注射螺杆性能研究方案

  • 发布日期:2016-08-18
  • 摘要:实验所用的注射成型机为一台震雄JM88NKIII塑料注射成型机,主要的机器参数见表1。

      随着人们对注塑制品的要求不断升,新的物料的不断出现以及物料成分的复杂化,常用的普通三段式注塑机螺杆已不能满足注塑生产的需求,制品缺陷的出现就反映了这点。本文通过对Maddock注塑螺杆的熔融、温度均匀性、塑化能力等性能,并和三段式通用螺杆进行比较,让读者了解新型Maddock注塑螺杆的优势所在。

    螺杆设计和实验介绍

      实验所用的注射成型机为一台震雄JM88NKIII塑料注射成型机,主要的机器参数见表1。为了了解物料在机筒内的输送和塑化过程,在机筒上开设有5个装有玻璃的可视化窗口,具体位置如图1所示。所使用玻璃是能承受300℃和100MPa压力的特制玻璃。通过相机和摄像机对整个成型周期物料在螺杆内输送、熔融、混合的状态进行记录、分析。为了测量沿程物料的压力和温度变化,在机筒上安装了4个Kistler温度、压力传感器。机筒温度实现闭环控制,与设定值的误差控制在1。C以内。同时在喷嘴处安装有Omega红外温度传感器和Kistler压力传感器,用于测量成型周期内喷嘴处熔体温度、压力的变化。通过数据采集、参数控制系统可以对所有的过程参数实现在线控制和采集。实验用螺杆示意图如图2所示。为了比较Maddock螺杆和通用螺杆的性能差异,采用一根Maddock螺杆和两根三段式通用螺杆,在相同的工艺条件下进行熔融性能、熔体温度均匀性、混合性能、塑化能力等的比较实验。

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    注塑成型机规格

    3结果和讨论

    3.1熔融性能比较

      熔融性能是衡量螺杆性能的主要指标之一。不同于挤出成型,由于螺杆的轴向移动,在相同的螺杆位置,在螺杆转动过程中,固体床的宽度是变化的。因此,与挤出成型的熔融过程相比,即使在塑化阶段,注射成型的熔融过程也是一个非稳态的过程。螺杆参数、加工工艺条件对熔融性能都有影响。图3给出了物料在通用螺杆和Maddock螺杆内的熔融情况。由于Maddock螺杆增加了物料在Maddock元件内的混练作用,其熔融效果远好于三段式通用螺杆,特别是对于三段式螺杆而言,难熔融的物料在通过Maddock段后,均能以熔体的状态进入螺杆前端的储料室,从而提高了塑化效果。

    物料在通用螺杆和Maddock螺杆内的熔融情况

     

    熔体温度均匀性比较
     
      物料塑化后在螺杆头部储料槽内的熔体温度均匀性是衡量注塑螺杆性能的重要指标。引起熔体温度不均的主要原因是:
    1)由于螺杆在塑化过程中后退,使螺杆的有效长度缩短,导致了物料在螺杆一机筒内的热历程不同;
    2)螺杆塑化的间隙性;
    3)在螺杆螺槽深度方向存在温度梯度。
    不同的螺杆设计、不同的加工工艺条件、不同的物料对熔体的温度均匀性都有影响,下面讨论不同的工艺条件和通用螺杆、Maddock螺杆的熔体温度均匀性的关系,并对两者进行比较。
     
    螺杆转速
     
      随着螺杆转速的增加,熔体温度均匀性变差,如图4所示。通常情况下,在较低的螺杆转速下,物料由于剪切产生的热量较少,熔体由于螺杆转速产生的温度差别较小。当螺杆转速提高时,一方面,由于熔体沿螺槽方向倒流和剪切增加,使计量段的熔体有较大的温升;另一方面,当螺杆转速提高,来不及充分预热的物料被向前推进,低温的物料在此段形成的熔体温度较低,因此在螺杆行程的后半段,熔体温度下降更为明显。对于Maddock螺杆而言,随着螺杆转速的增加其混合作用同时增加,所以随螺杆转速的增加,熔体温度均匀性有提高的趋势,因此,Maddock螺杆特别适合在螺杆转速高的情况下工作,这对于提高产量很有益处。

    螺杆转速和机筒温度是成型的重要工艺条件http://www.zssllg.com/news/Industry-News/326.html

     

    不同螺杆转速下通用螺杆和Maddock螺杆温度均匀性的比较

     

    背压

      图6给出了不同背压下熔体温度分布。从图中可以得到:随着背压的增大,熔体温度整体升高,同时熔体温度均匀性提高。当背压较低时,熔体在螺槽内的停留时间较短,剪切生热较少,可视为背压对熔体温度的影响较小;随着背压的增大,螺杆后退速度减慢,倒流增大,使计量段的熔体有较大温升,但低温区比高温区更容易提高温度,使熔体温度均匀性提高。对Maddock螺杆而言,背压对熔体温度均匀性的影响不大,这是由于在进入螺杆头部的储料槽以前,物料经过充分的混合,因此,Maddock螺杆具有更好的加工工艺范围。Maddock螺杆与通用螺杆相比,在相同的工艺条件下,Maddock螺杆不但熔体温度均匀性好,而且熔体温度较低,而低温熔融一直是注塑螺杆所追求的目标之一。
     

    不同背压时通用螺杆和Maddock螺杆温度均匀性比较

     

    塑化能力比较
     
      塑化能力也是衡量注射螺杆性能的另一个重要指标。测量了在相同加工工艺条件下的通用螺杆和Maddock螺杆的塑化能力,以相同工艺条件下塑化时间的长短表示塑化能力的大小,如图7和8所示。图7为随螺杆转速变化塑化能力的变化,随螺杆转速的提高,塑化时间变短;图8为随背压变化塑化能力的变化,随背压的增加,相应的塑化时间变长。可以看到,在相同工艺条件下设计合理的Maddock螺杆的塑化时间较短,其塑化能力比通用螺杆高,尤其在螺杆转速较高下,Maddoek螺杆比通用螺杆具有较高的塑化能力。
     

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    混合性能比较
      混合性能是评价螺杆性能的另一个重要指标。混合包括分散混合和分布混合,上面研究的熔体温度均匀性在某种程度上代表了其分布混合能力,分散混合性能很难定量地测量。通过在物料中加人PC色母料,观察熔料的混合程度,可以判断Maddock螺杆的混合性能远好于三段式通用螺杆。
     
    结论
     随着注塑成型技术的不断发展和对注塑制品要求的提高,通用三段式螺杆已不能满足生产的要求,各种新型螺杆开始被应用于注塑过程。通过对通用螺杆和Maddock螺杆在熔融、熔体温度均匀性、塑化性能、混合性能和低温熔融等方面的比较可以得出:与通用螺杆相比,作为新型螺杆的一种,Maddock螺杆具有非常好的综合性能。

    标签: 螺杆制造(21) 注塑机螺杆(7)

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