螺杆结构对熔融金属挤压成型流场分布的影响研究

基于无限大平板模型进行挤出过程的压力公式推导，开展单螺杆结构对于熔融金属挤出过程的流场分布影响研究。将机头压力损耗计算所得压力数值与单螺杆挤出机建压数值进行对比，从而判断单螺杆挤出机挤出能力。采用ANSYS中的POLYFLOW模块对挤出过程进行仿真模拟，该模块采用网格叠加技术，模拟熔融状态下金属锡的挤出，其中忽略了惯性和重力影响的三维计算，对螺杆进行最优化设计。研究发现减小挤出机的机筒间隙及螺距可以增加螺杆元件对物料的输送能力，且由于金属具有超高流动性，在挤出中并不需要有完整的固体塞段。通过理论分析得到最优螺杆设计参数并完成样机制备，通过实验验证设备的可行性，最终结果表明所设计小型单螺杆挤出机能够实现金属锡的连续均匀挤出。     

螺棱断面形状对单螺杆挤出机熔融输送段的影响

采用数值分析方法分析了单螺杆挤出机螺杆的螺棱断面形状对PVC木塑材料熔融输送段熔融过程的影响.采用流变实验,获得PVC木塑材料的黏度数据,由幂律模型与近似阿雷尼克斯模型共同给出黏度模型,并运用Polyflow中Polymat模块对实验数据进行拟合,获得数值分析研究所需物料流变参数;应用PRO/E建立三维实体模型,采用Gambit进行网格划分,运用Polyflow的网格重叠技术并生成叠加网格文件,确定物料参数和边界条件后建立了数值分析模型,求解得到不同螺棱断面形状对PVC木塑单螺杆挤出机熔融输送段各流场的影响.      

基于Labview的单螺杆挤出机温度测控系统设计

针对单螺杆挤出机挤出PP材料稳定性差及挤出质量欠佳的问题,一是对螺杆的结构进行了改进设计,由此能够沿螺杆轴向长度方向布设6个温度传感器并能够可靠地进行测温工作,加上原本料筒处测量温度的9个点,从而可以有效监控挤出机不同位段机筒内壁与螺槽壁的温度分布状况;二是设计了一套基于Labview的温度测控程序,分析了挤出温度和压力对挤出材料的影响,通过Z-TIO温控模块内的PID控制料筒的加热或冷却使温度趋于设定值.研究结果表明,本文方案能够精确测定、描述和调控挤出熔体各区段的温度,拓展了单螺杆挤出机的温控范围,提高了熔体温度测控的精确性且操作方便.     

单螺杆振动诱导熔体输运模型与实验研究

采用自行修正的Tanner本构模型建立了单螺杆振动诱导塑化挤出机在熔体输运过程中的近似解析模型,根据黏性耗散功相等推导出了振动力场对熔体表观黏度的影响系数;并在单螺杆振动诱导塑化挤出机上就振动力场对聚合物熔体输运过程的影响进行了实验研究,分析了螺杆振动频率与振幅对挤出压力和挤出特性的影响规律.理论与实验结果均表明,单螺杆振动诱导熔体输运可实现低压挤出,但会导致螺杆特性变软.     

啮合异向双螺杆挤出过程聚合物粉料熔融可视化研究

借助于玻璃视窗可视化挤出机,对啮合异向双螺杆挤出过程中聚合物粉料的熔融进行了实验研究;考察了螺杆构型、操作条件对聚合物熔融的影响,并总结出熔融过程的基本模型。研究表明,螺杆元件的结构与输送机理是聚合物熔融过程的决定性因素;海岛熔融模型与固体床熔膜模型是啮合异向双螺杆挤出过程中聚合物熔融的典型形态,且在前者中聚合物的熔融效率更高。     

开槽式塑料挤出机的设计与研究

本文通过研究开槽式塑料挤出机磨损的成因及磨损机理,对挤出系统存在的磨损问题进行了研究并提出了解决措施;通过对塑料挤出工作过程的分析将挤出机理、产量计算、温度控制、压力分布四个指标应用在新型挤出机的设计过程中,对挤出系统进行了设计和优化,为高性能挤出机的设计提供一些借鉴.     

双螺杆磨浆机设计理论的研究与进展

在分析国内外双螺杆磨浆机设计和使用中存在问题的基础上，提出双螺杆磨浆机设计理论进一步研究的思路：以单螺杆挤出机挤出理论为基础，并借鉴塑料工业双螺杆挤出机和食品工业双螺杆挤压膨化机设计理论的研究成果；对双螺杆磨浆机设计理论的深入研究还需要明确双螺杆磨浆机的特殊性，研究制浆造纸材料的物理和机械性能．本文对单螺杆挤出机挤出理论和双螺杆挤出机设计理论的研究进行了综述，并对双螺杆磨浆机的特殊性进行了分析．本文的工作对双螺杆磨浆机设计理论的研究具有一定的指导意义．     

全啮合同向旋转双螺杆挤出机螺槽中压力分布的研究

应用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程建立了高分子聚合物在双螺杆挤出机螺槽中压力分布的计算模型．分析了喂料量、螺杆冷却方式、螺杆转速等操作工艺参数与螺槽中压力分布的关系，以及压力分布对挤出物质量（即挤出物的物理性质和力学性能）的影响．通过改善螺槽中的压力分布，寻找最佳操作工艺参数，并在此操作条件下进行了实验论证．     

聚氨酯反应挤出过程的数值模拟

采用三维有限元数值模拟结合标量混合分析方法,研究了反应物进料状态、转速及进料单体物质的量之比对聚氨酯在双螺杆挤出机中反应挤出过程的影响。反应进程不仅受停留时间控制,还与组分的均化程度有关。受组分浓度分布的影响,相比于预混进料,采用非预混进料方式导致反应程度较低;提高螺杆转速虽可加速均化过程,但却导致物料在挤出机中的停留时间缩短,因此需结合反应混合特性选取最优转速。通过数值模拟发现,采用90r/min转速能达到较高反应程度。另外,模拟计算了不同预聚程度进料对反应挤出过程的影响。结果表明,采用二次投料法可阶段性控制聚合反应程度,提高反应挤出过程的稳定性,同时也便于为不同反应阶段的黏度范围匹配对应的反应器。     

冷却单螺杆内聚合物熔体传热模型

基于聚合物熔体在冷却单螺杆内传热,引入平均温度表征螺槽深度方向的熔体温度变化,将黏性生热简化为内热源,建立聚合物熔体传热理论分析模型;基于模型分析了冷却单螺杆的结构参数与工艺参数对聚合物熔体冷却过程的影响规律,并通过计算流体动力学（CFD）模拟验证模型的准确性。结果表明,当螺槽深度为5~9 mm、螺纹升角为30°~50°时,通过增大螺槽深度和螺纹升角,同时降低螺杆转速和减少产量,能够有效增强冷却单螺杆内聚合物熔体的冷却效果,此时模型能够满足冷却单螺杆内聚合物熔体的降温需求。数值模拟值与模型计算值的最大相对误差为1.21%,表明聚合物熔体传热模型能够预测冷却单螺杆内聚合物熔体的冷却过程,可以为串联挤出发泡系统中冷却单螺杆的设计提供一定的理论参考。     

Experimental Study of Integration and Polyblends Performance for Improved Mixing-Extruding Machine

One improved mixing-extruding machine was introduced as the second-generation product of the mixing-molding integrated technology. In the extruding system,the conventional single screw extruder was substituted by a special conical twin-screw extruder,resulting in stronger feeding ability,more stable extrusion pressure,and better quality of products. The integrated mathematical model of mixing-extruding process was also established by theoretical derivation and optimization according to the experimental results.Then its accuracy was verified by the influences of the pressure of floating weight and the cooling water temperature of extruder on the mixing-extruding integrated process. The results showed that the changes of both parameters could give rise to the fluctuation of the temperature and apparent viscosity of polyblends, thus further influencing the screw rotation speed.     

啮合型双螺杆挤出机的特性研究

在大量实验的基础上,作者指出计量加料对双螺杆的熔体输送有明显影响,故应把计量加料作为啮合型双螺杆挤出机的一个独立操作参量,在国内,作者第一次讨论了类似于单螺杆挤出机的啮合型双螺杆挤出机的螺杆特性线,工作图和工作点,另外作者建议把沿螺杆轴线方向的压力分布作为描写啮合型双螺杆挤出机特性的一个重要参量。     

单螺杆挤出机并联式稳压装置的稳压原理及计算

研究了单螺杆挤出机的稳压装置,用MathCAD软件对其稳压作用进行了模拟计算。结果表明:通过调整稳压装置的螺杆转速和高聚物在螺杆中的存留长度,能起到良好的稳压作用,稳压效果明显、可靠,并具有适宜的稳压操作范围。     

农产品高值化挤压加工利用技术

挤压是一种连续、高效、低耗,集温度、压力、剪切综合作用于一体的加工方法,是食品、饲料等农产品制造中常用的重要加工手段.简述了农产品螺杆挤压机的结构特点和挤压膨化原理;阐述了挤压技术在碎米原料的综合利用、变性淀粉干法生产、酿造和饲料原料预处理及特种饲料生产等重要领域的研究进展,提出了挤压技术在上述领域应用面临的科学问题,并针对农产品高值化挤压加工利用技术的发展趋势进行了展望.     

金属熔滴气动按需喷射特性试验研究

利用自行研制的气动式金属熔滴按需喷射系统进行了单颗熔滴的喷射特性试验研究,并采用动态压力采集系统和频闪拍摄系统测量了产生单颗熔滴时的坩埚腔内气压变化,记录了熔滴成形时刻和成形过程,揭示了气压对熔滴产生的影响规律:在每一次喷射中,产生熔滴的数目随着脉冲宽度的增加而增加;单颗熔滴的断裂时间受气压的影响;脉冲宽度在一定范围内改变可以使液体断裂形成单颗熔滴,当供给气压相对较低时,此脉冲宽度的取值范围较广;在喷射产生单颗熔滴的前提下,改变脉冲宽度将使腔内气压的峰值发生变化,但不能显著改变熔滴尺寸;熔滴飞行速度与腔内气压峰值成正比关系.     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

基于量纲分析的挤压参数与淀粉糖浆出品率经验公式的建立

为减少多因素复杂反应系统的试验次数,基于改进的量纲分析“π”试验设计方法,以挤压预处理制得的玉米粉为原料生产淀粉糖浆.以物料含水率、挤压机机筒温度、模孔孔径、螺杆转速、轴头间隙及模孔长度为试验变量,考察各因素变化对糖业出品率的影响规律.由经验公式计算得出的各试验点的预测值与实际值相对误差＜0.44％,组分方程曲线上其他各点预测值与实际值相对误差＜2.61％,除了组分方程曲线之外,对多点的预测值与实际值进行了比较,相对误差＜5％.所建立的经验公式,其预测精度比较高,能够为实际生产提供参考.