打針塑化系統規劃研討
4 注塑機筒加熱功率規劃
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注塑機筒加熱功率是注塑機的一項重要的技術參數，直接關系到塑化的質量、塑化才能和能耗。注塑機筒加熱功率的規劃，規劃職員一般在規劃中對其沒有引起滿意的重視，而且傳統的規劃方法與規劃思路上也有缺點。有關規劃的參考資料上都引薦注塑機筒加熱功率的規劃準則是，首先依據機械強度斷定的機筒外徑，然后依據其表面積按（3～3.5）W/cm2準則制作加熱功率，或者依據機筒螺桿的分量及其熱性能來制作加熱功率。在規劃中，為下降本錢，往往把機筒外徑盡量減小，這樣，下降了制作的加熱功率。用戶在實際使用中，特別是塑化焓值高的塑料，反映塑化加熱功率不夠，影響了塑化質量和下降了生產功率。例如，一些用戶成型PP制品，感到國產注塑機裝備的機筒加熱功率達不到成型要求，不得不使用熱容量大的加熱功率高的陶瓷加熱圈，或者在加工過程中，下降塑化轉速，即延長塑料的塑化時刻，以到達塑化所需的熱量。
4.1 機筒加熱功率的功用
打針塑化,約70%的熱能來自螺桿的剪切熱,約30%的熱能來自機筒加熱圈供給的熱能。 機筒加熱功率在塑化過程中主要有兩個功用：熔化冷料，輔佐塑化。輔佐塑化：一是補償塑化熱量損耗，二是供給塑化的一部分熱量。塑化階段完畢后,熔融由機筒和固體場之間的純熱傳導決議。
4.2 機筒加熱功率規劃的思路
機筒加熱功率的規劃，首先要了解塑化的原理和塑化能量平衡的原理，塑化就是對塑料原料施加熱能到達熔化的打針狀態，塑化需求很多的熱能，塑化需求能量依據塑化原料自身的特性而定，每種塑料塑化所需求的熱能差異很大。塑化需求能量來自兩個方面：一部份來自螺桿剪切和與機筒內壁沖突生熱而得到熱能，一部份來自機筒加熱功率供給的熱能。在塑化過程中，有一部分熱能損耗掉，一起得到加熱功率熱能的補償。在此過程中，機筒加熱功率有必要到達保持穩定的塑化溫度的要求，才能保證塑化質量和熔體活動的要求。機筒加熱功率的規劃有必要使之規劃的加熱功率適合常用塑料塑化需求的熱能，并使之有一定的余量。縱觀工業發達國家制作的注塑機與國內制作的注塑機兩者同一螺桿直徑的加熱功率相比，前者比后者高60%至70%，這兒涉及到如何規劃加熱功率。一般是先規劃機筒外徑，然后依據機筒外徑與長度按其表面積3.5W/cm2斷定加熱圈功率，而對加熱圈加熱的主要功用—塑料塑化才能所需求的能量，基本上不予研討。對此，咱們有必要要充沛了解到，按機筒表面積（3—3.5）W/cm2制作加熱功率，是指對一般原料制作的加熱圈規劃功率壽數所容許熱容量規劃的極限，而不是指對塑化才能所需熱能制作的規劃值。作者認為，依據機筒加熱功率的功用，機筒加熱功率的規劃，其動身的思路是應把加熱功率與塑化才能、塑料的熱性能直接聯系起來，即加熱功率應滿意塑化才能所需熱能的要求，機筒表面積即機筒外徑首先要滿意加熱功率規劃的要求，即應依據塑化才能所需加熱功率來規劃機筒外徑。一般機筒外徑表面積只要滿意塑化所需加熱功率的要求，其機筒強度及熱性能可以到達要求。長期以來，把注塑機筒加熱功率的規劃與機筒表面積直接聯系起來，這是規劃中的誤導，有必要加以糾正。
4.3 塑化加熱功率的規劃準則
依據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 （4-1）
NT = ETGS （4-2）
式中:
NQ 塑化施加的加熱功率kW；
NT：塑料熔融所需功率 kW；
NJ：塑化施加的機械功率 kW；
NP：塑化背壓施加的機械功率 kW；
NP =9.81×GS×ΔP×ts /K （ 4-3）
ΔP：塑化背壓 MPa；
K： 功率換算系數 K = 10300 cm/kg/kWh[1]；
ts： 塑化時刻 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：塑化才能 g/s。
NJ = MJ×n×ηJ /9550 kW （4-4）
式中:
MJ: 油馬達扭矩 N·m;
MJ =103 q× p /2π N m （ 4-5）
式中:
q ：油馬達排量 L/r；
p ：工作壓力 MPa 。
ηJ: 油馬達功率，徑向柱塞低速高扭矩油馬達功率一般取0.88；
n： 速化轉速 r/min。
4.4 塑化所需功率的斷定
塑化所需功率的斷定是規劃機筒加熱圈功率的條件。斷定塑化所需功率，首先要斷定具有代表性的塑料塑化所需功率，以習慣加工的范圍。塑化才能和打針速率把PS作為斷定的目標，塑化加熱功率用哪一種塑料作為斷定塑化加熱功率的目標，作者認為，應把焓值高的塑料作為塑化加熱功率的目標，因為，焓值高的塑料在塑化時所需功率大。PS焓值低，不能作為塑化加熱功率規劃的目標，HDPE焓值高，作為塑化加熱功率規劃的目標，具有代表性。本節依據作者對塑化加熱功率規劃的思路，在同一臺注塑機上塑化PS及HDPE，作所需塑化加熱功率的比較，以闡明塑化加熱功率目標的規劃。
以一臺2500kN合模力的注塑機為例,螺桿直徑60mm,轉速180r/min。 塑化PS，塑化才能45g/s，塑化壓力5MPa，塑化背壓0.5MPa，塑化時刻14.2s。塑化HDPE塑化才能35g/s,油馬達排量0.6L/r,塑化壓力12MPa，塑化背壓1MPa，塑化時刻15s。。
4.4.1 塑化PS所需功率
PS塑料在塑化才能下，所需總功率:
NT = GS × ET = 45 × 270 = 12.15 kW
GS ：塑化才能 g/s ；
ET ：PS焓：270J/g = 270 Ws/g
油馬達塑化扭矩MS：
MJ = 0.6L/r×103 ×5/2π= 477.5 N m
油馬達對螺桿施加的機械功率:
NJ = MJ×n×ηJ /9550= 477.5×180×0.88/9550= 7.92 kW
塑化背壓施加的機械功：
NP = 9.81×45×1×0.004/10300 ≈0
機械功率供給給塑料熔融焓：
NJ/GS = 7.92/45 = 176 Ws/g ＜ET = 270 Ws/g
上式闡明供給的機械功率滿意不了塑化所需總功率，塑化的34.8%功率需求由加熱圈供給能量，加熱圈須供給功率:NQ二手注塑機回收
NQ = NT - NJ = 12.15-7.92 = 4.3 kW
4.4.2 塑化HDPE所需功率
HDPE塑料熔融所需總功率:
NT= GS × ET = 35 × 800 = 28 kW
ET：HDPE焓：800J/g = 800 Ws/g
油馬達塑化扭矩MS：
MJ = 0.6L/r×103 ×12/2π=1146 N m
油馬達對螺桿施加的機械功率:
NJ = MJ×n×ηJ /9550 =1146 ×180×0.88/9550= 19 kW
塑化背壓施加的機械功：
NP =9.81× 35×1×0.004/10300 ≈0
機械功率供給給塑料熔融焓：
NJ/GS =19/35 = 542 Ws/g ＜ET
= 800 Ws/g
上式闡明塑化的32.25%功率需求由加熱圈供給功率，加熱圈須供給功率:NQ
NQ = NT - NJ = 28-19 =9 kW
