面向应用型创新人才培养的机械创新设计课程项目化教学实践

塑料机械是现代制造业的“生产母机”,塑机行业同时也是高分子材料产业链中资金密集、人才密集和技术密集的“钻石产业”。为满足我国高速发展的塑料机械行业对于高端专业人才的迫切需求,探索建立企业高度参与的创新人才培养新模式,中国塑料机械工业协会与北京化工大学启动“中国塑机创新专业人才培养计划”,建设“中国塑机创新人才培养基地”。该教学实践针对机械设计制造及其自动化学科,以创新应用性强的机械创新设计课程为例,依托于“中国塑机创新人才培养基地”多种多样的工程教育资源,以注塑机“五点斜排肘杆式”注塑机合模机构的方案创新设计为题,应用项目化教学方法,在理论教学的同时,使学生们带着工程实践问题进行学习、思考、分析和研究,鼓励学生将多门机械类专业基础课程所学知识进行创新结合与灵活运用,有效地促进学生们创新创造能力的发展,探索培育应用型创新人才的新模式。

高聚物注塑成型工艺过程智能化技术进展

针对聚合物注塑成型高精度、高效率、零缺陷的高性能制造要求,传统工艺参数设定方法和生产过程中存在投产周期、生产成本和质量控制等方面缺乏精准优化的问题,文中综述了当前注塑成型工艺的智能化应对策略和解决方案。针对工艺参数智能设定,从专家系统、案例推理和机器学习三方面总结了当前主流的研究思路;针对过程扰动自适应补偿,从基于机器学期的代理模型和基于在线监测和物理模型两方面简述了当前研究进展,最后对未来注塑产业智能化发展趋势进行了总结。

朔州市苜蓿生产精细化气象服务研究

朔州市苜蓿生产精细化气象服务工作近几年才发展起来,其精细化程度亟待提高,要想做好此项工作,要从气象资料观测、精细化天气预报制作、精细化气象服务系统建设、服务产品送达、人才建设、部门合作及科普宣传等多方面提升其水平和质量。提出了相关发展思路和解决办法,期望为促进朔州市苜蓿生产精细化气象服务工作高质量发展提供参考。

层叠流道中聚合物共挤过程的数值模拟

采用Bird-Carreau本构方程,利用Polyflow分析软件对尼龙6(PA6)/三元乙丙橡胶(EPDM)熔体在叠层流道中的共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟,对比分析了2种熔体在不同体积流率下在叠层流道中的压力场、速度场和层间界面位置和形貌的情况。结果表明:入口体积流率的变化对界面的位置和形貌有很大影响,当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=Q2=1.5 mm3/s时,PA6熔体在流动过程中逐渐侵入到EPDM熔体的流动空间中,出现界面偏移现象;当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=1 mm3/s,Q2=2 mm3/s时,无界面偏移现象,共挤物形态良好。

温度控制保压过程对制件质量重复精度的影响

分别在注射时间转压、螺杆位置转压、型腔压力转压3种不同的转压方式下比较了2种保压方式(恒定压力保压和PT保压)对制件质量重复精度的影响,其中PT保压是采用型腔温度控制的阶梯降压力保压。结果表明,采用PT保压比传统的恒压保压方式获得的制件具有更好的表面品质和质量重复精度;采用型腔压力转压与PT控制保压过程结合的方式生产的制件质量重复精度最高,可达0.0665%。

注射充模过程可视化实验装置的研制

介绍了可视化技术在注射充模过程研究中的应用。在国外注射充模过程可视化模具基础上,通过对模具中玻璃形状的改进并采用插件形式的视窗,改善可视化模具的观察环境,降低了整套模具的加工难度与成本,设计制造出一套经济实用的可视化模具。为注射充模过程的可视化实验研究奠定了基础。

从德国K展2022看注塑产业发展新趋势

2022年德国杜赛尔多夫国际塑料及橡胶博览会(简称为K2022)圆满落幕,展示了世界各地的参展商所带来的新理念、新技术与新产品。本次K展以气候保护、循环经济和数字化为主题,聚焦材料与行业在材料回收再利用、数字化、智能化和低碳节能等方面的创新理念,展示了全球注塑行业与循环经济、智能数字化、降本增效等相关的创新解决方案,并简要介绍了本节K2022带来的创新亮点,进一步探讨未来注塑产业发展趋势。

注塑发泡工艺对PEEK制品性能影响

聚醚醚酮(PEEK)作为最具代表性的特种工程塑料,由于其具有较好的力学性能已被广泛应用于航天和军事领域。采用超临界流体注塑发泡的方式制备了发泡聚醚醚酮,发泡制品的质量降低了21%(比强度为59.8),最低介电常数为2.47。泡孔结构的介入降低了制品的力学性能,但是,较好的减重效果使发泡制品仍然具有较好的比强度。探究了泡孔结构对发泡PEEK制品的介电性能的影响规律,结果表明,更宽的发泡层使样品中的气体含量更高,可以有效降低制品的介电常数。由于分子链的极化作用,PEEK试样在X波段存在明显的介电常数波动现象。结晶可以抑制分子链的极化,因此,较高的结晶度可以降低制品的介电常数。研究表明,定向调控PEEK发泡制品的介电性能提供了指导方向。

注塑模具温度智能化控制研究进展

综述了国内外在模具温度控制技术领域的研究进展,从模具冷却系统、加热方式以及控制方式这3个方面进行了介绍,并展望了模具温度控制的未来发展趋势。

欧盟碳边境调节机制对全球钢铁行业的多维影响

欧盟碳边境调节机制(CBAM)将于2026年正式实施,但其对全球气候治理有效性和国际贸易的影响尚存在较多争议。运用GTAP-E模型及其第10版数据库数据、联合国商务数据和碳排放等数据,以钢铁行业为研究对象,分析了CBAM的减碳效果及其对全球钢铁贸易、中国钢铁生产和销售等方面的影响。研究发现,在不同关税情景下:大部分地区碳排放总量和钢铁碳排放量不降反升,其中欧盟的增幅最高;欧盟钢铁出口量和出口额均出现大幅增长,中国钢铁出口量和出口额小幅下降,其他地区钢铁出口量和出口额基本稳定,全球钢铁贸易量下降;中国钢铁生产、销售和碳排放量出现小幅下滑。在CBAM单独执行的情况下,对中国钢铁出口贸易影响有限,一旦国际碳关税联盟形成,将对中国钢铁出口产生巨大影响。建议:以短流程炼钢工艺逐步取代长流程炼钢工艺,实施绿电替代燃煤;对钢铁行业全产业链进行绿色低碳技术改革,实施碳标签制度;尽快将钢铁行业纳入全国碳市场,试点碳定价机制。

IV型储氢瓶塑料内胆滚塑旋转工艺的选择

塑料内胆尺寸精度对IV型储氢瓶的服役性能有重要的影响,壁厚均匀度不佳会直接导致内胆变形、直线度变小,进而导致缠绕工艺不良,储氢瓶开裂、耐压能力下降。而滚塑作为一种重要的内胆成型方法,在控制内胆壁厚均匀性方面具有挑战,其核心原因是滚塑过程工艺对内胆尺寸精度的影响机理缺失,业内较少研究工艺因素对壁厚的影响细节。采用ROTOSIM软件,分析了8种常见滚塑工艺对塑料内胆的壁厚均匀性的影响。结果表明,生产典型尺寸的储氢瓶内胆时,壁厚均匀度随旋转速度的加快而变好,但太快会导致粉末抛物流影响壁厚均匀度;旋转速比应避免为整数或半整数以防止粉末轨迹重复,摇摆机或旋转机L臂内胆竖放模式要优于旋转机L臂内胆平放模式和旋转机直臂模式;更重要的是,旋转中心是否与内胆轴心重合对壁厚均匀度影响较小,为一机多模生产方式提供了理论依据。作为本研究优化方案,当摇摆机旋转速度为1 r/min,摇摆速度为6.5次/min时,塑料内胆的壁厚变异系数为9%,为研究范围内的最小值。

考虑冷却及剪切工况下的聚合物PVT特性研究历程及展望

综述了聚合物PVT特性及其在注射成型加工领域的应用。介绍了PVT测量仪从传统型到改进型的发展历程,其中传统测试技术包括直接加压法和间接加压法,而改进型则考虑了成型过程中冷却和剪切工况的影响。此外,总结了国内外关于冷却速率和剪切对聚合物PVT特性影响规律的研究历程,并对今后的研究方向进行了展望。

场协同螺杆熔融段的熔融过程及场协同分析

通过数值模拟的分析手段,对比了聚丙烯(PP)在场协同螺杆与普通螺杆熔融段的熔融过程,并运用场协同原理进行分析,从而揭示了场协同螺杆熔融段的流动传热特性及其机理。模拟结果表明,场协同螺杆在扭转元件放置处实现了对物料的径向翻转,增强了对流传热,加快了物料在螺杆熔融段的塑化进程,并且获得了更加均匀的温度场分布;同时其协同角比普通螺杆小,因此具有更好的速度场和温度梯度场的协同性。场协同原理的理论结果与流动传热模拟直接得到结果相吻合,该原理很好地解释了高黏度非牛顿流体的强化传热机理。

新型扭转元件塑化过程数值模拟

提出一种螺杆计量段的新型扭转元件,并应用计算流体力学软件Polyflow分别对设置扭转元件和螺纹元件的螺杆计量段进行三维非等温数值模拟,利用流道内熔体的温度场、温度梯度场、速度场等及各物理场之间的关系分析了不同元件对塑化过程温度均匀性和传热特性的影响。结果表明:相对于螺纹元件,设置扭转元件的螺杆塑化过程努塞尔数更大,扭转元件处径向温度波动更小,具有强化传热和改善径向温差的作用,使径向截面温度更均匀,塑化质量更好。

不同螺杆构型的聚合物塑化过程混合特性分析

螺杆混合性能是影响聚合物塑化质量和均匀性的重要因素之一。采用扭转元件、销钉元件、Maddock元件及常规螺纹元件,应用计算流体力学软件Polyflow对5种螺杆构型的混合特性进行了数值仿真分析,结合停留时间分布、剪切速率分布、拉伸速率分布、混合指数和非弹性应力张量的第一特征值等参数比较全面地对其混合能力进行了比较。结果表明,5种螺杆构型流道内物料均以剪切流动为主,Maddock元件的剪切作用最明显,具有分流功能的结构可以在一定程度上强化对物料的拉伸作用;2种扭转元件对于物料的混合效果相对较好,其次是销钉元件和Maddock元件,最差的是常规螺纹元件。

电磁屏蔽特种工程塑料制备及应用研究进展

对近年来关于特种工程塑料基电磁屏蔽材料的研究进展进行了综述。重点总结分析了填料选择和结构设计对特种工程塑料基电磁屏蔽复合材料屏蔽效能和屏蔽机理的影响效应。研究人员通过结构设计使填料取向分布,富集连通形成高效导电网络;通过填料选择与改性,改善填料分布、调控材料电导率和磁导率,有效提升了材料的电磁屏蔽性能。另外,提出了电磁屏蔽特种工程塑料的未来研究方向并对其发展前景进行了展望。

聚合物螺杆塑化过程传热特性研究进展

综述了国内外学者在聚合物螺杆塑化加工过程中的传热特性及强化传热技术研究进展,并提出采用新兴的传热学理论——场协同理论,重新审视聚合物塑化过程对流传热的物理机制,即对流传热的性能不仅取决于流体速度、物性以及流体与壁面温差,还取决于流体速度场与热流场协同的程度。在相同的速度和温度边界条件下,他们的协同程度越好,换热强度越高,换热过程越优。这对指导螺杆塑化系统强化传热及塑化均匀性优化具有较高的参考价值。

新型强化传热螺杆塑化过程数值模拟分析

通过fluent软件数值模拟了聚丙烯在普通注塑螺杆和新型强化传热结构的简化展开模型中的流动过程,计算分析了2种不同结构的螺杆流道中流体流动的非等温流场。研究结果表明:新型强化传热结构流道里的熔体存在明显的翻转现象,机筒顶部和螺杆底部熔体存在质交换的过程。与普通螺杆相比,该新型结构流道里的熔体经过径向的翻转之后,各个轴向横截面上的温度分布更均匀,在出口截面处的温度更高。因此,该新型结构在增加对流传质的同时,又增强了螺杆的强化传热。

新型扭转元件塑化过程冷态可视化试验

螺杆作为聚合物塑化装置的重要组成部件,对聚合物的塑化质量和设备的塑化能力具有重要的影响。从传热传质学的角度分析了聚合物的熔融塑化过程,提出了一种用于螺杆塑化系统的新型强化传热结构——扭转元件,并采用冷态可视化实验方法分别在普通螺纹元件和扭转元件中模拟聚合物塑化过程的流动状态,对聚合物流动特性和强化传热传质的本质进行了探讨。结果表明,相对于螺纹元件,扭转元件具有强化径向传质的作用,使物料发生径向扭转翻滚,间接增大了料流与机筒内表面的传热面积,达到了强化径向传热的目的,从而使其径向温度分布更加均匀,塑化质量更好,并达到了节能的效果。

连续纤维增强聚丙烯微发泡注塑过程数值模拟

嵌件式微发泡注射成型工艺对改善微发泡制品的力学性能具有重要作用,是实现高强低质制品加工的重要途径之一。通过对连续纤维增强聚丙烯复合泡沫材料嵌件式微发泡注射成型过程进行数值模拟与仿真分析,研究不同进料方式对注射充填过程和制品成型精度的影响。结果表明,与平行于纤维布方向进料相比,垂直于纤维布方向进料不利于熔体的流动与充填过程,并且会造成更大的制品翘曲变形与体积收缩;而与无纤维布嵌件的泡沫制品相比,有纤维布嵌件的泡沫制品的发泡过程更彻底,泡孔尺寸和泡孔密度更均匀,但是会产生较大的热应力,造成更严重的翘曲变形和体积收缩。