常规三段式注塑螺杆的模拟及优化

论文摘要

螺杆是注塑机塑化系统的核心部件,要实现物料的均匀塑化,最重要的是螺杆的结构和形式。以往设计人员主要是根据经验和挤出机塑化理论来确定螺杆的结构参数,而实际上注塑螺杆具有间歇工作和轴向运动的特点,这与挤出机螺杆是有所不同的。随着物料种类的不断增加以及人们对注塑制品质量要求的不断提高,系统深入地研究注塑螺杆就显得日益重要和迫切。本文首先建立了注塑螺杆的模拟及优化平台,该平台以Injection Molding Plastification (IMP)软件为基础,结合DOE(实验设计)方法,将注塑螺杆的设计优化过程视为一个在经验基础上的实验过程,根据实际经验确定实验参数(螺杆关键结构参数)及优化目标(产量、温度等工艺参数),实验过程就是针对不同的参数组合(不同结构的螺杆)采用IMP软件进行模拟,模拟得到的结果就是实验结果,在此基础上进行实验结果的分析和优化,根据所希望的优化目标和约束条件可得到优化的螺杆结构参数。本文重点对常规三段式螺杆的计量段结构进行了研究,分别采用模拟优化和实验优化的方法对计量段槽深和导程进行了优化。在此基础上设计了组合式的注塑螺杆结构,可实现多种螺杆形式的实验研究。在螺杆的模拟优化之前,本文对IMP软件的可靠性和准确性进行了初步验证,通过比较模拟和实验获得的螺杆沿程压力、螺杆扭矩,结果表明该软件基本上能够较准确地反映实际加工过程。为了尽量减少注塑工艺对螺杆优化过程的影响,本文利用DOE方法对几个主要的塑化工艺参数(螺杆转速、加工温度、螺杆背压、储料长度)进行了优化,得到了优化的工艺条件。在该工艺条件下,对常规三段式螺杆展开模拟和实验研究。结果表明采用模拟和实验优化方法得到的结果是比较接近的。本文还研究了优化的计量段槽深和导程与螺杆性能之间的关系,从而进一步对螺杆性能进行评价。即当计量段导程取优化值时,分析计量段槽深的变化对螺杆性能的影响,从制品的重量重复性、注射功重复性、塑化熔体的黏度均匀性、制品的力学性能、螺杆的塑化能力等五个方面对螺杆性能进行评价,结果表明,对于加工结晶型物料(PP)来说,计量段适合采用大槽深小导程的设计；对于加工无定形物料(PS)来说,计量段适合采用小槽深大导程的结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 注塑成型技术及装备概述
• 1.1.1 注塑成型技术的国内外现状
• 1.1.2 注射成型机的发展趋势及市场需求
• 1.2 注射成型螺杆的设计研究
• 1.2.1 注射成型螺杆的研究现状
• 1.2.2 注射螺杆的设计
• 1.3 注射螺杆模拟的国内外研究现状
• 1.3.1 有限元模拟技术
• 1.3.2 理论模型计算方法
• 1.4 本课题的主要研究内容、目的和意义
• 1.4.1 本课题的主要研究内容
• 1.4.2 本课题的研究目的和意义
• 第二章 研究条件
• 引言
• 2.1 模拟部分
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及工艺条件
• 2.2.1.1 实验材料
• 2.2.1.2 实验工艺条件设计
• 2.2.2 实验仪器设备及方法
• 2.2.2.1 实验仪器及设备
• 2.2.2.2 实验方法
• 2.3 优化螺杆结构参数的DOE方法
• 第三章 注射成型螺杆模拟优化平台的建立
• 引言
• 3.1 注射成型螺杆模拟及优化平台的建立
• 3.2 注射成型螺杆塑化过程的模拟
• 3.2.1 模拟前准备
• 3.2.2 新建一个模拟项目
• 3.2.3 确定螺杆的结构参数及模拟加工工艺
• 3.2.4 计算
• 3.3 模拟结果的正交实验分析及螺杆结构的优化
• 第四章 注射成型螺杆计量段槽深和导程的优化
• 引言
• 4.1 注射螺杆计量段槽深和导程的模拟优化
• 4.1.1 IMP软件模拟结果的可靠性验证
• 4.1.2 变计量段槽深和导程的常规单螺杆的模拟及优化
• 4.1.2.1 注射螺杆的模拟及其结果分析
• 4.1.2.2 模拟结果的DOE分析及优化
• 4.2 注射螺杆计量段槽深和导程的实验优化
• 4.2.1 注射螺杆塑化工艺的优化
• 4.2.2 实验结果的DOE分析及优化
• 4.3 注射螺杆的模拟优化与实验优化结果对比
• 第五章 计量段槽深和导程对注射螺杆性能的影响研究
• 引言
• 5.1 成型制品的重复性研究
• 5.1.1 制品的重量重复性
• 5.1.1.1 理论依据
• 5.1.1.2 实验结果分析
• 5.1.2 注射功重复性
• 5.1.2.1 理论依据
• 5.1.2.2 实验结果分析
• 5.2 熔体黏度均匀性研究
• 5.2.1 理论依据
• 5.2.2 实验分析
• 5.3 制品的力学性能
• 5.3.1 理论依据
• 5.3.2 实验分析
• 5.4 螺杆的塑化能力
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 课题有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书