螺杆与料筒不同断面形状组合对挤出机流场的影响.pdf

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1、72第42卷，第10期Vo1．42，NO10。工程塑料应用20l4年l月ENG1NEERINGPLASTICSAPPLICATIONOct．2O14doi：lO．3969／j．issn．1001-3539．2014．10．017螺杆与料筒不同断面形状组合对挤出机流场的影响古张帅，李峰，王宁，樊耀耀，陈占春f太原理工大学机械工程学院，太原030024)摘要：从对挤出成型有重要影响的螺杆和螺槽结构形式着手，通过改变螺杆和料筒的螺槽断面形状，使用Polyflow软件对聚乙烯熔体等温状态时在螺杆与料筒不同断面组合形状下的挤

2、出过程进行数值模拟。通过对比分析压力分布和剪切速率的变化，综合考虑对剪切速率和生产效率的影响，得出螺杆和料筒螺槽断面形状均为梯形形状时可以得到较好的剪切效果。关键词：单螺杆；螺槽形状；数值模拟；剪切速率中图分类号：TP391．7。TQ320．5+2文献标识码：A文章编号：1001．3539(2o14)1o．0072．04InfluenceofScrewandChannelSectionalShapesonExtruderFlowFieldZhangShuai，LiFeng，WangNing，FanYaoyao，Ch

3、enZhanchun(SchoolofMechanicalEngineering，TaiyuanUniversity，Taiyuan030024，China)Abstract：Thestructureofscrewsandchannelshadgreateffectsontheextrudingperformance．Bychangingthesectionshapesofscrewandchannels，theextrudingprocessofPEmeltinisothermalflowfieldswassim

4、ulatedwithPolyflOWsoftware．Bycomparingthevariationofpressurefieldsandshearingratefieldswitheachother，itwasconcludedthattrapezoidscrewandchannelcouldleadtogoodshearingeffect．Keywords：singlescrew；channelstructure；numericalsimulation；shearingrate挤出成型因其可实现连续自动化生产控

5、制而(3)流体充满分析区域，忽略重力、惯性力(远逐渐发展成为塑料成型加工领域中变化多、生产率小于粘滞力)；高、适应性强、用途广泛、所占比例较大的成型加工(4)螺筒内壁与螺杆表面无滑移。方法[1-2]o螺杆和料筒作为影响剪切效果和生产量基本方程如下：的重要因素，其结构参数已经逐渐成为人们设计强r=27／7D(1)剪切力化学反应挤出装置的突破口。为了探究不同=~／2D：D(2)参数对挤出效果的影响，国内外不少专家学者在尝试用不同方法对挤出过程进行模拟[3-7]o笔者从对式中：应力张量；挤出成型有重要影响的螺杆结构形式着

6、手，通过改珂一表观黏度；变螺杆和料筒的螺槽形状，用Polyflow软件对各种]一剪切速率；组合形式进行模拟，对比其压力分布和剪切速率变D一变形速率张量。化，得出剪切速率和传输效率综合效果最好的方案，1．2物理模型从而得到一套适用于新型强剪切单螺杆力反应挤出螺杆和料筒形状如图1所示。图中螺杆直机的螺杆和料筒形状组合方案。径90mm，螺杆螺槽深度4．5mm，螺杆螺槽顶端1数学模型与物理模型与料筒螺槽顶端的间隙为2mm，料筒上开有槽1．1数学模型深为2mm的左旋螺旋槽，螺杆和料筒长度均为为了便于计算，物料在流道内的运动过

7、程简化270rntTl。如下：+国家青年科学基金项目(51303123)，太原理工大学青年基金项(1)流场为等温流场；目f2012L0651f2)流体为满足Bird—Carreau模型方程的非牛联系人：陈占春，讲师，主要从事高聚物加工及形态结构的研究顿不可压缩流体，且在流体域内做层流运动；收稿日期：2014—07．12张帅，等：螺杆与料筒不同断面形状组合对挤出机流场的影响732．2模拟结果分析(1)料筒的螺槽断面为矩形。当料筒螺槽断面形状选用矩形，螺杆螺棱断面形状分别选取三角形、矩形、梯形三种形状时压强以及剪切速率

8、分布如图3所示。(a)(b)a-螺杆与流体域几何模型；b一料筒内部结构图1螺杆和流体域结构1．3设定模拟参数采用PolyflOW软件对聚乙烯在不同结构的螺杆和料筒组合流场中的挤出过程进行数值模拟，沿螺杆轴向位移／m(a)求出其对应的压力场和剪切速率的变化。为了便于计算，设置流体为广义牛顿等温流体，采用mini—三element插值，压力采用线性插值，使用Pi