熔融挤压快速成型机融化特性研究.pdf

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1、现代制造、工艺装备Manufacturing&ProcessEqumentI2015年第J期熔融挤压快速成型机融化特性研究罗攀，柯坚，刘桓龙，于兰英，吴文海(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：分析熔融挤压快速成型机(FDM)的挤出原理，研究在加工过程中ABS塑料高黏弹聚合物的熔融机理，建立相应的物理模型，并利用Fluent软件对其熔融时间和熔融段长度进行了数值模拟计算，并研究机筒内径和外径对熔融段长度的影响。研究结果表明：当机筒内径不变的前提下，机筒外径的尺寸越小，融化段长度越短；当机筒外径不变的

2、前提下，机筒内径的尺寸越大，融化段的长度变短。关键词：FDMABS塑料熔化段机筒尺寸Fluent中图分类号：TG375+．6文献标识码：A文章编号：1002—6886(2015)01—0011—04MeltingcharacteristicsresearchofrapidmeltextrusionmoldingmachineLUOPan，KEJian，LIUHuanlong，YULanying，WUWenhaiAbstract：ExtrusionprinciplebyFuseddepositionmoldingmac

3、hinewasanalyzed．ResearchonABSplasticHighinviscoe—lasticpolymerinthemanufacturingprocessofmeltingmechanism，andestablishtheappropriatephysicalmode1．Withthelargeanalysissoftwareoffluent，themeltingtimeandmehinglengthhasca~iedonthenumericalsimulation，Andthispa-perst

4、udiedtheinfluenceofinnerandouterdiameterofthebarelformeltinglength．Theresultsshowthat：whentheinnerdiameterofthebarrelcannotbechanged，thesizeofouterdiameterissmaller，themeltinglengthisshorter；whentheouterdiameterofthebarrelcannotbechanged，thesizeofinnerdiameteri

5、slarger，themeltinglengthisshorter．Keywords：FDM；ABSplastic；mehingzone；barrelsize；fluent0引言料丝进入挤出机加料口之后，受到机筒的加热，逐步升温。随着料丝表面温度升高，物料熔融，熔融挤压快速成型机的加料系统采用一对滚轮形成一段料丝直径逐渐变细直到完全熔融的区域，加持直径约为2mm的丝状料插入加热腔人口，料称为熔化段lj。丝在加热腔内加热熔融，粘度降低，并从出口流在融化段中，尽管料丝在加料段中已经被预热，出，实现熔融沉积挤压。此种挤出机

6、加料系统的原但还没有达到熔融状态。随着此处的料丝继续被机理与结构示意图见图l。筒加热，料丝的表面温度不断升高，表面慢慢形成一料丝与加料层熔融态的料丝。随着时间的继续，柱塞装料丝一加料口口问的间隙层一层的熔融，直到固态料丝完全变成熔融态。z向为加料方向加料段1模型的建立在熔融挤压快速成型机中，料丝在自加压力的熔化段作用下稳定的向前移动，继续受到机筒的加热，当固熔融段体表面温度达到料丝的熔点时，融化段开始，在机筒口模段内部形成环形融膜，随着向下移动，逐渐向料丝的中图1加料系统的结构图心发展，最终达到全部熔融。而这融化段将

7、出现固观弋’IⅪMod们ernM姐ach呵液两相共存区域，固相和液相的交界处也就是固体流速分布曲线比牛顿流体扁平，流速梯度小；当料丝的边界，如图2所示。n>1时，即为剪切稠化流体，断面上的流速分布曲线比牛顿流体陡峭，流速梯度大。n厂＼／＼／料丝TJ当n=0时，=1；／’当=1时，=2；熔融前．，当n=∞时，=3。y同液共存区而对于ABS塑料的流动指数非常小的非牛顿流体而言，由图中可以推测得出ABS塑料的流动分布为柱塞流动，其熔体的的速度可以看成一个常数。液i§区1．2温度场的建立在融化段中，温度之间的传热关系有三种：

8、机筒图2融化段固液共存区不慝图的传递热量、熔体之间的剪切热、圆筒内料丝的轴向1．1速度场的建立传热。熔融的ABS塑料是非牛顿流体，在圆管层流中由1．1中熔体的速度分布可知，熔体在做柱塞的平均速度方程：流动，流体状态下的各点速度可以看成常数，相对速=()尺(1)度为零，受到的剪切作用很小，熔体之间产生的剪切热也很小，可以忽略不计。在管轴处的最大流