注塑機(jī)的作業(yè)原理及結(jié)構(gòu)

 

 

一、注塑機(jī)的作業(yè)原理

 

注塑成型機(jī)簡(jiǎn)稱注塑機(jī)。

注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗參加料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力馬達(dá)效果下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的效果下，沿著螺槽向前運(yùn)送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的兩層效果下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料在螺槽摩擦力及剪切力的效果下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此一起，螺桿在物料的反效果下撤退，使螺桿頭部構(gòu)成儲(chǔ)料空間，完結(jié)塑化進(jìn)程，然后，螺桿在打針油缸的活塞推力的效果下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融料經(jīng)過(guò)噴嘴打針到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過(guò)保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模組織的效果下，敞開模具，并經(jīng)過(guò)頂出設(shè)備把定型好的制品從模具頂出落下。

注塑機(jī)作業(yè)循環(huán)流程如圖1所示。

 

 

 

圖1   注塑機(jī)作業(yè)程序框圖

 

 

二、注塑機(jī)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(jī)：臥式注塑機(jī)是最常用的類型。其特色是打針總成的中心線與合?？偝傻闹行木€同心或共同，并平行于設(shè)備地上。它的長(zhǎng)處是重心低、作業(yè)平穩(wěn)、模具設(shè)備、操作及維修均較便利，模具開檔大，占用空間高度??；但占地上積大，大、中、小型機(jī)均有廣泛應(yīng)用。

 

 

（2）立式注塑機(jī)：其特色是合模設(shè)備與打針設(shè)備的軸線呈一線擺放而且與地上筆直。具有占地上積小，模具裝拆便利，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(dòng)化及多臺(tái)機(jī)自動(dòng)線管理等長(zhǎng)處。缺點(diǎn)是頂出制品不易自動(dòng)脫落，常需人工或其它方法取出，不易完結(jié)全自動(dòng)化操作和大型制品打針；機(jī)身高，加料、維修不便。

 

 

（3）角式注塑機(jī)：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(duì)方位有臥立式、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(jī)的長(zhǎng)處是兼?zhèn)溆信P式與立式打針機(jī)的長(zhǎng)處，特別適用于開設(shè)側(cè)澆口非對(duì)稱幾許形狀制品的模具。

 

 

三、注塑機(jī)的組成結(jié)構(gòu)分析

注塑機(jī)依據(jù)打針成型工藝要求是一個(gè)機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，主要由打針部件、合模部件、機(jī)身、液壓體系、加熱體系、操控體系、加料設(shè)備等組成。如圖2所示。

 

 

 

圖2   注塑機(jī)組成示意圖

 

 

四、注塑部件的典型結(jié)構(gòu)

 1．打針部件的組成

現(xiàn)在，常見(jiàn)的注塑設(shè)備有單缸方法和雙缸方法，因不同的廠家、不同類型的機(jī)臺(tái)其組成也不完全相同。

 

立式機(jī)和臥式機(jī)注塑設(shè)備的組成圖分別如圖3和圖4。

 

作業(yè)原理是：預(yù)塑時(shí)，在塑化部件中的螺桿經(jīng)過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(shí)，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲(chǔ)料室中，與此一起，螺桿在物料的反效果下撤退，并經(jīng)過(guò)推力軸承使推力座撤退，經(jīng)過(guò)螺母拉動(dòng)活塞桿直線撤退，完結(jié)計(jì)量，打針時(shí)，打針油缸的桿腔進(jìn)油經(jīng)過(guò)軸承推進(jìn)活塞桿完結(jié)動(dòng)作，活塞的桿腔進(jìn)油推進(jìn)活塞桿及螺桿完結(jié)打針動(dòng)作。

 

 

 

圖3   臥式機(jī)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(jī)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(duì)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)進(jìn)程中，完結(jié)物理狀態(tài)的變化，最終呈熔融狀態(tài)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(shí)，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(guò)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)剪切兩層效果下，并經(jīng)過(guò)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(guò)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(jì)量，在打針時(shí)，螺桿起柱塞的效果，在油缸效果下，敏捷前移，將儲(chǔ)料室中的熔體經(jīng)過(guò)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(shí)，僅作預(yù)塑用；

③塑料在塑化進(jìn)程中，所經(jīng)過(guò)的熱進(jìn)程要比擠出長(zhǎng)；

④螺桿在塑化和打針時(shí)，均要發(fā)作軸向位移，一起螺桿又處于時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇式作業(yè)狀態(tài)，因而構(gòu)成了螺桿塑化進(jìn)程的非安穩(wěn)性。

 

（1） 螺桿

螺桿是塑化部件中的關(guān)鍵部件，和塑料直觸摸摸，塑料經(jīng)過(guò)螺槽的有效長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的熱進(jìn)程，要經(jīng)過(guò)3態(tài)（玻璃態(tài)、黏彈態(tài)、黏流態(tài)）的轉(zhuǎn)變，螺桿各功用段的長(zhǎng)度、幾許形狀、幾許參數(shù)將直接影響塑料的運(yùn)送功率和塑化質(zhì)量，將最終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(zhǎng)徑比和緊縮比比較??；

②    打針螺桿均化段的螺槽較深；

③    打針螺桿的加料段較長(zhǎng)，而均化段較短；

④    打針螺桿的頭部結(jié)構(gòu)，具有特別方法。

⑤    打針螺桿作業(yè)時(shí)，塑化才能和熔體溫度將隨螺桿的軸向位移而改變。

 

（?。┞輻U的分類

注塑螺桿按其對(duì)塑料的適應(yīng)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，是螺桿最根本的方法，與其相應(yīng)的還有特別螺桿，是用來(lái)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型螺桿，慣例螺桿又稱為三段式螺桿，是螺桿的根本方法，新型螺桿方法則有很多種，如分離型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿、無(wú)計(jì)量段螺桿等。

 

慣例螺桿其螺紋有效長(zhǎng)度通常分為加料段（運(yùn)送段）、緊縮段（塑化段）、計(jì)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(zhǎng)，塑化時(shí)能量轉(zhuǎn)化平緩，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(shí)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：適應(yīng)性比較強(qiáng)的通用型螺桿，可適應(yīng)多種塑料的加工，避免更換螺桿頻繁，有利于進(jìn)步生產(chǎn)功率。

 

慣例螺桿名段的長(zhǎng)度如下：  

 

 

 

（ⅱ）螺桿的根本參數(shù)

螺桿的根本結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由有效螺紋長(zhǎng)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)，因而，理論打針容積大的注塑機(jī)其螺桿直徑也大。

 

L/ds —螺桿長(zhǎng)徑比。L是螺桿螺紋部分的有效長(zhǎng)度，螺桿長(zhǎng)徑比越大，闡明螺紋長(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(lái)歷有兩部分：一部分是料筒外部加熱圈傳給的，另一部分是螺桿滾動(dòng)時(shí)發(fā)生的摩擦熱和剪切熱，由外部機(jī)械能轉(zhuǎn)化的，因而，L/ds直接影響到物料的熔化效果和熔體質(zhì)量，可是如果L/ds太大，則傳遞扭矩加大，能量耗費(fèi)添加。

 

L1—加料段長(zhǎng)度。加料段又稱運(yùn)送段或進(jìn)料段，為進(jìn)步運(yùn)送才能，螺槽外表一定要光亮，L1的長(zhǎng)度應(yīng)確保物料有滿足的運(yùn)送長(zhǎng)度，因?yàn)檫^(guò)短的L1會(huì)導(dǎo)致物料過(guò)早的熔融，從而難以確保安穩(wěn)壓力的運(yùn)送條件，也就難以確保螺桿以后各段的塑化質(zhì)量和塑化才能。塑料在其本身重力效果下從料斗中滑進(jìn)螺槽，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在料筒與螺槽組成的各推力面摩擦力的效果下，物料被緊縮成密布的固體塞螺母，沿著螺紋方向做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在此段，塑料為固體狀態(tài)，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(huì)影響物料塑化效果及螺桿根部的剪切強(qiáng)度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。

 

L3 — 熔融段長(zhǎng)度。熔融段又稱均化段或計(jì)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(zhǎng)度有助于熔體在螺槽中的波動(dòng)，有安穩(wěn)壓力的效果，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱計(jì)量段。L3短時(shí)，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效果，有利于熔體的均化，但h3過(guò)小會(huì)導(dǎo)致剪切速率過(guò)高，以及剪切熱過(guò)大，引起分子鏈的降解，影響熔體質(zhì)量，；反之，如果h3過(guò)大，由于預(yù)塑時(shí)，螺桿背壓發(fā)生的回流效果增強(qiáng)，會(huì)下降塑化才能。

 

L2 — 塑化段（緊縮段）螺紋長(zhǎng)度。物料在此錐形空間內(nèi)不斷地遭到緊縮、剪切和混煉效果，物料從L2段入點(diǎn)開端，熔池不斷地加大，到出點(diǎn)處熔池已占滿全螺槽，物料完結(jié)從玻璃態(tài)經(jīng)過(guò)黏彈態(tài)向黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變，即此段，塑料是處于顆粒與熔融體的共存狀態(tài)。L2的長(zhǎng)度會(huì)影響物料從玻璃態(tài)到黏流態(tài)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，太短會(huì)來(lái)不及轉(zhuǎn)化，固料堵在L2段的結(jié)尾構(gòu)成很高的壓力、扭矩或軸向力；太長(zhǎng)則會(huì)添加螺桿的扭矩和不必要的耗費(fèi)，一般L2=（6～8）ds。關(guān)于結(jié)晶型的塑料，物料熔點(diǎn)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(zhǎng)些。

S — 螺距，其巨細(xì)影響螺旋角，從而影響螺槽的運(yùn)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(huì)增強(qiáng)剪切效果，但會(huì)減弱塑化才能，一般來(lái)講，ε稍小一點(diǎn)為好，以有利于進(jìn)步塑化才能和添加對(duì)物料的適應(yīng)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，螺桿頭的效果是：預(yù)塑時(shí)，能將塑化好的熔體放流到儲(chǔ)料室中，而在高壓打針時(shí)，又能有效地關(guān)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(shí)，螺桿均化段的熔體將止逆環(huán)推開，經(jīng)過(guò)與螺桿頭構(gòu)成的空隙，流入儲(chǔ)料室中，打針時(shí)，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。

 

 

關(guān)于有些高黏度物料如PMMA、PC、AC或者熱安穩(wěn)性差的物料PVC等，為減少剪切效果和物料的滯留時(shí)刻，可不必止逆環(huán)，但這樣的打針時(shí)會(huì)發(fā)生反流，延伸保壓時(shí)刻。

 

對(duì)螺桿頭的要求：

①    螺桿頭要靈活、光亮；

②    止逆環(huán)與料筒合作空隙要適合，即要避免熔體回流，又要靈活；

③    既有滿足的流轉(zhuǎn)截面，又要確保止逆環(huán)端面有回程力，使在打針時(shí)快速關(guān)閉；

④    結(jié)構(gòu)上應(yīng)拆裝便利，便于清洗；

⑤    螺桿頭的螺紋與螺桿的螺紋方向相反，避免預(yù)塑時(shí)螺桿頭松脫。

 

（3）料筒

（?。┝贤驳慕Y(jié)構(gòu)

料筒是塑化部件的重要零件，內(nèi)裝螺桿外裝加熱圈，接受復(fù)合應(yīng)力和熱應(yīng)力的效果，結(jié)構(gòu)如圖7：二手注塑機(jī)回收

 

 

圖7  料筒結(jié)構(gòu)

1-前料筒；2-電熱圈；3-螺孔；4-加料口

  螺孔3裝熱電偶，要與熱電偶嚴(yán)密地觸摸，避免踏實(shí)，否則會(huì)影響溫度測(cè)量精度。

 

（ⅱ）加料口

加料口的結(jié)構(gòu)方法直接影響進(jìn)料效果和塑化部件的吃料才能，注塑機(jī)大多數(shù)靠料斗中物料的自重加料，常用的進(jìn)料口截面方法如圖8所示：對(duì)稱形料口如圖8（a），制作簡(jiǎn)略，但進(jìn)料不利；現(xiàn)多用非對(duì)稱方法，如圖8（b）、8（c）所示，此種進(jìn)料口由于物料與螺桿的觸摸角大，觸摸面積大，有利于進(jìn)步進(jìn)料功率，不易在料斗中開成架橋空穴。

 

 

 

圖8  加料口結(jié)構(gòu)方法圖

 

（ⅲ）料筒的壁厚

料筒壁厚要求有滿足的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)榱贤矁?nèi)要接受熔料和氣體壓力，且料筒長(zhǎng)徑比很大，料筒要求有滿足的熱容量，所以料筒壁要有一定的厚度，否則難以確保溫度的安穩(wěn)性；但如果太厚，料筒粗笨，浪費(fèi)材料，熱慣性大，升溫慢，溫度調(diào)節(jié)有較大的滯后現(xiàn)象。

 

（ⅳ）料筒空隙

料筒空隙指料筒內(nèi)壁與螺桿外徑的單面空隙，此空隙太大，塑化才能下降，打針回泄量添加，打針時(shí)刻延伸，在此進(jìn)程中引起物料部分降解；如果太小，熱膨脹效果使螺桿與料筒摩擦加劇，能耗加大，甚至?xí)ㄋ溃丝障?Delta;=（0.002~0.005）ds。

 

（ⅴ）料筒的加熱與冷卻

注塑機(jī)料筒加熱方法有電阻電熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，應(yīng)依據(jù)使用場(chǎng)合和加工物料合理設(shè)置，常用的有電阻加熱和陶瓷加熱，為符合注塑工藝要求，料筒要分段操控，小型機(jī)3段，大型機(jī)一般5段。

冷卻是指對(duì)加料口處進(jìn)行冷卻，因加料口處若溫度過(guò)高，固料會(huì)在加料口處“架橋”，阻塞料口，從而影響加料段的運(yùn)送功率，故在此處設(shè)置冷卻水套對(duì)其進(jìn)行冷卻。我廠是經(jīng)過(guò)冷卻循環(huán)水對(duì)加料口進(jìn)行冷卻的。

 

（4）噴嘴

（ⅰ）噴嘴的功用

噴嘴是銜接塑化設(shè)備與模具流道的重要部件，噴嘴有多種功用：

①    預(yù)塑時(shí)，樹立背壓，驅(qū)除氣體，避免熔體流涎，進(jìn)步塑化才能和計(jì)量精度；

②    打針時(shí)，與模具主澆套構(gòu)成觸摸壓力，保持噴嘴與澆套良好觸摸，構(gòu)成密閉流道，避免塑料熔體在高壓下外溢；

③    打針時(shí)，樹立熔體壓力，進(jìn)步剪切應(yīng)力，并將壓力頭轉(zhuǎn)變成速度頭，進(jìn)步剪切速度和溫升，加強(qiáng)混煉效果和均化效果；

④    改變噴嘴結(jié)構(gòu)使之與模具和塑化設(shè)備相匹配，組成新的流道型式或注塑體系；

⑤    噴嘴還承擔(dān)著調(diào)溫、保溫文斷料的功用；

⑥    減小熔體在進(jìn)出口的粘彈效應(yīng)和渦流丟失，以安穩(wěn)其流動(dòng)；

⑦    保壓時(shí)，便于向模具制品中補(bǔ)料，而冷卻定型時(shí)添加回流阻力，減小或避免模腔中熔體向回流。

 

（ⅱ）噴嘴的根本方法

噴嘴可分為直通式噴嘴、鎖閉式噴嘴、暖流道噴嘴和多流道噴嘴，現(xiàn)階段我廠用的都是直通式噴嘴。

直通式噴嘴是應(yīng)用較遍及的噴嘴，其特色是噴嘴球面直接與模具主澆套球面觸摸，噴嘴的圓弧半徑和流道比模具要小，打針時(shí)，高壓熔體直接經(jīng)模具的澆道體系充入模腔，速度快、壓力丟失小，制作和設(shè)備均較便利。

鎖閉式噴嘴主要是處理直通式噴嘴的流涎問(wèn)題，適用于低黏度聚合物（如PA）的加工。在預(yù)塑時(shí)能關(guān)閉噴嘴流道，避免熔體流涎現(xiàn)象，而當(dāng)打針時(shí)又能在打針壓力的效果下敞開，使熔體注入模腔。

 

3．打針油缸

其作業(yè)原理是：打針油缸進(jìn)油時(shí)，活塞帶動(dòng)活塞桿及其置于推力座內(nèi)的軸承，推進(jìn)螺桿行進(jìn)或撤退。經(jīng)過(guò)活塞桿頭部的螺母，可以對(duì)兩個(gè)平行活塞桿的軸向方位以及打針螺桿的軸向方位進(jìn)行同步調(diào)整。

 

4．推力座 

打針時(shí)，推力座經(jīng)過(guò)推力軸推進(jìn)螺桿進(jìn)行打針；而預(yù)塑時(shí)，經(jīng)過(guò)油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)推力軸帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)完結(jié)預(yù)塑。

 

5．座移油缸

當(dāng)座移油缸進(jìn)油時(shí)，完結(jié)打針座的行進(jìn)或撤退動(dòng)作，并確保注塑噴嘴與模具主澆套圓弧面嚴(yán)密地觸摸，發(fā)生能關(guān)閉熔體的打針座壓力。

 

6．對(duì)打針部件精度要求

安裝后，整體打針部件要置于機(jī)架上，有必要確保噴嘴與模具主澆套嚴(yán)密地接合，以防溢料，要求使打針部件的中心線與其合模部件的中心線同心；為了確保打針螺桿與料筒內(nèi)孔的合作精度，有必要確保兩個(gè)打針油缸孔與料筒定位中心孔的平行度與中心線的對(duì)稱度；對(duì)臥式機(jī)來(lái)講，座移油缸兩個(gè)導(dǎo)向孔的平行度和對(duì)其中心的對(duì)稱度也有必要確保，對(duì)立式機(jī)則有必要確保兩個(gè)座移油缸孔與料筒定位中心孔的平行度與中心線的對(duì)稱度。影響上述方位精度的要素是相關(guān)聯(lián)部件孔與軸的尺寸精度、幾許精度、制作精度與安裝精度。