注塑机塑化参数对能耗的影响研究.pdfVIP

188 201 1年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集 注塑机塑化参数对能耗的影响研究 李福程珩王国宝 白瑞路亮 太原理工大学机械电子工程研究所，太原030024 摘要通过对料筒平均温度、背压、转速建立正交试验表，模拟计算这些因素对能耗的影响程度，得到注塑一个 产品在不同参数下需要消耗的功率和各参数对能耗的影响程度，然后通过实验验证模拟结果，证实了该研究方法的 正确性及可靠性，该方法为注塑节能和塑化参数方案的确定提供一定依据。 关键词注塑机塑化参数能耗 随着可再生能源日益短缺造成的能耗成本的增 素分别取三个不同的水平值建立正交试验表【3】，首 加，节能减排越来越受到人们的重视，也成为政府衡 先建立注塑机螺杆计量段和流道模型，应用粘弹性 量企业的标准之一。由此节能技术也成为注塑机目 材料流动模拟软件Polyflow进行模拟计算得出驱动 前的发展方向之一。注蝮机的工作性能参数是以最 螺杆的转矩【4J，再通过公式计算得到螺杆的驱动功 大负荷来设计和标定的，但在实际生产中，注塑机一 率和能耗。将模拟结果通过极差分析、综合比较找 般都不是在满负荷的工作状态下工作；注塑机生产 出在T、P、n分别取不同值下所有试验中的最节能方 一个产品的各步骤所需的能耗差别很大，有的时段 案和各塑化参数对能耗的影响程度”j，最后再通过 电机处在空载状态，而且注塑机都是不断重复一个 实验验证模拟结果的正确性和可靠性。 周期的动作规律，工作状态平稳…。所以研究注塑 1 塑化系统参数正交表的建立 机节能具有很大的可行性。 利用T、P、n的三个水平值建立正交表，分析其 伺服电机凭借其自身能根据负载自动调整转 对螺杆驱动功率和能耗的影响。由于螺杆温度由喷 速、高速高响应和低振动的特点有逐步取代传统异 嘴温度、前段温度、中段温度、后端温度、加料段温度 步电机的趋势，其特点为：异步电机的输出是恒定 5段组成，首先考虑其平均温度，调整温度时对每段 的，在低负荷时，包括待机状态，浪费了很大一部分 温度值都调整相同的变化量。塑化系统取3个因 做功；而伺服电机的转速可降低甚至可以停止，因此 素，每个因素取3个水平值，塑化参数如表l所示。 使用伺服电机可作为注塑机节能的重点研究方 表l 计量段塑化参数水平表 向旧J。将伺服电机作为注塑机的动力系统后，其能 水平 T／℃ p，MPa n／r·min一1 水平I 175 O．5 50 耗指标对其影响因素也提出了新要求，包括螺杆的 水平2 180 O．55 55 结构参数、料筒平均温度 7’ 、转速 凡 、背压 P 、水平3 185 0．6 60 动力系统构成、物料等，各因素对注塑机各工作性能 根据所考察的试验因素的个数和水平，选择正 指标的影响相互制约。较复杂。注塑机节能一是从 交试验表厶 33 来确定试验方案，如表2所示。 注塑机生产厂家研发新型节能型注塑机；二是注塑 表2塑化参数正交表 机的用户通过选择合适的塑化参数达到节能减排的 甥化参数 试验号 目的，可操作性较强．但由于用户一般是通过“试 7／℃ p／MPa n／r·min—l M—l 175 0．5 50 凑”方法来确定塑化参数方案，既不能达到能耗最 M一2 175 0．55 55 低又不具有推广性。笔者选择注塑机可以设定的对 M一3 175 O．6 60 3个主要塑化参数对注 M一4 l∞ 0．5 55 能耗有较大影响的T、P和n M一5 l∞ O．55 50 塑机能耗的影响进行研究，找到这3个因素对能耗 M一6 l踟 0．6 ∞ 的影响程度并从中选择一个最合理的塑化参数方 M一7 185 O．5 ∞ 案，以达到降低能耗的目的。该研究结果对确定注 M一8 185 0．55 SO M一9 185 O．6 55 塑节能和塑化参数方案提供一定理论和实验依据。 采用Cross黏度模型表示聚氯乙烯 PVC 熔体2注塑机螺杆计量段及流道几何建模与网格划分 流动黏度特征．根据现有实验条件对T、P、几三个因 根据螺杆运动实际情况，机筒静止螺杆在旋转 李梧．等：＆塑机女纯参啦埘能耗∞影响研究 的同时水平向后退．应用P∥E建立螺杆计量段及 u、r、w——质点在z、Y、 方向的速度分量。 流道三维几何模型，螺杆的计量段L 200mm，将模 根据PVC熔体的流动特征．选择Cross模型表 型导人GAMBIT中进行网格划分和设定边界类型。示PVC熔体的釉度特征，cm曼自方程为： 为了提高计算精度和降低计算量，螺杆内部挖空井 目 o／[1+ Ay “] 由四面体网格划分，流道采用六面体网格划分。图 式中：∞——剪切黏度； l为掇杆和流道在GAMBIT中的模型。 q。——零剪切黏度； ，——剪切速率； ^——自然时