, tại thời điểm đó sự tan chảy nằm trong khu vực lưu biến phi Newton của lần đầu tiên Trong khu vực này, polymer tan chảy có thể được coi là chất lỏng Newton, vì vậy PP nóng chảy được coi là chất lỏng Newton tầng không nén được trong phân tích thử nghiệm lý thuyết và thực nghiệm.

• Thành lập hệ tọa độ

Kênh quay ban đầu mà vật liệu đi qua được kéo dài thành một kênh hình khối,Mô hình không gian ba chiều được xây dựng từ gốc tọa độ được thể hiện trong Hình 1 để hình 3.

1.2 Sự thành lập phương trình điều khiển chất lỏng (Phi) + div (pf) = div (γ gradphi) + NS. (1) Trong đó φ là một biến vật lý tổng quát; Hệ số khuếch tán tổng quát tương ứng với phi; S là một thuật ngữ nguồn tổng quát.

Theo phương pháp Quảng Nghĩa, phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng được thiết lập tại lối vào của phần đồng nhất của mặt phẳng x-y (z = 0).

đv

r

Z = – của Pb + π F + đ V.

(2) Trong công thức dt: rho là mật độ nóng chảy, Kilôgam / m3; Vz là vận tốc dòng chảy theo phương z, NS / S, đi vào rãnh xoắn ốc trong vùng đồng nhất; F là gia tốc trọng trường, NS / s2; Pb là áp suất ngược, Pa; Là độ nhớt nóng chảy,

Pa·S; T cho thời gian, S; ▽ là người Hamilton，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

phương trình (2) là phương trình cân bằng động lượng (phương trình N-S) chất lỏng nhớt, chất lỏng trong rãnh xoắn coi như dòng đẳng nhiệt; Các trường độ nhớt và mật độ là đồng nhất. Chiều rộng của rãnh xoắn ốc lớn hơn nhiều so với độ sâu của rãnh xoắn ốc, và ảnh hưởng của tường bên vít bị bỏ qua. Sự tan chảy hoàn toàn dọc theo kênh vít, bỏ qua hiệu ứng dòng chảy của đầu vào và đầu ra, nhưng xem xét ảnh hưởng của áp suất ngược. Phương trình NS được đơn giản hóa bởi các điều kiện trên:

2

dp

đê=1·NS。 (3) dy2eta dx

Tích phân y hai lần và đưa ra điều kiện biên (y = 0, Vz = 0; y = giờ, Vz = π NDcos theta / 60). Hàm trạng thái phân bố vận tốc dòng chảy theo hướng tan chảy thu được, đó là

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2và × Lsintheta. (4)

Trong đó h là độ sâu của rãnh vít trong phần đồng nhất, NS; Góc xoắn của vít, (°); L là chiều dài của đoạn đồng nhất, NS; N là tốc độ trục vít, r a d / tôi n; D là đường kính thẳng của thanh vít, NS.

1.3 Tính toán khả năng hóa dẻo lý thuyết

phương trình thay thế. (4) vào phương trình định nghĩa dòng chảy, Q = WhVz = π DhVz tổng hợp, cho

22 32

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

Sân bóng đá. (5) 120 12 L ở đâu: W là chiều rộng của phần chất lỏng, NS; MPT là nhựa lý thuyết của máy ép nhựa kiểu trục vít

công suất hóa chất, Kilôgam / S; Q là tốc độ vượt qua khối lượng của phần đồng nhất tan chảy, m3 / S. Thông qua phương trình (5), có thể thấy rằng khả năng hóa dẻo của trục vít bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số quy trình như đường kính trục vít, góc rãnh vít, áp suất nóng chảy và độ sâu rãnh vít. Tốc độ trục vít càng cao, khả năng hóa dẻo càng mạnh; Khi độ nhớt biểu kiến ​​của sự tan chảy tăng, khả năng hóa dẻo của vít tăng.

Kết quả thí nghiệm và phân tích mô phỏng

2.1 Phân tích mô phỏng và kết quả

1) Điều kiện để phân tích mô phỏng.

Mặt đầu vào: từ hàm trạng thái phân bố vận tốc theo hướng z của chất nóng chảy (nhu la (4)), vận tốc ở đầu vào của phần đồng nhất thay đổi theo giá trị y. Bây giờ N = 120, 140, 160, 180 rad / min được thay thế thành Vz tương ứng, và vận tốc mô phỏng ban đầu dọc theo hướng xoắn ốc ở lối vào của phần đồng nhất hóa được xác định thông qua định nghĩa chức năng của Fluent với ngôn ngữ lập trình riêng UDF, đó là, vận tốc ban đầu trong các điều kiện mô phỏng và đo lường; Bởi vì áp suất nóng chảy ở đầu vào thấp hơn nhiều so với áp suất đầu vít, áp suất ở đầu vào của phần đồng nhất hóa là 0; Theo các thông số quy trình của vật liệu và thiết bị PP, các

Nhiệt độ nóng chảy được đặt thành 465 K. Các bức tường bên trái và bên phải: mặt phẳng y-z (x = 0), (x bằng 3.2 × 10-2 NS) như các phân đoạn đồng nhất

Hai bên vách rãnh bắt vít được đặt làm vách chống trượt, và nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ vít, được đặt thành 473 K theo đặc tính vật liệu PP và tình trạng thực tế của thiết bị.

Thành bên trên và dưới: mặt phẳng x-z (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 NS) như mặt dưới và mặt trên của rãnh vít của phần đồng nhất, mặt dưới được coi như một bức tường chống trượt, nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ vít, và nhiệt độ được đặt thành 473 K theo đặc tính vật liệu của PP và tình trạng thực tế của thiết bị; Mặt trên của rãnh vít trong phần đồng nhất hóa là bề mặt tiếp xúc của tan chảy và thùng, tốc độ dòng chảy tan chảy là tối đa, và nhiệt độ nóng chảy bằng nhiệt độ lò sưởi thùng, được đặt thành 493 K theo điều kiện sản xuất của vật liệu PP.

Mặt cuối ổ cắm: mặt phẳng x-y (z = 0.264 NS) là đầu ra của phần đồng nhất hóa, ranh giới đầu ra áp lực được thông qua, nơi áp suất ngược với hướng z, và áp suất được cài đặt phù hợp với thiết bị thí nghiệm để dễ dàng phân tích và so sánh, và áp suất ngược được đặt thành -1.2 MPa.

• Kết quả phân tích mô phỏng

Cho x = 0.01, biểu đồ đường cong của vận tốc, nhiệt độ và độ nhớt ở lối ra của phần đồng nhất là một hàm của độ sâu của rãnh xoắn ốc được thể hiện trong Hình 4 đến 6.

Chúng ta có thể thấy từ hình 4 điều đó với sự gia tăng của tốc độ trục vít, tốc độ của phần đồng nhất ở lối ra cũng tăng lên, với sự gia tăng độ sâu của rãnh vít, lúc đầu vận tốc giảm sau đó tăng dần, đó là do lực cắt và độ nhớt ở bề mặt trên và dưới của rãnh vít, phù hợp với chất lỏng polymer trong tấm.

Thay đổi giữa. Như chúng ta có thể thấy từ Hình 4, với sự gia tăng của tốc độ trục vít, Vận tốc ở đầu ra của phần đồng nhất cũng tăng lên. Với sự gia tăng độ sâu rãnh, ban đầu vận tốc giảm sau đó tăng. Điều này là do lực cắt lớn và độ nhớt ở bề mặt trên và dưới của rãnh, phù hợp với sự thay đổi của chất lỏng polymer giữa các tấm. Sự thay đổi nhiệt độ theo hướng xuyên tâm như thể hiện trong FIG. 5. PP nóng chảy tiếp xúc với vít ở phía dưới (y = 0), tiếp xúc phía trên với vít (y = 0,0022m) dẫn nhiệt xảy ra, nhiệt từ phía dưới, phần trên tan chảy, nhiệt độ từ cả hai phía vào bên trong xu hướng giảm, hình thành một đường cong nhiệt độ lõm. Với sự gia tăng của tốc độ trục vít, tốc độ tăng, thời gian làm nóng trong Á hậu giảm, và nhiệt độ giảm khi số vòng quay tăng. Như thể hiện trong FIG. 6, độ nhớt rõ ràng của sự tan chảy đầu tiên tăng và sau đó giảm khi tăng chiều cao xoắn ốc, Ngược lại với đường cong nhiệt độ, độ nhớt rõ ràng là thấp nhất ở trên cùng của nhiệt độ nóng chảy cao nhất, và độ nhớt rõ ràng là cao nhất ở giữa nhiệt độ nóng chảy thấp nhất. Với sự gia tăng của tốc độ trục vít, độ nhớt rõ ràng của sự tan chảy ngày càng cao hơn, và độ đồng nhất độ nhớt rõ ràng giảm. Có thể thấy rằng độ nhớt biểu kiến ​​của PP nóng chảy tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, cho thấy độ chính xác của mô phỏng.

Nó có thể được nhìn thấy từ hình 6 rằng độ nhớt không cố định trong mô phỏng Fluent, vì vậy chúng tôi lấy độ nhớt trung bình ở lối ra của phần đồng nhất hóa tại x = 0.01 ở đây, bởi vì độ nhớt thay đổi ở đây thông qua so sánh dữ liệu.

Độ nhớt gần nhất với tính toán lý thuyết.

2.2 Đo lường và phân tích khả năng hóa dẻo

Sau khi làm nóng sơ bộ máy ép phun, nguyên liệu polypropylen được đưa vào phễu để tạo độ dẻo. Các thông số tốc độ quay của vít được đặt ở 120,140,160,180 vòng/phút, nhiệt độ của phần đồng nhất được đặt ở 220 ° C, và áp suất nóng chảy trong phần đồng nhất được đặt ở 1.2 MPa. Thời gian lưu trữ t ở mỗi tốc độ quay được ghi lại bằng đồng hồ bấm giờ, và sau đó nguồn cấp dữ liệu trống được đặt.

Sau khi tiêm, sau khi tiêm được làm mát, khối lượng m của tiêm được thu thập và đo, và khả năng hóa dẻo thực tế mps lấy bằng mps = 1000m/t. Kết quả so sánh với khả năng hóa dẻo lý thuyết mpt trong cùng điều kiện được thể hiện trên Hình. 7.

Nhân vật 7 cho thấy khả năng hóa dẻo lý thuyết và tốc độ trục vít của trục vít xấp xỉ một hàm

Với sự gia tăng của tốc độ trục vít, khả năng hóa dẻo của vít được tăng cường, và vít vít thực tế

Khả năng hóa dẻo của que thấp hơn khả năng hóa dẻo lý thuyết, khả năng hóa dẻo thực tế của máy ép phun ở tốc độ 120 ~ 180 rad / tài khoản tối thiểu cho 82% ~ 86% khả năng hóa dẻo lý thuyết, chỉ ra rằng khả năng dẻo hóa trục vít của máy ép phun cao hơn mức trung bình. 2.3 phân tích lỗi

Có sự khác biệt giữa khả năng hóa dẻo thực tế và khả năng hóa dẻo lý thuyết của trục vít, không có gì hơn những điểm này: 1) một phần của vật liệu tạo thành màng nóng chảy trong quá trình hóa dẻo, dẫn đến rò rỉ vật liệu; 2) Sự rò rỉ áp suất xoắn ốc không được xem xét trong phân tích khả năng hóa dẻo lý thuyết, khiến một số vật liệu nằm trên mép xoắn ốc. 3) Ngoài nhiệt truyền qua máy sưởi thùng, vật liệu nhiều hơn từ nhiệt cắt của vít và ma sát giữa các vật liệu, dẫn đến sự phân hủy nhiệt của một phần vật liệu.

Với sự gia tăng của tốc độ trục vít, khả năng hóa dẻo thực tế đang chậm lại, có những điểm sau: 1) Với sự gia tăng của tốc độ trục vít, nhiệt cắt của vít đang tăng lên, dẫn đến sự phân hủy nhiệt của một phần vật liệu; 2) Sự gia tăng nhiệt độ làm giảm độ nhớt của vật liệu, tăng áp suất ngược, cản trở sự tiến bộ của vật liệu, và làm cho năng lượng hóa dẻo thực tế chậm lại.

Kết luận Với việc tăng chiều sâu rãnh vít, tính đồng nhất của nhiệt độ và độ nhớt rõ ràng giảm, và khả năng hóa dẻo tăng lên, nhưng độ chính xác của chất lượng sản phẩm giảm. Khả năng hóa dẻo tăng lên khi tốc độ vít tăng, nhưng tính đồng nhất của nhiệt độ và độ nhớt rõ ràng giảm khi tốc độ trục vít tăng. Tăng nhiệt độ của trục vít giúp thúc đẩy tính đồng nhất của độ nhớt rõ ràng và cải thiện độ chính xác chất lượng của sản phẩm; Nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất, chiều sâu, nhiệt độ và tốc độ vít nên được tối ưu hóa.