可降解塑料片材机头流道的流场分析及设计优化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.09.013

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (9): 90-95.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.09.013

可降解塑料片材机头流道的流场分析及设计优化

周磊¹(), 张礼华¹(), 陈景铭¹, 毛旭¹, 陈曙光¹, 邱建成²

^1.江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江 212100
^2.江苏飞鸽友联机械股份有限公司，江苏张家港 215613

收稿日期:2023-04-12 出版日期:2023-09-26 发布日期:2023-09-18
通讯作者: 张礼华（1974-），男，教授，主要从事高分子材料成型机械设备设计研究与控制工作， zhanglihua2000@126.com
E-mail:932343634@qq.com;zhanglihua2000@126.com
作者简介:周磊（1999-），男，硕士研究生，主要研究方向为高分子材料成型机械设备研究与设计，932343634@qq.com
基金资助:
张家港市产业链创新产品攻关计划(ZKC2106)

Flow field analysis and design optimization of flow channel of degradable plastic sheet head

ZHOU Lei¹(), ZHANG Lihua¹(), CHEN Gingming¹, MAO Xu¹, CHEN Shuguang¹, QIU Jiancheng²

^1.School of Mechanical Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212100，China
^2.Jiangsu Faygo Union Machinary Co，Ltd，Zhangjiagang 215613，China

Received:2023-04-12 Online:2023-09-26 Published:2023-09-18
Contact: ZHANG Lihua E-mail:932343634@qq.com;zhanglihua2000@126.com

摘要/Abstract

摘要：

针对可降解塑料片材机头挤出的片材不规整且表面呈波浪状褶皱的问题，基于Polyflow对可降解塑料片材的挤出过程进行模拟，计算并分析了挤出过程中速度、压力、剪切速率的分布，根据数值模拟的结果优化机头流道结构，并和原有机头流道进行对比。结果表明，优化后的机头流道提高了熔体流动速度，增强了出入口的熔体流动性能，提高了流道内成型段的压力降，提升了充模速度和熔体流率，提高了机头的剪切速率，有利于流道内物料混合均匀，解决了片材不规整及表面褶皱的问题。

关键词: 可降解塑料片材, 机头流道, Polyflow, 数值模拟, 结构优化

Abstract:

This paper focused on the irregular and wavy⁃like wrinkle problems in the surface of the sheets extruded by using a degradable plastic extrusion head. The extrusion process of a degradable plastic sheet was simulated by means of Polyflow， and the distribution of speed， pressure and shear rate in the extrusion process were calculated and analyzed. The flow channel structure of the extrusion head was optimized according to the numerical simulation results and compared with the original organic head flow channel. The results indicated that the optimized head flow channel not only improved the melt flow velocity but also enhanced the melt flow performance of the inlet. The pressure drop of the forming section in the runner was improved， resulting in an improvement in the mold filling speed and melt flow rate. The shear rate of the extrusion head was improved. This was advantageous to the uniform mixing of materials in a runner. As a result， the problems in irregularity and surface wrinkle of the sheets were solved.

Key words: degradable plastic sheet, flow channel of machine head, Polyflow, numerical simulation, structural optimization

中图分类号:

TQ320.66⁺3

周磊, 张礼华, 陈景铭, 毛旭, 陈曙光, 邱建成. 可降解塑料片材机头流道的流场分析及设计优化[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 90-95.

ZHOU Lei, ZHANG Lihua, CHEN Gingming, MAO Xu, CHEN Shuguang, QIU Jiancheng. Flow field analysis and design optimization of flow channel of degradable plastic sheet head[J]. China Plastics, 2023, 37(9): 90-95.

图/表 13

图1 片材机头实体图

Fig.1 Solid diagram of the sheet head

图2 片材机头流道模型

Fig.2 Runner model of the sheet head

图3 不同网格数量下熔体的最大出口速度

Fig.3 Maximum outlet velocity of melt at different mesh quantities

图4 网格划分

Fig.4 Meshing

图5 机头流道优化示意图

Fig.5 Schematic diagram of nozzle flow channel optimization

图6 流道模型优化对比

Fig.6 Comparison of runner model optimization

图7 机头流道熔体速度场数值分析

Fig.7 Numerical analysis of melt velocity field in the nozzle runner

图8 优化前后不同截面出口速度分布对比

Fig.8 Comparison of export velocity distribution of different sections before and after optimization

图9 机头流道熔体压力场数值分析

Fig.9 Numerical analysis of melt pressure field in the nose runner

图10 优化前后不同截面出口压力分布比较图

Fig.10 Comparison chart of outlet pressure distribution of different sections before and after optimization

图11 机头流道熔体剪切速率场数值分析

Fig.11 Numerical analysis of melt shear rate field of machine head runner

图12 优化前后不同截面出口剪切速率分布对比

Fig.12 Comparison of outlet shear rate distribution of different sections before and after optimization

图13 片材机头流道优化前后挤出片材效果对比

Fig.13 Comparison of extruded sheet effect before and after sheet head flow channel optimization

参考文献 15

1	于玉真，马飞，王璐，等.PVC–U管材挤出机头的流道数值模拟及优化［J］.工程塑料应用，2020，48（11）：65⁃69.
	YU Y Z， MA F， WANG L， et al. Numerical simulation and optimization of flow channel of PVC–U pipe extruder head［J］. Engineering Plastics Applications， 2020，48（11）：65⁃69.
2	王德建，俞鹏飞，丁玉梅，等.层叠流道中天然高分子挤压流动过程的数值模拟［J］.中国塑料，2023，37（01）：60⁃65.
	WANG D J， YU P F， DING Y M， et al. Numerical simulation of extrusion flow process of natural polymers in laminated flow channels［J］. China Plastics，2023，37（01）：60⁃65.
3	葛正浩，常红利，任珊珊.基于CAE的木塑异形材挤出机机头流道优化分析［J］.塑料，2020，49（04）：41⁃44.
	GE Z H， CHANG H L， REN S S. Optimization analysis of the flow path of the head of wood⁃plastic profile extrusion machine based on CAE［J］. Plastics，2020，49（04）：41⁃44.
4	吕炜帅，边慧光.基于ANSYS⁃polyflow宽幅机头流道优化设计与应用［J］.机床与液压，2019，47（13）：160⁃164+205.
	LV W S， BIAN H G. Optimal design and application of wide head channel based on ANSYS⁃polyflow［J］. Machine tool and Hydraulic Pressure，2019，47（13）：160⁃164+205.
5	宋稼祺，李治国.基于ANSYS的挤出机头结构优化［J］.工程塑料应用，2019，47（08）：78⁃81.
	SONG J Q， LI Z G. Structural Optimization of extruder head based on ANSYS［J］. Engineering Plastics Applications， 2019，47（08）：78⁃81.
6	于玉真，赵博，邸海宽，等.PVC–U挤出机头各参数对熔体流动的影响［J］.工程塑料应用，2020，48（03）：66⁃71.
	YU Y Z， ZHAO B， DI H K， et al. Influence of various parameters of PVC⁃U tube extrusion head on melt flow［J］. Engineering Plastics Applications，2020，48（03）：66⁃71.
7	吕炜帅.基于POLYFLOW挤出制品宽度对机头流道性能的影响研究［J］.机械设计，2019，36（S1）：158⁃161.
	LV W S. Study on the influence of the width of POLYFLOW extrusion products on the performance of the head flow channel［J］. Machine Design，2019，36（S1）：158⁃161.
8	马秀清，翟文斌，王治鹏，等.三层共挤出吹膜机头流道的流场分析［J］.塑料，2019，48（03）：52⁃56.
	MA X Q， ZHAI W B， WANG Z P， et al. Flow field analysis of three⁃layer co⁃extrusion blown film［J］. Plastics，2019，48（03）：52⁃56.
9	贾辉，张礼华，邱建成.挤出机头流道的有限元模拟和优化［J］.塑料科技，2018，46（03）：107⁃110.
	JIA H， ZHANG L H， QIU J C. Finite element simulation and optimization for extrusion head runner［J］. Plastic Technology，2018，46（03）：107⁃110.
10	张礼华，贾辉，邱建成.微层挤出机头的流道建模与仿真研究［J］.塑料工业，2018，46（01）：37⁃39.
	ZHANG L H， JIA H， QIU J C. The finite element simulation and optimization of the runner for micro⁃layer extrusion blow molding head［J］. Plastic Industry，2018，46（01）：37⁃39.
11	马秀清，程琨，王远.三层复合共挤出板材机头流道的流场分析［J］.塑料，2017，46（05）：5⁃8+12.
	MA X Q， CHENG K， WANG Y. Flow field analysis of three⁃layer coextrusion sheet die［J］. Plastics，2017，46（05）：5⁃8+12.
12	于玉真，王璐，邸海宽，等.PVC–U管材挤出机头流道优化设计［J］.工程塑料应用，2019，47（03）：60⁃64.
	YU Y Z， WANG L， DI H K， et al. Optimization design of head flow channel for PVC–U pipe extruder［J］. Engineering Plastics Applications，2019，47（03）：60⁃64.
13	王远，马秀清.物性参数对三层共挤出机头流道流场的影响［J］.塑料，2017，46（01）：96⁃100.
	WANG Y， MA X Q. Influence of materials physical parameters on flow field in three⁃layer coextrusion die flow channel［J］. Plastics，2017，46（01）：96⁃100.
14	傅志红，刘卫，易琪，等.微通道塑料薄膜挤出机头流道优化及整体设计［J］.塑料，2017，46（02）：106⁃109.
	FU Z H， LIU W， YI Q， et al. Optimization and overall design of microchannel plastic film extruder head［J］. Plastics，2017，46（02）：106⁃109.
15	林丽红，贾晓艳，马铁军.基于Fluent的橡胶挤出机流道设计［J］.中国机械工程，2016，27（07）：944⁃950.
	LIN L H， JIA X Y， MA T J. Design of extruder flow channel based on Fluent［J］. Chinese Mechanical Engineering，2016，27（07）：944⁃950.

[1]	丁海, 马秉馨, 花少震, 曹伟. 中心静脉导管挤出成型的Polyflow优化与模具设计[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 113-117.
[2]	王德建, 俞鹏飞, 丁玉梅, 杨卫民. 层叠流道中天然高分子挤压流动过程的数值模拟[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 60-65.
[3]	赵鸿敬, 朱江. 微纳层叠天然橡胶/聚丙烯两相挤出的数值模拟研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 110-114.
[4]	黄雪梅, 柳和生, 黄兴元, 余忠, 江诗雨. U型件的气体辅助挤出成型工艺的数值模拟与实验研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 93-103.
[5]	邓世欣, 王建, 杨卫民. 增强反应注射成型机混合头内流体高压高速对撞过程模拟与分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 130-136.
[6]	张庆弢, 毕超. 基于CFD⁃DEM的水下切粒装置水室内颗粒流动过程数值模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 87-91.
[7]	班董董, 王丹华, 刘奎, 李亚楠, 李涵, 戴亚辉. 波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 95-101.
[8]	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.
[9]	张学敏, 黄浩瀚, 李厚补, 齐国权, 赵元超, 丁晗, 高雄, 杨文辉. 聚酯纤维增强热塑性塑料复合管扣压接头密封性能研究与结构优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 90-97.
[10]	盛天阳, 谭晶, 张政和, 高晓东, 于景超, 程礼盛, 杨卫民. 微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 74-79.
[11]	王瑞喆, 柳和生, 黄兴元, 余忠, 江诗雨, 刘同科. 不同进气角度对片材气辅挤出成型的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 80-86.
[12]	卢京, 王伟. 低密度聚乙烯熔体毛细管挤出的数值模拟[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 79-85.
[13]	何家隆, 谷琳, 朱钰婷, 宋秀铎, 杨雪琴, 马玉录, 谢林生. 固体推进剂螺旋压伸挤出过程流变模型建立[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 58-62.
[14]	牛旭, 刘越, 张雅静. 导热油进口速度对造粒模板造粒带温度均匀性影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 76-80.
[15]	王贺祥, 彭炯, 葛震, 张永涛, 郭炳毅, 李忠山. 双螺杆挤出过程数值模拟研究进展[J]. 中国塑料, 2020, 34(9): 96-102.

可降解塑料片材机头流道的流场分析及设计优化

Flow field analysis and design optimization of flow channel of degradable plastic sheet head

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价