螺杆分配机头内部压力场分布的CAE分析(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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首先选用一种流变规律近似幂律流体的橡胶物料，假定其为幂律流体，主要性能参数为：密度　1.13Ｍｇ·ｍ-3，粘度　38028Ｐａ·ｓ，幂率指数　0.3。

1.2　划分单元

为了保证计算的收敛性，选择Fluid142三维六面体单元划分网格，并对阻尼块等流道形状变化较大的区域加大网格划分密度，确保分析精度。

1.3　载荷与边界条件的设定

根据壁面无滑移原理，假定所有与机头壁面边界接触的面上流速为零，取螺杆转速为67ｒ·ｍｉｎ-1。根据加工条件，假定机头入口压力为6ＭＰａ，出口压力为零，胶料加工温度为90℃。

2　计算结果

机头内的分配螺杆对物料在歧管内及沿狭缝流道模唇方向的流动均匀性起关键作用。由于阻尼块能增加流道内原来速度和压力较高部位的流动阻力，因此阻尼块能够进一步调节物料在狭缝流道中压力和速度分布的均匀性，其几何尺寸直接影响流道出口截面物料流动的均匀性。图2所示为机头内部压力分布趋势。

从图2可以看到，分配螺杆带动物料在歧管内进行流动分布，并对歧管内分配螺杆末端处起到形成压力的作用，使得该处压力升高，奠定整个机头内压力分布的基础。在狭缝流道中物料的流动为压力流动，在无阻尼块的区域，流道中间部位压力较小，流速小，如图2所示，压力分布呈抛物线状。当物料接近阻尼块区域时，由于流道两侧间隙较小，流动阻力增大，强迫物料向中间流动，使入口和分配螺杆末端两处引起的两侧压力和速度较高而中间较低的现象得以缓解，从图3和4可以明显看出压力的波动情况(图3和4是由对图2中各彩色表示的压力范围进行重新调整所得，以突出重点观察部位的压力变化)。随着阻尼块高度的变化，阻尼块区域附近压力在流动方向上逐渐减小，压力曲线逐渐平顺，压力值在沿挤出方向递减的同时逐渐趋于横向均匀，在口型出口端面最终达到一致。为了更清楚地观察流道压力分布，将整个机头狭缝流道区沿挤出方向顺序划分为ａ，ｂ，ｃ和ｄ共4个区域，各区域的压力分布如图5-8所示。由图5-8可以直观地看出各区域压力分布从不均匀到均匀的变化过程。

3　结语

本工作将原来一直用于挤出塑料板材的螺杆分配机头移植应用于挤出橡胶板材，以实现用挤出法代替压延法的橡胶板材生产技术的应用，并使用有限元分析软件ANSYS计算螺杆分配机头内部的压力和速度分布。利用ANSYS的强大功能，对螺杆分配机头进行详细的建模分析，对分配螺杆的几何形状、螺杆转速、狭缝流道的几何形状及阻尼块的结构形式、口型段定型尺寸等逐一进行了研究，分析了诸因素对挤出流道的压力场及速度场等的影响。

由模拟分析结果可以看出，压力在口型处最终达到横向均匀的影响因素是多方面的。其中，挤出工艺参数的影响以及阻尼块和分配螺杆的几何形状参数的影响都十分明显，准确地选择上述各参数是生产高质量的板、片材的必要条件。目前的研究仅是一个开端，今后将在此基础上进一步研究流道的速度场，并逐一分析机头内部几何参数、物性参数、工艺参数等变化时对挤出均匀性的影响，为进一步优化机头设计提供更充分的理论基础。

参考文献：
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