注塑机机筒加热功率的设计.doc

注塑机机筒加热功率的设计 摘要：加热功率是注塑机的重要参数。本文论述了注塑机加热功率的本质、作用和原理，提出了加热效率的计算模型，对加热功率的设计提出了新的设计理念，并举例说明了其设计过程。本文还对加热圈的结构形式、加热功率与螺杆特性之间的关系等提出了作者的看法,提出了对加热功率不够解决的方法。供同行参考。  1 前 言 注塑机筒加热功率是注塑机的一项重要的技术参数，直接关系到塑化的质量、塑化能力和能耗。注塑机筒加热功率的设计，设计人员一般在设计中对其没有引起足够的重视，而且传统的设计方法与设计思路上也有缺陷。有关设计的参考资料上都推荐注塑机筒加热功率的设计原则是，首先根据机械强度确定的机筒外径，然后根据其表面积按（3―3.5）W/cm2原则配制加热功率，或者根据机筒螺杆的重量及其热性能来配制加热功率。在设计中，为降低成本，往往把机筒外径尽量减小，这样，降低了配制的加热功率。用户在实际使用中，特别是塑化焓值高的塑料，反映塑化加热功率不够，影响了塑化质量和降低了生产效率。作者对国内外的一些注塑机机筒加热功率作了比较，并对其的设计方法进行了研究，提出了对注塑机机筒加热功率新的设计理念。 2 机筒加热功率的功能 机筒加热功率主要有两个功能：熔化冷料，辅助塑化。辅助塑化：一是补偿塑化热量损耗，二是提供塑化的一部分热量。 3 机筒加热功率设计的思路 机筒加热功率的设计，首先要了解塑化的原理和塑化能量平衡的原理，塑化就是对塑料原料施加热能达到熔化的注射状态，塑化需要大量的热能，塑化需要能量根据塑化原料本身的特性而定，每种塑料塑化所需要的热能差异很大。塑化需要能量来自两个方面：一部份来自螺杆剪切和与机筒内壁摩擦生热而得到热能，大部份来自机筒加热功率提供的热能。在塑化过程中，有一部分热能损耗掉，同时得到加热功率热能的补偿。在此过程中，机筒加热功率必须达到保持恒定的塑化温度的要求，才能保证塑化质量和熔体流动的要求。机筒加热功率的设计必须使之设计的加热功率适合常用塑料塑化需要的热能，并使之有一定的余量。纵观工业发达国家制造的注塑机与国内制造的注塑机两者同一螺杆直径的加热功率相比，前者比后者高60%至70%，这里涉及到如何设计加热功率。一般是先设计机筒外径，然后根据机筒外径与长度按其表面积3.5W/cm2确定加热圈功率，而对加热圈加热的主要功能―塑料塑化能力所需要的能量，基本上不予研究。对此，我们必须要充分认识到，按机筒表面积（3―3.5）W/cm2配制加热功率，是指对普通材质制造的加热圈设计功率寿命所容许热容量设计的极限，而不是指对塑化能力所需热能配制的设计值。作者认为，根据机筒加热功率的功能，机筒加热功率的设计，其出发的思路是应把加热功率与塑化能力、塑料的热性能直接联系起来，即加热功率应满足塑化能力所需热能的要求，机筒表面积即机筒外径首先要满足加热功率设计的要求，即应根据塑化能力所需加热功率来设计机筒外径。一般机筒外径表面积只要满足塑化所需加热功率的要求，其机筒强度及热性能能够达到要求。长期以来，把注塑机筒加热功率的设计与机筒表面积直接联系起来，这是设计中的误导，必须加以纠正。 4 塑化加热功率的设计原则 根据塑化能量平衡的原理，塑化能量平衡近似可用下式表示[1]：NQ = NT ―NJ ―NP　（1）NT = ETGS（2）式中:NQ：塑化施加的加热功率kW；NT：塑料熔融所需功率 kW；NJ：塑化施加的机械功率 kW；NP：塑化背压施加的机械功率 kW；NP=9.81×GS×ΔP×ts /K（3）ΔP：塑化背压 MPa；K： 功率换算系数 K = 10300cm/kg/kWh[1]；ts： 塑化时间h.。ET： 焓 J/g。SAN；360；PVC：360；PS：270；PA6：600；PP：590；PC：590；HDPE：800；LDPE：690；PA66：750；PMMA：210；POM：420；AS：335；ABS：400。[1]GS：塑化能力 g/s。 NJ = MJ×n×ηJ /9550kW（4） 式中:MJ:油马达扭矩 N?m;MJ =103 q× p /2π N m（5） 式中:q ：油马达排量L/r； p ：工作压力 MPa 。 ηJ: 油马达效率，径向柱塞低速高扭矩油马达效率一般取0.88； n： 速化转速r/min。 5 塑化所需功率的确定 塑化所需功率的确定是设计机筒加热圈功率的前提。确定塑化所需功率，首先要确定具有代表性的塑料塑化所需功率，以适应加工的范围。塑化能力和注射速率把PS作为确定的对象，塑化加热功率用哪一种塑料作为确定塑化加热功率的对象，作者认为，应把焓值高的塑料作为塑化加热功率的对象，因为，焓值高的塑料在塑化时所需功率大。PS焓值低，不能作为塑化加热功率设计