注塑機結(jié)構(gòu)剖析及其作業(yè)原理（連載一）

 

一、注塑機的作業(yè)原理

 

注塑成型機簡稱注塑機。

注塑成型是使用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動力馬達(dá)作用下驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前運送并壓實，物料在外加熱和螺桿剪切的兩層作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，物料在螺槽沖突力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時，螺桿在物料的反作用下撤退，使螺桿頭部構(gòu)成儲料空間，完結(jié)塑化過程，然后，螺桿在打針油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內(nèi)的熔融料經(jīng)過噴嘴打針到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模組織的作用下，敞開模具，并經(jīng)過頂出設(shè)備把定型好的制品從模具頂出落下。注塑機作業(yè)循環(huán)流程如圖1所示。

圖1  注塑機作業(yè)程序框圖

二、注塑機的分類按合模部件與打針部件裝備的型式有臥式、立式、角式三種（1）臥式注塑機：臥式注塑機是最常用的類型。其特色是打針總成的中心線與合模總成的中心線同心或一致，并平行于設(shè)備地上。它的長處是重心低、作業(yè)平穩(wěn)、模具設(shè)備、操作及修理均較方便，模具開檔大，占用空間高度小；但占地上積大，大、中、小型機均有廣泛應(yīng)用。

（2）立式注塑機：其特色是合模設(shè)備與打針設(shè)備的軸線呈一線擺放并且與地上筆直。具有占地上積小，模具裝拆方便，嵌件設(shè)備容易，自料斗落入物料能較均勻地進(jìn)行塑化，易完結(jié)自動化及多臺機自動線辦理等長處。缺點是頂出制品不易自動脫落，常需人工或其它方法取出，不易完結(jié)全自動化操作和大型制品打針；機身高，加料、修理不方便。

（3）角式注塑機：打針設(shè)備和合模設(shè)備的軸線互成筆直擺放。依據(jù)打針總成中心線與設(shè)備基面的相對位置有臥立式、立臥式、平臥式之分：①臥立式，打針總成線與基面平行，而合模總成中心線與基面筆直；②立臥式，打針總成中心線與基面筆直，而合模總成中心線與基面平行。角式打針機的長處是兼?zhèn)溆信P式與立式打針機的長處，特別適用于開設(shè)側(cè)澆口非對稱幾許形狀制品的模具。 三、注塑機的組成結(jié)構(gòu)剖析注塑機依據(jù)打針成型工藝要求是一個機電一體化很強的機種，主要由打針部件、合模部件、機身、液壓體系、加熱體系、控制體系、加料設(shè)備等組成。如圖2所示。

 

 

 圖2  注塑機組成示意圖

（一）注塑部件的典型結(jié)構(gòu) 1．打針部件的組成現(xiàn)在，常見的注塑設(shè)備有單缸方式和雙缸方式，我廠注塑機都是雙缸方式的，并且都是經(jīng)過液壓馬達(dá)直接驅(qū)動螺桿注塑。因不同的廠家、不同類型的機臺其組成也不完全相同，下面就對我廠用的機臺作具體剖析。

立式機和臥式機注塑設(shè)備的組成圖別離如圖3和圖4。

作業(yè)原理是：預(yù)塑時，在塑化部件中的螺桿經(jīng)過液壓馬達(dá)驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸一端與螺桿鍵銜接，另一端與液壓馬達(dá)鍵銜接，螺桿旋轉(zhuǎn)時，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲料室中，與此同時，螺桿在物料的反作用下撤退，并經(jīng)過推力軸承使推力座撤退，經(jīng)過螺母拉動活塞桿直線撤退，完結(jié)計量，打針時，打針油缸的桿腔進(jìn)油經(jīng)過軸承推進(jìn)活塞桿完結(jié)動作，活塞的桿腔進(jìn)油推進(jìn)活塞桿及螺桿完結(jié)打針動作。 

 

 

圖3   臥式機雙缸打針注塑設(shè)備示意圖 （a）是俯視圖；  （b）為打針座與導(dǎo)桿支座間的平視圖1-油壓馬達(dá)；2，6 -導(dǎo)桿支座；3-導(dǎo)桿；4-打針油缸；5-加料口；7-推力座；8-打針座；9-塑化部件；10-座移油缸

 

 

 

 

圖4   立式注塑機打針設(shè)備示意圖1- 液壓馬達(dá)；2-推力座；3-打針油缸；4-打針座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上范本 2．塑化部件塑化部件有柱塞式和螺桿式兩種，下面就對螺桿式做一下介紹。螺桿式塑化部件如圖5所示,主要由螺桿、料筒、噴嘴等組成，塑料在旋轉(zhuǎn)螺桿的接連推進(jìn)過程中，完結(jié)物理狀況的變化，最后呈熔融狀況而被注入模腔。因而，塑化部件是完結(jié)均勻塑化，完結(jié)定量打針的核心部件。

 

 

圖5  螺桿式塑化部件結(jié)構(gòu)圖1-噴嘴；2-螺桿頭；3-止逆環(huán)；4-料筒；5-螺桿；6-加熱圈；7-冷卻水圈 螺桿式塑化部件的作業(yè)原理：預(yù)塑時，螺桿旋轉(zhuǎn)，將從料口落入螺槽中的物料接連地向前推進(jìn)，加熱圈經(jīng)過料筒壁把熱量傳遞給螺槽中的物料，固體物料在外加熱和螺桿旋轉(zhuǎn)剪切兩層作用下，并經(jīng)過螺桿各功用段的熱進(jìn)程，到達(dá)塑化和熔融，熔料推開止逆環(huán)，經(jīng)過螺桿頭的周圍通道流入螺桿的前端，并發(fā)生背壓，推進(jìn)螺桿后移完結(jié)熔料的計量，在打針時，螺桿起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，將儲料室中的熔體經(jīng)過噴嘴注入模具。

螺桿式塑化部件一般具有如下特色：①螺桿具有塑化和打針兩種功用；②螺桿在塑化時，僅作預(yù)塑用；③塑料在塑化過程中，所經(jīng)過的熱進(jìn)程要比擠出長；④螺桿在塑化和打針時，均要發(fā)生軸向位移，同時螺桿又處于時轉(zhuǎn)時停的間歇式作業(yè)狀況，因而構(gòu)成了螺桿塑化過程的非安穩(wěn)性。 （1） 螺桿螺桿是塑化部件中的要害部件，和塑料直接觸摸，塑料經(jīng)過螺槽的有用長度，經(jīng)過很長的熱進(jìn)程，要經(jīng)過3態(tài)（玻璃態(tài)、黏彈態(tài)、黏流態(tài)）的改動，螺桿各功用段的長度、幾許形狀、幾許參數(shù)將直接影響塑料的運送功率和塑化質(zhì)量，將終究影響打針成型周期和制品質(zhì)量。與擠出螺桿相比，注塑螺桿具有以下特色：①    打針螺桿的長徑比和緊縮比比較小；②    打針螺桿均化段的螺槽較深；③    打針螺桿的加料段較長，而均化段較短；④    打針螺桿的頭部結(jié)構(gòu)，具有特別方式。⑤    打針螺桿作業(yè)時，塑化才能和熔體溫度將隨螺桿的軸向位移而改動。 （ⅰ）螺桿的分類注塑螺桿按其對塑料的習(xí)慣性，可分為通用螺桿和特別螺桿，通用螺桿又稱慣例螺桿，可加工大部分具有低、中黏度的熱塑性塑料，結(jié)晶型和非結(jié)晶型的民用塑料和工程塑料，是螺桿最根本的方式，與其相應(yīng)的還有特別螺桿，是用來加工用一般螺桿難以加工的塑料；按螺桿結(jié)構(gòu)及其幾許形狀特征，可分為慣例螺桿和新式螺桿，慣例螺桿又稱為三段式螺桿，是螺桿的根本方式，新式螺桿方式則有很多種，如分離型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿、無計量段螺桿等。

慣例螺桿其螺紋有用長度通常分為加料段（運送段）、緊縮段（塑化段）、計量段（均化段），依據(jù)塑料性質(zhì)不同，可分為漸變型、突變型和通用型螺桿。①漸變型螺桿：緊縮段較長，塑化時能量轉(zhuǎn)化緩和，多用于PVC等熱安穩(wěn)性差的塑料。②突變型螺桿：緊縮段較短，塑化時能量轉(zhuǎn)化較劇烈，多用于聚烯烴、PA等結(jié)晶型塑料。③通用型螺桿：習(xí)慣性比較強的通用型螺桿，可習(xí)慣多種塑料的加工，避免更換螺桿頻繁，有利于進(jìn)步出產(chǎn)功率。

慣例螺桿名段的長度如下：    螺桿類型          加料段（L1）      緊縮段（L2）    均化段（L3）    漸變型             25~30%             50%                15~20%    突變型            65~70%            15~5%              20~25%    通用型            45~50%            20~30%            20~30%

（ⅱ）螺桿的根本參數(shù)螺桿的根本結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由有用螺紋長度L和尾部的銜接部分組成。

 

 

圖6  螺桿的根本結(jié)構(gòu) ds — 螺桿外徑，螺桿直徑直接影響塑化才能的巨細(xì)，也就直接影響到理論打針容積的巨細(xì)，二手注塑機回收 因而，理論打針容積大的注塑機其螺桿直徑也大。

L/ds —螺桿長徑比。L是螺桿螺紋部分的有用長度，螺桿長徑比越大，說明螺紋長度越長，直接影響到物料在螺桿中的熱進(jìn)程，影響吸收能量的才能，而能量來源有兩部分：一部分是料筒外部加熱圈傳給的，另一部分是螺桿轉(zhuǎn)動時發(fā)生的沖突熱和剪切熱，由外部機械能轉(zhuǎn)化的，因而，L/ds直接影響到物料的熔化作用和熔體質(zhì)量，但是如果L/ds太大，則傳遞扭矩加大，能量耗費添加。

L1—加料段長度。加料段又稱運送段或進(jìn)料段，為進(jìn)步運送才能，螺槽外表一定要光亮，L1的長度應(yīng)保證物料有滿足的運送長度，由于過短的L1會導(dǎo)致物料過早的熔融，然后難以保證安穩(wěn)壓力的運送條件，也就難以保證螺桿以后各段的塑化質(zhì)量和塑化才能。塑料在其本身重力作用下從料斗中滑進(jìn)螺槽，螺桿旋轉(zhuǎn)時，在料筒與螺槽組成的各推力面沖突力的作用下，物料被緊縮成密集的固體塞螺母，沿著螺紋方向做相對運動，在此段，塑料為固體狀況，即玻璃態(tài)。

h1—加料段的螺槽深度。h1深，則容納物料多，進(jìn)步了供料量和塑化才能，但會影響物料塑化作用及螺桿根部的剪切強度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。

L3 — 熔融段長度。熔融段又稱均化段或計量段，熔體在L3段的螺槽中得到進(jìn)一步的均化，溫度均勻，組分均勻，構(gòu)成較好的熔體質(zhì)量，L3長度有助于熔體在螺槽中的動搖，有安穩(wěn)壓力的作用，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱計量段。L3短時，有助于進(jìn)步螺桿的塑化才能，一般L3=（4～5）ds。

h3 — 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽淺，進(jìn)步了塑料熔體的塑化作用，有利于熔體的均化，但h3過小會導(dǎo)致剪切速率過高，以及剪切熱過大，引起分子鏈的降解，影響熔體質(zhì)量，；反之，如果h3過大，由于預(yù)塑時，螺桿背壓發(fā)生的回流作用增強，會下降塑化才能。

L2 — 塑化段（緊縮段）螺紋長度。物料在此錐形空間內(nèi)不斷地受到緊縮、剪切和混煉作用，物料從L2段入點開端，熔池不斷地加大，到出點處熔池已占滿全螺槽，物料完結(jié)從玻璃態(tài)經(jīng)過黏彈態(tài)向黏流態(tài)的改動，即此段，塑料是處于顆粒與熔融體的共存狀況。L2的長度會影響物料從玻璃態(tài)到黏流態(tài)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，太短會來不及轉(zhuǎn)化，固料堵在L2段的末端構(gòu)成很高的壓力、扭矩或軸向力；太長則會添加螺桿的扭矩和不必要的耗費，一般L2=（6～8）ds。關(guān)于結(jié)晶型的塑料，物料熔點明顯，熔融范圍窄，L2可短些，一般為（3～4）ds，關(guān)于熱敏性塑料，此段可長些。S — 螺距，其巨細(xì)影響螺旋角，然后影響螺槽的運送功率，一般S≈ds。ε —緊縮比。ε=h1/h3，即加料段螺槽深度h1與熔融段螺槽深度h3之比。ε大，會增強剪切作用，但會削弱塑化才能，一般來講，ε稍小一點為好，以有利于進(jìn)步塑化才能和添加對物料的習(xí)慣性，關(guān)于結(jié)晶型塑料，緊縮比一般取2.6~3.0。關(guān)于低黏度熱安穩(wěn)性塑料，可選用高緊縮比；而高黏度熱敏性塑料，應(yīng)選用低緊縮比。 （2）螺桿頭在打針螺桿中，螺桿頭的作用是：預(yù)塑時，能將塑化好的熔體放流到儲料室中，而在高壓打針時，又能有用地封閉螺桿頭前部的熔體，避免倒流。螺桿頭分為兩大類，帶止逆環(huán)的和不帶止逆環(huán)的，關(guān)于帶止逆環(huán)的，預(yù)塑時，螺桿均化段的熔體將止逆環(huán)推開，經(jīng)過與螺桿頭構(gòu)成的空隙，流入儲料室中，打針時，螺桿頭部的熔體壓力構(gòu)成推力，將止逆環(huán)退回流道封堵，避免回流。