注塑机工作原理

注塑机工作原理 HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational1HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational21.1 注塑成型机的工作原理注塑成型机简称注塑机是利用塑料的热物理性质把物料从料斗加入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作用下驱动旋转的螺杆物料在螺杆的作用下沿着螺槽向前输送并压实物料在外加热和螺杆剪切的双重作用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作用下把已熔融的物料推到螺杆的头部与此同时螺杆在物料的反作用下后退使螺杆头部形成储料空间完成塑化过程然后螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下以高速、高压将储料室内的熔融料通过喷嘴注射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机构的作用下开启模具并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下。注射成型是一个循环的过程每一周期主要包括定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件取出塑件后又再闭模进行下一个循环。注塑机作业循环如图所示。闭模注射座前进注射保压冷却启模制品顶出退回塑化塑化退回固定塑化闭模注射座前进注射保压冷却启模制品顶出退回塑化塑化退回固定塑化HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational31.2 注塑机的分类注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械连杆式按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机按合模部件与注射部件配置的型式有卧式、立式、角式、多模转盘式四种:卧式注塑机卧式注塑机是最常用的类型。其特点是注射总成的中心线与合模总成的中心线同心或一致并平行于安装地面。它的优点是重心低、工作平稳、模具安装、操作及维修均较方便制品顶出后可利用重力作用自动落下易于实现全自动操作。模具开档大占用空间高度小但占地面积大大、中、小型机均有广泛应用立式注塑机其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与地面垂直。具有占地面积小模具装拆方便嵌件安装容易自料斗落入物料能较均匀地进行塑化易实现自动化及多台机自动线管理等优点。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实现全自动化操作和大型制品注射 一般是在60克以下的注塑机采用较多大、中型机不宜采用机身高加料、维修不便。角式注塑机注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列 其注射方向和模具分界面在同一个面上它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。这种型式的注塑机宜用于小机。。根据注射总成中心线与安装基面的相对位置有卧立式、立卧式、平卧式之分?卧立式注射总成线与基面平行而合模总成中心线与基面垂直?立卧式注射总成中心线与基面垂直而合模总成中心线与基面平行。角式注射机的优点是兼备有卧式与立式注射机的优点特别适用于开设侧浇口非对称几何形状制品的模具。多模转盘式注塑机它是一种多任务位操作的特殊注塑机其特点是合模装置采用了转盘式结构模具围绕转轴转动。这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力可以缩短生产周期提高机器的生产能力因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量塑制品的生产但因合模系统庞大、复杂合模装置的合模力往往较小故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational41.3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:注塑机注射部件装 置塑化部件螺杆料筒螺杆头喷嘴注射座注射油缸座移油缸液压马达合模部件合模装置调模装置顶出装置机身液压系统泵、液压马达、阀蓄能器、冷却器、管路等油路控制加热系统冷却系统控制系统动作程控料筒温度控制液压泵电机控制故障报警控制安全保护加料装置HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational5 注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提而为满足成型的要求注射必须保证有足够的压力和速度。同时由于注射压力很高相应地在模腔中产生很高的压力模腔内的平均压力一般在2045MPa之间因此必须有足够大的合模力。由此可见注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。1.3.1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。1.3注塑机的组成结构分析HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational61.3.1.1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。1.3.1.2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。1.3注塑机的组成结构分析图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HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational7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?螺杆具有塑化和注射两种功能?螺杆在塑化时仅作预塑用?塑料在塑化过程中所经过的热历程要比挤出长?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。1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a.注射螺杆的长径比和压缩比比较小b.注射螺杆均化段的螺槽较深c.注射螺杆的加料段较长而均化段较短d.注射螺杆的头部结构具有特殊形式。e.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。1.3注塑机的组成结构分析HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational8?、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。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。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。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类型加料段L1压缩段L2均化段L3渐变型2530 50 1520突变型6570 155 2025通用型4550 2030 20301.3注塑机的组成结构分析HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational91.3注塑机的组成结构分析?、螺杆的基本参数螺杆的基本结构如图6所示主要由有效螺纹长度L和尾部的连接部分组成。图6 螺杆的基本结构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??虼死砺圩?淙莼 蟮淖?芑 渎莞酥本兑泊罄 重/1000一般而言螺杆直径与最高射出压力成砺凵涑鋈莼齡圆周率D/22S射出行程比 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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational101.3注塑机的组成结构分析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?0.120.16ds。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L345ds。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L268ds。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34ds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。εh1/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2.63.0。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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational111.3注塑机的组成结构分析2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。表1 注射螺杆头形式与用途下页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a.螺杆头要灵活、光洁b.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c.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d.结构上应拆装方便便于清洗e.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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational121.3注塑机的组成结构分析HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational131.3注塑机的组成结构分析3料筒?、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承受复合应力和热应力的作用结构如图7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 --P ConfidentialP 偶要与热电偶紧密地接触防止虚浮否则会影响温度测量精度。HiHiConfidentialInternationalInternational141.3注塑机的组成结构分析?、加料口加料口的结构形式直接影响进料效果和塑化部件的吃料能力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形式如图8所示对称形料口如图8a制造简单但进料不利现多用非对称形式如图8b、8c所示此种进料口由于物料与螺杆的接触角大接触面积大有利于提高进料效率不易?诹隙分锌 杉芮趴昭ā,? 加料口结构形式图HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational151.3注塑机的组成结构分析?、料筒的壁厚料筒壁厚要求有足够的强度和刚度因为料筒内要承受熔料和气体压力且料筒长径比很大料筒要求有足够的热容量所以料筒壁要有一定的厚度否则难以保证温度的稳定性但如果太厚料筒笨重浪费材料热惯性大升温慢温度调节有较大的滞后现象。?、料筒间隙料筒间隙指料筒内壁与螺杆外径的单面间隙此间隙太大塑化能力降低注射回泄量增加注射时间延长在此过程中引起物料部分降解如果太小热膨胀作用使螺杆与料筒摩擦加剧能耗加大甚至会卡死此间隙Δ0.0020.005ds。?、料筒的加热与冷却注塑机料筒加热方式有电阻电热、陶瓷加热、铸铝加热应根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控制小型机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”堵塞料口从而影响加料段的输送效率故在此处设置冷却水套对其进行冷却。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational161.3注塑机的组成结构分析4喷嘴?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喷嘴还承担着调温、保温和断料的功能减小熔体在进出口的粘弹效应和涡流损失以稳定其流动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。?、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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational171.3注塑机的组成结构分析1.3.1.3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。1.3.1.4推力座注射时推力座通过推力轴推动螺杆进行注射 1.5座移油缸当座移油而预塑时通过油马达驱动推力轴带动螺杆旋转实现预塑。1.3.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。1.3.1.6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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational181.3注塑机的组成结构分析1.3.2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。对合模部件的要求动范本的启闭模运动要高速、平稳、静音合模机构必须达到额定锁模力要求可靠地锁紧模具合模部件有足够的装模空间和范本行程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。1合模机构合模机构有液压式、机械式和机械-液压复合式。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。所用的是双曲肘内翻式如图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。HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational191.3注塑机的组成结构分析图9 双曲肘内翻式结构原理示意1-合模油缸2-调模装置3-后范本4-拉杆5-曲肘连杆6-动范本7-定范本8-顶出油缸HiHi--P ConfidentialP ConfidentialInternationalInternational201.3注塑机的组 成结构分析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。图10 直压式合模装置示意图1-上范本2-拉杆3-下范本4-锁模油缸5-移模油缸6-电子尺7-底板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.