注塑成型设备简介

塑料成型设备第五章：注塑成型设备简介主讲：朱智慧郑新钰胡渤指导教师：姚姗姗前言注塑成型机是用于使热塑性或热固性塑料经加热熔融，并施加一定压力迫使高温熔体充入模具，经冷却或固化而制成具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制品的重要成型设备。注塑机的发展从1845年在金属压铸机原理的基础上逐渐形成的注塑机开始,到1956年世界上出现了第一台往复螺杆式注塑机止，经历了一个多世纪。最初是柱塞式注塑机，到了40年代末才发展出预塑化螺杆式注塑机。此后，发展的重点主要是围绕着预塑化螺杆式注塑机进行，已先后出现双螺杆、排气式等先进形式。1980年法国制造出当时世界上最大的螺杆注塑机，一次注射容量达170kg。从80年代到近几年，注塑机的发展主要集中在几个方面：即精微自动化控制系统及各种辅助设备在自动化模塑中的应用；精密机械及高性能液压系统的配合；各种专用注塑机的开发及电脑辅助设计对复杂形状制件塑料流动分析以决定最优良的注塑条件；各种节能技术在注塑机上的应用。到目前为止，机器的结构没有发生根本性的变化，而在技术上却已发展到相当完善的地步。有能满足特殊要求的各种专用注塑机，如排气、发泡、多色等注塑机；有适于钟表、计算机、电子等工业的精密注塑机；有微型注塑机，也有大型注塑机。在控制系统应用了微电子技术实行整机闭环反馈控制。总之注塑机已由单一品种向系列化、标准化、自动化、专用化、高速、高效、节能、省料方向发展。思考题注塑成型的特点1、注塑成型的生产性好；2、生产周期短；3、制品精度较高；4、制品表面粗糙度低；5、制品后加工量少；能成型形状复杂、带有嵌件、成型孔长的制品。6、对各种塑料的加工适应性强，可生产加填料改性的某些制品。7、可采用程控、数控、微处理机控制注塑机工作，制品成型过程易于实现自动化。第一节注塑机的分类以及结构组成注塑机的分类1．按设备外形特征分类根据注塑装置和合模装置的相对位置进行分类：•卧式注塑机•立式注塑机•角式注塑机•多工位注塑机卧式注塑机是最常见的型式。(1)卧式注塑机其合模装置和注塑装置的轴线呈水平一线排列。它具有机身低，易于操作和维修，自动化程度高，安装较平稳等特点。(2)立式注塑机注塑机的合模装置与注塑装置的轴线呈垂直一线排列。(3)角式注塑机注塑装置和合模装置的轴线互成垂直排列。应用：主要用来成型两种以上颜色或物料的制品，可实现多模注塑，适应大批量生产，能提高生产效率。(4)多工位注塑机（前述注塑机也可称单工位注塑机）特点：是注塑装置或合模装置具有两个以上的工作位置。类型：为单注塑头多模位、多注塑头单模位和多注塑头多模位注塑机3种。•单注塑头多模位•多注塑头单模位•多注塑头多模位2.按注塑机加工能力分类注塑机加工能力主要由合模力和注塑量参数表示，国际上通用表示法是同时采用注塑量和合模力来表示。按其加工能力可分为超小型、小型、中型、大型和超大型注塑机，相应的注塑量和合模力见表5-1。3.按注塑机用途分类通用注塑机•发泡注塑机•多色注塑机•玻璃纤维增强塑料注塑机•热固型注塑机专用注塑机•排气型注塑机•转盘式注塑机4.按合模装置的特征分类液压式液压机械式机械式第二节注塑机的注塑系统本节主要包括：一、柱塞式注塑系统二、螺杆式注塑系统结构组成工作原理结构特点注塑机的结构组成注塑机主要由注塑系统、合模系统、液压传动系统和电气控制系统组成。通用型注塑成型机的组成1-注塑系统2-合模系统3-液压传动及电气控制系统本节课重点注塑系统的组成及作用注塑系统主要由料斗、螺杆、机筒、喷嘴、螺杆传动装置、注塑座移动油缸、注塑油缸、计量装置等组成。注塑系统的作用是完成对物料的预塑化、计量，并以足够的压力和速度将熔体注射到模具的型腔中，注塑结束后能对型腔中的熔体保持压力和补缩，以增加制品的致密度。螺杆式注塑机1—螺杆2—料斗3—机筒4—液压马达5—导柱6—注塑油缸柱塞式注射机一、柱塞式注塑系统工作原理物料自料斗落入定量加料装置中，当注塑油缸活塞首次推动柱塞前进的同时，与注塑油缸活塞连接的传动臂推动物料进入机筒的加料口：当柱塞后退式，在加料口处的物料因自重落入机筒中：柱塞再次前进时，一方面将落入机筒内的物料向前推进，另一方面与注塑油缸活塞连接的传动臂又一次推动物料进入机筒的加料口，如此往复，使机筒内的物料依次推至注嘴处。在此过程中，机筒内的物料受到机筒外部加热器的以热传导方式传递的热量作用，使其由玻璃台的固体逐步转变为粘流态的熔体，熔体在经过分流梭时，进一步得到均化，最后，在柱塞的推动下，以一定的速度和压力被侏儒模具的型腔中成型。柱塞式注塑系统结构组成塑化装置（喷嘴、柱塞、机筒、分流梭）加料装置注塑油缸注座移动油缸柱塞式注射成型机柱塞式塑化部件示意图加料室分流梭示意图主要部件作用柱塞作用：将注射油缸的压力传递到塑料上,并以较快的速度将一定量的熔料注射入模具内分流梭作用：使料筒内的塑料分散为薄层并均匀流过料筒和分流梭组成的通道，加快热传递，提高了塑化能力，改善了塑化质量结构特点物料塑化不均：温度、混合注塑速度不均：慢——快注塑压力损失停留时间长注塑量提高受限制：料筒不能太大，不能太长综上所述，尽管柱塞式注塑系统存在很多缺点，但由于柱塞式注塑系统的结构简单，因此，理论注塑溶剂在100立方厘米以下的柱塞式注塑系统仍具有使用价值。重点中的重点二、螺杆式注塑系统螺杆式注射系统是目前应用最广泛的一种注塑系统。主要有塑化装置（包括螺杆、机筒、注嘴）、料斗、传动装置、注塑油缸、注塑座整体移动油缸等组成。塑化装置和传动装置等安装在注塑座上，注塑座借助于注塑座整体移动油缸的推力，沿着注塑座上的导轨/导杆往复运动，使注嘴脱离或贴近模具主流道衬套。同时，为了便于拆换螺杆和清洗机筒，在底座中部设有旋转机构，使注塑座能绕其转轴旋转一个角度。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-冷却水圈螺杆式注塑机螺杆工作方式螺杆在料筒内旋转时，将料斗加入的塑料卷入料筒，并逐步将其向前推送、压实、排气和塑化。熔融的塑料不断地在螺杆顶部与喷嘴之间积存，而螺杆本身受熔料的压力而缓慢后移，当积存的熔料达到一次注射量时，螺杆停止转动。注射时，螺杆将液压或机械力传给熔料使它注入模具。螺杆式注塑机螺杆工作特点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。注塑机螺杆特点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。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：螺杆类型均化段（L3）压缩段（L2）加料段（L1）渐变型15~20%50%25~30%突变型20~25%15~5%65~70%通用型20~30%20~30%45~50%螺杆头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；②结构上应拆装方便，便于清洗；③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。形式结构图特征与用途无止逆环型尖头形螺杆头锥角较小或有螺纹，主要用于高粘度或热敏性塑料钝头形头部为“山”字形曲面，主要用于成型透明度要求高的PC、AS、PMMA等塑料止逆型环形止逆环为一光环，与螺杆有相对转动，适用于中、低黏度的塑料爪形止逆环内有爪，与螺杆无相对转动，可避免螺杆与环之间的熔料剪切过热，适用于中、低粘度的塑料销钉形螺杆头颈部钻有混炼销，适用于中、低粘度的塑料分流形螺杆头部开有斜槽，适用于中、低粘度的塑料表1注射螺杆头形式与用途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，承受复合应力和热应力的作用，结构如下图：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，要与热电偶紧密地接触，防止虚浮，否则会影响温度测量精度。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，要与热电偶紧密地接触，防止虚浮，否则会影响温度测量精度。ⅱ）、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8（a），制造简单，但进料不利；现多用非对称形式，如图8（b）、8（c）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，不易在料斗中开成架桥空穴。加料口结构形式图ⅲ）、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。（ⅳ）、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Δ=（0.002~0.005）ds。（ⅴ）、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。（4）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