注塑机精密塑化机理的研究
注射成型是聚合物加工最主要的方法之一,近年来随着各行业对注塑制品的要求日益提高,人们更加关注注射成型技术的精密化。影响精密注射成型制品质量及重复精度的因素有很多,如塑化系统、注射系统、合模系统、液压系统、控制系统、成型模具、工艺条件、原材料等。本文以注射成型的精密性为中心,主要对于注射成型技术中最为关键的塑化系统,特别是注射螺杆的结构和性能予以研究,采用实验的方法对精密塑化机理进行分析,包括精密塑化系统的要求、精密注射螺杆性能的检测方法,精密注射螺杆的结构参数优化方法,特别是超声波在注塑机在线检测中的应用,构建了精密注射螺杆性能评价体系。为了提高注塑机的重复精度,探索了基于超声波在线测量熔体密度的方法,并提出变体积计量为重量计量的精密控制方法。
本文主要研究工作如下:
1、建立了注塑机精密塑化系统性能检测的实验平台,包括注塑机动态参数采集系统、熔体测温装置、转速转矩测试仪、相关模具及压力温度传感器等,可实现对注塑工艺参数:螺杆转速、功率、熔体温度、熔体压力、油缸压力、注射功等参数的在线采集。
2、从精密塑化系统的要求出发,分析了精密塑化所需要满足的熔体质量条件,及塑化性能与制品精度之间的关系,初步对精密塑化机理进行分析,并构建精密塑化系统(主要是注射螺杆)的评价体系。
3、系统地研究了注塑过程中精密塑化系统的检测方法,主要是熔体均匀性,包括熔体温度均匀性、熔体黏度均匀性、熔体密度均匀性、熔体分散混合效果,以及注塑机计量准确性、注射稳定性及停留时间分布多方面的性能测试方法,尤其是超声波用于注射成型过程中的在线测量方法；
4、为消除工艺条件的影响,特别采用DOE试验设计方法,对注塑过程有显著影响的四个工艺条件(机筒温度、螺杆转速、背压及储料长度)进行实验方案设计,按照所设计的工艺组合方案,应用上述所研究的性能测试方法对不同结构的螺杆进行相关检测,一方面验证检测方法的可行性,同时从塑化系统主要性能与制品重复精度的对比性研究定量分析精密塑化螺杆结构与制品精度的关系；
5、根据聚合物pVT测试技术原理,研制了超声波熔体测量系统,分析了无机粒子填充聚合物的超声波信号变化、传播速度及衰减的规律,以及单一聚合物熔体在不同温度和压力状态下的超声波传播速度的变化规律；
6、对超声波表征熔体密度的方法进行了探索性研究,从理论及实验两方面验证了该方法的可行性,该方法不仅可用于最优工艺参数的在线调试,也可用于实现变体积计量为重量计量的精密控制方法的研究,并基于此提出重量控制(m控制)的精密控制概念；
7、研究了精密注射螺杆参数的优化方法,采用Injection MoldingPlastification分析软件,并结合DOE试验设计方法,对注射螺杆进行关键结构参数的组合设计,并对不同参数组合的螺杆进行模拟,通过分析确定对螺杆性能影响最关键的参数及其影响程度,然后进行有针对性的优化,最终获得优化的螺杆结构参数。通过对直径100mm的普通三段式螺杆及分离型螺杆的优化,取得了良好的效果。该优化方法作为十一五国家科技支撑计划分项课题中的一个内容,达到了任务要求。
注射成型;精密塑化机理;注射螺杆;超声波在线测量;熔体密度;重量计量
北京化工大学
博士
机械设计及理论
吴大鸣
2011
中文
TQ320.662;TQ320.65
136
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）