УДК: 004:[678.027.3]
DOI: https://doi.org/10.36887/2415-8453-2023-4-53
У даній статті як об’єкт математичного моделювання вибрано процес переміщення полімерного матеріалу в шнеко-вому екструдері 3D-принтера, що використовує гранули або подрібнені відходи полімеру в якості вихідної сировини. Досліджено, що моделювання шнекових екструдерів є надзвичайно актуальною задачею, оскільки це важливий інстру-мент для оптимізації процесів виробництва у полімерній промисловості та інших галузях, де вони використовуються. Воно дозволяє детально вивчити і оптимізувати процеси, що відбуваються всередині матеріального циліндра. Зазначено, що моделювання шнекових екструдерів для 3D-принтерів, які використовують гранули або подрібнені відходи пластиків, є ключовим фактором для підтримки інновацій, у підвищенні ефективності виробництва, покращенні якості продуктів та розвитку нових технологічних рішень у різних галузях промисловості. Відмічено, що під час руху матеріалу вздовж каналу шнека екструдера, безперервно змінюється кілька його станів від твердого на вході каналу до в’язкої рідини на виході. У зоні подачі полімер знаходиться у твердій формі та переміщується по матеріальному циліндру завдяки тертю. При моделюванні використано фізичну модель, в якій ущільнені частинки полімеру під час руху через канал не зсуваються відносно одна одної. Це відбувається через те, що сили внутрішнього тертя в полімері значно переважають над тертям полімеру по сталі, і частинки рухаються як єдине еластичне стисливе середовище завдяки балансу сухого тертя між стінкою циліндра і шнеком. Показано геометричні параметри екструдера в зоні живлення. Наведено схему розгорнутого каналу екструдера для розрахунку продуктивності. Для визначення продуктивності зони живлення екструдера складено схему руху матеріалу в ній. Отримано математичну модель продуктивності в залежності від діаметра шнека, частоти обертання, глибини гвинтового каналу, кута підйому гвинтової лінії нарізки шнека. Здійснено розрахунок тиску в каналі екструдера. Наведено схему для розрахунку сил, що діють на матеріал в зоні живлення. Отримано формулу для визначення тиску в зоні завантаження матеріалу з бункера, що зв’язує характеристики полімерного матеріалу та геометричні параметри завантажувального бункера.
Ключові слова: 3D-принтер, шнековий екструдер, моделювання; полімерний матеріал; зона завантаження; бункер; продуктивність; тиск.
Література
- Витвицький В.М., Мікульонок І.О. Моделювання процесу живлення черв’ячного екструдера полімерною сировиною: монографія. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. 136 c.
- Tadmor Z, Klein I. Engineering Principles of Plasticating Extrusion. New York: Van Nostrand Reinhold, 1970. 479 p.
- Мікульонок І.О., Радченко Л.Б. Переробка вторинної сировини екструзією. Київ: НТУУ «КПІ», 2006. 184 с.
- Мікульонок І.О. Обладнання і процеси перероблення термопластичних матеріалів з використанням вторинної сировини: монографія. Київ: ІВЦ «Видавництво «Політехніка», 2009. 265 c.
- Радченко Л.Б. Переробка термопластів методом екструзії: науковий посібник. Київ: ІЗМН, 1999. 220 с.
- Місяць В.П. Математичне моделювання процесу руху матеріалу в екструдерному подрібнювачі з каналом змінного профілю при неізотермічних умовах. Вісник КНУТД. 2006. № 2. С. 42-49.
- Місяць В.П., Кулік Т.І., Поліщук О.С., Лісевич С.П. Аналітичні дослідження роботи шнекового пристрою для пресування кави. Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. 2018. № 2. С. 64-70.
- Кузяєв І.М., Свідерський В.А., Петухов А.Д. Моделювання екструзії і екструдерів при переробці полімерів: монографія. Київ: НТУУ «КПІ» «Політехніка», 2016. 412 c.
Статтю було отримано 03.10.2023