注塑机螺杆转速对塑化能力和表观粘度影响的研究

0 介绍

注塑机是塑料成型的主要设备, 主要由喷射系统组成, 夹紧系统, 电控系统, 润滑系统, 静液压传动系统,加热和冷却系统, 安全监控系统, 等等. 提高产品质量数量, 生产效率, 减少能源消耗, 人们对其进行了深入的研究。注塑机的研究是多方面的, 包括电气控制系统、智能化改造、传动系统伺服改造、加热冷却系统节能改造、塑化能力螺杆结构改造. 螺杆是注塑机的核心部件, 其参数决定了注射机的注射量, 研究人员研究了更多. 螺杆的塑化均匀性越好代表产品的重复精度，计量精度越高, 塑化均匀性的性能参数是表观粘度。其中螺杆结构的改进有助于降低熔体的表观粘度, 螺丝.

容量由螺杆结构和螺杆转速决定, 压力, 速度, 温度, 等是衡量螺杆性能好坏的主要参数. 注射螺杆熔体输运理论分析. 李正格 温度和背压对螺条塑化能力的影响. 塑化能力代表注塑机生产效率,提高螺杆塑化能力是企业经济效益的必然要求.

棒材的塑化能力是指注塑机螺杆单位时间内塑化物料的质量。储料质量由计量室决定, 螺杆均质段出口与计量室相连, 螺杆均质段出口处的体积可以测量。螺杆的塑化能力由合格率决定。在材料的选择上, 粘度受剪切速率和温度的影响较大聚丙烯的低灵敏度程度便于检测和观察实验结果. 本文利用Fluent软件分析了螺杆均化段PP熔体的流场.

采用实验与理论分析相结合的研究方法, 螺杆旋转

不同螺丝深度对温度的影响, 表观粘度, 螺杆速度和塑化能力分析螺杆均质段出口体积合格率，优化注塑机螺杆转速生产工艺参数.

1 理论分析本文, Fluent模拟LYH680注塑机均质化。管道流体截面, 设置不同的螺杆转速, 管材均化段分析得到丙烯流体均化段出口的体积通过率，考察了PP熔体的表观粘度和螺杆的塑化能力. 注塑机相位相关参数有: 螺杆均化段的长度为 80 毫米, 均质段料筒温度设定为 220 C, 均质段的熔体压力为 1.5 兆帕, 螺槽深度2.2mm, 螺旋角为 17.66 °, 螺杆长径比为 19.6, 螺杆直径32 mm; 聚丙烯的熔体密度 (聚丙烯) 曾是 770 公斤 / m3的熔点是 170 摄氏度, 熔体导热系数0.182W / (米 · 摄氏度), 和熔体比热容 2900 杰 / (公斤 · C), 的熔体粘度 421 帕 · 秒 (453 钾 / 320)帕·s（463 K）/250 Pa·秒（473K）。 在实际工程中, 考虑到流体的密度变化很小，这是由于熔融聚合物在预成型时在注塑机中被剪切。剪切速率小于 10-3 米 / 秒, 此时熔体位于第一层的非牛顿流变区 In this region, 熔融聚合物可视为牛顿流体, 因此在理论和实验测试分析中将PP熔体视为不可压缩层流牛顿流体.

• 建立坐标系

原来物料通过的旋转通道被拉伸成长方体通道,从原点构建的三维空间模型如图 1 到图 3.

1.2 流体控制方程的建立 (披) + 分区 (pf) = 分区 (γ梯度) + 小号. (1) 其中 φ 是广义物理变量; 对应于 phi 的广义扩散系数; S 是广义源项.

按广益法, x-y平面均化段入口处建立质量动量守恒方程 (z = 0).

电压

r

Z = – 铅的 + πF + dV.

(2) 在dt公式中: rho 是熔体密度, 公斤 / 立方米; Vz是z方向的流速, 米 / 秒, 进入均化区的螺旋槽; F是重力加速度, 米 / s2; Pb是背压, 帕; 是熔体粘度,

帕·秒; T代表时间, 秒; ▽为哈密顿算子，▽= ∂ i+ ∂ j+ ∂ k。 ∂x ∂y ∂z

方程 (2) 是动量平衡方程 (N-S方程) 粘性流体, 螺旋槽内的流体视为等温流; 粘度场和密度场均匀. 螺旋槽的宽度远大于螺旋槽的深度, 忽略螺丝侧壁的影响. 熔体沿螺杆通道充分流动, 忽略入口和出口的流动效应, 但考虑到反向背压的影响. N-S方程由上述条件简化:

2

dp

dy=1·模具常见问题。 (3) dy2eta dx

对 y 进行两次积分并给出边界条件 (y = 0, z = 0; Y = 小时, Vz = π NDcos theta / 60). 得到熔体方向的流速分布状态函数, 那是

NDyπ cos theta hy-y2pb

Vz = 120h – 2和 × Lsintheta. (4)

式中h为均化段螺槽深度, 米; 螺杆的螺旋角, (°); L 是均化段的长度, 米; N为螺杆转速, 弧度 / 分钟; D为螺杆的直径, 米.

1.3 理论塑化能力的计算

代入方程式. (4) 进入流量定义方程, Q = WhVz = π DhVz 合成器, 给

22 32

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

沥青. (5) 120 12 在哪里: W是流体部分的宽度, 米; MPT是螺杆式注塑机的理论塑料

化学容量, 公斤 / 秒; Q为熔体均化段体积合格率, 立方米 / 秒. 通过方程 (5), 可见，螺杆的塑化能力受螺杆直径等多种工艺参数的影响, 螺槽角, 熔体压力和螺槽深度. 螺杆转速越高, 塑化能力越强; 当熔体表观粘度增加时, 螺杆塑化能力提高.

实验结果与仿真分析

2.1 仿真分析与结果

1) 模拟分析的条件.

入口端面: 从熔体 z 方向的速度分布状态函数 (但只有进料段和过渡段 (4)), 均质段入口处的速度随y值变化. 现在 N = 120, 140, 160, 180 弧度 / min分别代入Vz, 均质段入口沿螺旋方向的初始模拟速度通过Fluent自带的编程语言UDF函数定义确定, 那是, 模拟和测量条件下的初始速度; 因为入口处的熔体压力远低于螺杆头压力, 均质段入口压力为 0; 根据PP材料和设备的工艺参数, 这

熔体温度设置为 465 钾. 左右侧壁: y-z平面 (x = 0), (x等于 3.2 × 10-2 米) 作为同质化片段

螺槽壁两侧设置防滑壁, 熔体温度为螺杆温度, 设置为 473 K 根据PP材料特性和设备实际情况.

上侧壁和下侧壁: x-z平面 (y = 0), (y = 2.2 × 10-3 米) 作为均化段螺杆槽的下侧和上侧, 下侧被视为防滑墙, 熔体温度就是螺杆温度, 温度设置为 473 K 根据PP的材料特性和设备实际情况; 均化段螺杆槽的上侧为熔体与机筒的接触面, 熔体流动速率最大, 熔体温度等于机筒加热器温度, 设置为 493 K 根据PP材料的生产条件.

出口端面: x-y 平面 (z = 0.264 米) 作为均质段出口, 采用压力出口边界, 其中压力与 z 方向相反, 压力设置与实验设备相匹配，便于分析比较, 背压设置为 -1.2 兆帕.

• 仿真分析结果

对于 x = 0.01, 速度曲线图, 均化段出口处的温度和粘度随螺旋槽深度的变化如图所示 4 到 6.

从图中我们可以看出 4 随着螺杆转速的增加, 出口处均质段的速度也有所提高, 随着螺槽深度的增加, 速度先减后增, 这是由于螺杆槽上下表面的剪切力和粘性, 与板中的聚合物流体一致.

之间的变化. 从图中我们可以看出 4, 随着螺杆转速的增加, 均质段出口处的流速也增加. 随着沟槽深度的增加, 速度先减小后增大. 这是由于沟槽上下表面的剪切力和粘性较大所致, 这与板间聚合物流体的变化一致. 径向温度变化如图. 5. PP熔体与底部螺杆接触 (y = 0), 以上与螺丝接触 (y = 0.0022 米) 发生热传导, 来自底部的热量, 鞋面融入熔体, 两侧温度有向内下降趋势, 形成凹形温度曲线. 随着螺杆转速的增加, 速度增加, 流道中的加热时间减少, 并且温度随着转数的增加而降低. 如图所示. 6, 熔体表观粘度随螺旋高度的增加先增大后减小, 与温度曲线相反, 熔体温度最高时表观粘度最低, 表观粘度在最低熔体温度中间最高. 随着螺杆转速的增加, 熔体表观粘度越来越高, 表观粘度均匀性下降. 可以看出PP熔体的表观粘度与温度成反比, 这显示了模拟的准确性.

从图中可以看出 6 粘度在 Fluent 模拟中不是固定的, 所以我们取均化段出口处的平均粘度 x = 0.01 这里, 因为这里的粘度通过数据对比发生了变化.

最接近理论计算的粘度.

2.2 塑化能力的测定与分析

注塑机预热后, 聚丙烯原料放入漏斗塑化. 螺杆转速参数设置为 120,140,160,180 转速, 均化段温度设定为 220 摄氏度, 均质段的熔体压力设定为 1.2 兆帕. 用秒表记录每个转速下的存储时间t, 然后设置空饲料.

注射后, 注射液冷却后, 收集并测量注射的质量 m, 实际塑化能力mps由mps = 1000m/t求得. 与相同条件下理论塑化能力mpt的对比结果见图. 7.

数字 7 表明螺杆的理论塑化能力与螺杆转速近似为一个函数

随着螺杆转速的增加, 螺杆塑化能力增强, 和实际的螺丝螺丝

棒材塑化能力低于理论塑化能力, 注塑机在速度下的实际塑化能力 120 ~ 180 弧度 / 最小占 82% ~ 86% 理论塑化能力, 说明注塑机螺杆塑化能力在平均水平以上. 2.3 错误分析

螺杆的实际塑化能力与理论塑化能力存在差异, 无外乎这几点: 1) 部分材料在塑化过程中形成熔膜, 导致材料泄漏; 2) 理论塑化能力分析未考虑螺旋压力泄漏, 这导致一些材料留在螺旋边缘. 3) 除了机筒加热器传递的热量, 物料更多来自于螺杆的剪切热和物料之间的摩擦, 导致部分材料热分解.

随着螺杆转速的增加, 实际塑化能力正在放缓, 有以下几点: 1) 随着螺杆转速的增加, 螺杆的剪切热越来越大, 导致部分材料热分解; 2) 温度的升高降低了材料的粘度, 增加反向压力, 阻碍材料的进步, 并导致实际塑化能量减慢.

结论 随着螺槽深度的增加, 温度均匀性和表观粘度降低, 塑化能力提高, 但产品质量精度下降. 塑化能力随螺杆转速的增加而增加, 但温度和表观粘度的均匀性随螺杆转速的增加而降低. 提高螺杆温度有助于促进表观粘度均匀性，提高产品质量精度; 为保证产品质量和提高生产效率, 深度, 应优化温度和螺杆转速.