注塑机的作业原理及结构
一、注塑机的作业原理
注塑成型机简称注塑机。
注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗参加料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达效果下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的效果下，沿着螺槽向前运送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的两层效果下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，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杆的头部，与此一起，螺杆在物料的反效果下撤退，使螺杆头部构成储料空间，完结塑化进程，然后，螺杆在打针油缸的活塞推力的效果下，以高速、高压，将储料室内的熔融料经过喷嘴打针到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模组织的效果下，敞开模具，并经过顶出设备把定型好的制品从模具顶出落下。
注塑机作业循环流程如图1所示。
图1 注塑机作业程序框图
二、注塑机的分类
按合模部件与打针部件装备的型式有卧式、立式、角式三种。
（1）卧式注塑机：卧式注塑机是最常用的类型。其特色是打针总成的中心线与合模总成的中心线同心或共同，并平行于设备地上。它的长处是重心低、作业平稳、模具设备、操作及维修均较便利，模具开档大，占用空间高度小；但占地上积大，大、中、小型机均有广泛应用。
（2）立式注塑机：其特色是合模设备与打针设备的轴线呈一线摆放而且与地上笔直。具有占地上积小，模具装拆便利，嵌件设备容易，自料斗落入物料能较均匀地进行塑化，易完结自动化及多台机自动线管理等长处。缺点是顶出制品不易自动脱落，常需人工或其它方法取出，不易完结全自动化操作和大型制品打针；机身高，加料、维修不便。
（3）角式注塑机：打针设备和合模设备的轴线互成笔直摆放。依据打针总成中心线与设备基面的相对方位有卧立式、立卧式、平卧式之分：①卧立式，打针总成线与基面平行，而合模总成中心线与基面笔直；②立卧式，打针总成中心线与基面笔直，而合模总成中心线与基面平行。角式打针机的长处是兼备有卧式与立式打针机的长处，特别适用于开设侧浇口非对称几许形状制品的模具。
三、注塑机的组成结构分析
注塑机依据打针成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由打针部件、合模部件、机身、液压体系、加热体系、操控体系、加料设备等组成。如图2所示。
图2 注塑机组成示意图
四、注塑部件的典型结构
1．打针部件的组成
现在，常见的注塑设备有单缸方法和双缸方法，因不同的厂家、不同类型的机台其组成也不完全相同。
立式机和卧式机注塑设备的组成图分别如图3和图4。
作业原理是：预塑时，在塑化部件中的螺杆经过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键衔接，另一端与液压马达键衔接，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，与此一起，螺杆在物料的反效果下撤退，并经过推力轴承使推力座撤退，经过螺母拉动活塞杆直线撤退，完结计量，打针时，打针油缸的杆腔进油经过轴承推进活塞杆完结动作，活塞的杆腔进油推进活塞杆及螺杆完结打针动作。
图3 卧式机双缸打针注塑设备示意图
（a）是俯视图； （b）为打针座与导杆支座间的平视图
1-油压马达；2，6 -导杆支座；3-导杆；4-打针油缸；5-加料口；7-推力座；8-打针座；9-塑化部件；10-座移油缸
图4 立式注塑机打针设备示意图
1- 液压马达；2-推力座；3-打针油缸；4-打针座；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杆式两种，下面就对螺杆式做一下介绍。
螺杆式塑化部件如图5所示,主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的接连推进进程中，完结物理状态的变化，最终呈熔融状态而被注入模腔。因而，塑化部件是完结均匀塑化，完结定量打针的核心部件。
图5 螺杆式塑化部件结构图
1-喷嘴；2-螺杆头；3-止逆环；4-料筒；5-螺杆；6-加热圈；7-冷却水圈
螺杆式塑化部件的作业原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料接连地向前推进，加热圈经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两层效果下，并经过螺杆各功用段的热进程，到达塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并发生背压，推进螺杆后移完结熔料的计量，在打针时，螺杆起柱塞的效果，在油缸效果下，敏捷前移，将储料室中的熔体经过喷嘴注入模具。
螺杆式塑化部件一般具有如下特色：
①螺杆具有塑化和打针两种功用；
②螺杆在塑化时，仅作预塑用；
③塑料在塑化进程中，所经过的热进程要比挤出长；
④螺杆在塑化和打针时，均要发作轴向位移，一起螺杆又处于时转时停的间歇式作业状态，因而构成了螺杆塑化进程的非安稳性。
（1） 螺杆
螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直触摸摸，塑料经过螺槽的有效长度，经过很长的热进程，要经过3态（玻璃态、黏弹态、黏流态）的转变，螺杆各功用段的长度、几许形状、几许参数将直接影响塑料的运送功率和塑化质量，将最终影响打针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色：
① 打针螺杆的长径比和紧缩比比较小；
② 打针螺杆均化段的螺槽较深；
③ 打针螺杆的加料段较长，而均化段较短；
④ 打针螺杆的头部结构，具有特别方法。
⑤ 打针螺杆作业时，塑化才能和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变。
（ⅰ）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别螺杆，通用螺杆又称惯例螺杆，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，是螺杆最根本的方法，与其相应的还有特别螺杆，是用来加工用一般螺杆难以加工的塑料；按螺杆结构及其几许形状特征，可分为惯例螺杆和新型螺杆，惯例螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的根本方法，新型螺杆方法则有很多种，如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等。
惯例螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（运送段）、紧缩段（塑化段）、计量段（均化段），依据塑料性质不同，可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。
①渐变型螺杆：紧缩段较长，塑化时能量转化平缓，多用于PVC等热安稳性差的塑料。
②突变型螺杆：紧缩段较短，塑化时能量转化较剧烈，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，有利于进步生产功率。
惯例螺杆名段的长度如下：
（ⅱ）螺杆的根本参数
螺杆的根本结构如图6所示，主要由有效螺纹长度L和尾部的衔接部分组成。
图6 螺杆的根本结构
ds — 螺杆外径，螺杆直径直接影响塑化才能的巨细，也就直接影响到理论打针容积的巨细，因而，理论打针容积大的注塑机其螺杆直径也大。
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，阐明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺杆中的热进程，影响吸收能量的才能，而能量来历有两部分：一部分是料筒外部加热圈传给的，另一部分是螺杆滚动时发生的摩擦热和剪切热，由外部机械能转化的，因而，L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量，可是如果L/ds太大，则传递扭矩加大，能量耗费添加。
L1—加料段长度。加料段又称运送段或进料段，为进步运送才能，螺槽外表一定要光亮，L1的长度应确保物料有满足的运送长度，因为过短的L1会导致物料过早的熔融，从而难以确保安稳压力的运送条件，也就难以确保螺杆以后各段的塑化质量和塑化才能。塑料在其本身重力效果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效果下，物料被紧缩成密布的固体塞螺母，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，进步了供料量和塑化才能，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，构成较好的熔体质量，L3长度有助于熔体在螺槽中的波动，有安稳压力的效果，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，有助于进步螺杆的塑化才能，一般L3=（4～5）ds。
h3 — 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽浅，进步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，螺杆背压发生的回流效果增强，会下降塑化才能。
L2 — 塑化段（紧缩段）螺纹长度。物料在此锥形空间内不断地遭到紧缩、剪切和混炼效果，物料从L2段入点开端，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完结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进程，太短会来不及转化，固料堵在L2段的结尾构成很高的压力、扭矩或轴向力；太长则会添加螺杆的扭矩和不必要的耗费，一般L2=（6～8）ds。关于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，L2可短些，一般为（3～4）ds，关于热敏性塑料，此段可长些。
S — 螺距，其巨细影响螺旋角，从而影响螺槽的运送功率，一般S≈ds。
ε —紧缩比。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，但会减弱塑化才能，一般来讲，ε稍小一点为好，以有利于进步塑化才能和添加对物料的适应性，关于结晶型塑料，紧缩比一般取2.6~3.0。关于低黏度热安稳性塑料，可选用高紧缩比；而高黏度热敏性塑料，应选用低紧缩比。
（2）螺杆头
在打针螺杆中，螺杆头的效果是：预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压打针时，又能有效地关闭螺杆头前部的熔体，避免倒流。
螺杆头分为两大类，带止逆环的和不带止逆环的，关于带止逆环的，预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，经过与螺杆头构成的空隙，流入储料室中，打针时，螺杆头部的熔体压力构成推力，将止逆环退回流道封堵，避免回流。
关于有些高黏度物料如PMMA、PC、AC或者热安稳性差的物料PVC等，为减少剪切效果和物料的滞留时刻，可不必止逆环，但这样的打针时会发生反流，延伸保压时刻。
对螺杆头的要求：
① 螺杆头要灵活、光亮；
② 止逆环与料筒合作空隙要适合，即要避免熔体回流，又要灵活；
③ 既有满足的流转截面，又要确保止逆环端面有回程力，使在打针时快速关闭；
④ 结构上应拆装便利，便于清洗；
⑤ 螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，避免预塑时螺杆头松脱。
（3）料筒
（ⅰ）料筒的结构
料筒是塑化部件的重要零件，内装螺杆外装加热圈，接受复合应力和热应力的效果，结构如图7：二手注塑机回收
图7 料筒结构
1-前料筒；2-电热圈；3-螺孔；4-加料口
螺孔3装热电偶，要与热电偶严密地触摸，避免踏实，否则会影响温度测量精度。
（ⅱ）加料口
加料口的结构方法直接影响进料效果和塑化部件的吃料才能，注塑机大多数靠料斗中物料的自重加料，常用的进料口截面方法如图8所示：对称形料口如图8（a），制作简略，但进料不利；现多用非对称方法，如图8（b）、8（c）所示，此种进料口由于物料与螺杆的触摸角大，触摸面积大，有利于进步进料功率，不易在料斗中开成架桥空穴。
图8 加料口结构方法图
（ⅲ）料筒的壁厚
料筒壁厚要求有满足的强度和刚度，因为料筒内要接受熔料和气体压力，且料筒长径比很大，料筒要求有满足的热容量，所以料筒壁要有一定的厚度，否则难以确保温度的安稳性；但如果太厚，料筒粗笨，浪费材料，热惯性大，升温慢，温度调节有较大的滞后现象。
（ⅳ）料筒空隙
料筒空隙指料筒内壁与螺杆外径的单面空隙，此空隙太大，塑化才能下降，打针回泄量添加，打针时刻延伸，在此进程中引起物料部分降解；如果太小，热膨胀效果使螺杆与料筒摩擦加剧，能耗加大，甚至会卡死，此空隙Δ=（0.002~0.005）ds。
（ⅴ）料筒的加热与冷却
注塑机料筒加热方法有电阻电热、陶瓷加热、铸铝加热，应依据使用场合和加工物料合理设置，常用的有电阻加热和陶瓷加热，为符合注塑工艺要求，料筒要分段操控，小型机3段，大型机一般5段。
冷却是指对加料口处进行冷却，因加料口处若温度过高，固料会在加料口处“架桥”，阻塞料口，从而影响加料段的运送功率，故在此处设置冷却水套对其进行冷却。我厂是经过冷却循环水对加料口进行冷却的。
（4）喷嘴
（ⅰ）喷嘴的功用
喷嘴是衔接塑化设备与模具流道的重要部件，喷嘴有多种功用：
① 预塑时，树立背压，驱除气体，避免熔体流涎，进步塑化才能和计量精度；
② 打针时，与模具主浇套构成触摸压力，保持喷嘴与浇套良好触摸，构成密闭流道，避免塑料熔体在高压下外溢；
③ 打针时，树立熔体压力，进步剪切应力，并将压力头转变成速度头，进步剪切速度和温升，加强混炼效果和均化效果；
④ 改变喷嘴结构使之与模具和塑化设备相匹配，组成新的流道型式或注塑体系；
⑤ 喷嘴还承担着调温、保温文断料的功用；
⑥ 减小熔体在进出口的粘弹效应和涡流丢失，以安稳其流动；
⑦ 保压时，便于向模具制品中补料，而冷却定型时添加回流阻力，减小或避免模腔中熔体向回流。
（ⅱ）喷嘴的根本方法
喷嘴可分为直通式喷嘴、锁闭式喷嘴、暖流道喷嘴和多流道喷嘴，现阶段我厂用的都是直通式喷嘴。
直通式喷嘴是应用较遍及的喷嘴，其特色是喷嘴球面直接与模具主浇套球面触摸，喷嘴的圆弧半径和流道比模具要小，打针时，高压熔体直接经模具的浇道体系充入模腔，速度快、压力丢失小，制作和设备均较便利。
锁闭式喷嘴主要是处理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，避免熔体流涎现象，而当打针时又能在打针压力的效果下敞开，使熔体注入模腔。
3．打针油缸
其作业原理是：打针油缸进油时，活塞带动活塞杆及其置于推力座内的轴承，推进螺杆行进或撤退。经过活塞杆头部的螺母，可以对两个平行活塞杆的轴向方位以及打针螺杆的轴向方位进行同步调整。
4．推力座
打针时，推力座经过推力轴推进螺杆进行打针；而预塑时，经过油马达驱动推力轴带动螺杆旋转完结预塑。
5．座移油缸
当座移油缸进油时，完结打针座的行进或撤退动作，并确保注塑喷嘴与模具主浇套圆弧面严密地触摸，发生能关闭熔体的打针座压力。
6．对打针部件精度要求
安装后，整体打针部件要置于机架上，有必要确保喷嘴与模具主浇套严密地接合，以防溢料，要求使打针部件的中心线与其合模部件的中心线同心；为了确保打针螺杆与料筒内孔的合作精度，有必要确保两个打针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有必要确保，对立式机则有必要确保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。影响上述方位精度的要素是相关联部件孔与轴的尺寸精度、几许精度、制作精度与安装精度。
