注塑螺杆的结构设计及塑化过程数值模拟研究

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1、注塑螺杆的结构设计及塑化过程数值模拟研究摘要注塑是塑料加工中重要的成型方法之一。注塑件质量的好坏不仅与注塑过程息息相关，也与塑料的塑化质量有着密不可分的关系。而螺杆是往复式单螺杆注塑机的关键塑化部件：此外，不同种类的塑料，其比热容、导热性、稳定性及粘度都存在差异，因此，研究螺杆结构并设计新型专用注塑螺杆逐渐成为改善塑料塑化效果的新趋势。本文对注射成型塑化过程的理论基础及其影响因素，螺杆设计方法，采用流动模拟软件优化螺杆设计参数进而设计专用注塑螺杆等方面进行了研究，主要工作如下：首先分析了注塑螺杆塑化过程中的理论基础，包括固体输送理论，熔融理论和熔体输送理论；进而详细

2、讨论了影响物料塑化效果的因素：在工艺参数方面，讨论了螺杆转速、料筒各段加热温度、背压、成型周期等对塑化效果的影响；在注塑螺杆方面，讨论了螺杆的长径比、计量段长度、计量段螺槽深度、螺杆与料筒间隙等多个参数对塑化效果的影响，并考虑了螺杆头部结构对注射过程的影响；分析了在螺杆计量段(或压缩段)添加混炼／剪切元件，可以弥补注塑螺杆相比于挤出螺杆固有的不足，提高物料塑化的均一性。还提出了衡量一根注塑螺杆设计是否成功的标准：在满足塑化温度均一性、组分均一性和计量精度的前提下，追求大的塑化能力；归纳并总结了常用注塑螺杆结构设计时参数取值的经验公式，介绍了目前出现的多种新型注塑螺杆

3、的结构。接着讨论了两种简化形式下建立的塑化计量段流体流道模型，分析了影响熔融流体粘度的四个因素，在此前提下，讨论了在Adina流体分析模块中模拟塑化过程时应该采用的边界条件和熔融流体的粘度本构方程。最后，以硬质PVC为例，利用所总结的经验公式初步设定了PVC专用注塑螺杆的部分结构参数范围，进而采用正交试验法在Adina．F中进行了塑化模拟分析，通过观察熔体在计量段的剪切应力场、压力场和速度场，优选了计量段参数和塑化PVC的螺杆转速，最终设计了PVC专用注塑螺杆，并进行了三维建模。关键词：注射成型，螺杆，结构设计，数值模拟oNSTRUCTUREDESIGNANDPLA

4、STICIZATIoNPRoCESSNUMERICALSIMULATIONoFTHEINJECTIONSCREWABSTRACTInjectionmoldingisoneofthemostimportantmethodstomanufactureplasticproducts．Thequalityoftheproductsisnotonlyrelatedtotheinjectionprocess，butalsorelatedtotheplasticizationquality．Screwisthekeyplasticization—componentofinject

5、ionmoldingmachinewithreciprocatingscrew；Besides，differentpolymerhasdifferentspecificheat，heattransferability,heatstabilityandviscosity,SOstudyingthestructureofinjectionscrewanddesignspecialinjectionscrewfordifferentpolymerisbecomingallusefulmeanstoimprovetheplasticizationqualityandprod

6、uctsquality．Inthisdissertation，thetheoreticalprincipleandinfluencefactorsofplasticizationprocess，thewaytodesignaninjectionscrew,theparameters’simulationoptimizationofinjectionscrewinCFDs01．arealealltotallydiscussed，followingsarethedetails：Firstly,theplasticizationprocess’theoreticalpri

7、ncipleofinjectionscrewisanalyzed，includingsolidfeedingtheory,meltedtheoryandfusedmassfeedingtheory．Theinfluencefactorsofplasticizationprocessaretalkedaboutinsuccession：inaspectofprocessparameters，effectoftherotationspeedofscrew,thetemperatureineachpartofthebarrel，backpressureandinjec