（一） 注塑機結構分析及其工作原理
一、注塑機的工作原理
注塑成型機簡稱注塑機。
注塑成型是利用塑料的熱物理性質，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內裝有在外動力馬達作用下驅動旋轉的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送並壓實，物料在外加熱和螺桿剪下的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當螺桿旋轉時，物料在螺槽摩擦力及剪下力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時，螺桿在物料的反作用下後退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然後，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型後，模具在合模機構的作用下，開啟模具，並通過頂出裝置把定型好的製品從模具頂出落下。
注塑機作業迴圈流程如圖1所示。
圖1 注塑機工作程式框圖
二、注塑機的分類
按合模部件與注射部件配置的型式有臥式、立式、角式三種
（1）臥式注塑機：臥式注塑機是最常用的型別。其特點是注射總成的中心線與合模總成的中心線同心或一致，並平行於安裝地面。
它的優點是重心低、工作平穩、模具安裝、操作及維修均較方便，模具開檔大，占用空間高度小；但占地面積大，大、中、小型機均有廣泛應用。
（2）立式注塑機：其特點是合模裝置與注射裝置的軸線呈一線排列而且與地面垂直。具有占地面積小，模具裝拆方便，嵌件安裝容易，自料斗落入物料能較均勻地進行塑化，易實現自動化及多台機自動線管理等優點。
缺點是頂出製品不易自動脫落，常需人工或其它方法取出，不易實現全自動化操作和大型製品注射；機身高，加料、維修不便。
（3）角式注塑機：注射裝置和合模裝置的軸線互成垂直排列。根據注射總成中心線與安裝基面的相對位置有臥立式、立臥式、平臥式之分：
①臥立式，注射總成線與基面平行，而合模總成中心線與基面垂直；②立臥式，注射總成中心線與基面垂直，而合模總成中心線與基面平行。角式注射機的優點是兼備有臥式與立式注射機的優點，特別適用於開設側澆口非對稱幾何形狀製品的模具。
三、注塑機的組成結構分析
注塑機根據注射成型工藝要求是乙個機電一體化很強的機種，主要由注射部件、合模部件、機身、液壓系統、加熱系統、控制系統、加料裝置等組成。如圖2所示。
圖2 注塑機組成示意圖
（一）注塑部件的典型結構
1．注射部件的組成
目前，常見的注塑裝置有單缸形式和雙缸形式，我廠注塑機都是雙缸形式的，並且都是通過液壓馬達直接驅動螺桿注塑。因不同的廠家、不同型號的機台其組成也不完全相同，下面就對我廠用的機台作具體分析。
立式機和臥式機注塑裝置的組成圖分別如圖3和圖4。
工作原理是：預塑時，在塑化部件中的螺桿通過液壓馬達驅動主軸旋轉，主軸一端與螺桿鍵連線，另一端與液壓馬達鍵連線，螺桿旋轉時，物料塑化並將塑化好的熔料推到料筒前端的儲料室中，與此同時，螺桿在物料的反作用下後退，並通過推力軸承使推力座後退，通過螺母拉動活塞桿直線後退，完成計量，注射時，注射油缸的杆腔進油通過軸承推動活塞桿完成動作，活塞的杆腔進油推動活塞桿及螺桿完成注射動作。
圖3 臥式機雙缸注射注塑裝置示意圖
（a）是俯檢視； （b）為注射座與導桿支座間的平檢視
1-油壓馬達；2，6 -導桿支座；3-導桿；4-注射油缸；5-加料口；
7-推力座；8-注射座；9-塑化部件；10-座移油缸
我廠用的角式注塑機的注射部件與臥式機注塑機一樣。
圖4 立式注塑機注射裝置示意圖
1- 液壓馬達；2-推力座；3-注射油缸；4-注射座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上範本
2．塑化部件
塑化部件有柱塞式和螺桿式兩種，下面就對螺桿式做一下介紹。
螺桿式塑化部件如圖5所示,主要由螺桿、料筒、噴嘴等組成，塑料在旋轉螺桿的連續推進過程中，實現物理狀態的變化，最後呈熔融狀態而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均勻塑化，實現定量注射的核心部件。
圖5 螺桿式塑化部件結構圖
1-噴嘴；2-螺桿頭；3-止逆環；4-料筒；5-螺桿；6-加熱圈；7-冷卻水圈
螺桿式塑化部件的工作原理：預塑時，螺桿旋轉，將從料口落入螺槽中的物料連續地向前推進，加熱圈通過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剪下雙重作用下，並經過螺桿各功能段的熱歷程，達到塑化和熔融，熔料推開止逆環，經過螺桿頭的周圍通道流入螺桿的前端，並產生背壓，推動螺桿後移完成熔料的計量，在注射時，螺桿起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，將儲料室中的熔體通過噴嘴注入模具。
螺桿式塑化部件一般具有如下特點：
① 螺桿具有塑化和注射兩種功能；
② 螺桿在塑化時，僅作預塑用；
③ 塑料在塑化過程中，所經過的熱歷程要比擠出長；
④ 螺桿在塑化和注射時，均要發生軸向位移，同時螺桿又處於時轉時停的間歇式工作狀態，因此形成了螺桿塑化過程的非穩定性。
（1） 螺桿
螺桿是塑化部件中的關鍵部件，和塑料直接接觸，塑料通過螺槽的有效長度，經過很長的熱歷程，要經過3態（玻璃態、黏彈態、黏流態）的轉變，螺桿各功能段的長度、幾何形狀、幾何引數將直接影響塑料的輸送效率和塑化質量，將最終影響注射成型週期和製品質量。
與擠出螺桿相比，注塑螺桿具有以下特點：
1 注射螺桿的長徑比和壓縮比比較小；
2 注射螺桿均化段的螺槽較深；
3 注射螺桿的加料段較長，而均化段較短；
4 注射螺桿的頭部結構，具有特殊形式。
5 注射螺桿工作時，塑化能力和熔體溫度將隨螺桿的軸向位移而改變。
（ⅰ）、螺桿的分類
注塑螺桿按其對塑料的適應性，可分為通用螺桿和特殊螺桿，通用螺桿又稱常規螺桿，可加工大部分具有低、中黏度的熱塑性塑料，結晶型和非結晶型的民用塑料和工程塑料，是螺桿最基本的形式，與其相應的還有特殊螺桿，是用來加工用普通螺桿難以加工的塑料；按螺桿結構及其幾何形狀特徵，可分為常規螺桿和新型螺桿，常規螺桿又稱為三段式螺桿，是螺桿的基本形式，新型螺桿形式則有很多種，如分離型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿、無計量段螺桿等。
常規螺桿其螺紋有效長度通常分為加料段（輸送段）、壓縮段（塑化段）、計量段（均化段），根據塑料性質不同，可分為漸變型、突變型和通用型螺桿。
1 漸變型螺桿：壓縮段較長，塑化時能量轉換緩和，多用於pvc等熱穩定性差的塑料。
2 突變型螺桿：壓縮段較短，塑化時能量轉換較劇烈，多用於聚烯烴、pa等結晶型塑料。
3 通用型螺桿：適應性比較強的通用型螺桿，可適應多種塑料的加工，避免更換螺桿頻繁，有利於提高生產效率。
常規螺桿名段的長度如下：
螺桿型別加料段（l1） 壓縮段（l2） 均化段（l3）
漸變型25~305015~20%
突變型65~7015~520~25%
通用型45~5020~3020~30%
（ⅱ）、螺桿的基本引數
螺桿的基本結構如圖6所示，主要由有效螺紋長度l和尾部的連線部分組成。
圖6 螺桿的基本結構
ds — 螺桿外徑，螺桿直徑直接影響塑化能力的大小，也就直接影響到理論注射容積的大小，因此，理論注射容積大的注塑機其螺桿直徑也大。
l/ds — 螺桿長徑比。l是螺桿螺紋部分的有效長度，螺桿長徑比越大，說明螺紋長度越長，直接影響到物料在螺桿中的熱歷程，影響吸收能量的能力，而能量**有兩部分：一部分是料筒外部加熱圈傳給的，另一部分是螺桿轉動時產生的摩擦熱和剪下熱，由外部機械能轉化的，因此，l/ds直接影響到物料的熔化效果和熔體質量，但是如果l/ds太大，則傳遞扭矩加大，能量消耗增加。
l1—加料段長度。加料段又稱輸送段或進料段，為提高輸送能力，螺槽表面一定要光潔，l1的長度應保證物料有足夠的輸送長度，因為過短的l1會導致物料過早的熔融，從而難以保證穩定壓力的輸送條件，也就難以保證螺桿以後各段的塑化質量和塑化能力。塑料在其自身重力作用下從料斗中滑進螺槽，螺桿旋轉時，在料筒與螺槽組成的各推力面摩擦力的作用下，物料被壓縮成密集的固體塞螺母，沿著螺紋方向做相對運動，在此段，塑料為固體狀態，即玻璃態。
h1— 加料段的螺槽深度。h1深，則容納物料多，提高了供料量和塑化能力，但會影響物料塑化效果及螺桿根部的剪下強度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。
l3 — 熔融段長度。熔融段又稱均化段或計量段，熔體在l3段的螺槽中得到進一步的均化，溫度均勻，組分均勻，形成較好的熔體質量，l3長度有助於熔體在螺槽中的波動，有穩定壓力的作用，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱計量段。l3短時，有助於提高螺桿的塑化能力，一般l3=（4～5）ds。
h3 — 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽淺，提高了塑料熔體的塑化效果，有利於熔體的均化，但h3過小會導致剪下速率過高，以及剪下熱過大，引起分子鏈的降解，影響熔體質量，；反之，如果h3過大，由於預塑時，螺桿背壓產生的回流作用增強，會降低塑化能力。
l2 — 塑化段（壓縮段）螺紋長度。物料在此錐形空間內不斷地受到壓縮、剪下和混煉作用，物料從l2段入點開始，熔池不斷地加大，到出點處熔池已佔滿全螺槽，物料完成從玻璃態經過黏彈態向黏流態的轉變，即此段，塑料是處於顆粒與熔融體的共存狀態。l2的長度會影響物料從玻璃態到黏流態的轉化歷程，太短會來不及轉化，固料堵在l2段的末端形成很高的壓力、扭矩或軸向力；太長則會增加螺桿的扭矩和不必要的消耗，一般l2=（6～8）ds。
對於結晶型的塑料，物料熔點明顯，熔融範圍窄，l2可短些，一般為（3～4）ds，對於熱敏性塑料，此段可長些。
s — 螺距，其大小影響螺旋角，從而影響螺槽的輸送效率，一般s≈ds。
ε — 壓縮比。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，會增強剪下效果，但會減弱塑化能力，一般來講，ε稍小一點為好，以有利於提高塑化能力和增加對物料的適應性，對於結晶型塑料，壓縮比一般取2.
6~3.0。對於低黏度熱穩定性塑料，可選用高壓縮比；而高黏度熱敏性塑料，應選用低壓縮比。
（2）螺桿頭
在注射螺桿中，螺桿頭的作用是：預塑時，能將塑化好的熔體放流到儲料室中，而在高壓注射時，又能有效地封閉螺桿頭前部的熔體，防止倒流。
注塑機結構分析及其工作原理
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