直角式管材机头结构优化及温控系统设计

摘要

纤维增强PVC软管是通过挤出成型方法制得的具有耐压、耐油、耐酸碱、抗拉伸、柔软轻便、无毒无嗅等优点的塑料管材制品,应用范围十分广泛。在挤出生产过程中,挤出机头起着非常重要的作用,对机头流道内熔体的流动平衡、出口速度均匀性、生产效率、管材挤出的质量有直接的影响,合理设计机头结构并在生产中维持机头温度稳定是生产出高质量管材的重要基础。
　　对现有直角式管材机头所存在的缺陷进行理论分析,利用有限元分析软件对管材成型挤出过程进行数值模拟,并在此基础上对机头结构进行优化,同时对机头的温度控制系统进行设计,这对机头结构的优化和提高产品质量具有重要指导意义,经济价值显著。本文主要研究内容如下:
　　首先通过深入企业生产现场,对旧挤出成型机头进行了测绘,得到原有机头的设计数据,完成了旧挤出机头的建模,通过对旧挤出机头的解析和分析,充分认识了现行塑料管材挤出成型加工工艺所存在的问题,特别是现有挤出机头在流道设计方面存在的缺陷,找到了其在设计上存在的问题。
　　然后,建立挤出机头的流道模型,针对现有机头在设计方面存在的缺陷,结合聚合物流变学理论和最优化方法,利用POLYFLOW软件对物料在流道内的三维流动过程进行了仿真计算。本文主要是从机头流道歧管区形状尺寸、压缩角、压缩比、定型区长度、入口直径等影响流道内熔体流动平衡性的参数出发,通过POLYFLOW的仿真分析得出了机头几何结构的尺寸参数不同时流道压力场和速度场的变化规律,以及参数条件的变化对挤出均匀性的影Ⅱ向规律。比较仿真结果,确定了一组最佳的流道几何结构的设计参数。
　　最后,根据管材生产的工艺要求以单片机为控制核心,采用PID控制技术,设计了一种适应性好、控温精度高、超调量小的机头温度控制系统,完成了控制系统的硬件选型和软件的编写,系统软件采用模块化设计,具有较好的移植性、通用性和共享性,并对系统进行了初步调试。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 塑料挤出成型发展

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 旧机头缺陷分析和优化方案

2．1 引言

2．2 挤出机头流道设计准则

2．3 旧机头的缺陷分析

2．3．1 旧机头流道结构设计分析

2．3．2 旧机头技术参数分析

2．3．3 旧机头流道仿真分析

2．4 挤出机头优化设计方案

2．5 本章小结

第三章 挤出机头流道模型

3．1 引言

3．2 POLYFLOW简介

3．3 流体动力学控制方程

3．3．1 连续性方程

3．3．2 动量方程

3．3．3 能量方程

3．4 流变学本构方程

3．5 流道分析模型的建立

3．5．1 基本假设

3．5．2 本构模型

3．5．3 边界条件

3．6 本章小结

第四章 机头流道优化

4．1 引言

4．2 歧管区形状列挤出的影响

4．2．1 歧管区形状

4．2．2 仿真结果分析

4．2．3 歧管区过渡段起点等其他因素影响分析

4．3 压缩角对挤出的影响

4．3．1 压缩角取值

4．3．2 仿真结果分析

4．4 压缩比对挤出的影响

4．4．1 压缩比取值

4．4．2 仿真结果分析

4．5 成型段长度对挤出的影响

4．5．1 成型段长度取值

4．5．2 仿真结果分析

4．6 入口直径对流动的影响

4．6．1 入口直径取值

4．6．1 仿真结果分析

4．7 优化结果

4．8 本章小结

第五章 挤出机头温度控制系统

5．1 引言

5．2 温度控制系统设计

5．2．1 总体设计方案

5．2．2 硬件设计

5．2．3 软件设计

5．3 系统功能测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文