关于注塑机你不得不知道的事（中）

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注塑机的组成结构分析

注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件、合模部件、机身、液压系统、加热系统、电气控制系统、加料装置等部分组成。如图所示:

注射部件的组成

目前，常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式，通过液压马达直接驱动螺杆注塑。因不同的厂家、不同型号的机台其组成也不完全相同，下面就对双缸形式的机台作具体分析。

　　立式机和卧式机注塑装置的组成图分别如图3和图4。

工作原理是

预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。

塑化部件

塑化部件有柱塞式和螺杆式两种，下面就对螺杆式做一下介绍。
　　螺杆式塑化部件如下图所示,主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。

螺杆式塑化部件的工作原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具。

螺杆式塑化部件一般具有如下特点：
① 螺杆具有塑化和注射两种功能；
② 螺杆在塑化时，仅作预塑用；
③ 塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长；
④ 螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。

螺杆

螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有效长度，经过很长的热历程，要经过3态（玻璃态、黏弹态、黏流态）的转变，螺杆各功能段的长度、几何形状、几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量，将最终影响注射成型周期和制品质量。
与挤出螺杆相比，注塑螺杆具有以下特点：
①注射螺杆的长径比和压缩比比较小；
②注射螺杆均化段的螺槽较深；
③注射螺杆的加料段较长，而均化段较短；
④注射螺杆的头部结构，具有特殊形式。
⑤注射螺杆工作时，塑化能力和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变。

螺杆的分类

注塑螺杆按其对塑料的适应性，可分为通用螺杆和特殊螺杆，通用螺杆又称常规螺杆，可加工大部分具有低、中黏度的热塑性塑料，结晶型和非结晶型的民用塑料和工程塑料，是螺杆最基本的形式，与其相应的还有特殊螺杆，是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料；

　　按螺杆结构及其几何形状特征，可分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式，新型螺杆形式则有很多种，如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等。

　常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段）、压缩段（塑化段）、计量段（均化段）;

根据塑料性质不同，可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。
①渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于PVC等热稳定性差的塑料。
②突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃、PA等结晶型塑料。
③通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免更换螺杆频繁，有利于提高生产效率。
　常规螺杆名段的长度如下：

螺杆的基本参数
螺杆的基本结构如下图所示，主要由有效螺纹长度L和尾部的连接部分组成。

ds — 螺杆外径，螺杆直径直接影响塑化能力的大小，也就直接影响到理论注射容积的大小，因此，理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大，理论射出容积(g)=圆周率*(D/2)2*S(射出行程)*比重/1000;一般而言,螺杆直径与最高射出压力成反比,与塑化能力成反力。

L/ds — 螺杆长径比。L是螺杆螺纹部分的有效长度，螺杆长径比越大，说明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺杆中的热历程，影响吸收能量的能力，而能量来源有两部分：一部分是料筒外部加热圈传给的，另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热，由外部机械能转化的，因此，L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量，但是如果L/ds太大，则传递扭矩加大，能量消耗增加。

L1—加料段长度。加料段又称输送段或进料段，为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁，L1的长度应保证物料有足够的输送长度，因为过短的L1会导致物料过早的熔融，从而难以保证稳定压力的输送条件，也就难以保证螺杆以后各段的塑化质量和塑化能力。塑料在其自身重力作用下从料斗中滑进螺槽，螺杆旋转时，在料筒与螺槽组成的各推力面摩擦力的作用下，物料被压缩成密集的固体塞螺母，沿着螺纹方向做相对运动，在此段，塑料为固体状态，即玻璃态。

h1— 加料段的螺槽深度。h1深，则容纳物料多，提高了供料量和塑化能力，但会影响物料塑化效果及螺杆根部的剪切强度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。

L3 — 熔融段长度。熔融段又称均化段或计量段，熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化，温度均匀，组分均匀，形成较好的熔体质量，L3长度有助于熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段。L3短时，有助于提高螺杆的塑化能力，一般L3=（4～5）ds。

h3 — 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果，有利于熔体的均化，但h3过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起分子链的降解，影响熔体质量，；反之，如果h3过大，由于预塑时，螺杆背压产生的回流作用增强，会降低塑化能力。

L2 — 塑化段（压缩段）螺纹长度。物料在此锥形空间内不断地受到压缩、剪切和混炼作用，物料从L2段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完成从玻璃态经过黏弹态向黏流态的转变，即此段，塑料是处于颗粒与熔融体的共存状态。L2的长度会影响物料从玻璃态到黏流态的转化历程，太短会来不及转化，固料堵在L2段的末端形成很高的压力、扭矩或轴向力；太长则会增加螺杆的扭矩和不必要的消耗，一般L2=（6～8）ds。对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，L2可短些，一般为（3～4）ds，对于热敏性塑料，此段可长些。

S — 螺距，其大小影响螺旋角，从而影响螺槽的输送效率，一般S≈ds。

ε — 压缩比。ε=h1/h3，即加料段螺槽深度h1与熔融段螺槽深度h3之比。ε大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，一般来讲，ε稍小一点为好，以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性，对于结晶型塑料，压缩比一般取2.6~3.0。对于低黏度热稳定性塑料，可选用高压缩比；而高黏度热敏性塑料，应选用低压缩比。

螺杆头

在注射螺杆中，螺杆头的作用是：预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流。
　　螺杆头分为两大类，带止逆环的和不带止逆环的，对于带止逆环的，预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，通过与螺杆头形成的间隙，流入储料室中，注射时，螺杆头部的熔体压力形成推力，将止逆环退回流道封堵，防止回流。

对于有些高黏度物料如PMMA、PC、AC或者热稳定性差的物料PVC等，为减少剪切作用和物料的滞留时间，可不用止逆环，但这样的注射时会产生反流，延长保压时间。

对螺杆头的要求：
①螺杆头要灵活、光洁；
②止逆环与料筒配合间隙要适宜，即要防止熔体回流，又要灵活；
③既有足够的流通截面，又要保证止逆环端面有回程力，使在注射时快速封闭；
④结构上应拆装方便，便于清洗；
⑤螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，防止预塑时螺杆头松脱。

喷嘴

（ⅰ）喷嘴的功能
　　喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要部件，喷嘴有多种功能：

①预塑时，建立背压，驱除气体，防止熔体流涎，提高塑化能力和计量精度；
②注射时，与模具主浇套形成接触压力，保持喷嘴与浇套良好接触，形成密闭流道，防止塑料熔体在高压下外溢；
③注射时，建立熔体压力，提高剪切应力，并将压力头转变成速度头，提高剪切速度和温升，加强混炼效果和均化作用；
④改变喷嘴结构使之与模具和塑化装置相匹配，组成新的流道型式或注塑系统；
⑤喷嘴还承担着调温、保温和断料的功能；
⑥减小熔体在进出口的粘弹效应和涡流损失，以稳定其流动；
⑦保压时，便于向模具制品中补料，而冷却定型时增加回流阻力，减小或防止模腔中熔体向回流。

（ⅱ）、喷嘴的基本形式
　　喷嘴可分为直通式喷嘴、锁闭式喷嘴、热流道喷嘴和多流道喷嘴
　　直通式喷嘴是应用较普遍的喷嘴，其特点是喷嘴球面直接与模具主浇套球面接触，喷嘴的圆弧半径和流道比模具要小，注射时，高压熔体直接经模具的浇道系统充入模腔，速度快、压力损失小，制造和安装均较方便。
　　锁闭式喷嘴主要是解决直通式喷嘴的流涎问题，适用于低黏度聚合物（如PA）的加工。在预塑时能关闭喷嘴流道，防止熔体流涎现象，而当注射时又能在注射压力的作用下开启，使熔体注入模腔。

注射油缸

其工作原理是：注射油缸进油时，活塞带动活塞杆及其置于推力座内的轴承，推动螺杆前进或后退。通过活塞杆头部的螺母，可以对两个平行活塞杆的轴向位置以及注射螺杆的轴向位置进行同步调整。

推力座

注射时，推力座通过推力轴推动螺杆进行注射；而预塑时，通过油马达驱动推力轴带动螺杆旋转实现预塑。

座移油缸

当座移油缸进油时，实现注射座的前进或后退动作，并保证注塑喷嘴与模具主浇套圆弧面紧密地接触，产生能封闭熔体的注射座压力。

对注射部件精度要求

装配后，整体注射部件要置于机架上，必须保证喷嘴与模具主浇套紧密地接合，以防溢料，要求使注射部件的中心线与其合模部件的中心线同心；为了保证注射螺杆与料筒内孔的配合精度，必须保证两个注射油缸孔与料筒定位中心孔的平行度与中心线的对称度；对卧式机来讲，座移油缸两个导向孔的平行度和对其中心的对称度也必须保证，对立式机则必须保证两个座移油缸孔与料筒定位中心孔的平行度与中心线的对称度。
影响上述位置精度的因素是相关联部件孔与轴的尺寸精度、几何精度、制造精度与装配精度。


合模部件

合模部件是注塑机的重要部件之一，其功能是实现启闭运动，使模具闭合产生系统弹性变形达到锁模力，将模具锁紧。
　　对合模部件的要求：
①动范本的启闭模运动要高速、平稳、静音；
②合模机构必须达到额定锁模力要求，可靠地锁紧模具；
③合模部件有足够的装模空间和范本行程；
④动范本运动要可靠安全，保护人身与模具安全，设置双重保险；
⑤合模部件及其模具有足够的强度和刚性。
合模部件由合模架、合模机构、调模装置、保护装置、顶出装置等组成。


合模机构

合模机构有液压式、机械式和机械-液压复合式。下面对我厂注塑机的合模机构做一下介绍。

（1）．液压曲肘连杆式
　　属机械-液压复合式，其结构特点是液压缸通过曲柄连杆机构驱动模板实现启闭模运动，充分利用了曲柄连杆机构的行程、速度、力的放大特性和自锁特性，达到快速、高效和节能的效果。常用的液压曲肘连杆式形式有：双曲肘内翻式、双曲肘外翻式、撑肘式、单曲肘摆缸式和单曲肘挂缸式。

双曲肘内翻式如图9所示。这种形式的动作原理是：启闭模时，合模缸1进油，活塞杆推动双曲肘连杆机构5带动动范本6及其模具实现启闭模运动；模具接触时，曲肘连杆5处于未伸直状态，在合模油缸1推力作用下曲肘连杆机构5产生力的放大作用，使合模系统发生变形，直至曲肘连杆5伸直进入自锁为止。模具接触时连杆未伸直的程度是通过调模装置与合模油缸相配合，按工艺所要求的锁模力来调整的。

（2）直压式合模
　　此种结构的特点是其开关模动作及锁模动作都是通过油缸直接作用完成的。移模速度和合模力的大小分别由活塞杆的移动速度和活塞产生的最大轴向力确定。

    这种结构的工作原理是：开关模时，移模油缸5进油，推动活塞杆，从而带动拉杆及动范本运动，实现开关模动作；进入锁模状态后，锁模油缸4进油，在油的推力作用下产生大的锁模力，通过锁模油缸活塞杆对底板7的力的作用而压紧模具，实现锁模。

直压式与肘杆式的比较
① 直压式合模力F = P油缸×S油缸，故调节合模力较容易，但压力确定后，如PMAX=140Kg/cm2，故不允许超载。而肘杆式注塑机是通过连杆机构的力扩大以后产生的，故通常情况下可以超载10%以上。

② 由于结构关系，通常情况下直压式的容模量大于肘杆式，特别适用于深容器产品。

③ 肘杆式刚性比直压机刚性好，因为高压锁模时，肘杆式是全部铸钢变形后产生的，合模力当刚要超载时，因为液压油与铸钢的弹性模量差10倍左右，故同样要产生飞边情况下，肘杆式注塑机产生的飞边要小得多。

④ 肘杆式注塑机由于合模力是通过力的放大作用产生的，且高压锁模后，在注射、保压过程中可卸压，而直压式在注射、保压过程中始终高压保持，且直压式合模油缸直径远大于肘杆式，故肘杆式较省电。

⑤ 肘杆式合模机构都是通过连杆机构产生合模力，故要有高的模板平行度及长的寿命，其所要求的加工精度较高，且零件较多，成本较高。而直压式是通过合模大油缸产生合模力，帮其密封存要求较高，随着时间的推移，较易磨损，产生泄漏后，合模力会下降。

合模架的组成

合模架是合模部件的基础部分，主要由4根拉杆、后模板、动模板、定模板及拉杆螺母组成的具有一定刚度和强度要求的合模框架。动模板在移模装置的驱动下，以拉杆以导向，实现启闭模运动。因此，4根拉杆与3块模板的材料、结构尺寸，拉杆之间的平行度与3块模板垂直度都有较高的要求。
1）范本
　　后模板、动模板和定模板是合模部分的重要零件，后模板和头板通过拉杆组成合模框架（立式机是底板和动范本形成合模框架）。锁模后，动、定范本在锁模力的作用下，将模具锁紧并使其产生压缩变形，与此同时，3块范本将发生弯曲变形，范本中部将产生挠度。模板的结构，尺寸，材料，弹性模量将直接影响合模系统的强度、刚性，最终影响到锁模力。

2）拉杆
　　拉杆又叫格林柱，拉杆是合模装置的又一主要零件，除与模板组成刚性框架外，还兼有导柱功能，使二板在上滑动，因此要求有较高的几何精度、尺寸精度、4根拉杆的同步精度、光洁度及耐磨性能。而且合模系统作用时拉杆受到非对称循环应力的作用，将受疲劳极限的考验。

3）调模装置
　　如图11所示，调模装置主要由液压马达、齿圈、定位轮、调模螺母的外齿圈等组成，均固定在后模板上。

调模装置设在后模板上，其动作原理是：当调模时，后范本1连同曲肘连杆机构及动范本一起移，调模时4只带有齿轮的后螺母在大齿轮3驱动下同步转动，推动后范本及其整个合模机构沿拉杆向前或向后移动，调节动模板与前模板的距离，根据允模厚度及工艺所要求的锁模力实现调模功能。此种结构紧凑，减少了轴向尺寸，提高了系统刚性。

各齿轮与齿圈的啮合精度，调整螺母与拉杆端螺纹的配合精度及运行的同步精度，将影响调模的灵活性、调模误差、调模精度。
　　对于直压式合模机构，动、定模板间的距离可以通过移模油缸活塞杆进行调整，没有专门的调模装置。

4）顶出装置
　　顶出装置要有足够的顶出力，顶出速度，顶出次数和顶出精度，是在顶出油缸的作用下作顶出动作。
　　在卧式机中，顶出油缸是通过导杆固定在动模板上的。如图12所示，其主要的由顶出油缸和顶出杆组成，油缸为双作用活塞式油缸。

有滑板的立式合模机构的顶出油缸是双作用活塞杆式，示意图如图13：　在图13中，活塞杆2同时又起顶出杆的作用。

　评顺注塑机的顶出油缸是置于锁模油缸内的一个双活塞作用式油缸，其活塞杆同起到顶出杆的作用。

合模部件的精度

合模部件的精度要求从合模部件装置分析可知：合模部件装配后置于机架上，应保证与注塑部件中心高度一致或垂直。锁模后动模板与定模板锁紧模具，因此，两模板经调整后应高度平行。为保证锁模力作用在中心在线，要求锁模油缸、调模装置与尾板、二板、头板组成的合模框架的中心线保持一致。3块范本拉杆孔的平等度与其平面的垂直度，各孔的同心度，以及孔本身的尺寸精度及几何精度，对装配精度都将产生重要影响。曲肘连杆机构顶角各孔之间的相对位置精度，孔的同心度，孔与其端面的垂直度，孔本身的尺寸精度，几何精度，对曲肘连杆机构的运动中心与油缸的同心度将产生重要影响。

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