注塑成型預塑過程仿真教學設計*

◆劉友成 陳平

作者：劉友成，邵陽職業技術學院副教授，研究方向為機械制造及其自動化；陳平，邵陽職業技術學院（422004）。

注射成型的三個方面分別是預塑、注射和成型。預塑就是借助螺桿的旋轉運動促使塑料熔體沿其螺旋槽輸送至螺桿前端。預塑是實現和保證塑料制品質量的前提，為后續注射和成型提供合格的塑料熔體。所以預塑過程在整個注塑成型過程中是一個非常關鍵的步驟。預塑是在注塑機的料筒內進行的，整個預塑過程的運動與原理也比較復雜，學生無法觀看料筒內螺桿運動與預塑的過程，在這個模塊的學習過程中往往難以理解。為了幫助學生掌握注塑的預塑過程，本文著手對預塑過程進行仿真教學設計。

1 預塑工藝參數

預塑過程的工藝參數包括料筒的溫度、螺桿行程、螺桿轉速、預塑壓力等；塑料塑化過程中的主要指標包括塑化能力、塑化品質及計量精度。塑料熔體的溫度與料筒溫度有關，熔體溫度會影響熔體的黏度和流動性，控制料筒溫度對塑料熔體的質量影響很大。螺桿后退的距離稱為計量行程，物料在螺桿頭部所占有的容積就是螺桿后退所形成，制品所需的注射量是通過調整計量行程來實現的。提高預塑壓力會使螺槽中物料更加密實，同時除去物料中的氣體。螺桿轉速的快慢影響塑料在螺槽中的輸送速度和塑化時間，螺桿轉速越大，塑料輸送的速度越快，塑料受熱時間越短，塑化效果越差。

2 預塑過程

在注塑成型過程中，在保壓結束以后，注塑機開始進行預塑，傳動機構帶動螺桿轉動，螺桿在轉動過程中將塑料沿螺桿槽輸送至螺桿前端，塑料在向前輸送過程中受到料筒外面的加熱器加熱，溫度不斷升高，直至熔化。隨著螺桿的不斷旋轉，螺桿前端的塑料熔體不斷增加，壓力不斷增大，當螺桿前端塑料熔體的壓力大于螺桿后端液壓缸的壓力時，螺桿開始旋轉后退，螺桿在旋轉后退的同時不斷向前輸送塑料熔體，同時保證預塑壓力恒定。這樣直至達到預定的塑化量，螺桿接觸行程開關，預塑過程結束，等待注射充模。

3 預塑仿真設計

實體建模與裝配 首先通過UG進行實體建模，分別繪制注塑機料筒、螺桿、傳動齒輪等零件模型。為了便于觀察料筒內部的結構，對料筒沿軸線剖開，接下來運用UG裝配模塊將料筒、螺桿、傳動齒輪等零件裝配到一起，如圖1所示。接下來進入到UG運動仿真模塊進行運動仿真設計。

圖1 運動仿真設計

創建過程動畫 首先進入到UG運動仿真模塊，新建運動仿真。接下來定義連桿，將料筒定義為固定連桿L001，將上面的齒輪定義為運動連桿L002，將下面的齒輪與螺桿定義為運動連桿L003。接下來定義轉動副，將運動連桿L002定義為轉動副J002，運動連桿L003定義為轉動副J003；將轉動副J002設為主動件，初始化轉速設為10；將轉動副J002與J003設為齒輪運動機構Couplers，如圖1所示。最后設定解算方案進行求解，觀看仿真動畫，齒輪帶動螺桿勻速轉動。

同樣，將螺桿定義為運動連桿4，將運動連桿4定義為圓柱副，圓柱副的初始化轉速設為10，移動速度設為0.6，進行求解。觀看仿真動畫，螺桿勻速轉動并向后移動，從而實現螺桿旋轉后退的動畫。最后在Flash中采用可變色的小球仿真塑料的運動與受熱變化的過程。

4 仿真教學實施

塑料從料斗落入螺桿槽中，傳動機構帶動螺桿轉動。螺桿在轉動時將塑料沿螺旋槽輸送至螺桿前端，變色小球不斷向螺桿前端移動，仿真塑料在料筒中的運動過程。塑料在向前輸送過程中受到料筒外面加熱器的加熱，溫度不斷升高，直至融化，通過變色小球顏色的變化模擬塑料的受熱變化過程。隨著螺桿的不斷旋轉，螺桿前端的塑料熔體不斷增加，壓力不斷增大，當螺桿前端塑料熔體的壓力大于螺桿后端液壓缸的壓力時，螺桿開始旋轉后退，如圖2所示。螺桿在旋轉后退的同時不斷向前輸送塑料熔體，同時保證預塑壓力恒定，這樣直至達到預定的塑化量，螺桿接觸行程開關，預塑過程結束，如圖3所示。

5 結束語

預塑是在注塑機的料筒內進行的，整個預塑過程與原理也比較復雜，學生無法觀看料筒內螺桿運動與預塑的過程，在這個模塊的學習過程中往往難以理解。運用動畫仿真技術可以將塑料在料筒內的預塑過程清晰地展現在學生面前，將抽象的原理形象化，簡化學習難度，符合職業教育的特點。

圖2 螺桿開始旋轉后退

圖3 螺桿旋轉后退結束

[1]劉友成.現代信息技術在塑料成型工藝與模具設計教學中的應用[J]中國教育技術裝備,2014(5):112-113.

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