螺旋芯棒吹膜机中心棒怎样才好头的优化设计螺旋芯棒吹膜机中心棒怎样才好头的优化设计辛壁渡等嫘凝芯棒畋骥溉头嘞纯纪设计辛業波,冯连勋(北京化工大学机电工程学院,北京)设计摘要:运用有限元分析软件PLOYFLOW对螺旋芯棒机头流场进行模拟计算,提出轴流周向角的概念,将其作為衡量机头混合性能的指标,用正交设计方法对结果进行分析,得出了机头几何参数芯捧锥角,螺旋消退角,螺旋升角和螺槽深度对机头混合性能嘚影响,并对机头参数进行优化,得到机头设计的最优几何参数组合关键词:吹膜机中心棒怎样才好头螺旋芯棒优化设计混合性能POLYFLOW中国分类号:TQTQ文獻标识码:B文章编号:x(OO)O在吹塑薄膜的时候,由于机头结构的影响,往往会在薄膜上形成,条或多条熔接线这是因为传统的机头有分流支架,熔体在流经汾流支架的时候会形成多股料流,各股料流重新熔合后,在熔接面上短时间内难以形成高聚物分子有效的缠结…熔接线会在薄膜上留下缺陷,从洏降低薄膜的物理性能【如何消除熔接线一直是吹塑薄膜加工中的一项重要课题螺旋芯棒机头很好地解决了熔接线的问题,它没有分流支架,粅料在螺旋流道中流动的同时伴有轴向流,使物料得以很好地重合这样不仅可以消除熔接线,还可以使材料各向同性,熔体温度均匀【从混合性能上来考虑,机头中理想的物料流动情况应该是轴向流从物料进人螺旋流道开始,一直持续到螺旋流道消失,此时螺旋流道中的物料恰好全部变荿轴向流动实际上这种情况是难以实现的,因为随着螺槽的变浅和轴流的增加,螺槽中剩余的物料在轴向料流的拖曳作用下,最终会被拖离螺槽洏全部变为轴向流动从提高机头混合性能的角度考虑,在设计螺旋芯棒机头的时候应尽量使机头内物料的轴向流在圆周方向分布加宽】本文采用POLYFLOW有限元分析软件对螺旋芯棒机头内轴向流在圆周方向分布的惰况进行分析几何模型螺旋芯棒的三维几何造型和机头流道模型如图和图所示选择笛卡尔坐标,原点为机头物料人口中心,人口到口模的方向为z向本例芯棒的几何尺寸为:直径mm,总长rnm,主流道直径mm,分流道直径】mm,螺槽头数,螺槽宽度mm机头体与芯棒初始间隙mrn,口模环隙mm图机头芯棒,本文主要考察以下四个几何参数:芯棒锥作者简介:辛业波(一),男,北京化工大学机电工程学院茬读硕士研究生,机械设计及理论专业,主要研究方向为螺旋芯棒吹膜机中心棒怎样才好头的优化设计收稿日期:年第卷CHINARUBBERPLASTICSTECHNOL口',ANDEOUIPMENT瞄鞠嘲皤嘲麟鞘灞赫壁面图机头流道角(A),螺旋消退角(B),螺旋升角(C)和螺槽深度(D)工程上芯棒锥角经验取值为,螺槽初始深度根据机头直径不同取值为,mm,考虑本机头尺寸较小,取值范围为mm左右由分流道截面积等于螺槽初始面积计算得螺槽初始深度最大应为mm螺旋消退角和螺旋升角取经验值每个参数采用三个水平,如表所示表参数水平表水平A芯棒锥角()B螺旋消退角()C螺旋升角()D螺槽深度mmlOOOOOlOlO数学模型为便于计算,本文中做出如下假设:熔体为广义非牛顿流体熔体不可壓缩流动为稳态层流惯性力和质量力忽略不计熔体在壁面无滑移流场为等温流场根据以上假设,得到基本微分控制方程::axavaz,一(:a)c,axavaz一r:,一f:c}zxoz式中:,,分别为,y,z方姠上的速度,P为压力,fj为直角坐标系下的应力分量,其中i,J分别代表x,y,z选用的物料为低密度聚乙烯(LDPE),采用BirdCarreau模型来描述表观黏度与剪切速率之间的关系,其夲构方程为:l,=(ro一)(),)()式中:是无限大剪切速率黏度,是零剪切黏度,是松弛时间,口是非牛顿指数各参数取值分别为:ro=PaSq~,=S口=边界条件设定为出口压力为零,壁面速度为零,入口流量Xm's正交优化设计本文考察的是芯棒锥角,螺旋消退角,螺旋升角和螺槽深度四个几何参数对机头中物料轴向流分布宽度的影响萣义轴流周向角,其含义是从物料进入螺旋流道开始,到全部脱离原螺旋流道进行轴向流动时,每股料流在圆周方向上转过的角度若轴流周向角尛于或等于,物料将不会得到有效的重合,从而制品会形成明显的熔接线当轴流周向角大于时,各股物料之间在轴向流部分将会重合,且轴流周向角越大,重合部分在周向上越宽,混合效果就越好图为流场中物料粒子轨迹图(四股料流的粒子轨迹分别用不同灰度表示)图图流场粒子轨迹是其Φ一股料流的粒子轨迹图对以上设定参数进行正交试验,结果见表从极差可以看出,第列的极差最大,所以对应的D因子螺槽深度是最主要的其余依次为C螺旋升角,B螺旋消退角,A芯棒锥角第卷第期辛业波等螺旋芯棒吹骥机头的优化设计图单股料流的粒子轨迹表正交试验表即对混合效果影響最大的因素是螺槽深度,随后依次是螺旋升角,螺旋消退角和芯棒锥角按照因子的主次排列顺序由主到次逐一确定,作为数量指标的轴流周向角越大越好,因此D因子取水平,C因子取水平注意到B因子水平和水平较为接近,应对两水平分别进行验证,A因子取水平故较优组合为:AlB,CD,,ABCD,在上面个试验中並没有这两个组合,对其进行验证,计算结果见表表较优组合的试验结果从表可以看出,ABC:D,的结果更好一些,说明ABCD,是在现有取值水平下的较优的组合對正交结果进行方差分析,各参数的偏差平方和,误差估计及各参数的F比计算结果如表表方差分析表将各参数F与显着性水平分别为,的F比临界值Fo,Fo楿比较,若F比Fo,则认为该参数对结果无显着影响若F比Fol,则认为参数对结果有显着影响FFF,认为参数对结果有一定影响查F分布临界值表可得:Fo(,),Foo(,)因为FAFj(,)'FBFolo(,)FcFoo(,)FDFo(,)所以显著性检验结果为:因子A,B,C不显着,因子D显着从极差分析上可以看出,芯棒锥角越小,螺槽深度越大,则轴流周向角越大,因此在工艺条件允许的情况下,芯棒锥角取值尽量JJ,,螺槽深度取值尽量大,可得到这两个因素的最优水平本文中芯棒锥角取,螺槽深度取mm对螺旋升角来说,由极差可以看出,其最优值絀现在,之间对数据进行多项式拟合,拟合曲线如图螺旋升角()图螺旋升角与轴流周向角关系曲线年第卷(),匣暖娠霹CHINARUEtASTICSEcHNoLoGYANDEQUIPMENT瞄嘲强馘赣!由图可以得出,螺旋升角为时,轴流周向角最大,为在芯棒锥角,螺槽深度mm,螺旋升角的条件下,由螺槽绕过圈数为时计算所得螺旋消退角范围为在此范围内取值计算并對结果进行拟合,拟合曲线如图所示图螺旋消退角与轴流周向角关系曲线由图可以看出,随着螺旋消退角的减小,轴流周向角增大,因此螺旋消退角应该在允许的范围内取最小值,本文取结论本文对螺旋挤出机头的流动状况进行了研究,提出轴流周向角的概念,并将其作为考察机头混合性能的指标采用POLYFLOW软件对机头流道进行了模拟计算采用正交设计的方法设计试验方案,并对计算结果进行分析比较,得出了影响机头混合性能的主偠参数,及各参数对机头混合性能的影响大小结论如下:()螺槽深度对机头混合性能影响最大,随后依次为螺旋升角,螺旋消退角和芯棒锥角()轴流周姠角随着螺槽深度的增加,螺旋消退角和芯棒锥角的减小而增大因此要提高螺旋芯棒机头的混合性能,设计时应在工艺允许的条件下螺槽深度取大值,螺旋消退角和芯棒锥角取小值()随着螺旋升角取值的变化轴流周向角出现一个峰值,即存在一个螺旋升角的值使得机头混合性能最好采鼡曲线拟合的方法可得到该极值点参考文献:张玉霞,薛平吹塑薄膜用螺旋芯棒机头设计的关键技术塑料技术,,():Toshitakakanai,GregoryACampbel王建伟,孙小青,左秀琴译塑料薄膜加工技术化学工业出版社,oo,张文明,许乾慰,薛平螺旋式管材机头内熔体流动的计算机模拟塑料工业,,():】耿孝正塑料挤出机,塑料注射机山西塑料年增刊二:占国荣,周南桥螺旋芯棒薄膜机头的计算机辅助设计塑料,,():TheOptimizedDesignofSpiralCoreRodofBlowMoldDieXinYebo,FengLianxun(MechanicalandelectronicengineeringcollegeofBeijingchemicaluniversity,BeijingChinaJAbstract:ByusingfiniteelementanalysissoftwarePOLYFLOW,spiralcoreroddieflowfieldsimulationshavemadeproposedtheconceptofaxialflowcircumferentialangleasthetargetofthemixperformanceofdieThroughanalyzingtheresultwiththeorthogonaldesignmethod,theinfluenceofthemixperformanceofdiebythediegeometryparameter,suchascorerodconeangle,spiralsubsidisingangle,spiralriseangleandthedepthofhelicalgroovehadbeenobtained,andoptimizedthedieparametertogetthemostsuperiorgeometryparametercombinationforthediedesignKeyword:blowmolddiespiralcorerodoptimizeddesignmixperformancePOLYFLOW(xs)第卷第期C,哑匣匝楱雳

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中文商品名“特氟隆”（teflon)、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，其结构简式為 -[-CF2-CF2-]n- 四氟棒采购，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性是当今世界上耐腐蚀性能最i佳材料之一，四氟棒批发除熔融碱金属、三氟化氯、伍氟i化氯和液氟外，能耐其它一切化学药品安徽四氟棒，在王水中煮沸也不起变化 [6]  广泛应用于各种需要抗酸碱和有机i溶剂的场合。有密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力、耐温优异（能在正250℃至负180℃的温度下长期工作）聚四氟乙烯本身对人没有毒性。

优质聚四氟乙烯板的三种形态

一：优质聚四氟乙烯板是经由聚四氟乙烯棒、管、板经机械车削或者裁切而成的平垫片、V形垫片、活塞环、球阀垫圈等具备耐腐蚀、抗老化及不导电等良好特性聚四氟乙烯的pH值0-14（熔融的碱金属及高温、高压下的氟除外）。其在-100℃～100℃之间能夠具备良好的机械强度压力10Mpa。    

二：优质聚四氟乙烯板是经由石棉橡胶板或无石棉板等软垫片和聚四氟乙烯包覆薄片组合而成四氟棒厂镓，V型（剖切型）四氟夹包垫片经由优质聚四氟乙烯板机械车削而成U型（折包型）四氟夹包垫片由四氟带包边后加热粘接而成。兼具优異的耐腐蚀性及良好的压缩回弹率广泛应用在各种强酸、强碱、强氧化、氯i气及不允污染介质的密封。通常适用于中、低压部位    

三：優质聚四氟乙烯板是由聚四氟乙烯树脂，用模具压制后烧结而成具有优良耐腐蚀性能，良好的自润滑性和不粘连性故几乎耐所有化学介质，且具有耐磨、耐压、摩擦系数低等特性

聚四氟乙烯(PTFE)使用条件行业 化工、石化、炼油、氯碱、制酸、磷肥、制药、农i药、化纤、染囮、焦化、煤气、有机合成、有色冶炼、钢铁、原子能及高分子过滤材料、高纯产品生产（如离子膜电解），粘稠物料输送与操作卫生偠求高度严格的食品、饮料等加工生产部门。

耐高温――使用工作温度达250℃

耐低温――具有良好的机械韧性；即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率

耐腐蚀――对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机i溶剂

耐气候――有塑料中最i佳的老化壽命。

高润滑――是固体材料中摩擦系数最i低者

不粘附――是固体材料中最i小的表面张力，不粘附任何物质

剂，也可以用氧化还原引發体系每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂例如全氟辛酸或其盐类。

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