注塑機螺桿轉速對塑化能力和表觀粘度影響的研究

0 介紹

注塑機是塑料成型的主要設備, 主要由噴射系統組成, 夾緊繫統, 電氣控制系統, 潤滑系統, 靜液壓傳動系統,加熱和冷卻系統, 安全監控系統, 等等. 提高產品質量數量, 生產效率, 減少能源消耗, 人們對其進行了深入的研究。注塑機的研究是多方面的, 包括電氣控制系統、智能化改造、傳動系統伺服改造、加熱冷卻系統節能改造、塑化能力螺桿結構改造. 螺桿是注塑機的核心部件, 其參數決定了注射機的注射量, 研究人員研究了更多. 螺桿的塑化均勻性越好代表產品的重複精度，計量精度越高, 塑化均勻性的性能參數是表觀粘度。其中螺桿結構的改進有助於降低熔體的表觀粘度, 螺絲.

容量由螺桿結構和螺桿轉速決定, 壓力, 速度, 溫度, 等是衡量螺桿性能好壞的主要參數. Wang Xish對注射螺桿的熔體輸送進行了理論分析. 李正格 溫度和背壓對螺條塑化能力的影響. 塑化能力代表注塑機生產效率,提高螺桿塑化能力是企業經濟效益的必然要求.

棒材的塑化能力是指注塑機螺桿單位時間內塑化物料的質量。儲料質量由計量室決定, 螺桿均質段出口與計量室相連, 螺桿均質段出口處的體積可以測量。螺桿的塑化能力由合格率決定。在材料的選擇上, 粘度受剪切速率和溫度的影響較大聚丙烯的低靈敏度程度便於檢測和觀察實驗結果. 本文利用Fluent軟件分析了螺桿均化段PP熔體的流場.

採用實驗與理論分析相結合的研究方法, 螺桿旋轉

不同螺絲深度對溫度的影響, 表觀粘度, 螺桿速度和塑化能力分析螺桿均質段出口體積合格率，優化注塑機螺桿轉速生產工藝參數.

1 理論分析本文, Fluent模擬LYH680注塑機均質化。管道流體截面, 設置不同的螺桿轉速, 管材均化段分析得到丙烯流體均化段出口的體積通過率，考察了PP熔體的表觀粘度和螺桿的塑化能力. 注塑機相位相關參數有: 螺桿均化段的長度為 80 毫米, 均質段料筒溫度設定為 220 C, 均質段的熔體壓力為 1.5 中國沒有此類技術的生產設施, 螺槽深度2.2mm, 螺旋角為 17.66 °, 螺桿長徑比為 19.6, 螺桿直徑32 mm; 聚丙烯的熔體密度 (聚丙烯) 曾是 770 單線容量可 / m3的熔點是 170 攝氏度, 熔體的導熱係數為0.182W / (米 · 攝氏度), 和熔體比熱容 2900 傑 / (單線容量可 · C), 的熔體粘度 421 帕 · 秒 (453 鉀 / 320)帕·s（463 K）/250 Pa·秒（473K）。 在實際工程中, 考慮到流體的密度變化很小，這是由於熔融聚合物在預成型時在註塑機中被剪切。剪切速率小於 10-3 米 / 秒, 此時熔體位於第一層的非牛頓流變區 In this region, 熔融聚合物可視為牛頓流體, 因此在理論和實驗測試分析中將PP熔體視為不可壓縮層流牛頓流體.

• 建立坐標系

原來物料通過的旋轉通道被拉伸成長方體通道,從原點構建的三維空間模型如圖 1 到圖 3.

1.2 流體控制方程的建立 (披) + 分區 (pf) = 分區 (γ梯度) + 小號. (1) 其中 φ 是廣義物理變量; 對應於 phi 的廣義擴散係數; S 是廣義源項.

按廣義法, x-y平面均化段入口處建立質量動量守恆方程 (z = 0).

電壓

r

Z = – 鉛的 + πF + dV.

(2) 在dt公式中: rho 是熔體密度, 單線容量可 / 立方米; Vz是z方向的流速, 米 / 秒, 進入均化區的螺旋槽; F是重力加速度, 米 / s2; Pb是背壓, 帕; 是熔體粘度,

帕·秒; T代表時間, 秒; ▽為哈密頓算子，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

方程 (2) 是動量平衡方程 (N-S方程) 粘性流體, 螺旋槽內的流體視為等溫流; 粘度場和密度場均勻. 螺旋槽的寬度遠大於螺旋槽的深度, 忽略螺絲側壁的影響. 熔體沿螺桿通道充分流動, 忽略入口和出口的流動效應, 但考慮到反向背壓的影響. N-S方程由上述條件簡化:

2

dp

dy=1·b。 (3) dy2eta dx

對 y 進行兩次積分並給出邊界條件 (y = 0, z = 0; Y = 小時, Vz = π NDcos theta / 60). 得到熔體方向的流速分佈狀態函數, 那是

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2和 × Lsintheta. (4)

式中h為均化段螺槽深度, 米; 螺桿的螺旋角, (°); L 是均化段的長度, 米; N為螺桿轉速, 弧度 / 分鐘; D為螺桿的直徑, 米.

1.3 理論塑化能力的計算

代入方程式. (4) 進入流量定義方程, Q = WhVz = π DhVz 合成器, 給

22 32

Mpt = Qπ = π D Nhрsin θ cos θ – pDhsin

瀝青. (5) 120 12 在哪裡: W是流體部分的寬度, 米; MPT是螺桿式註塑機的理論塑料

化學容量, 單線容量可 / 秒; Q為熔體均化段體積合格率, 立方米 / 秒. 通過方程 (5), 可見，螺桿的塑化能力受螺桿直徑等多種工藝參數的影響, 螺槽角, 熔體壓力和螺槽深度. 螺桿轉速越高, 塑化能力越強; 當熔體表觀粘度增加時, 螺桿塑化能力提高.

實驗結果與仿真分析

2.1 仿真分析與結果

1) 模擬分析的條件.

入口端面: 從熔體 z 方向的速度分佈狀態函數 (但只有一個進料段和一個過渡段 (4)), 均質段入口處的速度隨y值變化. 現在 N = 120, 140, 160, 180 弧度 / min分別代入Vz, 均質段入口沿螺旋方向的初始模擬速度通過Fluent自帶編程語言UDF的函數定義確定, 那是, 模擬和測量條件下的初始速度; 因為入口處的熔體壓力遠低於螺桿頭壓力, 均質段入口壓力為 0; 根據PP材料和設備的工藝參數, 這

熔體溫度設置為 465 鉀. 左右側壁: y-z平面 (x = 0), (x等於 3.2 × 10-2 米) 作為同質化片段

螺槽壁兩側設置防滑壁, 熔體溫度為螺桿溫度, 設置為 473 K 根據PP材料特性和設備實際情況.

上側壁和下側壁: x-z平面 (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 米) 作為均化段螺桿槽的下側和上側, 下側被視為防滑牆, 熔體溫度就是螺桿溫度, 溫度設置為 473 K 根據PP的材料特性和設備實際情況; 均化段螺桿槽的上側為熔體與機筒的接觸面, 熔體流動速率最大, 熔體溫度等於機筒加熱器溫度, 設置為 493 K 根據PP材料的生產條件.

出口端面: x-y 平面 (z = 0.264 米) 作為均質段出口, 採用壓力出口邊界, 其中壓力與 z 方向相反, 壓力設置與實驗設備相匹配，便於分析比較, 背壓設置為 -1.2 中國沒有此類技術的生產設施.

• 仿真分析結果

對於 x = 0.01, 速度曲線圖, 均化段出口處的溫度和粘度隨螺旋槽深度的變化如圖所示 4 到 6.

從圖中我們可以看出 4 隨著螺桿轉速的增加, 出口處均質段的速度也有所提高, 隨著螺槽深度的增加, 速度先減後增, 這是由於螺桿槽上下表面的剪切力和粘性, 與板中的聚合物流體一致.

之間的變化. 從圖中我們可以看出 4, 隨著螺桿轉速的增加, 均質段出口處的流速也增加. 隨著溝槽深度的增加, 速度先減小後增大. 這是由於溝槽上下表面的剪切力和粘性較大所致, 這與板間聚合物流體的變化一致. 徑向溫度變化如圖. 5. PP熔體與底部螺桿接觸 (y = 0), 以上與螺絲接觸 (y = 0.0022 米) 發生熱傳導, 來自底部的熱量, 鞋面融入熔體, 兩側溫度有向內下降趨勢, 形成凹形溫度曲線. 隨著螺桿轉速的增加, 速度增加, 流道中的加熱時間減少, 並且溫度隨著轉數的增加而降低. 如圖所示. 6, 熔體表觀粘度隨螺旋高度的增加先增大後減小, 與溫度曲線相反, 熔體溫度最高時表觀粘度最低, 表觀粘度在最低熔體溫度中間最高. 隨著螺桿轉速的增加, 熔體表觀粘度越來越高, 表觀粘度均勻性下降. 可以看出PP熔體的表觀粘度與溫度成反比, 這顯示了模擬的準確性.

從圖中可以看出 6 粘度在 Fluent 模擬中不是固定的, 所以我們取均化段出口處的平均粘度 x = 0.01 這裡, 因為這裡的粘度通過數據對比發生了變化.

最接近理論計算的粘度.

2.2 塑化能力的測定與分析

注塑機預熱後, 聚丙烯原料放入漏斗塑化. 螺桿轉速參數設置為 120,140,160,180 轉速, 均化段溫度設定為 220 攝氏度, 均質段的熔體壓力設定為 1.2 中國沒有此類技術的生產設施. 用秒錶記錄每個轉速下的存儲時間t, 然後設置空飼料.

注射後, 注射液冷卻後, 收集並測量注射的質量 m, 實際塑化能力mps由mps = 1000m/t求得. 與相同條件下理論塑化能力mpt的對比結果見圖. 7.

數字 7 表明螺桿的理論塑化能力和螺桿轉速近似為一個函數

隨著螺桿轉速的增加, 螺桿塑化能力增強, 和實際的螺絲螺絲

棒材塑化能力低於理論塑化能力, 注塑機在速度下的實際塑化能力 120 ~ 180 弧度 / 最小占 82% ~ 86% 理論塑化能力, 說明注塑機螺桿塑化能力在平均水平以上. 2.3 錯誤分析

螺桿的實際塑化能力與理論塑化能力存在差異, 無外乎這幾點: 1) 部分材料在塑化過程中形成熔膜, 導致材料洩漏; 2) 理論塑化能力分析未考慮螺旋壓力洩漏, 這導致一些材料留在螺旋邊緣. 3) 除了機筒加熱器傳遞的熱量, 物料更多來自於螺桿的剪切熱和物料之間的摩擦, 導致部分材料熱分解.

隨著螺桿轉速的增加, 實際塑化能力正在放緩, 有以下幾點: 1) 隨著螺桿轉速的增加, 螺桿的剪切熱越來越大, 導致部分材料熱分解; 2) 溫度的升高降低了材料的粘度, 增加反向壓力, 阻礙材料的進步, 並導致實際塑化能量減慢.

結論 隨著螺槽深度的增加, 溫度均勻性和表觀粘度降低, 塑化能力提高, 但產品質量精度下降. 塑化能力隨螺桿轉速的增加而增加, 但溫度和表觀粘度的均勻性隨螺桿轉速的增加而降低. 提高螺桿溫度有助於促進表觀粘度均勻性，提高產品質量精度; 為保證產品質量和提高生產效率, 深度, 應優化溫度和螺桿轉速.