第六章量产设备与模具保养 61注塑机 611注塑机的基本原理 注射成型是通过注塑机和模具来实现的。尽管注塑机的种类很多,但是无论哪种注塑机,其 基本功能只有两个:1)加热塑料,使其达到熔融状态:2)对熔融塑料施加高压,使其射出而充满 模具型腔 o806/2708 图6-1高光无痕注塑成形系统 lSP108A注塑机;2干燥机与料斗;3.水塔;4水泵;5快速热冷注塑控制机 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
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 注射成型是通过注塑机和模具来实现的。尽管注塑机的种类很多，但是无论哪种注塑机，其 基本功能只有两个：1)加热塑料，使其达到熔融状态；2)对熔融塑料施加高压，使其射出而充满 模具型腔。 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 图 6-1 高光无痕注塑成形系统 1.SP108A 注塑机；2.干燥机与料斗；3.水塔；4.水泵；5.快速热冷注塑控制机 3 4 1 5 2
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杄代替了平推的柱塞,料筒 内物料的熔融塑化以及注射都是由螺杄完成的,螺杆在料筒中既可旋转又可前后移动,因而能够 起到送料、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。如图6-1所 示为一套完整的高光无痕注塑成形系统,其中的仁兴SPl08A注塑机就属于螺杆式机型。下面以 螺杆式注塑机为对象进行讨论。 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。循环过程如图6-2所示 塑料原料一预塑 注座后退 注座前进 模具预热 计量 插嵌件一闭模一注射一(放气)一保压 清理模具 顶出塑件←启模←定型 图6-2塑料注射成型循环过程 完成注塑成型需要经过三个阶段:塑化、注射和定型。 塑化阶段 塑料原料从料斗落入料筒,被转动的螺杄向前输送。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冋时逐渐塑化成熔融态。由于螺杆头部背压的作用,螺杄在旋转的同 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 制品所需的注射料量决定。 2庄注射阶段 当螺杄停止旋转和后退时,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杄迅速前移,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
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、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。如图 6-1 所 示为一套完整的高光无痕注塑成形系统，其中的仁兴 SP108A 注塑机就属于螺杆式机型。下面以 螺杆式注塑机为对象进行讨论。 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。循环过程如图 6-2 所示。 图 6-2 塑料注射成型循环过程 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 制品所需的注射料量决定。 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
注嘴止逆料简螺 油压马达注射 冷却(可型化测量) 蝶杆转动 图6-3注塑机的操作过程 如图6-3所示,以螺杆为中心进行分析,完成一次注塑循环周期需要经过三个动作程序: 1)注射缸活塞在预设压力作用下推动螺杆前进注射己塑化融料 2)注射缸活塞在预设压力作用下继续推动螺杆前进补料保压 3)油压马达驱动螺杆转动加料塑化,螺杆克服注射缸活塞预设背压后退,直至完成计量,准 备下一次注射:另一方面,模腔中的塑料冷却定型完成后,模腔中的制品脱模。 612注塑机的结构组成 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。 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,并以足够的压力和速 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。 如图6-4所示,应用最多的是往复螺杆式注射装置,通过螺杆的旋转把物料塑化,然后再由 此螺杄把塑化好的熔料注射到模具型腔中。它主要由塑化部件(包括喷嘴、料筒和螺杄)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等组成
图 6-3 注塑机的操作过程 如图 6-3 所示，以螺杆为中心进行分析，完成一次注塑循环周期需要经过三个动作程序： 1) 注射缸活塞在预设压力作用下推动螺杆前进注射已塑化融料； 2) 注射缸活塞在预设压力作用下继续推动螺杆前进补料保压； 3) 油压马达驱动螺杆转动加料塑化，螺杆克服注射缸活塞预设背压后退，直至完成计量，准 备下一次注射；另一方面，模腔中的塑料冷却定型完成后，模腔中的制品脱模。 6.1.2 注塑机的结构组成 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，并以足够的压力和速 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。 如图 6-4 所示，应用最多的是往复螺杆式注射装置，通过螺杆的旋转把物料塑化，然后再由 此螺杆把塑化好的熔料注射到模具型腔中。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等组成
图6-4射胶组件结构 1.射嘴:2.射嘴法兰:3螺旋止逆阀;4电热圈;5熔料筒: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 其工作过程为:随着螺杄的不断旋转,粒状物料连续不断地从料斗落λ料筒螺杄的螺纹槽中, 并被旋转的螺杄推向料筒前方,物料向前移动时,在料筒外围加热装置的加热以及螺杄的搅拌 剪切和混炼作用下,逐渐被塑化熔融,推移到螺杄顶部与射嘴辶间。随着料筒顶端熔料的増加, 前移的物料所受的反阻力也逐渐增大,当这个阻力超过射台油缸活塞退回的阻力时,当存料达到 制件需要的质量时,计量控制装置开始工作,螺杆停止转动,为注射做好准备。这时模具闭合, 螺杆在注射活塞的推动下,以一定的压力和较高的速度将熔料注入模腔,注射完毕后要保压一段 时间,以防熔料的回流及补充制品成型的冷却收缩量。 L2=830 A N回 (1)渐变形螺杆(挤出机用) =250 L2=560 L1=330 (2)突变形螺杆(注型机用) L一螺纹长;L」一加料段长;L一塑化段长;L一计量段长;S一螺距;D一螺杆直径: h一加料段螺纹深;h一计量段螺纹深;ε—一螺棱宽:R、R-螺棱根部圆角半径 图6-5注塑机用螺杆的几何形状和尺寸
图 6-4 射胶组件结构 1.射嘴；2. 射嘴法兰；3.螺旋止逆阀；4.电热圈；5.熔料筒；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 其工作过程为：随着螺杆的不断旋转，粒状物料连续不断地从料斗落入料筒螺杆的螺纹槽中， 并被旋转的螺杆推向料筒前方，物料向前移动时，在料筒外围加热装置的加热以及螺杆的搅拌、 剪切和混炼作用下，逐渐被塑化熔融，推移到螺杆顶部与射嘴之间。随着料筒顶端熔料的增加， 前移的物料所受的反阻力也逐渐增大，当这个阻力超过射台油缸活塞退回的阻力时，当存料达到 制件需要的质量时，计量控制装置开始工作，螺杆停止转动，为注射做好准备。这时模具闭合， 螺杆在注射活塞的推动下，以一定的压力和较高的速度将熔料注入模腔，注射完毕后要保压一段 时间，以防熔料的回流及补充制品成型的冷却收缩量。 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 图 6-5 注塑机用螺杆的几何形状和尺寸
表6-1注塑用螺杆的各段长度/mm 螺杆类型 加料段 塑化段 计量段 渐变形 0~5 20-35 突变形 65~70 (1~1.5)D 0~25 D表示螺杆直径 45~50 20~30 20~30 螺杆是注射装置的重要零件,如图6-5所示,其主要参数如下: 直径与行程。注塑机的最大注射量是由螺杆的直径与最大行程决定的,直径与行程之间 有一定的比例关系,行程与直径之比一般取3~5。如果比值过大,行程过长,则螺杆的工 作部分长度就会缩小,影响物料的塑化质量。如果比值小,螺杆的行程小,为了保证注 射量就要增大螺杆直径,也要相应増加注射油缸的直径,增大了功率消耗 ■螺旋升角、螺棱宽和径向间隙 般取螺旋升角q=1740 螺棱宽度e=(0.08~0.12)D(D为螺杆直径)。对黏度小的物料,螺棱宽度尽量取大 些,太小容易漏流,但太大会增加动力消耗,容易过热。 径向间隙为螺杄与料筒的装配间隙,如果间隙过大,会使机器的塑化能力降低,注射时 熔料的回流量增加;过小又会增加螺杆和料筒机械加工的难度和螺杄功率的消耗。通常径向 间隙取值为e=(0.002~0.005)D 长径比和分段 螺杆的长径比是指螺杄的螺纹部分长度与螺杄直径之比,一般取16~20。其值越大,塑化 质量好,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:但长径比太大会给螺杆和料筒的机械加工带来困难,所以在满足质量的前提下,取较 小值比较好,一方面短的螺杆制造容易,另一方面可以缩短注塑机的机身,清理螺杆也方便, 螺杄的分段是指注塑用螺杄的加料段、塑化段和计量段占螺杆的螺纹部分的比例。一般 加料段占50%左右,压缩段和计量段各占25%左右。 ■螺槽深度和压缩比。 料筒是塑料加热和加压的容器。注塑机的加料、大多是靠料斗中粒料的自重,自由落入 料筒内,所以料筒的料口形状应适合粒料的自重落入,保证自动加料时的输送能力 注塑时料筒内的熔融物料在螺杄作用下,以高压快速流经射嘴注入模具型腔而成型,因 此射嘴起着连接料筒和模具的作用并使物料具有很高的注射速度。当物料高速流径射嘴时, 会因射嘴内径的减小,受到较大的剪切,使物料进一步塑化。 另一方面,塑料原料中的水分直接影响注塑制品的质量,尤其是工程塑料。因而对吸湿 性塑料预热干燥就显得十分必要,这样不仅可以増加制品的表面光泽度,提高弯曲强度、拉 伸强度,避免内部的银丝、裂纹、气泡和麻点,而且还能提高塑化能力,缩短成型周期。塑 料原料中的水分有两种存在形式。一种是吸收水分进入基体内部,如ABS、有机玻璃等物料。 另一种是表面带潮,水分只是披覆在基体外表,很少渗透到内部,如聚乙烯、聚丙烯等物料 表6-2和表6-3列出了部分常用塑料的注塑温度范围及干燥条件。干燥时要根据不同的吸湿形 式、不同的物料,采用不同的干燥方法。但要注意无论采用哪种方法,干燥好的物料都要密 封保存或加热保温,因其在大气中的露置时间(包括加了盖的料斗中)不能太长,一般晴天 不超过3小时,雨天不超过l小时 表6-2部分塑料的注塑温度
表 6-1 注塑用螺杆的各段长度/mm 螺杆类型 加料段 塑化段 计量段 备注 渐变形 30~50 50 20~35 突变形 65~70 （1~1.5）D 20~25 通用形 45~50 20~30 20~30 D 表示螺杆直径 螺杆是注射装置的重要零件，如图 6-5 所示，其主要参数如下： 直径与行程。注塑机的最大注射量是由螺杆的直径与最大行程决定的，直径与行程之间 有一定的比例关系，行程与直径之比一般取 3~5。如果比值过大，行程过长，则螺杆的工 作部分长度就会缩小，影响物料的塑化质量。如果比值小，螺杆的行程小，为了保证注 射量就要增大螺杆直径，也要相应增加注射油缸的直径，增大了功率消耗。 螺旋升角、螺棱宽和径向间隙。 一般取螺旋升角ϕ = 17°40' 。 螺棱宽度e = (0.08 ~ 0.12)D （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。 径向间隙为螺杆与料筒的装配间隙，如果间隙过大，会使机器的塑化能力降低，注射时 熔料的回流量增加；过小又会增加螺杆和料筒机械加工的难度和螺杆功率的消耗。通常径向 间隙取值为e = (0.002 ~ 0.005)D 长径比和分段。 螺杆的长径比是指螺杆的螺纹部分长度与螺杆直径之比，一般取 16~20。其值越大，塑化 质量好，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；但长径比太大会给螺杆和料筒的机械加工带来困难，所以在满足质量的前提下，取较 小值比较好，一方面短的螺杆制造容易，另一方面可以缩短注塑机的机身，清理螺杆也方便。 螺杆的分段是指注塑用螺杆的加料段、塑化段和计量段占螺杆的螺纹部分的比例。一般 加料段占 50%左右，压缩段和计量段各占 25%左右。 螺槽深度和压缩比。 料筒是塑料加热和加压的容器。注塑机的加料、大多是靠料斗中粒料的自重，自由落入 料筒内，所以料筒的料口形状应适合粒料的自重落入，保证自动加料时的输送能力。 注塑时料筒内的熔融物料在螺杆作用下，以高压快速流经射嘴注入模具型腔而成型，因 此射嘴起着连接料筒和模具的作用并使物料具有很高的注射速度。当物料高速流径射嘴时， 会因射嘴内径的减小，受到较大的剪切，使物料进一步塑化。 另一方面，塑料原料中的水分直接影响注塑制品的质量，尤其是工程塑料。因而对吸湿 性塑料预热干燥就显得十分必要，这样不仅可以增加制品的表面光泽度，提高弯曲强度、拉 伸强度，避免内部的银丝、裂纹、气泡和麻点，而且还能提高塑化能力，缩短成型周期。塑 料原料中的水分有两种存在形式。一种是吸收水分进入基体内部，如 ABS、有机玻璃等物料。 另一种是表面带潮，水分只是披覆在基体外表，很少渗透到内部，如聚乙烯、聚丙烯等物料。 表 6-2 和表 6-3 列出了部分常用塑料的注塑温度范围及干燥条件。干燥时要根据不同的吸湿形 式、不同的物料，采用不同的干燥方法。但要注意无论采用哪种方法，干燥好的物料都要密 封保存或加热保温，因其在大气中的露置时间（包括加了盖的料斗中）不能太长，一般晴天 不超过 3 小时，雨天不超过 l 小时 。 表 6-2 部分塑料的注塑温度