盘式注塑机塑化单元熔融过程的实验及理论研究

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随着微纳制造技术的不断发展,作为微纳制造技术的一个重要方向,微注塑制品在越来越多的领域得到应用,盘式注塑机作为一种具有高精度、高速,适合于微纳制品的新型微注塑机得到了开发,磨盘作为盘式注塑机塑化单元的关键零件,其熔融性能对制品的质量起着决定性的作用。目前,对盘式注塑机熔融塑化机理的研究缺乏,开展盘式注塑机塑化单元熔融过程的实验及理论研究,对优化盘式注塑机塑化单元的设计和成型工艺,获得更高质量的微注塑制品具有重要意义。论文通过对盘式注塑机塑化单元熔融塑化过程的实验研究,探究磨盘结构及工艺参数对熔融塑化的影响,建立了磨盘旋转与停转阶段的物理与数学模型并利用MATLAB对熔融过程进行数值模拟。完成的主要工作如下:(1)利用两种不同结构的磨盘实验研究盘式注塑机的熔融塑化过程,观察了高密度聚乙烯物料在盘式注塑机磨盘内的熔融状态,观测了物料在磨盘螺槽内沿输送方向熔池宽度的变化,探究了定盘温度、动盘转速、动定盘间隙、动盘停转时间等对物料在磨盘内熔融过程的影响规律,并分析了盘式注塑机的熔融塑化机理。(2)基于盘式注塑机的实验研究结果,将物料在磨盘内的熔融过程分为熔融延迟段和熔融段,建立了磨盘旋转阶段物料在螺槽内的熔融过程物理模型,采用微元分析方法获得了微元的质量、动量、压力、温度等的控制方程和界面平衡方程,确立了其边界条件和初始条件,并讨论了其求解流程。(3)根据熔融塑化实验结果,分析建立了磨盘停转阶段熔融延迟段和熔融段的物理模型,基于物理模型,利用微元分析方法建立了熔融延迟段固体床、熔膜的热传导方程和界面平衡方程,熔融段固体床、熔膜、熔池的热传导方程和界面平衡方程,确立了边界和初始条件,并讨论了其求解流程。(4)基于所建立的数学模型利用MATLAB采用有限差分法对磨盘在旋转和停转阶段的熔融过程进行了数值模拟,求解得到了熔融过程的固体床输送速度、熔融速率、熔膜流率、熔池宽度等参数,研究分析了动盘转速、螺槽宽度对熔融延迟段和熔融段固体床输送速度、熔融速率、熔膜流率、熔池宽度等的影响规律。
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