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1、第六章 量产设备与模具保养,6.1 注塑机6.1.1 注塑机的基本原理,按塑化方式注塑机可分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机两种；1)柱塞式注塑机。柱塞式注塑机是通过柱塞在料筒内的往复运动将熔融塑料向前推送，通过分流梭经喷嘴注入模具型腔。塑料在料筒中塑化主要依靠料筒外加热器提供的热量。由于塑料的导热性差，导致料筒内的物料内外层塑化不均匀，因此，柱塞式注塑机不宜用来成型流动性差、热敏性强、注射量过大的塑料制件。2)螺杆式注塑机。螺杆式注塑机与柱塞式注塑机的区别主要是在料筒内以旋转的螺杆代替了平推的柱塞，料筒内物料的熔融塑化以及注射都是由螺杆完成的，螺杆在料筒中既可旋转又可前后移动，因而能够起到送料、
2、压实、塑化与传压的作用。目前螺杆式注塑机产量最大，应用也最广泛。,塑料注射成型过程是一个循环过程，完成一次循环即完成一次注塑循环周期，每一周期主要包括：定量加料、熔融塑化、施压注射、充模冷却和启模取件等动作。取出塑件后再闭模，进行下一个循环。每完成一次注塑循环周期，注塑机的注射装置和合模装置就分别完成一个工作循环，即注射装置和合模装置的各运动部件均按预定的顺序依次动作一次。,完成注塑成型需要经过三个阶段：塑化、注射和定型。1)塑化阶段。 塑料原料从料斗落入料筒，被转动的螺杆向前输送。在料筒内，塑料一方面接收料筒外部的加热升温，另一方面又因螺槽容积的逐渐减小而被压实，同时螺杆在料筒内旋转时会对塑
3、料产生强烈的搅拌和剪切作用，导致塑料之间以及塑料与料筒和螺杆之间发生剧烈的摩擦，产生大量热量，使塑料在被推动前移的同时逐渐塑化成熔融态。由于螺杆头部背压的作用，螺杆在旋转的同时还有后退动作，以便将塑化好的熔体储存在料筒的顶端供注射使用。螺杆后退行程由一次成型制品所需注射料量决定。 2)注射阶段。 当螺杆停止旋转和后退时，合模部分开始工作使模具闭合，继而注射装置前移，使注射喷嘴与模具浇道口贴合，注射油缸活塞推动螺杆迅速前移，按成型工艺所要求的注射压力和速度把熔融塑料注入模具型腔内。为了防止注入模腔的熔料回流以及补充因制品冷却定型而收缩所需的少量熔料，注射完成后的螺杆仍需对熔料保持一定的压力，即所
4、谓保压，直至浇口处的熔料冷却定型为止。 3)定型阶段。 模腔内的熔料冷却后，由粘流态恢复到玻璃态。当模腔内制品完全冷却定型后，合模机构打开，模具开启，在顶出机构的辅助作用下，制品脱模，完成注射成型全过程。,一台通用注塑机主要包括注射系统、合模系统、液压控制系统三部分。1. 注射系统。注射系统的作用是在一定时间内将一定量的塑料均匀塑化成熔融状态，以足够压力和速度注射到模腔中，注射完毕后能对模腔中的熔料进行保压和补料。它主要由塑化部件（包括喷嘴、料筒和螺杆）、料斗（包括烘干装置）、螺杆传动装置、注射装置和注射座及注射座移动油缸组成。,1.射嘴；2. 射嘴法兰；3.螺旋止逆阀；4.电热圈；5.熔料筒
5、；6.螺杆；7.料斗；8.轴承；9.液压马达；10.射台油缸；11.射台机芯；12.射台油缸塞；13.射胶油缸；14.射台底座；15.中心调节螺丝；16.传动体；17.传动体滑动导杆；18.滑动导杆支撑。,6.1.2 注塑机的结构组成,注塑机用螺杆的几何形状和尺寸,L螺纹长；L1加料段长；L2塑化段长；L3计量段长；S螺距；D螺杆直径；h1加料段螺纹深；h2计量段螺纹深；e螺棱宽；R1、R2螺棱根部圆角半径,表6-1 注塑用螺杆的各段长度/mm,螺杆是注射装置的重要零件，主要参数如下： 直径与行程。最大注射量由螺杆的直径与最大行程决定，行程与直径之比一般取35。如果比值过大，行程过长，则螺杆工
6、作部分长度就会缩小，影响物料塑化质量。反之，螺杆的行程小，为了保证注射量就要增大螺杆和油缸直径，增大了功率消耗。螺旋升角、螺棱宽和径向间隙。 螺旋升角： 。 螺棱宽度： （D为螺杆直径）。对黏度小的物料，螺棱宽度尽量取大一些，太小容易漏流，但太大会增加动力消耗，容易过热。 径向间隙：螺杆与料筒的装配间隙，如果间隙过大，会降低机器塑化能力，注射时熔料回流增加；过小又会增加螺杆和料筒机械加工难度和螺杆功率消耗。通常取径向间隙长径比和分段。长径比指螺杆螺纹部分长度与螺杆直径之比，一般取1620。其值越大，温度均匀，混炼效果好，还可以在保证塑化质量的前提下，提高螺杆转速，增加塑化量；但长径比太大机械加
7、工和螺杆清理困难。螺杆的分段中，一般加料段占50%，压缩段和计量段各占25%左右。螺槽深度和压缩比。,2. 合模系统 合模装置应满足下列要求： 1)有足够的锁模力，保证模具在熔料的压力作用下，不会有溢料现象。 2)有足够的模板面积、模板行程和模板间距，以适应不同外形尺寸塑料制品的成型要求。 3)模板的运行速度应满足闭模时先快后慢，开模时先慢后快再慢，以防止合模时模具的碰撞，实现塑料制品的平稳脱模。 4)模板要有足够的强度，保证在模塑过程中不致因频繁受压而引起变形或损坏，影响制品尺寸的稳定和注塑机寿命。 合模装置主要由合模机构、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板及拉杆、油缸等组成。,1)
8、合模机构。 按照实现锁模力的方式不同，合模装置的结构形式常用的有液压式和液压-机械式两种。a)液压式合模装置 单缸直动式液压合模装置目前主要应用于微型注塑机上。合模油缸主要功能是利用油缸中的油压推动和锁紧模板。前后模板由拉杆支撑经螺母紧固，保证移动模板在拉杆上前后移动工作。,1.合模油缸；2. 后固定模板；3.移动模板；4.拉杆；5.模具；6.前固定模板；7.拉杆螺母,液压式合模装置的特点如下：模板间距大，模具厚度变化范围大。锁模力大小的调节可以通过调节油压来实现，锁模力的大小可以直接读出，操作方便。移动模板可以在行程范围内任意位置停留，因此调节模板间距十分方便。零件能自润滑，磨损小。对锁模力
9、大的注塑机，要求大的合模油缸及高的油压，这对液压系统密封、制造不利。液压系统管路多，保证无渗漏是困难的，所以锁模力的稳定性差，从而影响制品质量。,b)液压-机械式 可以用较小的油缸推力，通过用连杆机构的放大，得到较大的锁模力。提高了合模速度，节省功率消耗。目前常用的有单曲肘和双曲肘液压-机械合模装置。,1.哥林柱固定螺母；2.固定模板；3.机械安全顶板；4.机械安全顶杆；5.活动模板；6. .活动模板铰叉；7.细铰；8.直铰；9.耳仔铰；10.尾板铰叉；11.尾板；12.锁模油缸；13.锁模机芯；14.十字铰；15.顶针油缸；16.顶针杆；17.活动模板滑脚；18.哥林柱,液压-机械式合模装置
10、的特点如下：有增力作用，可以减少功率消耗。有自锁作用，即使撤除油压，锁模力也不会消失，模具闭锁稳定、可靠。模板移动速度是变化的，合模时由快到慢，开模时先慢后快再慢，使启闭模比较平稳，避免了模具接触时的冲击，碰撞。肘杆机构易磨损，要求有高的刚性和耐磨性。模具厚度变化时，需调整动模板和定模板间距，所以调模比较麻烦。锁模力必须用专业仪器测得，不好调整。,2)调模机构 调模机构是为实现模具厚度的变化而设置的，主要针对液压-机械式合模装置，由于动模板行程不能调节，为适应不同厚度模具的要求，必须设置调模机构，包括： 螺纹肘杆调距。 移动合模油缸位置调距。 拉杆螺母调距。 移动模板间连接大螺母调距。3)顶出
11、机构 顶出机构是为顶出模腔内的塑料制品而设置的，因此应当具备足够的顶出力和行程，一般分为机械顶出、液压顶出和气动顶出三种形式。,3. 液压控制系统 由动力系统、执行系统、控制系统、辅助系统及传动介质油组成。动力系统主要是为系统提供液压油，包括电机、泵组等部件。,注塑机的基本参数是设计、制造、购置和使用注塑机的依据，包括注射、合模和综合性能三个方面。1. 理论注射量 注射量在一定程度上反映了注塑机的加工能力，标志着所能生产的塑料制品的最大质量，一般有理论注射容积和注射质量两种表示方法。1) 理论注射容积 注塑机对空注射时，螺杆或柱塞作一次最大注射行程时所射出的熔料体积，以cm3表示。理论注射容积
12、 VL的计算公式为：式中： VL 理论注射容积，cm3； D 螺杆（或柱塞）直径，cm S 螺杆（或柱塞）最大注射行程，cm 在注射过程中，一方面熔料的密度会随温度和压力的变化而变化，另一方面在压力的作用下会有少量的熔料回流，并且在保压时需要对熔料因冷却而产生的收缩量进行补充，所以实际注射量要小于理论注射量。用射出系数进行修正。射出系数通常在 0.7-0.9 范围内选取。 式中：VS 实际注射容量，cm3； 射出系数。,6.1.3 注塑机的基本参数,2) 理论注射质量 注塑机对空注射时，螺杆或柱塞作一次最大注射行程时所射出的聚苯乙烯（PS）熔料的最大质量，以克(g)表示。当塑料制品的材料有别于
13、PS时，注射量要按以下公式进行换算： 式中 该塑料的密度，g / cm3； M以PS 塑料表示的注塑量，g。 例如，PP的密度是0.909/cm3，某注塑机的标准注射量参数为288g，因此用此机生产PP制品时的注射量应为 根据实际生产经验，塑料制品的总质量（制品质量与浇口系统质量之和）最好控制在注射量的85以内，对非结晶塑料可取大值，而对于高黏度的塑料则宜取小值。,2注射压力 注射熔料时，为了克服熔料流经喷嘴、浇道和模具型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）必须对熔料施以足够大的压力，这种压力就称为注射压力。注射压力的计算公式如下：式中：P 注射压力，MPa ; D0 注射油缸内径，cm ; D 螺
14、杆（或柱塞）外径，cm ; P0 注塑机工作时的油路压力，MPa 。 注射压力过高，可能产生飞边，脱模困难，影响制品表观质量，产生较大内应力，影响机器寿命；注射压力过低，则会造成熔料充不满模腔。所选用的注射压力要大于制品所需注射压力，要考虑熔料黏度、制品形状、塑化和模具温度及制品精度等因素。如熔体流动性好、塑件形状简单、壁厚的制品，注射压力小于70MPa；成型熔体黏度较低、形状和精度要求一般的制品，注射压力一般为70100MPa；熔体黏度中等，有一定精度要求的制品，注射压力选为100140MPa ；熔体黏度较高、精度要求高、塑件壁薄且尺寸大的制品，注射压力约为140180MPa ；对于一些形状
15、多样、精度要求高的精密塑料制品的注射成型，注射压力可达230250MPa 。,3. 注射速率 注射速率是指单位时间内从喷嘴射出的熔料量。下式表示：式中：qz 注射速率，cm3； Vs 实际注射容量，cm3； tz 注射时间，s； D 料筒内径，cm； vz 注射速度，cm / s。 注射速度 vz 是单位时间内螺杆或柱塞移动距离，下式表示：式中：S 螺杆（或柱塞）最大注射行程，cm ; tz 注射时间，s。,注射量与注塑速率、注塑时间的关系 注射速率的大小会直接影响制品的质量和生产效率。注射速率低，注射速度慢，注射时间长，熔料充满模腔困难，制品易产生冷接缝、密度不均、内应力大等质量问题；速率过高，速度过快，物料流经喷嘴等处时易产生大量的摩擦热，使物料烧焦、变色或降解；同时高速注射时，模内的气体往往来不及排出，夹杂在物料中影响制品的表观质量，产生银纹、气泡。 因此注射速率应根据塑料的性能、制品的形状、工艺条件及模具的特点等情况来选择。,
