單螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

單螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

田普建從單螺桿擠出機(jī)的擠出過程及擠出理論出發(fā)，分析螺桿結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)對(duì)螺桿塑化性能的影響，提出衡量螺桿塑化性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，并以此為優(yōu)化目標(biāo)，以聚丙烯(PP)/竹粉為例，對(duì)螺桿的相關(guān)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：木塑復(fù)合材料專用螺桿較普通塑料用螺桿更利于木塑復(fù)合材料熔體的輸送，避免了因?yàn)槟舅軓?fù)合材料熔體黏度增加而出現(xiàn)一系列問題。對(duì)物料塑化計(jì)量段壓力場(chǎng)影響的因素大小依次為：計(jì)量段螺槽深度、螺紋升角、螺棱寬度。若增大螺槽深度，減小螺紋升角，可有效降低計(jì)量段所需要的能耗。這是因?yàn)槁莶凵疃仍酱?，螺紋升角越小，熔體前進(jìn)阻力越小，計(jì)量段輸送熔體消耗的能量就越少。螺棱寬度增加，計(jì)量段輸送熔體所消耗的能量有增加的趨勢(shì)，但增加趨勢(shì)比較平緩；若過多增加螺棱寬度，則螺棱上的動(dòng)力消耗也會(huì)增加，并且會(huì)出現(xiàn)局部過熱的危險(xiǎn)，螺棱寬度應(yīng)控制在某一個(gè)合適的范圍。利用Pro/E分析軟件，最終確定了最適宜的擠出機(jī)螺桿因素，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

黃志剛基于正交實(shí)驗(yàn)法與Matlab模擬仿真相結(jié)合的方法對(duì)單螺桿擠出機(jī)的固體輸送段進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對(duì)目標(biāo)進(jìn)行多方面的優(yōu)化分析得到最優(yōu)結(jié)果，得出固體輸送段的單螺桿幾何參數(shù)對(duì)固體輸送速率和固體輸送效率的影響，以及最優(yōu)的螺桿參數(shù)組合。優(yōu)化過程：首先，采用模擬計(jì)算與正交試驗(yàn)法相結(jié)合，可以快速、高效地對(duì)單螺桿擠出機(jī)的螺桿進(jìn)行優(yōu)化；其次，由于螺槽寬度對(duì)固體輸送速率和固體輸送效率的影響較大，螺距對(duì)固體輸送速率的影響最大，故利用Matlab軟件對(duì)單螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證上述兩因素對(duì)物料在擠出過程中的影響控制在合理范圍。結(jié)果表明：通過優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的結(jié)果不僅有較高的可靠度，而且還能縮短單螺桿的設(shè)計(jì)周期，降低研發(fā)成本。

梁斌、薛平等對(duì)新型螺桿擠出機(jī)的螺桿建立了符合實(shí)際尺寸與形狀的有限元模型，利用ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)力分析并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，證明合理地利用有限元方法進(jìn)行模擬計(jì)算，可對(duì)擠出工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，獲得合理的最佳方案。

梁基照討論了單螺桿擠出機(jī)螺桿加料段的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。以單位產(chǎn)量的能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立簡(jiǎn)化的擠出機(jī)加料段螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用約束坐標(biāo)輪換法求解，螺槽寬度、螺槽深度和螺紋升角的最佳值均位于或接近文獻(xiàn)中所建議的最佳取值范圍。梁基照還討論了單螺桿擠出機(jī)螺桿熔融段的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。研究中提到螺槽深度、螺棱頂寬度和螺紋升角直接關(guān)系到擠出機(jī)的生產(chǎn)能力、塑化質(zhì)量和能耗，并以這些幾何參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以單位產(chǎn)量能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了簡(jiǎn)化的擠出機(jī)熔融段螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用約束復(fù)合形法求解。從而得到了螺桿熔融段起、末端的螺槽深度，螺棱頂寬度和螺紋升角的最佳值，使螺桿熔融段得到了優(yōu)化。

此外，梁基照還討論了擠出機(jī)螺桿計(jì)量段的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。應(yīng)用黏性流體動(dòng)力學(xué)基本方程，分析了聚合物物料在螺槽中的流動(dòng)。以單位產(chǎn)量能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立簡(jiǎn)化的擠出機(jī)計(jì)量段螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用約束隨機(jī)方向法求解。結(jié)果表明：螺槽深度、螺紋棱頂寬度、螺紋棱頂與機(jī)筒間隙和螺紋升角均位于或接近于文獻(xiàn)中所建議的最佳取值范圍。

高崗采用三維造型軟件UG對(duì)不同結(jié)構(gòu)的三角槽屏障混煉元件進(jìn)行三維建模，然后利用有限元分析軟件Polyflow對(duì)混煉元件流場(chǎng)進(jìn)行三維非等溫?cái)?shù)值模擬，并借助流場(chǎng)的壓力、速度、溫度、剪切速率、混合指數(shù)和平均解聚功等參數(shù)對(duì)其流場(chǎng)特性和混煉效果進(jìn)行分析表征。最后，借助于線型低密度聚乙烯(LLDPE)/CaCO3共混物實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析，得到如下結(jié)論：(1)三角槽形狀是影響混煉元件流場(chǎng)混煉效果的主要因素。在所研究的4種三角槽屏障混煉元件中，等腰反向三角槽屏障混煉元件流場(chǎng)的最高壓力、剪切棱兩側(cè)的最大壓差及高剪切區(qū)比例均高于其他結(jié)構(gòu)混煉元件，流場(chǎng)的溫升更高，剪切棱對(duì)物料的破碎和磨蝕作用最強(qiáng)，共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑最小，材料拉伸力學(xué)性能最好；(2)剪切棱寬度和剪切棱徑向間隙也對(duì)混煉元件流場(chǎng)的混煉效果有重要影響。其中剪切棱寬度為5mm、剪切棱徑向間隙為2mm的三角槽屏障混煉元件對(duì)物料的剪切作用和分散混合作用最好，共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑最小，材料拉伸力學(xué)性能最好；(3)適當(dāng)提高螺桿轉(zhuǎn)速可有效減小共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑，提高混煉元件的總體混煉效果。節(jié)能加熱圈

青島昆侖海塑專業(yè)生產(chǎn)各類塑料管材生產(chǎn)線、片材生產(chǎn)線、型材生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，高效生產(chǎn)，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。