注塑机的结构与设计.docx

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注塑机的结构与设计

注塑机的结构与设计要求

段安明

注塑成型技术系统培训教材

SANSEI精密注塑成形

注塑机的基本结构、类型、各部件的主要职能及主要技术性能参数

一、注塑机的组成

1．注塑机的组成简述

注塑机的基本要求是塑化、注射和定型。

塑料的塑化是实现良好注射及保证成形制品质量的前提。

为了满足成型要求，注射必须保证有足够的压力和速度。

同时还必须要有足够大的锁模力。

作为注塑机必须具备以下基本职能：

A．对加工塑料实现塑化、计量并把熔料注入模腔的功能。

B．对成形模具实现启闭的锁紧的功能。

C．对成形过程中所需能量的转换和传递控制的功能。

D．对成形过程及工艺条件设定与调整的功能。

因此，注塑机主要由注射装置、合模装置、液压传动和电气控制系统组成。

（1）注射装置：

注射装置的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以一定压力和速度把一定量的熔料注入模腔中。

因此，注射装置必须具备塑化良好、计量精确的性能，在注射时对熔料提供足够的压力和速度，并提供充足的保压压力和保压时间。

注射装置一般由塑化部件〔机筒、螺杆、喷咀〕等，加料部件〔上料系统、料斗等〕计量装置、螺杆传动装置、加热冷却系统、注射油缸、注射座及其移动油缸组成。

（2）合模装置：

它的作用是保证成形模具启闭灵活、准确、迅速、安全而可靠，当熔料注入模具时，合模装置要保证模腔严密闭合而不向外溢料。

合模结构应具备可靠的启闭动作，且有缓冲作用，合模及开启中有变速调节要求，以防止损坏模具和制品，到达安全运行，延长机器寿命。

合模装置由模板、拉杆、合模机构、调模机构、制品顶出机构和安全门等组成。

（3）液压传动与电器控制装置：

它的作用是保证注塑机能按工艺过程预定的要求〔如压力、速度、温度、时间等〕和成形周期中的动作程序准确有效地进行工作而设置的动力和控制系统。

液压系统主要由油泵、油马达、压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀、液压辅助元件等到组成。

电气控制系统是由动力、动作程序和加热等控制组成。

根据有无反馈作用可把控制系统分为开环控制和闭环控制两种。

根据控制类型可分为：

恒值调节系统、程序控制系统、连续控制系统和数字控制系统等。

2．注塑机的分类

注塑机发展迅速种类较多，所以分类方法也是较多。

〔1〕按排列形式分类；主要是依据螺杆的轴线和合模装置的运动轴线来分类的。

A．卧式注塑机

B．立式注塑机

C．角式注塑机

D．多工位注塑机

〔2〕按塑化的方式分类

根据注射装置的塑化部件的不同结构，可分为：

柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。

螺杆式注塑机的特点是塑化部件由机筒和螺杆组成，塑化物料的热量不仅来自机筒的加热，而且也来自螺杆转动所产生摩擦热和剪切热，注射过程也由螺杆来完成，所以螺杆塑化时一边转动一边计量，螺杆塑化能力大，塑化质量好。

因此被广泛地应用。

〔3〕按机器加工能力分类

通用注塑机是指目前应用最广泛的，适用于热塑性、单螺杆、单工位、卧式的注塑机。

通用注塑机的成型能力是由注射量和合模力所决定的。

注射量是以最大理论注射容积来表示，合模力是由合模机构所能产生的最大模具合紧力来决定。

〔4〕按合模装置的特征分类

注塑机的合模装置有各种不同的结构特征，根据注塑机的合模装置传动部份特征可分为：

机械式、液压式、液压机械式。

二、注塑机的主要技术参数

A．注射量：

它是注塑机的性能特征之一，在一定程度上反映了注塑机加工制品能力的大小，也标志着机器所能生产塑料制品的最大重量。

根据定义和实际应用要求的不同，注射量可分为理论注射容积、理论注射质量、实际注射质量。

注塑机的注射量是由螺杆直径和行程决定的。

B．注射压力：

注射时螺杆对机筒内物料施加的压力，它必须克服熔料从机筒流向模腔时所经过各种流道的阻力，给予熔料必要的速度，并对熔体进行压实。

这种作用不仅与制品质量、尺寸精度等有密切关系，而且还受诸多因素如塑料种类、注射螺杆结构、加工温度等的影响。

熔料流动长度及制品质量随压力的增加而增大，沿流动方向的收缩率则随注射压力的增加而减少。

C．注射速率：

为了得到密度均匀、尺寸稳定的制品必须在较短的时间内充满模腔。

注射速率与螺杆的移动速度成正比，与注射时间成反比。

注射速率是单位时间内从喷嘴注射出的熔体质量。

注射速率的理论值可由螺杆直径、注射速度、螺杆行程和注射时间等因素确定。

D．注射功率：

在注塑成形周期中各阶段的动作所需的功率相差太大，注塑机液压系统的最大功率出现在注射阶段，此时的注射功率是由注射速度和注射压力所决定的。

E．塑化能力与回复率：

塑化能力是注射装置塑化性能良好与否的重要标志，它与螺杆直径、螺杆长径比、螺杆转速及所加工的塑料性能等有直接的关系。

塑化能力是指注塑机在最高螺杆转速及零背压的情况下单位时间内能够均匀塑化塑料的能力。

一般地说，螺杆计量段熔体输送能力是决定塑化能力的主要因素。

在整个注射周期中，螺杆的塑化能力应该在规定时间内，保证能够提供足够量的塑化均匀的熔料以备注射之用。

螺杆的预塑化时间应小于制品的冷却时间，否则成形周期需要求的时间会因预塑化时间的延长而增加。

2．合模部份的参数

〔！

〕合模力：

在注射过程中合模装置用来抵抗模腔压力而对模具施以最大的夹紧力称合模力。

假设合模力不足，则会导致制品出现飞边。

合模力的大小决定于模腔压力和制品的投影面积。

它受注射压力、保压压力、熔料温度、模具温度、浇口形状、制品厚度与形状等。

通常模腔压力取注射压力的40-70%。

合模力是保证制品质量的重要条件,也直接关系到注塑机的整机尺寸和重量.

（2）合模装置的基本尺寸:

它关系到注塑机所能生产制品能力的大小.如制品的主要面积是由合模力和模具安装的位置决定的,而制品高度则受模板行程所限制.

A.模板尺寸和拉杆有效间距:

是表示模具安装面积的主要参数.它决定了模具的尺寸和制品的最大面积.

B.模板间距和模具高度。

模板间距即最大开模距离，与模具高度〔容模厚度〕是制品高度的特征参数。

最大模厚与最小模厚之差称为调模量。

液压式注塑机的合模装置，动模板可以在油缸行程范围内的任意位置停止并施压，所以能适应不同的模具厚度。

3．机器技术经济性指标

注塑机的经济性是机器的成本低、效率高、而耗能低。

其经济性指标是：

机器的驱动、尺寸与质量的特征参数，包括移模速度、机器空循环次数、机器总功率、机器重量及外形尺寸等。

A．移模速度：

动模板的移动速度称为移模速度，它是反映注塑机的工作效率的参数提高移模速度，能缩短成形周期，提高生产率。

B．机器空循环次数：

是指每小时最高成形周期数，它和机器的塑化能力、塑料的种类、成形工艺条件、制品形状、模具结构、移模速度有关。

空循环时间是指由合模时间、注射座前移和后退时间、开模时间等组成，不包括塑化、注射、保压、冷却、及取出制品等时间。

二、注塑装置

注射装置在工作过程中具有塑化、注射和保压功能。

它必须满足以下要求：

A．在预定时间内将固态的塑料熔化熔融为粘流态物料，且能按预定的熔料量、温度、为注射成型提供均匀的熔料。

B．根据工艺要求将塑化好的熔料以合适的压力和速度注入模具的型腔。

C．能在预定的时间内持续对已充满模腔的熔料保持一定的压力，为成形制品的冷缩补充熔料。

〔保压〕。

1．注塑装置的结构类型及工作原理

注射装置按塑化部件的结构形式可以分为两大类：

柱塞式和螺杆式。

目前最常见的是螺杆式注塑机。

螺杆式注射装置又分为螺杆预塑式装置和往复螺杆式注射装置。

我们现在常见的是往复螺杆式注射装置。

往复螺杆式简称螺杆式，其工作原理是：

传动装置〔熔料马达〕驱动塑化螺杆转动，把从加料装置进料的固体塑料向料筒的前端输送，固态塑料在螺杆的转动剪切和外加热的作用下逐渐熔融，到达机筒前端已塑化为粘流态物料，当前端压力提高到克服螺杆向后移动的阻力时，螺杆可以继续转动塑化物料并逐渐向后移动，此时计量开始。

当退到一定距离以后，即熔料量到达了注射量的要求。

计量装置的行程开关使传动装置停止转动，塑化完成。

注射时，注射座油缸前移使料筒喷嘴紧贴上模具唧咀，注射油缸动作使熔料以成形要求的压力和速度注入模具型腔，然后螺杆对机筒前端的熔料进行保压，这时便完成了一个注塑周期动作，移动油缸退回原状，预塑再次开始。

往复式螺杆装置的主要特点：

A．塑化速率高，塑化能力大。

B．塑化熔料的均匀性好。

C．注射压力损失小。

D．结构紧凑。

E．熔料停滞分解的现象少，料筒的清理较易。

设计螺杆式注塑机注射装置的结构时要考虑的共同问题点是：

1．部件的结构、包括螺杆、机筒、喷嘴等主要零部件的结构。

2．螺杆的传动与连接方式，确定动力源的形式及连接结构的设计。

3．注射座整体往复运动的结构是采用导柱形式还是平面导向形式。

4．螺杆的装拆，在注射座的重心设置转动支点，方便螺杆和机筒的清理。

5．注射油缸和移动油缸的结构和布置。

螺杆的结构和工作特性对机器的生产效率和产品质量有很大的影响。

根据螺杆的工作内容可以规纳其工作特点如下：

1．螺杆在注射和塑化过程中均作轴向移动；螺杆的工作是间歇式的，并且在塑化时的有效长度是逐渐变短的；螺杆的塑化过程是非稳定的熔融过程。

2．螺杆的塑化过程只是为成型预备熔料的准备工序，熔融的稳定性不直接影响制品的质量。

3．塑料的熔融历程较长，物料经螺杆作用后，仍停留在机筒前一段时间，继续吸收机筒传递的热量而进一步均化。

由于成形塑料的种类很多，对螺杆的设计也的三种不同的结构形式：

渐变形螺杆、突变形螺杆、通用形螺杆。

渐变形螺杆压缩段较长，该段螺槽深度由深逐步变浅，塑化时能量转换较为缓和，适合软化和熔融温度范围较宽的塑料加工，可用于加工类似PVC塑料具有宽的软化温度范围、高粘度的非结晶型塑料。

突变形螺杆压缩段的螺槽深度由深急剧变浅，塑化时能量转换比较剧烈，适合软化和熔融温度窄的塑料加工，主要用于加工PA、聚烯烃类的结晶型塑料。

通用形螺杆压缩段的长度位于渐变形和突变形之间，一般为4-5个螺距的长度，这种结构扩宽了机器的用途，可以通过调整工艺条件〔螺杆转速、料筒温度、和背压等〕满足各种塑料的加工要求，可以防止某些机台为了更换不同塑料而需要更换不同的螺杆，减小了工作强度，也降低了机器成本。

但是与专用螺杆相比还是专用螺杆的性能优越。

注射螺杆的参数的：

螺杆直径、注射行程、螺杆的长径比及分段、螺杆的螺槽深及螺杆的压缩比等。

注射螺杆的设计

设计上螺杆的注射行程一般取螺杆直径的3—5倍。

机筒的理论注射容积为：

V=π/4*螺杆截面积*螺杆注射行程

螺杆的理论注射量计算为：

—0.90〕　

螺杆的长径比L/D：

螺杆的长度取值大，对塑化能力和塑化质量提高有利，但会导致螺杆的驱动功率增大，机器的长度增加，制造困难等，普通螺杆通常长径比值取18—22的范围内。

适当增加螺杆螺槽深度有利于提高塑化能力；均化段的螺槽深较浅时有利于提高螺杆的工作稳定性；螺槽深决定物料的剪切作用，较浅时对物料的剪切剧烈，剪切热增大导致物料温度升高，螺杆的功率消耗也增大。

对注射螺杆而言，考虑螺杆的塑化能力和降低消耗功率是主要的，同时对物料的塑化质量还可通过调整背压来控制。

—0.07。

通用型螺杆的压缩比一般取2—2.8，压缩比大对物料的剪切作用增大，压缩经小对塑化能力提高和塑料的适应性有利。

螺杆是注射部份的重要成零件，它处于高温高压下工作，同时要经受物料的磨蚀作用和频繁的负载启动，要求在正常的工作条件下不出现断裂破坏，外表具有一定的硬度，增强耐磨损和耐腐蚀的能力，目前螺杆材料多采用氮化钢38CrMoAl或高强度的合金钢。

螺杆头的结构：

为了满足注塑的要求，对粘度低的塑料在注射时要防止由于熔料的回泄造成注射效率低，压力损失大，和保压困难的问题；对于粘度较高的热敏性塑料主要解决由于注射排料不净造成的滞料分解问题。

故螺杆头有几种不同的设计形式：

止逆形螺头：

是一种防止熔料回流的螺杆头。

防滞料解形螺杆头：

这种螺杆头有且助于排料干净，