盘式螺杆微注塑机动盘结构优化研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.021

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 147-156.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.021

盘式螺杆微注塑机动盘结构优化研究

张响¹^,³^,⁴, 闫振昊¹^,³^,⁴, 孔小亚¹^,³^,⁴, 朱建晓², 关国涛¹^,³^,⁴, 赵娜¹^,³^,⁴, 李倩¹^,³^,⁴

^1.郑州大学力学与安全工程学院，郑州 450001
^2.苏州康尼格电子科技股份有限公司，江苏苏州 215500
^3.国家级微纳成型技术国际联合研究中心，郑州 450001
^4.河南省微成型技术重点实验室，郑州 450001

收稿日期:2021-07-26 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
作者简介:张响（1978—），男，副教授，从事聚合物微成型、微流控与器官芯片研究，zhangxiang@zzu. edu. cn
基金资助:
河南省重大科技专项(171100210600);国家留学基金委青年骨干教师出国研修项目(201807045057);河南省高层次人才国际化培养项目(2019004)

Study on structural optimization of disc screw in micro injection machine

ZHANG Xiang¹^,³^,⁴, YAN Zhenhao¹^,³^,⁴, KONG Xiaoya¹^,³^,⁴, ZHU Jianxiao², GUAN Guotao¹^,³^,⁴, ZHAO Na¹^,³^,⁴, LI Qian¹^,³^,⁴

^1.School of Mechanics and Safety Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^2.Suzhou KONIG Electronic Technology Co，Ltd，Suzhou 215500，China
^3.National Center for International Joint Research of Micro?nano Molding Technology，Zhengzhou 450001，China
^4.Key Laboratory for Micro Molding Technology of Henan Province，Zhengzhou 450001，China

Received:2021-07-26 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23

摘要/Abstract

摘要：

为了提高盘式螺杆微注塑机的塑化性能，通过多物理场建模仿真软件对其塑化过程进行了数值模拟，并对其动盘进行了结构优化。首先对动盘的结构参数进行了理论分析，然后对参数改变后的结构进行仿真计算与分析，探究各参数对塑化性能的影响规律，最终结合各参数对塑化性能的影响能力，考虑盘式螺杆实际情况设计出了动盘优化结构。结果表明，采用通过缩小动盘原型结构中的槽道宽度而留出空间构造3条螺槽的优化动盘结构，可以使盘式螺杆微注塑机的塑化性能明显提高。

关键词: 微注塑, 盘式螺杆, 结构优化, 塑化, 有限元仿真

Abstract:

To improve the plasticizing performance during the processing， the plasticizing process of disk screw micro?injection machine was numerically simulated through multi?physical field modeling using a simulation software， and the structure of disc screw was optimized. Theoretical analysis was first carried out on the structural parameters of the moving plate， and then simulation calculation and analysis were performed on the structure through changing the structural parameters. The influence of each parameter on the plasticizing performance was evaluated. Finally， an optimized structure of disc screw was designed through combining the effect of various parameters on the disc screw of plasticizing capability and considering the actual situation of the disc screw. The results indicated that the plasticizing performance of the disc screw micro?injection molding machine was improved significantly through using an optimized disc screw structure with a reduced groove width in the prototype structure to leave space to construct three screw grooves.

Key words: micro injection molding, disc screw, structure optimization, plasticization, finite element simulation

中图分类号:

TQ320.5

张响, 闫振昊, 孔小亚, 朱建晓, 关国涛, 赵娜, 李倩. 盘式螺杆微注塑机动盘结构优化研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 147-156.

ZHANG Xiang, YAN Zhenhao, KONG Xiaoya, ZHU Jianxiao, GUAN Guotao, ZHAO Na, LI Qian. Study on structural optimization of disc screw in micro injection machine[J]. China Plastics, 2022, 36(2): 147-156.

图/表 19

盘式螺杆直径/mm	入口螺槽宽度/mm	入口螺槽深度/mm	出口螺槽宽度/mm	出口螺槽深度/mm	螺槽圈数	动定盘间隙/mm
80	6.603	3.376	6.603	0.986	1.417	0.400

表1 原型机动盘结构参数

Tab.1 Geometric parameters of disc screw of the prototype

图1 不同动盘的结构和塑化性能

Fig.1 Structure and plasticizing performance of different disk screws

型号	入口深度/mm	出口深度/mm
1	1.125	0.329
2	2.250	0.657
3	3.376	0.986
4	4.500	1.315
5	5.630	1.644
6	6.750	1.974

表2 槽道深度参数

Tab.2 Channel depth parameters

型号	流体流动速率最大值/mm·s^-1	流体出口流速/ mm·s^-1	流体剪切速率最大值/s^-1
1	4.13	1.15	7.08
2	5.13	1.39	8.52
3	5.82	1.50	11.00
4	5.86	2.01	8.84
5	6.01	2.48	9.25
6	5.88	2.93	9.11

表3 不同型号动盘的塑化性能参数

Tab.3 Plasticization performance parameters of different types of disc screws

图2 不同型号动盘的流体速度分布

Fig.2 Fluid velocity distribution in different types of disc screws

图3 不同型号动盘中物料的相变

Fig.3 Phase transition of the material in different types of disc screws

图4 1号和6号动盘的流体动力黏度

Fig.4 Fluid dynamic viscosities in type 1 and type 6 disc screw

图5 不同动盘的塑化性能

Fig.5 Plasticizing performance of different disc screws

图6 不同槽道宽度研究模型

Fig.6 Study models of different channel width

图7 不同槽道宽度动盘的流体速度分布

Fig. 7 Fluid velocity distribution in disc screws with different channel widths

图8 不同螺槽截面形状动盘模型

Fig.8 Models of disk screws with different cross sections

图9 不同螺槽截面形状动盘的流体速度分布

Fig.9 Fluid velocity distribution in disk screws with different cross sections

图10 不同螺槽截面形状动盘的流体动力黏度分布

Fig.10 Fluid dynamic viscosity distribution in disk screws with different cross sections

型号	螺槽圈数	流体流动速度/mm·s^-1	流体出口流速/mm·s^-1	流体剪切速率/s^-1
I	0+0.416 6	4.27	1.321	8.57
II	0.5+0.416 6	4.45	1.332	8.66
III	1+0.416 6	4.30	1.250	8.14
IV	1.5+0.416 6	4.06	1.170	7.61
V	2+0.416 6	3.78	1.090	7.10

表4 各型号螺槽圈数

Tab.4 Number of turns of each type of spiral channels

图11 不同型号动盘模型

Fig.11 Model of different types of disc screws

图12 不同型号动盘的流体速度分布

Fig.12 Fluid velocity distribution in different types of disc screws

图13 不同型号动盘的流体压力分布

Fig.13 Fluid pressure distribution in different types of disc screws

图14 不同型号动盘中物料的相变分布

Fig.14 Material phase transition distribution in different types of disc screws

图15 三螺槽动盘结构及仿真结果

Fig.15 Structure and simulation results of three?channel disk screws

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