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  • 螺桿轉速和機筒溫度是成型的重要工藝條件

  • 發布日期:2016-07-12
  • 摘要:

      影響螺桿注射成型過程的主要因素來自設備結構,成型的工藝條件(如螺桿轉速,機筒溫度,螺桿行程,預塑背壓等)和聚合物流便性能。當設備結構和物料確定后,成型工藝條件將是影響注射螺桿流道內熔體流場的主要因素。研究注射成型機理,必需研究工藝條件對注射螺桿流道內熔體流暢的影響。Dontula等利用紅外傳感器測量了螺桿轉速、背壓、注射形成、熔體黏度對熔體溫度分布的影響。金志明等研究了加工工藝條件和螺桿參數之間的關系,塔倫了軸向溫差的形成機理。張友跟從理論和實踐上,分析了注射塑化的主要性能,研究了塑化螺桿的結構、工藝參數與塑化質量和計量重復精度的關系。作者探討了不同螺桿轉速和機筒溫度對注射螺桿流道內熔體流場的影響。使用聚合物流體力學軟件Polyfow數值計算了不同轉速下,塑化過程中注射螺桿流道內熔體的流場,討論了轉速對流場中個物力量的影響。數值計算了不同機筒溫度下,塑化和注射過程中螺桿流道內熔體的流暢,討論了溫度對流暢中各物理量的影響。

    1 模型設計
    1.1數學模型
     在注塑機螺桿加工聚丙烯(PP)的過程中,由于PP熔體的高黏性,慣性力和質量力相對于黏性李很蕭,可忽略不計。假設PP熔體為不可壓縮純黏性非牛頓流體,在螺桿流道中是三維非等溫、非穩定層流流動,流道全充滿,流道壁面無滑移,則描述注塑機塑化和注射PP過程熔體的控制方程為:

    螺桿轉速和機筒溫度是影響聚丙烯(PP)成型的重要工藝條件1

     

     采用某公司提供的工藝條件:塑化時螺桿轉速為95r/min,軸移速度為0.0125m/s,背壓為2.5Mpa;注射時螺桿不轉動,注射速度為0.094m/s,PP熔體密度為735kg/m3,進出口壓差為513K。在轉速為45,95,105r/min的條件下,數值

     螺桿轉速和機筒溫度是影響聚丙烯(PP)成型的重要工藝條件2

     

    1.2幾何模型網格和計算方法
     根據某公司提供的螺桿結構尺寸,螺桿直徑為90mm,選取螺桿計量段360mm,螺桿頭錐角為35°的注射螺桿為研究對象。以計量段起點截面的圓點為原點,以流道種現象為z的軸建立直角坐標系。根據機筒靜止、螺桿旋轉并周期性往復運動的特點,分別簡歷了止逆環螺桿流道內熔體三維模型。采用四面體網格劃分螺桿頭、止逆環和螺棱等復雜部位,采用六面體網格劃分機筒和螺桿的柱體部位。螺桿流道的網格總數分別為80576個。為了客服因螺桿運動而帶來的網格劃分的重復工作量,使用了Polyflow軟件包提供的網格疊加技術(MST),自動將螺桿偷喝機筒內的兩部分網格按照運動情況組合。圖1給出了35°錐角止逆螺桿計量段的幾何模型和有限元網格。

     螺桿轉速和機筒溫度是影響聚丙烯(PP)成型的重要工藝條件3

     

     計算了塑化過程中注射螺桿流道內熔體的流場,討論了轉速對流場中熔體流速,剪切速率,溫度,黏性熱和黏度等物理量的影響。在轉速為95r/min和機筒溫度分別為473,513,573K條件下,數值計算了塑化和注射過程中螺桿流道內熔體的流場,討論了溫度對流場中剪切速率,溫度,黏性熱和黏度等物理量的影響。計算中,速度采用Mini-element插值,壓力采用線性插值,黏度采用皮卡插值,能力方程采用上風法插值,用隱式歐拉法聯立求解方程式(1)-(6),計算的收斂精度為10-3,在HPXW6000工作站上完成全部計算工作,最長一次運算機時為14h。分兩部分給出數值計算的結果和討論。由于篇幅限制,僅給出部分計算結果。
    2 結果與討論
    2.1 轉速對螺桿流道內熔體流場的影響
     由于注射螺桿不選擇,僅討論了不同轉速下塑化過程中熔體的非等溫流場。塑化時間為3.76s,研究塑化時間為3.50s時,即接近塑化結束時刻PP熔體的流場。重點討論螺桿與機筒組合流道內PP熔體的流場,選取螺桿流道Oyz界面給出數值計算的結果。圖2-圖4分別給出了不同轉速下螺桿流道Oyz截面上PP熔體的剪切應力場、粘性熱場和黏度長。由圖2-圖4可知,塑化時,從螺桿計量段到螺桿頭部,沿著螺桿z軸正方向,螺桿流道內熔體的剪切應力和黏性熱逐漸變小,溫度稍有升高。將不同轉速下流場中PP熔體各物力量的最大值列表1.如表1所示,當螺桿轉速增大了1.1和1.3倍時,熔體的最大流速分別增大了1.4,1.6倍,最大剪切應力分別增加了0.26,41.00倍,最大黏性熱值分別增加了1.2,2.0倍。轉速增加時,熔體溫度最大值變化不大。正如金志明等的實驗工作指出,隨著螺桿轉速的增加,熔體的流速增大,熔體的剪切應力增加,黏度降低,有利于塑料的加工成型。數值模擬的結果與實驗研究結果一致。黏性熱隨著轉速提高而增大。
    螺桿轉速和機筒溫度是影響聚丙烯(PP)成型的重要工藝條件4

     螺桿轉速和機筒溫度是影響聚丙烯(PP)成型的重要工藝條件5

     
     

    標簽: 機筒螺桿(19)

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