背压压力与螺杆转速

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1、1. 螺杆速度和行程的设定在此节所讨论的螺杆旋转速度和行程的设定是指在塑化过程时利用螺杆的转动把塑料推向 射料缸的前面，关于螺杆向前推进的速度(注射速度)则在较后章节论及。1.1螺杆旋转速度软化塑料所需的热能，部份来自螺杆的转动，转动愈快，温度愈高，虽然螺杆的旋转速度可 以达到一个很高的数值，但这并不表示着我们应该使用这样高的旋转速度。较好的做法是按 照施工塑料和种类和生产周期的长短来调节螺杆的旋转速度。1.1.1螺杆旋转速度的选择螺杆的旋转速度显着地影响着注射成型过程的稳定程度和作用有塑料上的热量。当螺杆以高 速旋转时，传送到塑料的磨擦(剪切)能量提高了塑化效率，但同时亦增加了熔料温度的 不

2、均匀度。这对生产的稳定要求来说是极不受欢迎的，因为它可能使熔料发生局部过热现 象。而且采用高螺杆转速亦使能源(电能)的消耗增大，相反地螺杆的旋转速度愈低，熔料 的温度均匀性愈好，原因是没有了局部的过热现象；而且从经济角度来考虑，产品制造所需 的能源较少，由此可知要在到某一注塑过程的生产能力规定，正确地螺杆旋转速度的选择是 何等重要，这被设定的数值必须能够顾及生产时各条件参数的天然变化。当我们提及螺杆的旋转速度时，其实最重要的参数是螺杆表现的速度。不同的塑材所容许是 最大螺杆表面速度亦不是一样(请参看表6.2)这速度的单位是毫米/秒(mm/s)、或是肥尺 /秒(m/s)或是英制的尺/秒(ft/s

3、)，由于螺杆的旋转速度(rpm)和它的表面速度一线性关系， 所以不同的塑材，它们所容许的最大旋转速度亦是不相等。1.1.2螺杆速度的计算大型注塑机的螺杆旋转速度应较小型注塑机的为少，原因是在同等旋转速度来说大螺杆所产 生的剪切热能比小螺杆的高很多，在数学上我们可以以下列公式表示螺杆的表面速度与螺杆 的直径和螺杆每分钟的转速的关系；螺杆表面速度(mm/s)=杆直径(mm)x螺杆转速(rpm)x0.0524 (这里00524是关于mm和 rpm的转换常数)。各塑料最佳的及最大的螺杆表面速度详见表1.1。表内最大的数值可以帮助注塑人员在决定生产问题是否源自螺杆转速。事实上很多注塑人员 在注塑机调校时

4、采用了过高的螺杆速度而不自觉，直至塑料发生了热降解现象才醒觉需要调 低螺杆速度(塑料的热降解现象可从注件的缺点得知)，当螺杆的转速是洽当时，熔料的温 度较为稳定，注塑机的螺杆和射料缸装置的磨损程度较轻微。1.2螺杆复位螺杆的复位是指注塑周期的塑化过程完结后，螺杆向后移动至原先未注射时的位置，螺杆退 后时的旋转速度是一预先设定的数值，同时亦有一预先设定的背压压力作用在螺杆上，螺杆 之所以能够稳定地退后是由于射料缸内的塑料被推向前的速度也是稳定的，同时熔料在射料 缸前部不断地增加的情况下产生了一压力作用在螺杆上，迫使它向后移动至原先的位置。 1.2.1螺杆精确复位的重要性螺杆每周期的复位精确度是非

5、重要的。这位置决定了在下一周期螺杆需要向前推动的实际距 离(螺杆行程)以便模腔能在保压切换前能够得到充份的填充，这距离影响着其后的注射时 间，螺丝垫料的长度以及注件的重量一一尤其是当保压转换的模式是行程决定或是时间决定 时，所以螺杆复位的精度愈不准确，生产过程的不稳定性愈大。螺杆的复位变化通常都是由 于螺杆在退后时冲过设定的份量(计量位置)；理想的螺杆退后时应停在所设定的份量位置。 可是事实螺杆往往退得后一点引致在螺杆前端的熔料容积发生变化。螺杆的直径愈大，螺杆 的越位程度更加需要控制，良好的注塑习惯是使越位的范围控制在0.4mm(0.16in)内，最好 是控制在0.2mm(0.008in)内

6、。表1.1典型的螺丝速度(mm/s)最理想 最大OPTIMUM MAXIMIMABS550650BDS700750GPPS800950HIPS850900LDPE700750NYLON11/ 12400500NYLON66 400500PC 400500PEI 400500PES/PSU 150250PMMA 350400POM(HO) 100300PP/EPDM 混合物 550650PPS200300PSU150250PC/ABS 混合物450550PC/PBT 混合物350400ASA600650EVA500550GDPE 750800HIPS(快周期)9501000LLDPE 70075

7、0NYLON6 400500PBT 300350PEEK300400PETP250350PETG300400POM(CO) 200500PP 750850109PPO-M 400500PPVC150200SAN 400450UPVC150200TPU/PUR 250400转换为 ft/sec 除以 304.8i.e.300mm/s=0.98ft/s转换为 m/sec 除以 1,000i.e 300mm/s=0.3m/scc 1.2.2螺杆复位时的减速假使我们在螺杆的复位动作时能够采用快/慢的双速方法，则螺杆的退后越位程度将会大 为降低，可以控制在0.2min(0.008in的范围内，塑化过程便

8、可以稳定下来了。找出了施工塑料的最高许可转速度后(请看表6.2),我们应从较低的最佳螺杆转速开始，先 选用最佳速度作为第一速度，在大约还有15%的复位行程时转用较慢的第二速度。第二速 度大约是最佳速度6070%,第二速度的选定是使复位动作在模具冷却阶段完成前12秒 先完成，倘若这样的快/慢螺杆速度不能使复位动作在冷却阶段前完成，则需要稍为增大螺 杆的前一段的后退速度，以使螺杆可以在冷却阶段完毕前得以复位(包括减压或螺杆复位的 螺杆退后移动)。1.3螺杆行程螺杆行程是指螺杆直射注塑机射料缸内螺杆的线性移动距离，移动距离是从塑化过程完结后 螺杆停顿的位置至保压压力的切换位置(模具保压)。这模具填充

9、阶段时注射入模腔的熔料容量很大程度上是决定于这螺杆的线性行程影响熔料 容量的因素有：1 .螺杆旋转速度(如上述)；2. 螺杆复位完结时的退后移动；3. 螺杆复位时所采用的背压数值。1.4螺杆后退在注塑周期内的螺杆后退，(常被称为“倒索”或“卸压”)的需要是基于数种原因，初时螺杆 复位是用来防止射咀的熔料滴漏现象，避免了关闭式射咀的需要。现在螺杆复位的应用推广 至生产过程稳定的改善，螺杆后缩的速度和距离城要准确控制以达到稳定生产过程的目的。 1.4.1螺杆后退的速度和距离对传统的油压式注塑机来说；螺杆复位是油压气缸把螺杆向后拉动一段预先设定的距离，对 全电动式的注塑机来说，螺杆的后缩动作则是AC

10、伺服马达的倒制转动。和螺杆旋转速度一样，螺杆后退的速度是可以随意选择的，后退的速度愈快，后退距离的可 控程度愈差。所以我们应使用螺杆可有的最快后退速度的2030%。假使螺杆是以 一个受控制的和较慢的速度向后退;则螺杆前端的止流阀丝套可以在每一注塑周期回复至同 一位置，减少了螺丝垫料长度的变化。螺杆后缩的距离视乎螺杆的直径和止流阀丝套的设计 移动范围。典型的数值是4 10mm(0.160-0.394in)。在射胶速度要求很高的应用例子，螺 杆复位和距离可以是12 18mm(0. 472-0.709in)。某些塑料(例如聚烯烃)常常需要很长的 螺杆复位距离以保证止流阀丝套能够回复至同一位置，可是螺

11、杆复位距离过长可以形成吸氧 现象(空气从射咀或进料口被吸进熔料内)，表现在成品上的银丝或浇伤于痕。1.4.2螺杆复位距离的最佳设定为了设定螺杆复位距离的最佳行程，我们需要知道止流阀丝套实际的移动范围。不同的注塑 机有着不同的止流阀设计。但是一般来说，止流阀丝套的设计行程大约是1 1.2倍螺杆注 入区段的螺坑深度。其次我们还需要知道螺杆后退时的越位距离，此越位距离必须是稳定的，然后我们才量度这 距离的数值。正确的螺杆复位距离便是止流阀丝套的移动距离以及螺杆越位距离之和再加 上 0.5mm(0.020in)o计算办法如下：假若储料所设定的螺杆位置=85mm(3347in)螺杆实际停止位置=862m

12、m(3394in)即是螺杆越位距离=1.2mm(0.047in)止流阀丝套移动距离=4.5mm(0.177in)所以螺杆复位应选定的距离=862+45+05mm=912mm(359in)很多时注塑人员设定螺杆的复位(倒索)位置时只是随便地把储料的设定位置加上3mm(0.118in)便算了。他们都不知道螺杆是会发生越位现象的。在此情况下，生产过程必然 不稳定，螺杆停止位置的变化范围亦算超过所规定的0.4mm(0. 016in)，引致螺丝垫料的长度 变化也超过了 0.4mm(0.016in)。表1.2说明了正确的和不正确的注塑机螺杆位置设定的分别。2,背压当螺杆在转动时，遇热软化（塑化）的塑料被推

13、向前，经过止流阀而到达螺杆的前面。由于 熔料不断地推送向前，在这区域便产生了压力，并作用在螺杆和止流阀上，把它们推后，以 便有更多的空间容纳更多的熔料。螺杆退后时同时亦把相连接的油压气缸的活塞推后，在油 压气缸后室的压力油便经由油管回流至注塑机的油缸。若我们控制着这压力油回流的速度， 则油压气缸的后室将会产生一压力（此压力提供了螺杆的退后阻力），回流压力油的速度限 制愈大，油压气缸内所产生的压力愈大；我们称这压力为背压。2.1背压的种类背压可以有两种，它们分别被称为油路背压和熔料背压，通常我们说的背压大都是指油路背 压，它的应用对成品质素的维持是必须的（压力范围可以较校至最高油路压力的25%）

14、。油 路背压产生自注射用的油压气缸，它在储料阶段时作用在螺杆上，减慢了螺杆后退速度。所 以油路背地愈高螺杆的复位时间愈长，螺杆前面熔料所产生的压力必须大过油路背压才可以 使螺杆向后移动。在射料缸前端不断增多的熔料产生了使螺杆后退的压力，被称为熔料背压，它与油路背压有 着直接的关系；此关系和注塑机的构造有关（例如螺杆直径和注射油压气缸的活塞直径）， 一般的设计习惯是油路背压为所产生的熔料背压的十份之一。大多数的注塑机都是油压作动力的，所以在储料过程时背压的调校十分容易，更可以在不同 的螺杆位置采用不同背压数值，但对全电动的注塑机来说，背压的控制却是比较复杂，螺杆 旋转时背压的设定（经由负载装置或

15、转换器）在压力轴承上产生了阻力。此阻力的数值是 AC伺服马达回转速度的函数，即是背压数值愈高，阻力愈大，伺服马达的回转速度愈低， 对全电动注塑机来说，背压可称为阻力感应背压。表1.3 一致性与非一致性注塑前的螺杆位置一致性的螺杆非一致性的螺杆后退位置后退位置mminmmin70.62.78070.22.76470.62.78070.42.77270.62.78070.52.77670.62.78070.62.7870.62.78070.52.77670.72.78470.32.768表1.470.62.78070.22.76470.62.78070.62.78070.72.78470.52.77670.62.78070.62.78070.62.78070.42.77270.72.78470.32.76870.62.78070.52.77670.72.78470.62.78070.62.78170.42.7220.10.00