2注塑螺杆的理论和数值研究
传统的螺杆设计基本凭借设计人员个人的知识和经验，螺杆设计、加工完毕后，需要花费大量的时间和经费进行修改和调试，螺杆研制的成本高、效率低。随着人们对注塑制品质量要求的不断提高，单纯地依靠实验手段来研究设计螺杆已不能满足需求。20世纪70年代以来，随着计算机和汁算技术的迅猛发展和普及，计算机辅助没计和制造被广泛应用于注塑螺杆设计中，一些成熟的流体力学软件包也得到了广泛的应用。1991年，王兴天l建立了波状螺杆三维流动的理论模型，将背压作为一个重要变量予以考虑，求解了等温幂律流动的速度场、压力场和应力场，进一步分析了波状螺杆几何参数、操作工艺条件和物料流变参数对熔体输送总流率、压力降、槽向压力分布及扭矩和能耗的影响。同年,王兴天等根据无计量段螺杆工作的特点，用同样的方法汁计算了非牛顿流体精细陶瓷混合料的加工过程。实验证明，数学模型和计算方法具有一定可信度和工程实用参考价值。l998年，王喜顺等”采用了二维非等温流动数学模型，研究了BMC材料在注射螺杆螺槽内的温度分布规律，找出了温度分布与注射成型加工参数的关系。
2002年，冯良为等,根据注射螺杆在塑化时的受力情况，应用可靠性设计原理，将非对称循环的变应力近似地化为对称循环应力，再按等效应力的疲劳强度计算，最后验算依常规强度设计所得的螺杆结构尺寸的可靠度。同年，陈剑平等引入了压力的计算公式，使塞流固体输送流率可直接计算求解，分析了注塑螺杆工作时加料段塑料颗粒的流动特性。同年，Kung等1221认为注塑成型机可看作往复式挤出机的一种，提出了瞬态熔融模型，基于此模型进行的模拟很好地解释了那些稳态熔融模型不能解释的实验现象。2003年，董林福等建立了螺杆注射机塑化过程的物理模型，推导出熔体流量方程的数学表达式，通过分析比较发现，其流速分布、流量方程与挤出机有很大的差别。同年，许文耀0系统地分析了热塑性塑料注塑成型塑化工序中的塑化、停留和注射阶段的熔体温度。在塑化阶段，建立了九个人工神经网络模型以用来预测加工参数对熔体温度的影响；在停留阶段建立一个二维的热传导模型以用来模拟熔体温度；在注射阶段，建立了一个自由边界模型以用来模拟熔体在螺杆向前运动的作用下的熔体流动。使用ANSYS软件求解了每个阶段所建立的数学物理模型，确定了加工参数与喷嘴口注射熔体温度之问的定量关系。2004年，戴晓静考虑熔料在同一螺槽中与固体床相对分离的现象，根据瞬态熔融理论用ANSYS软件建立了注塑螺杆计量段的参数化三维非等温数学物理模型，开发了螺杆的参数化模块用于优化螺杆的几何参数，从而减少了热传递中能量的损失，提高了螺杆的塑化能力。同年，李长勇等拉州用有限元分析软件动态模拟分析了螺杆计量段塑化过程，得到了沿螺礴方向上纵截面的速度场，计算了注塑机的塑化能力，优化设计了螺杆的几何参数，并与标准螺杆进行对比试验，结果表明优化设计的螺杆性能优于标准螺杆。同年，张谦l2利用固体输送理论推导出螺杆工作过程的数学模型，提出了螺杆优化设计的目标函数和约束条件，构造了遗传算法的适应度函数，改进了遗传算法的选择算子运算规则，实现了注塑螺杆优化设计。同年，陈志俭等州建立了组合式注塑螺杆均化段物料二维等温流动模型，结合实验验证分析探讨了注塑螺杆结构对PVC塑化效果的影响。2006年，马德君等圳使用聚合物流动分析软件POLYFLOW软件，数值研究了注塑螺杆头部无螺纹和有螺纹的螺杆头熔料在塑化和注射过程中三维等温流场，计算结果表明，注塑螺杆头部螺纹加强了头部熔料的剪切稀化作用，使熔科黏度降低。丽等”使用POLYFLOW，数值研究了注塑机两种不同锥角止逆螺杆头中熔体的三维等温流场，分析了螺杆头部的锥角对螺杆头流道内熔体流场的影响。同年，武停启等给出_r能量疗程的全三维离敞格式，运用SIMPLE算法求解了矩形敲而流道内熔体的逑度场和压力场，并采用TCarreau流变模型，通过耦合动量方程和能量方程，进而得到整个机头流道内的温度分布。模拟结果表明：在入口区，熔体从近壁面区域向流道的中心区域汇集，进入全展流区后，熔体的流场不再变化。熔体内温度分布较复杂，影响因素众多。
3结论与展望
综上可知，注塑螺杆经过几十年的发展，在实验和理论研究方面取得了一定的进展。总体来看，注塑螺杆研究的工作还不够深入，理论和实验研究结合不够紧密。由于实验方法自身存在着耗时耗力的特点，近十年来其发展速度不及数值模拟发展的快。数值模拟作为一种新的研究手段，不但可获得实验手段无法测量的数据，而且可大大降低螺杆试制的成本，减少试制的周期和工作量，因而必将成为螺杆研发的主要方法。注塑螺杆传统的研究方法是以实验和经验归纳为主，如今数值计算已与理论分析，实验并列被为当代科学研究的三种手段之一。计算机技术的飞速发展、科学计算理论和方法的不断完善，以及成熟的计算流体软件包促进了数值计算的发展。采用数值计算、理论分析和实验相结合的科学研究方法，利用计算机进行静、动态过程模拟，深入了解注射螺杆的工作机理，研究注射过程中各参量的变化规律，以生产制造高效节能自动化螺杆注射机是今后发展的方向。
