塑料注射機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、1 緒 論 1.1 塑料工業(yè)及注塑機(jī)的發(fā)展 隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料由于具有輕巧、便于加工成型及抗腐蝕能力強(qiáng)、優(yōu)異的電氣特性及化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的吸震和消聲隔離作用、能很好地與金屬、玻璃、木材及其他材料相膠結(jié)等特點(diǎn)，從而成為繼鋼材、木材、水泥之后的四大支柱材料之一，塑料制品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建材、包裝、機(jī)械電子、汽車(chē)、交通、家電、石油化工和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。1998年我國(guó)塑料制品的年產(chǎn)量約為1500萬(wàn)噸，僅次于美國(guó)，居世界第二位。根據(jù)中國(guó)塑料機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)和機(jī)械工業(yè)塑料機(jī)械科技信息網(wǎng)連續(xù)十三年對(duì)塑機(jī)行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，我國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)1987年總產(chǎn)值為2.1億元，1998年為38億元。十

2、年多時(shí)間翻了近20倍，塑機(jī)工業(yè)的年增長(zhǎng)率在7%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他機(jī)械行業(yè)。塑料工業(yè)在我國(guó)有著非常廣闊的發(fā)展前途。1995年我國(guó)塑料制品產(chǎn)品為999.4萬(wàn)噸，目前為1500萬(wàn)噸，人均消費(fèi)量為10千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界人均22千克的水平，而目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的塑料消費(fèi)水平達(dá)50至100千克的水平，這說(shuō)明我國(guó)塑料機(jī)械潛在市場(chǎng)很大。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、人民生活水平的不斷提高和塑料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓，我國(guó)塑料工業(yè)有著非常廣闊的發(fā)展前途。2000年我國(guó)塑料制品產(chǎn)量可達(dá)1600萬(wàn)噸，是1995年的1.61倍，年平均增長(zhǎng)率約為10%。從塑料制品的市場(chǎng)分析來(lái)看，從2001年到2010年我國(guó)塑料制品產(chǎn)量以

3、平均每年7%的速度增長(zhǎng)。塑料材料的來(lái)源非常豐富，預(yù)計(jì)到2010年，以重量計(jì)算的塑料產(chǎn)量將超過(guò)鋼的產(chǎn)量。注塑機(jī)工業(yè)是一門(mén)新興的行業(yè)，注塑機(jī)是對(duì)熱塑性（或熱固性）塑料進(jìn)行加工熔融后，以高壓、高速注射入模腔，進(jìn)而固化成型，生產(chǎn)出塑料制品的機(jī)械設(shè)備。每年注塑機(jī)的產(chǎn)量占全部塑料加工機(jī)械的50%左右，全世界2530%塑料制品出自于注射成型，成為塑料成型機(jī)械制造業(yè)中增長(zhǎng)最快、產(chǎn)量最多的機(jī)種之一。從50年代技術(shù)創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注射成型機(jī)至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80采用了注射成型。近年來(lái)由于汽車(chē)、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對(duì)注射制品日益增長(zhǎng)的需要，推動(dòng)了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高

4、。我國(guó)塑料機(jī)械2000年銷(xiāo)售額在70億元人民幣左右，以臺(tái)數(shù)計(jì)約為8.5萬(wàn)臺(tái)，其中40左右是注射成型機(jī)。從美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、加拿大等主要生產(chǎn)國(guó)來(lái)看，注塑機(jī)的產(chǎn)量都在逐年增加，在塑料機(jī)械中占的比重最大。 80年代以來(lái)，CAD/CAE/CAPP/CAM計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在注塑機(jī)制造業(yè)的廣泛采用，促進(jìn)了我國(guó)注塑機(jī)研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。以寧波海天公司為代表的一批國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)都相繼引進(jìn)美國(guó)UG.S和PTC公司的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析等軟件，實(shí)現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)主關(guān)原件分析，對(duì)高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值、危險(xiǎn)區(qū)域等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計(jì)算，幫助設(shè)計(jì)人員迅速地了解、評(píng)估和修改設(shè)計(jì)

5、方案，保證重要零件結(jié)構(gòu)合理性的可靠性達(dá)到完美結(jié)合。為了保證高質(zhì)量的設(shè)計(jì)輸出到高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出，舊的加工方式已經(jīng)很難適應(yīng)技術(shù)、質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)的要求。國(guó)內(nèi)公司進(jìn)行了兩項(xiàng)國(guó)際先進(jìn)水平的重大技術(shù)裝備研制，其一是注塑機(jī)的防護(hù)門(mén)、配電箱等扳金件表面噴塑流水線形成批量生產(chǎn)能力，其二是注塑機(jī)螺桿和機(jī)筒雙金屬?lài)娡抗に囃度肱可a(chǎn)，使關(guān)鍵零部件已經(jīng)形成了三個(gè)完整的系列，它們是以曲肘式鎖模的HTW和HTFX系列，直壓式鎖模的HTK系列，伺服電機(jī)控制的HTD系列?；緟?shù)由鎖模力580kN到36000kN，注射重量由70g至51460g，處于國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先地位。目前注塑機(jī)發(fā)展的另一個(gè)重要方面，是各種專(zhuān)用注塑機(jī)，如排氣式注塑機(jī)、

6、發(fā)泡注塑機(jī)、多色注塑機(jī)等等。以加拿大HUSKY公司為代表的瓶胚機(jī)、包裝機(jī)，集中體現(xiàn)了高新技 術(shù)含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)三分之一時(shí)，仍可高質(zhì)量的保證制品成型，使機(jī)器的體積和重量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大意義。我們國(guó)內(nèi)領(lǐng)先公司也積極研制了HTC系統(tǒng)的熱固性材料的注塑機(jī)，HTP包裝專(zhuān)用注塑機(jī)并出口到北美市場(chǎng)，HTE瓶胚專(zhuān)用注塑機(jī)，HTS雙色成型注塑機(jī)，我們將會(huì)把這些研發(fā)進(jìn)一步推向深入。電動(dòng)式注射成型機(jī)以其顯著的節(jié)能特點(diǎn)將成為注塑機(jī)重要的發(fā)展方向。日本研制出世界上最快的注塑機(jī)：在2002年上海國(guó)際塑料機(jī)械展覽會(huì)上，日本NISSEI公司展出一臺(tái)

7、ES200全電動(dòng)注塑機(jī)，其速度快得使人難以置信，一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期只須0.63s，合模時(shí)間0.1s，開(kāi)模0.13s，注射0.05s，加料時(shí)間0.25s，整個(gè)周期全自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。這預(yù)示著注塑機(jī)將向電動(dòng)、高速方向發(fā)展。1.2 課題的提出注塑機(jī)自本世紀(jì)30年代問(wèn)世以來(lái)，主機(jī)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理變化不大，但其控制卻在不斷更新和發(fā)展，國(guó)外以由手動(dòng)操作的第一代產(chǎn)品發(fā)展成為基于微機(jī)閉環(huán)控制的第五代產(chǎn)品，自動(dòng)化程度不斷提高，國(guó)內(nèi)直到50年代末才開(kāi)始生產(chǎn)注塑機(jī)，由于采用了引進(jìn)消化、吸收和逐步提高、國(guó)產(chǎn)化的方針，再加上鋼材價(jià)格上漲，石化工業(yè)能夠提供原料（包括工程塑料），便形成了“以塑代鋼”、“以注塑代壓延成型”的趨勢(shì)。國(guó)

8、內(nèi)注塑機(jī)的發(fā)展速度異?？?，但控制水平較低，檔次不高，絕大多數(shù)仍基于繼電器和可編程控制器，自動(dòng)化程度較低，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。近年來(lái)，隨著注塑機(jī)在行業(yè)中的比重不斷加大，其出口量已超過(guò)造紙機(jī)，成為我國(guó)輕工業(yè)系統(tǒng)最大宗的出口設(shè)備。但能源危機(jī)的出現(xiàn)，勞動(dòng)力缺乏，加之對(duì)制品的要求越來(lái)越高，注塑機(jī)的節(jié)能高效、自動(dòng)化程度高的性能已為用戶(hù)所追求；同時(shí)，對(duì)于大中規(guī)模注塑工廠，甚至量少、品種多的小規(guī)模注塑車(chē)間，在保證制品質(zhì)量的前提下，如何利用成熟的自動(dòng)化設(shè)備，提高產(chǎn)品精度，降低廢品、次品率，節(jié)約原材料和能源，來(lái)降低成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已引起人們的高度重視，采用先進(jìn)的控制技術(shù)和管理手段已成為必然的趨勢(shì)。我國(guó)目前普通的技

9、術(shù)含量低的塑料機(jī)械產(chǎn)品處于飽和過(guò)剩狀態(tài)，而高精度、高效率、高技術(shù)含量的塑料機(jī)械還需大量的投入和開(kāi)發(fā)，目前這部分產(chǎn)品基本依賴(lài)進(jìn)口。本課題就是在這樣的背景下提出的，通過(guò)對(duì)前人技術(shù)的吸收、繼承和發(fā)展，并實(shí)地考察了我國(guó)注塑機(jī)的技術(shù)情況，旨在開(kāi)發(fā)一套既符合我國(guó)國(guó)情又具有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的精密注塑機(jī)微機(jī)閉環(huán)多級(jí)控制系統(tǒng)。2 注塑機(jī)概論2.1 注塑成型機(jī)的分類(lèi)與應(yīng)用近十多年注塑成型機(jī)發(fā)展很快，類(lèi)型不斷增加，所以機(jī)器的分類(lèi)也比較多。有的按塑化方式分為柱塞式和螺桿式；也有按機(jī)器的傳動(dòng)方式分為液壓式、機(jī)器式；還有按操作方式分為自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等。 按外形特征分類(lèi)這種分類(lèi)方法，主要是根據(jù)注射和合模裝置的排列方式進(jìn)行

10、分類(lèi)。（1）立式注塑成型機(jī)立式機(jī)的注射裝置與合模裝置的軸線成一線排列。立式機(jī)的優(yōu)點(diǎn)一般有：占地面積小，模具拆裝方便，成型制品的嵌件易于安放。缺點(diǎn)有：制品頂出后需要用手或其它方法將制品取出；不易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作；因機(jī)身較高，機(jī)器的穩(wěn)定性能較差，加料及機(jī)器維修不便。（2）臥式注塑成型機(jī)臥式機(jī)的注塑裝置與合模裝置的軸線成一線水平排列。同立式機(jī)相比，臥式機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)身低，利于操作和維修；機(jī)器因中心較低，故穩(wěn)定；成型制品可利用其自重而自動(dòng)落下，容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。所以臥式注射成型機(jī)應(yīng)用廣泛，是目前國(guó)內(nèi)外注射成型機(jī)的最基本形式。（3）角式注射成型機(jī)角式注射成型機(jī)的注射裝置和合模裝置的軸線互相垂直排

11、列。其優(yōu)缺點(diǎn)介于立、臥兩種注射成型機(jī)之間，特別適合于成型中心不允許有澆口痕跡的制品。（4）多模注射成型機(jī)多模注射成型機(jī)是一種多任務(wù)操作的特殊注射成型機(jī)。根據(jù)注射量和機(jī)器的用途，多模注射成型機(jī)也可將注射與合模裝置進(jìn)行多種多樣的排列。 按機(jī)器加工能力分類(lèi)經(jīng)常用來(lái)表示注射機(jī)加工能力的參數(shù)，有機(jī)器的注射量和合模力。而多數(shù)是用合模力或用注射量與合模力同時(shí)表示，分類(lèi)情況如下表：表2-1 注塑機(jī)的類(lèi)型類(lèi) 別合模力（噸力）注射量（）超小型<2040<30小型4030060500中型300600502000大型8002000>2000超大型>2000 按機(jī)器用途分類(lèi)注塑成型機(jī)的運(yùn)用范圍很

12、廣,為滿(mǎn)足各種注射工藝的要求,現(xiàn)將機(jī)器設(shè)計(jì)成熱塑性塑料通用型(也稱(chēng)普通型)、熱固性、發(fā)泡型、排氣型、高速型、多色、精密、鞋用、螺紋制品等類(lèi)型。其中以熱塑通用型系列、熱固系列、低發(fā)泡系列、排氣系列和高速系列最為普遍。 注射成型機(jī)的規(guī)格表示法用來(lái)表示機(jī)器規(guī)格的主參數(shù)，有注射量和合模力。我國(guó)注射成型機(jī)規(guī)格使用機(jī)器注射容量表示，即用機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)螺桿（常用普通型螺桿的80%理論注射容量為機(jī)器注射容量）。這種表示方法，并不能從注射容量的數(shù)值大小直接判斷出兩臺(tái)機(jī)器的規(guī)格大小。因此，目前用得比較普遍的主要有合模力與注射容量表示法（即國(guó)際規(guī)格表示法）。合模力與注射量表示法，即用機(jī)器合模力為分母，機(jī)器注射容量做分子

13、的表示法。對(duì)于注射容量，為了對(duì)不同機(jī)器都有一個(gè)比較基準(zhǔn)，特規(guī)定注射壓力為1000公斤力/立方厘米的理論注射容量。例如國(guó)產(chǎn)XS-ZY125注射成型機(jī)，用國(guó)際規(guī)格表示為XS-ZY190/1901。2.2 注塑機(jī)的基本組成及工作過(guò)程 注塑機(jī)的基本組成一臺(tái)通用型注塑機(jī)主要包括以下部件：合模裝置、注射裝置、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)。注射裝置：其主要作用是使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將一定量的熔料注射入模腔內(nèi)，因此，注射裝置應(yīng)具有塑化良好、計(jì)量準(zhǔn)確的性能。合模裝置：主要作用是保證模具地閉合和實(shí)現(xiàn)啟模動(dòng)作，是成型制品的工作部分。注射時(shí)要求合模裝置給模具以足夠的合模力，防止制品發(fā)生飛邊現(xiàn)

14、象。液壓傳動(dòng)和電器控制系統(tǒng)：注射成型是由塑料塑化、模具閉合、塑料注射入模腔、壓力保持、制品固化成型、開(kāi)模取出制品等工序組成的連續(xù)過(guò)程。液壓和電器系統(tǒng)則是為了保證注塑機(jī)按工藝過(guò)程預(yù)定的要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間）和動(dòng)作順序，準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行工作而設(shè)置的傳動(dòng)和控制系統(tǒng)。 注塑機(jī)工作過(guò)程（1）閉模與合緊 注塑機(jī)的成型周期一般從模具閉合開(kāi)始。模具首先低壓快速進(jìn)行閉合，當(dāng)動(dòng)模板與定模板快要接近時(shí)，合模的動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)切換成低壓、低速，在確認(rèn)模具內(nèi)無(wú)異物時(shí)，再切換成高壓將模具合緊。（2）注射裝置前移和注射 在確認(rèn)模具達(dá)到所要求的合緊程度后，注射裝置前移，使噴嘴與模具貼合，便可以向注射油缸通入壓力油，則與油缸

15、活塞桿相接的螺桿以高壓、高速將頭部的熔料注入模腔，此時(shí)螺桿頭部作用于熔料上的壓力為注射壓力。注射壓力和速度，以及熔料與模具的溫度，決定了塑料能否充滿(mǎn)模腔。（3）壓力保持 注入模腔的熔料，由于低溫模具的冷卻作用會(huì)產(chǎn)生收縮，壓力保持就是對(duì)熔料保持一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)縮，使制品致密，此時(shí)螺桿作用于熔料上的壓力稱(chēng)為保壓壓力。保壓時(shí)，螺桿因補(bǔ)縮而有少量前移。制品冷卻和預(yù)塑當(dāng)保壓進(jìn)行到模腔注入的熔料失去從澆口回流的可能性時(shí)，保壓壓力即可卸去，使制品冷卻定型，此時(shí)螺桿在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自料斗的粒狀塑料借助旋轉(zhuǎn)螺桿的輸送作用，不斷沿螺槽向前運(yùn)動(dòng)。塑料在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于外部加熱及螺桿剪切作用發(fā)生劇烈的內(nèi)摩

16、擦，溫度均勻升高，最終逐步軟化成為熔融粘流狀態(tài)，并不斷地被輸送到料筒前端。由于螺桿頭部熔料壓力的作用，使螺桿后退，當(dāng)退至計(jì)量值時(shí)，螺桿即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一次注射。（4）注射裝置后退和開(kāi)模頂出制品 制品冷卻后，合模裝置升模并自行頂落制品，整個(gè)工作循環(huán)周期如下圖2-1所示。 圖2-1 注塑機(jī)的循環(huán)周期 本機(jī)介紹本次設(shè)計(jì)的課題是60克微機(jī)控制注射成型機(jī)，為普通型注射成型機(jī)。合模裝置采用五點(diǎn)直線排列的肘桿結(jié)構(gòu)，其調(diào)模裝置為齒輪輪調(diào)模。往復(fù)螺桿式注射裝置，采用雙導(dǎo)軌支承、注射座移動(dòng)油缸為單缸、注射油缸為單缸；一線式液壓馬達(dá)預(yù)塑裝置。液壓部件中系統(tǒng)壓力流量用比例閥控制。電器部分采用繼電器、PLC和單片機(jī)三

17、種控制方案實(shí)現(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)控制。頂出、合模、注射動(dòng)作為線移型位移傳感器控制。床身部分為整體式床身，采用稀油潤(rùn)滑。主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)如下：表2-2 注塑機(jī)主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)注射裝置合模裝置其它部分螺桿直徑35合模力T50油泵壓力Mpa6.3螺桿長(zhǎng)徑比15移模行程180電機(jī)功率KW11理論容量396拉桿內(nèi)距190×300電熱功率KW3.75注射容量g60頂出桿數(shù)PC1機(jī)器重量T18注射速率g/s10頂出行程50注射壓力Mpa140塑化能力Kg/h25螺桿轉(zhuǎn)速rpm3200以下章節(jié)將詳細(xì)介紹本機(jī)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。3 注射裝置3.1 注射裝置簡(jiǎn)介注射裝置在注射成型機(jī)的工作過(guò)

18、程中，主要實(shí)現(xiàn)塑化計(jì)量、注射和保壓補(bǔ)縮三項(xiàng)功能。因此，在設(shè)計(jì)此裝置時(shí)，應(yīng)能滿(mǎn)足下列基本要求：（1）在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，提供一定數(shù)量的，組分和溫度均勻的熔料；（2）根據(jù)塑料性能和制品結(jié)構(gòu)情況，應(yīng)有合適的速度和壓力，將一定量的熔料注入模腔。3.2 注射裝置的型式目前，在注射成型機(jī)上采用的注射裝置，從原理上分主要有柱塞式和預(yù)塑式兩大類(lèi)。其中以預(yù)塑式特別是往復(fù)螺桿式使用為最多?，F(xiàn)在介紹一下預(yù)塑式注射裝置的型式及其工作原理。對(duì)塑料的塑化和熔料注射分開(kāi)進(jìn)行的注射裝置，統(tǒng)稱(chēng)預(yù)塑式注射裝置。該裝置在注射前先將已塑化的一定量的熔料存放到料筒前端（又稱(chēng)儲(chǔ)料室），然后再由柱塞（或螺桿）將儲(chǔ)存的熔料注入模腔。本次設(shè)計(jì)的注

19、塑機(jī)采用往復(fù)螺桿式，亦稱(chēng)螺桿一線式，這種型式的主要特點(diǎn)如下：（1）結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)：由于螺桿是同時(shí)具有塑化和注射兩個(gè)功能，所以螺桿不僅要回轉(zhuǎn)塑化，同時(shí)還要往復(fù)注射。這就需要在螺桿設(shè)計(jì)以及連接結(jié)構(gòu)上，加以特殊的考慮。（2）塑料是依靠螺桿的剪切熱和外加熱的共同作用下，塑化成均勻的熔體。但在塑化時(shí)，因伴隨著螺桿的軸向位移，故熔料溫度形成的軸向溫差較大，而且難以完全克服?？墒?，螺桿的塑化情況是可以方便地通過(guò)調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速和背壓得到調(diào)整。常用的往復(fù)螺桿式一般具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）塑化能力大。這為發(fā)展高速和大型注射成型機(jī)提供了可能；（2）塑化速率快、均化好。這為注射成型擴(kuò)大了加工塑料的范圍。目前絕大多數(shù)的熱塑性塑

20、料（包括熱敏性塑料、填充塑料等）都可用來(lái)注射成型。除此，還可直接進(jìn)行染色和粉狀塑料的加工；（3）注射時(shí)壓力損失小，加之塑化時(shí)均化作用好。因此，在工藝上可以用較低的塑化溫度和注射壓力。另外往復(fù)螺桿式還具有結(jié)構(gòu)緊湊、熔料停滯分解現(xiàn)象少、清理料筒方便等優(yōu)點(diǎn)。事物都是一分為二的。往復(fù)螺桿式注射裝置雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。例如要增加螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)。由于液壓技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種型式的低轉(zhuǎn)速大扭矩液壓馬達(dá)，可供直接驅(qū)動(dòng)螺桿使用。這樣，使原結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。圖3-1所示，是本次設(shè)計(jì)采用的布置形式。液壓馬達(dá)放置在注射油缸后面，螺桿、注射油缸、液壓馬達(dá)三者呈一線排列的形式。圖3-1 注射裝置3.3 注射裝置的設(shè)

21、計(jì)在設(shè)計(jì)螺桿式注射裝置時(shí)，一般要考慮下述幾個(gè)問(wèn)題：塑化部件的結(jié)構(gòu)；螺桿傳動(dòng)與連接方式；注射和移動(dòng)油缸的結(jié)構(gòu)和布置；注射座往復(fù)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式；注射座固定連接方式；螺桿的拆卸等。在這些問(wèn)題中，塑化部件（料筒和螺桿）和螺桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)是主要的。因此，螺桿式注射裝置的設(shè)計(jì)，主要是塑化部件和傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。 螺桿式塑化部件螺桿式塑化部件如圖3-2所示，主要由螺桿、機(jī)筒（又稱(chēng)料筒）、噴嘴等組成。塑料在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的連續(xù)推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)物理狀態(tài)的變化，最后呈熔融狀態(tài)而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均勻塑化、定量注射的核心部件2。 圖3-2 螺桿式塑化部件 1噴嘴 2機(jī)筒 3螺桿 螺桿式塑化部件一般具有如下特點(diǎn)：

22、（1）螺桿具有塑化和注射兩種功能；（2）螺桿在塑化時(shí)，對(duì)制品不發(fā)生直接的聯(lián)系，僅作預(yù)塑用；（3）塑料在塑化過(guò)程中，所經(jīng)歷的熱歷程要比擠出長(zhǎng)；（4）塑料在塑化和注射時(shí)，均要發(fā)生軸向位移，同時(shí)螺桿又處于時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過(guò)程的非穩(wěn)定性。 螺桿結(jié)構(gòu)如下所述：（1）螺桿型式注射成型機(jī)在使用過(guò)程中，由于經(jīng)常需要更換塑料品種，所拆換螺桿也就比較頻繁。停機(jī)調(diào)換螺桿不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)又會(huì)影響機(jī)器的生產(chǎn)。因此，設(shè)計(jì)一種適應(yīng)性比較強(qiáng)的通用性螺桿既必要而且又是可能的。這樣不僅使用中免于經(jīng)常更換螺桿的麻煩，同時(shí)也會(huì)降低機(jī)器的成本。通用型螺桿的分段如圖3-3所示。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：壓縮段的長(zhǎng)度

23、約35個(gè)螺距。這樣的分段，既考慮到一些非結(jié)晶型塑料，經(jīng)受不了突變螺桿在壓縮段高的剪切作用；同時(shí)有注意到一些結(jié)晶型塑料未經(jīng)足夠的預(yù)熱是不能軟化熔融和難以壓縮的特點(diǎn)。圖3-3 通用型螺桿（2）螺桿頭為了防止注射時(shí)熔料回泄的螺桿頭，采用止逆螺桿頭。它的工作原理：當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)塑化時(shí)，自螺槽出來(lái)的熔料，具有一定的壓力，則將止逆環(huán)頂升。熔料經(jīng)設(shè)計(jì)的通道進(jìn)入螺桿前端的儲(chǔ)料室。注射時(shí)，螺桿前移，當(dāng)螺桿短部的錐臺(tái)與止逆環(huán)右端錐面相遇時(shí)，便形成對(duì)熔料回泄的密封。并隨儲(chǔ)料室熔料壓力的升高，密封愈加緊密，從而阻止熔料的回泄。一個(gè)良好的止逆型螺桿頭結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是啟閉靈活、注射時(shí)熔料回泄量及其在止逆環(huán)動(dòng)作區(qū)域內(nèi)發(fā)熱量保持在最

24、低程度。因此，需要注意以下幾點(diǎn)： （a）止逆環(huán)與料筒的配合要適合。過(guò)松易造成大的回泄，隨之而產(chǎn)生高剪切流動(dòng)和熱解現(xiàn)象。反之，過(guò)緊又會(huì)影響到止逆動(dòng)作的效果。其環(huán)隙一般取0.10.2毫米為宜，止逆環(huán)的寬度大約為止逆環(huán)直徑的0.60.8 倍； （b）螺桿頭處的通流截面要適當(dāng)。熔料的流通面積小，限流作用大，這會(huì)降低螺桿的塑化能力，同時(shí)熔料在滑環(huán)區(qū)也易發(fā)熱，形成能量積聚，使工藝不易穩(wěn)定；但是也不能過(guò)大，大了會(huì)使止逆動(dòng)作遲緩，降低了止逆效果，從而影響到注出量的精度。止逆環(huán)的位移量大約取為螺桿均化段的螺槽深度； （c）啟閉靈活。在設(shè)計(jì)中采用滾動(dòng)球式的結(jié)構(gòu)，具有啟閉靈活、升壓快、使用壽命長(zhǎng)等熱點(diǎn)； （d）止逆

25、環(huán)是易于磨損的零件。因它容易更換，故硬度選擇要低于料筒。（3）螺桿參數(shù)（a）螺桿直徑（Ds）和行程（S）往復(fù)螺桿式的螺桿直徑，應(yīng)從保證注射量和塑化能力這兩個(gè)條件來(lái)確定。從滿(mǎn)足注射量要求，而計(jì)算出的螺桿直徑，一般也能滿(mǎn)足對(duì)塑化能力的要求。因此，螺桿直徑先由下式計(jì)算出后，再校核其塑化能力。 D s= （3-1）式中 V-機(jī)器注射量(厘米3) -注射系數(shù)，根據(jù)加工樹(shù)脂的類(lèi)型和螺桿結(jié)構(gòu)而定，取值范圍0.750.9 s-注射行程（厘米），s=kDs k-螺桿行程與直徑的比值，常取3左右，最大可到5左右，視螺桿性能而定已知機(jī)器注射量V=60厘米3，標(biāo)稱(chēng)螺桿的注射壓力=1400kgf/cm2,標(biāo)稱(chēng)螺桿的塑化

26、能力為25公斤/時(shí)（PS）。標(biāo)稱(chēng)螺桿直徑：因標(biāo)稱(chēng)螺桿常用來(lái)加工PS或PE塑料，其形式為止逆結(jié)構(gòu)的螺桿，故取注射系數(shù)為=0.8；為適當(dāng)提高螺桿強(qiáng)度，取k=2.75，代入后即得：D s=3.3=33 （3-2）將其圓整為35mm 螺桿行程：S= kDs=2.75×35=96.25mm (3-3)將其圓整為100mm所以S=100 mm螺桿塑化能力校核：若取標(biāo)稱(chēng)螺桿的轉(zhuǎn)速n=150r/min；均化段槽深h3=2,螺距S= Ds=35mm（=17°42）；PS塑化溫度230時(shí)，=0.97克/厘米3；效率=0.9，代入下式得： G= (3-4) =×××

27、150×0.2×0.304×0.953×0.9×0.97 =453g/min =27.49kg/h計(jì)算結(jié)果表明其塑化能力符合要求。（b）螺桿長(zhǎng)徑比（L/ Ds ） L是螺桿螺紋部分的有效長(zhǎng)度。螺桿長(zhǎng)徑比大，說(shuō)明螺紋長(zhǎng)度越長(zhǎng)，直接影響到物料在螺槽中輸送的熱歷程，影響吸收能量的能力。此能量分為兩部分：一部分是料筒外面的加熱圈傳給的，另一部分是螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱和剪切熱，由外部機(jī)械能轉(zhuǎn)化。因此，L/直接影響到物料的熔化效果和熔體質(zhì)量。但是如果L/太大，則傳遞扭矩加大，能量消耗增加。過(guò)去，L/數(shù)值在1618；現(xiàn)在，由于塑料品種增加，工程塑料增多，L

28、/已增加到1923。 （c）加料段長(zhǎng)度（）加料段又稱(chēng)輸送段或進(jìn)料段。為提高輸送能力，螺槽表面一定要光潔。的長(zhǎng)度應(yīng)保證物料有足夠的輸送能長(zhǎng)度，一般=（89）Ds，本次設(shè)計(jì)加料段長(zhǎng)度為：=8Ds =835=280mm（d）加料段的螺槽深度（）深，則容納物料多，提高了供料量，但會(huì)影響物料塑化效果以及螺桿根部的剪切強(qiáng)度。一般（0.120.16） Ds 。本設(shè)計(jì)取=0.14 Ds =0.1435=4.9mm（e）熔融段螺紋長(zhǎng)度（）熔體在段的螺槽中得到進(jìn)一步的均化；黏度均勻，組分均勻，分子量分布均勻，形成較好的熔體質(zhì)量。長(zhǎng)度有助于穩(wěn)定熔體在螺槽中的波動(dòng)，有穩(wěn)定壓力的作用，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，

29、所以又稱(chēng)計(jì)量段。一般=（45）。本設(shè)計(jì)取=4=435=140mm（f）熔融段螺槽深度（）和螺桿壓縮比（）均化段的螺槽深度是螺桿性能的重要參數(shù)之一，它是由加工塑料的比熱、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性、粘度以及塑化時(shí)的壓力等因素所定。小，螺槽淺，提高了塑料熔體的塑化效果，有利于熔體的均化。但過(guò)小會(huì)導(dǎo)致剪切速率過(guò)高，以及剪切熱過(guò)大，引起大分子鏈的降解，影響熔體質(zhì)量。反之，如果過(guò)大，由于在預(yù)塑時(shí)，螺桿背壓產(chǎn)生的回流作用增強(qiáng)，會(huì)降低塑化能力。所以合適的應(yīng)由壓縮比來(lái)決定： (3-5)注射螺桿壓縮比是指熔融段螺槽深度（）與均化段螺槽深度（）之比。壓縮比大，會(huì)增強(qiáng)剪切效果，但回減弱塑化能力，壓縮比取得小一些有利于提高塑化能

30、力和增加對(duì)物料的適應(yīng)性。通用螺桿可取2.32.6，本設(shè)計(jì)取=2.4。所以均化段螺槽深度： (3-6)實(shí)際壓縮比為=0.93×2.4=2.23。通常所說(shuō)的壓縮比大于實(shí)際壓縮比。 （g）塑化段（壓縮段）螺紋長(zhǎng)度（）物料在料筒中不斷地受到壓縮、剪切和混練作用，物料從段入點(diǎn)開(kāi)始，熔池不斷地加大，到出點(diǎn)處熔池已占滿(mǎn)全螺槽，物料完成從玻璃態(tài)，經(jīng)過(guò)高彈態(tài)向黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變，從固體床向熔體床的轉(zhuǎn)變。長(zhǎng)度會(huì)影響從固態(tài)到黏流態(tài)的轉(zhuǎn)化歷程，太短會(huì)來(lái)不及轉(zhuǎn)化，固料堵塞在段的末段，形成很高的壓力、扭矩或軸向力、太長(zhǎng)也會(huì)增加螺桿的扭矩和不必要的能耗，一般=（68）。對(duì)于結(jié)晶型的塑料，物料熔點(diǎn)明顯，熔融范圍窄，所以可

31、短些，=（34）。本設(shè)計(jì)取=3=3×35=105mm。（h）螺距（S）螺距的大小影響螺旋角，從而影響螺槽的輸送效率，一般S=35mm。 （i）螺棱寬度（e） 螺棱寬度影響螺槽的容料量、容體的漏流以及螺棱耐磨損程度，一般為（0.050.07）。本設(shè)計(jì)取e=0.07=0.07×35=2.5mm。（j）螺棱推力圓角（）和背面圓角（）螺棱推力圓角和背面圓角的大小影響螺槽的有效容積、物料的滯留情況以及螺棱根部的強(qiáng)度等，一般=e=2.5mm,=（0.30.5）,本設(shè)計(jì)取=0.4=0.4×2.5=1mm。（k）螺桿的強(qiáng)度注射螺桿處于比較惡劣的條件下工作，它不僅要承受注射時(shí)的高壓

32、，同時(shí)還要經(jīng)受熔料的磨蝕作用和預(yù)熱時(shí)的頻繁負(fù)載啟動(dòng)。注射螺桿的磨損是相當(dāng)嚴(yán)重的（特別是加工玻璃纖維增強(qiáng)材料），小直徑螺桿疲勞斷裂破壞也常有發(fā)生。這就要求選用耐磨蝕、高強(qiáng)度的材料。目前螺桿所用材料，大都為氮化鋼（）或其它合金鋼材。為了提高耐磨能力和基體金屬的性能，近來(lái)也有采用在螺桿表面噴涂碳化鈦和對(duì)螺桿進(jìn)行離子氮化處理等技術(shù)。螺桿表面硬度6570，氮化層深度可至0.8，螺桿工作表面光潔度不低于。根據(jù)螺桿最常見(jiàn)的破壞，是在加料段螺槽根徑處發(fā)生斷裂。則螺桿的強(qiáng)度條件為： （3-7）式中 壓縮應(yīng)力 剪應(yīng)力 材料許用應(yīng)力 式中 注射油缸直徑（厘米） 螺桿加料段螺紋的根徑（厘米） 螺桿扭矩（公斤力厘米）

33、加料段截面的抗扭模數(shù)（厘米3） 螺桿材料的屈服極限（公斤力/） 安全系數(shù)，一般取2.53 預(yù)塑時(shí)油缸背壓（公斤力/） 預(yù)塑時(shí)螺桿的軸向力（公斤力） 加料段螺桿截面（） 機(jī)筒（料筒）機(jī)筒是塑化部件的另一個(gè)重要零件。注射成型機(jī)的機(jī)筒，大多數(shù)采用整體式結(jié)構(gòu)。材料用45號(hào)鋼內(nèi)表面賭鉻，氮化鋼（）內(nèi)表面經(jīng)氮化處理或用合金鋼襯套以及內(nèi)孔澆鑄x合金的雙金屬料筒。其表面硬度不應(yīng)低于，光潔度應(yīng)在以下，在機(jī)筒設(shè)計(jì)時(shí)，一般需考慮塑料的加入與輸送、加熱與冷卻、強(qiáng)度等問(wèn)題3。（1）加料口處的截面注射成型機(jī)大多數(shù)使用的是自重加料。因此，在設(shè)計(jì)加料口處的截面形狀時(shí)，應(yīng)該盡可能增強(qiáng)對(duì)塑料的輸送能力。目前在螺桿式塑化部件上普遍

34、應(yīng)用的加料口形式，有對(duì)稱(chēng)和偏置設(shè)置的加料口兩種。本次設(shè)計(jì)中采用對(duì)稱(chēng)型加料口。圖3-4 對(duì)稱(chēng)型料口截面形式（2）機(jī)筒的加熱在注射成型機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用的加熱方式，是各種形式的（鑄鋁加熱器、陶瓷加熱器、云母加熱器）電阻加熱。這是因?yàn)樗哂畜w積小、制造與維修方便等優(yōu)點(diǎn)。為使機(jī)筒達(dá)到符合工藝要求的溫度分布，需要對(duì)機(jī)筒的加熱進(jìn)行分段控制?？刂贫我?5為一段，溫控精度一般不超過(guò)5，對(duì)熱敏性塑料最好不大于2。在壓縮段處的控制段，應(yīng)配置較大的加熱功率。為了保持良好的加料和輸送條件，以及防止機(jī)筒熱量傳遞到傳動(dòng)部分，所以在加料口處設(shè)置冷卻套（槽）卻是必須的。機(jī)筒的加熱功率，除了要考慮滿(mǎn)足塑料塑化時(shí)所需的熱量外，還要

35、保證有足夠快的升溫速度機(jī)器加熱升溫時(shí)間，對(duì)小型機(jī)器不超過(guò)半小時(shí)，大、中型機(jī)器約為1小時(shí)左右。否則，過(guò)長(zhǎng)的升溫時(shí)間，將會(huì)影響到機(jī)器的生產(chǎn)率。根據(jù)對(duì)升溫時(shí)間的要求，加熱功率計(jì)算方法主要有如下幾種：（a）按被加熱體升溫時(shí)間計(jì)算如加熱升溫時(shí)間定為一小時(shí)，所需加熱功率即可按下式計(jì)算 （3-8）式中 加熱功率（千瓦） C被加熱件的材料比熱（千卡/公斤） G被加熱體的重量（公斤） 、升溫前和升溫后的溫度（） 效率，一般取為0.5如升溫時(shí)間為半小時(shí)，則應(yīng)將上式計(jì)算結(jié)果加大一倍。（b）按機(jī)筒表面積配置加熱功率 = （3-9）式中 加熱功率（瓦） 螺桿的螺紋長(zhǎng)度（厘米） 機(jī)筒內(nèi)徑（厘米） 機(jī)筒外徑（厘米） 單位表

36、面積上所配置的加熱功率，考慮到加熱器的使用壽命，可取2.53瓦/，最大不超過(guò)4瓦/（3）機(jī)筒的壁厚影響機(jī)筒壁厚的因素是多方面的，除滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還要充分注意到本身結(jié)構(gòu)及其對(duì)成型工藝條件所帶來(lái)的影響。例如，過(guò)薄的機(jī)筒雖然溫升快、重量輕，但因熱容量小，故難于取得穩(wěn)定的溫度條件。反之，厚的機(jī)筒不僅結(jié)構(gòu)笨重，升溫慢，而且還會(huì)因熱慣性大，導(dǎo)致溫度在調(diào)節(jié)過(guò)程中，產(chǎn)生比較嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象。因此，為了使機(jī)筒具有足夠的熱容量和合適的熱慣性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取機(jī)筒外徑（）和內(nèi)徑（）之比（K）為22.5。表3-1 部分機(jī)筒的K值螺桿直徑（毫米）3442506585110130150機(jī)筒壁厚（毫米）25293547.54

37、7757560比 值（K）2.472.402.402.482.102.362.151.80在初步確定機(jī)筒直徑（）后，可根據(jù)機(jī)筒受力情況，按厚壁筒計(jì)算中的能量理論，校核其強(qiáng)度或計(jì)算壁厚機(jī)筒的總應(yīng)力 機(jī)筒壁厚 式中 注射壓力（公斤力/） 材料許用應(yīng)力， 材料在工作溫度下的屈服極限（公斤力/） 安全系數(shù)，一般取2.53我們?cè)谶@里計(jì)算機(jī)筒壁厚，螺桿直徑=35（即=35），注射壓力p=1400公斤力/，機(jī)筒材料（在300條件下工作，=5750公斤力/）機(jī)筒外徑（取K=2.47）=2.47×35= 86.45將其圓整為90mm 機(jī)筒壁厚=27.5mm機(jī)筒總應(yīng)力 =公斤力/材料許用應(yīng)力 =公斤力/

38、因，故安全。（4）機(jī)筒與螺桿的配合間隙機(jī)筒與螺桿的間隙值時(shí)是設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)，間隙大了，將會(huì)使塑化能力下降和注射時(shí)熔料回泄量增加，反之，小了又會(huì)增加制造方面的困難和螺桿的功率消耗。根據(jù)實(shí)際使用情況，間隙值一般為0.0020.005。 螺桿的傳動(dòng)裝置（1）螺桿傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)螺桿傳動(dòng)裝置是供給螺桿在預(yù)塑時(shí)所需要的動(dòng)力和速度的工作部件。注射機(jī)螺桿傳動(dòng)裝置一般具有如下特點(diǎn)：（a）螺桿預(yù)塑是間歇式進(jìn)行工作的，因此，啟動(dòng)頻繁并帶有負(fù)載；（b）螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，出料僅供注射用，對(duì)制品無(wú)直接聯(lián)系。而塑料的塑化狀況，可以通過(guò)調(diào)整背壓等途徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，對(duì)螺桿的轉(zhuǎn)速要求并不十分嚴(yán)格；（c）傳動(dòng)裝置一般設(shè)置在注射座架上

39、，工作時(shí)并隨之往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，傳動(dòng)裝置要力求簡(jiǎn)單緊湊。（2）螺桿的傳動(dòng)形式目前在注射機(jī)螺桿上，愈來(lái)愈多地采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)。其傳動(dòng)特性軟、啟動(dòng)慣性小、不會(huì)超負(fù)荷工作，對(duì)螺桿能起到安全保護(hù)作用等。還有其體積比同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)小得多，傳動(dòng)裝置容易實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求（特別是對(duì)低速高扭矩直接驅(qū)動(dòng)螺桿的方式）。從動(dòng)力源的利用來(lái)說(shuō)，由于目前絕大多數(shù)注射機(jī)的傳動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，當(dāng)螺桿預(yù)塑時(shí)，機(jī)器正處在冷卻定型階段，此時(shí)油泵處于卸載狀態(tài)。如用液壓馬達(dá)傳動(dòng)，可方便地得到和合理地使用動(dòng)力源。液壓馬達(dá)能夠在比較大的范圍內(nèi)，并且在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。這點(diǎn)在控制熔料溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中和要求精確

40、計(jì)量而須對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行程序化設(shè)計(jì)時(shí)是不可缺少的。本次設(shè)計(jì)采用一線式單缸驅(qū)動(dòng)，螺桿直接由低速高扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，油缸活塞和螺桿同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。馬達(dá)輸出接一花鍵軸，再通過(guò)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳送給螺桿4。如下圖3-5所示：圖3-5 螺桿傳動(dòng)裝置（3）螺桿轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍螺桿的塑化能力與螺桿的轉(zhuǎn)速成正比。在一般情況下螺桿的塑化能力隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加。但在較高轉(zhuǎn)速條件下，其塑化能力的增加也非正比增加，有時(shí)卻相反。這是由于螺桿加料處的摩擦條件在改變，甚至發(fā)生加料加不進(jìn)的現(xiàn)象。此外，螺桿轉(zhuǎn)速又關(guān)系到螺桿對(duì)塑料的剪切速率和熔料的軸向溫差，故對(duì)熱敏性塑料（PVC等）螺桿轉(zhuǎn)速要低，而對(duì)熱穩(wěn)定性好、粘度低的塑料（PS、PE等

41、）需要較高的轉(zhuǎn)速。因此，對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速的確定，主要根據(jù)塑化能力、剪切均化等方面的要求來(lái)定。根據(jù)目前使用情況，對(duì)于熱敏性（或高粘度）的塑料，螺桿線速度一般在1520米/分以下。在此我們選=20米/分。在確定螺桿線速度后，可由下式計(jì)算出螺桿的轉(zhuǎn)速 （3-10）式中 n螺桿最高轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） V允許螺桿的最大線速度（米/分） 螺桿直徑（米） 轉(zhuǎn)/分為了在塑化時(shí)對(duì)不同的剪切作用和平衡注射循環(huán)周期中預(yù)塑工序的時(shí)間，而需要對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。螺桿的調(diào)速范圍有機(jī)器用途決定。（4）螺桿傳動(dòng)特性及驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算（a）螺桿傳動(dòng)特性螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了轉(zhuǎn)速應(yīng)能滿(mǎn)足使用要求外，另一個(gè)重要方面，是它的外特性應(yīng)該滿(mǎn)足負(fù)載

42、特性的要求。對(duì)液壓馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)，一般根據(jù)負(fù)載最大扭矩來(lái)設(shè)計(jì)。因此，不會(huì)出現(xiàn)在高速時(shí)產(chǎn)生功率或扭矩不夠的現(xiàn)象。因?yàn)樗芑瘯r(shí)的負(fù)載均包括在傳動(dòng)系統(tǒng)的外特性之中。（b）螺桿驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算目前注射螺桿常用的計(jì)算方法有比能法和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算發(fā)兩種。這里我們采用比能計(jì)算法。螺桿在塑化時(shí)所需要做的功，主要用在提高塑料溫度即熱能上，其次是輸送物料所要作的功。如從能量之間的守恒關(guān)系，它們之間應(yīng)符合 （3-11）式中 外加熱功率 螺桿驅(qū)動(dòng)功率 螺桿塑化能力 塑料平均比熱 、塑料塑化前與塑化后的溫度 塑化時(shí)壓力增加值 H能量損失因注射螺桿塑化時(shí)的壓力較低，式中因輸送物料而需提高壓力所做的功（），相對(duì)其它項(xiàng)要小得多。隨著壓力的

43、增加，熔料焓的增加比較小。如把1公斤的熔料提高一個(gè)大氣壓力，耗能僅約為0.097瓦。如將機(jī)筒加熱所提供的熱量和輸送物料所需的能量，合并于能量損失項(xiàng)H中考慮，并設(shè)定能量損失為30%，則將上式可簡(jiǎn)化成螺桿驅(qū)動(dòng)功率的近似表達(dá)式 （3-12）式中 螺桿驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） 塑料平均比熱（千卡/公斤） A單位換算系數(shù)，A=860千卡/千瓦小時(shí) 能量損失系數(shù)， G螺桿塑化能力（公斤/時(shí)） 塑化前塑料溫度（） 塑化后塑料溫度（） 塑化前的塑料熱焓（千瓦時(shí)/公斤） 塑化后的塑料熱焓（千瓦時(shí)/公斤）如塑料起始溫度定為=20，則可將式（3-8）表示成 （3-13）式中 比能，即塑料起始溫度為20，塑化1公斤塑料所需的

44、能量（千瓦時(shí)/公斤） G螺桿塑化能力（公斤/時(shí)） 能量損失系數(shù)計(jì)算螺桿驅(qū)動(dòng)功率：螺桿直徑=35，其塑化能力G=25公斤/時(shí)，加工塑料：PS，塑料加工前溫度=20，塑料加工后溫度=200，根據(jù)加工溫度（20200）和加工塑料為PS，查表得比能=0.09千瓦時(shí)/公斤，并取=0.7代入下式得 =3.85千瓦 3.3.4 噴嘴的設(shè)計(jì)塑化后的熔融塑料，在螺桿的壓力作用下，以相當(dāng)高的剪切速度流經(jīng)噴嘴而進(jìn)入模腔。當(dāng)熔料高速流經(jīng)狹小口徑的噴嘴時(shí)，將受到比較大的剪切作用，有部分壓力經(jīng)阻力損失而轉(zhuǎn)變成熱能，使熔料溫度得到提高。同時(shí)，還有部分壓力能將轉(zhuǎn)變成速度能，使熔料高速射入模腔。在壓力保持階段，還需有少量的熔料

45、經(jīng)噴嘴向模內(nèi)補(bǔ)縮?？梢?jiàn)噴嘴設(shè)計(jì)是否完善，會(huì)影響到注射熔料的壓力損失、剪切熱的多少、補(bǔ)縮作用的大小和射程的遠(yuǎn)近。（1）噴嘴結(jié)構(gòu)形式噴嘴形式主要塑料的特性和用途來(lái)定。對(duì)于粘度高、熱穩(wěn)定性差的硬聚氯乙烯適宜用流道阻力小，剪切作用小的較大口徑的開(kāi)式噴嘴；對(duì)低粘度結(jié)晶型塑料用帶有加熱的鎖閉型噴嘴為好。而對(duì)薄壁復(fù)雜形狀的制品要用小直徑遠(yuǎn)射程的噴嘴；反之，厚壁制品最好用較大直徑的補(bǔ)縮性能好的噴嘴。根據(jù)常用的噴嘴，基本上可將它分為開(kāi)式噴嘴和鎖閉噴嘴以及特殊用途的噴嘴三種類(lèi)型。開(kāi)式噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力損失小、補(bǔ)縮作用大、不易產(chǎn)生滯料分解現(xiàn)象。因此，主要用來(lái)加工高粘度塑料，如硬聚氯乙烯、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃、聚苯醚以

46、及一些增強(qiáng)或填充塑料。由于這類(lèi)噴嘴易于產(chǎn)生“垂延”現(xiàn)象（即預(yù)塑時(shí)熔料從噴嘴口流出）?！按寡印辈粌H使原料大量浪費(fèi)，而且還會(huì)給工藝操作和實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)化方面帶來(lái)很多不便。為此，在一些機(jī)器上，設(shè)置了在螺桿預(yù)塑停止后，再作微小的軸向后移（后移量根據(jù)實(shí)際需要可進(jìn)行調(diào)整），使噴嘴處的熔料壓力獲得解除，克服了因壓力不平衡而引起的“垂延”現(xiàn)象。噴嘴頭部形狀多數(shù)為球形，但也有平頭。噴嘴頭與模具的主澆套應(yīng)有良好配合。噴嘴部分的加熱，可按每平方厘米的表面積為2瓦配置加熱器。噴嘴安裝后的中心和模板定位圈孔對(duì)中，允差一般不朝過(guò)0.15。（2）噴嘴的口徑噴嘴口徑關(guān)系到熔料的壓力損失、剪切發(fā)熱及其補(bǔ)縮作用等。根據(jù)熔料流經(jīng)噴嘴

47、口徑時(shí)的流率與壓力之間的關(guān)系 （3-14） （3-15）式中 q熔體流率 壓力降 熔體表現(xiàn)粘度 K口模常數(shù) 噴嘴口徑 噴嘴口徑處的長(zhǎng)度熔體流經(jīng)噴嘴時(shí)剪切率與流率的關(guān)系 = （3-16）式中 剪切速率 熔體流率 噴嘴口徑從式（3-10）和式（3-12）可知，如熔料的流率（注射速率）不變，則塑料流經(jīng)噴嘴口徑處形成的壓力降及剪切速率同口徑三次方成反比。加工時(shí)，由于對(duì)不同塑料所允許施加的剪切速率不同，如對(duì)高粘度熱敏性塑料施加的剪切速率要低于一般塑料。如根據(jù)塑料性能需保持一定的剪切速率，則注射速率與噴嘴直徑三次方成比例。因此，噴嘴口徑可參照下式進(jìn)行計(jì)算 3 （3-17）式中 d噴嘴口徑q注射速率（）有塑

48、料性能決定的待定系數(shù)，對(duì)熱敏性、高粘度塑料取0.650.80；對(duì)一般性塑料約0.350.40又因 （3-18）式中 S注射行程 注射時(shí)間 k注射行程與螺桿直徑之比由式（3-13）與（3-14）可知，噴嘴口徑應(yīng)與螺桿直徑成比例，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)：對(duì)于高粘度塑料，噴嘴口徑約為螺桿直徑的1/101/15；而中、低粘度的塑料1/151/20。該設(shè)計(jì)中噴嘴口徑定為。如圖3-6所示：圖3-6 噴嘴3.3.5 注射座的設(shè)計(jì)注射座是用來(lái)連接與固定塑化部件、注射油缸、移動(dòng)油缸等的重要結(jié)構(gòu)零件或組件，是注射裝置的安裝基準(zhǔn)。一般說(shuō)注射座比其它零件，形狀要復(fù)雜，加工制造精度要求較高。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)它的結(jié)構(gòu)工藝性就顯得十分

49、重要5。（1）注射座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)采用組裝式結(jié)構(gòu)，如圖3-7所示圖3-7 注射座的形式（2）注射座的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在更換螺桿或桿修時(shí)，經(jīng)常需要拆卸螺桿。由于機(jī)筒前端裝有模板，給裝拆螺桿帶來(lái)不便。因此，在較多的機(jī)器上，將注射裝置設(shè)計(jì)成可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，或從塑化裝置后部拆卸螺桿。小型機(jī)器的注射座可用人力搬轉(zhuǎn)，較大的機(jī)器則需要單獨(dú)設(shè)置傳動(dòng)裝置（如液壓油缸之類(lèi)）搬轉(zhuǎn)注射座。（3）移動(dòng)注射座的推力（拉力）移動(dòng)注射座一般采用液壓缸。油缸的推力，除應(yīng)能克服注射座在移動(dòng)過(guò)程中的阻力外，還須保證注射座在注射時(shí)不會(huì)產(chǎn)生回退現(xiàn)象。一般說(shuō)后者所需的力，遠(yuǎn)大于運(yùn)動(dòng)阻力。據(jù)有關(guān)資料推薦，為使注射座在注射時(shí)不后退，假設(shè)作用于主澆套上

50、的熔料壓力即為注射壓力，則移動(dòng)油缸的推力為： （3-19）式中 P移動(dòng)油缸推力（公斤力） 主澆套直徑（厘米） 注射壓力（公斤力/）3.3.6 加料計(jì)量裝置螺桿式注射裝置的加料計(jì)量裝置只有料斗和螺桿行程計(jì)量控制兩部分組成。螺桿的計(jì)量有螺桿預(yù)塑時(shí)的行程來(lái)度量的，因此對(duì)螺桿式只需控制好影響熔料密度的工藝條件（背壓、塑化溫度等）和行程，就可以實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)量。4 合模裝置4.1 合模裝置簡(jiǎn)介合模部分位于機(jī)器床身的左側(cè)，它由后模板、動(dòng)模板、前模板、拉桿、頂出油缸等組成。后模板上的合模油缸帶動(dòng)合模裝置使動(dòng)模板在四根拉桿上移動(dòng)，完成合模和啟模動(dòng)作。在動(dòng)模板的下側(cè)床身上，裝有可調(diào)節(jié)的導(dǎo)軌平臺(tái)，用以減少動(dòng)模板與

51、拉桿之間的磨損。本機(jī)采用的合模機(jī)構(gòu)為五支點(diǎn)直排式肘桿機(jī)構(gòu)-液壓合模，它較之于一般的機(jī)械合模機(jī)構(gòu)具有擴(kuò)力比大、開(kāi)合模速度快、剛性好、鎖模性能可靠、運(yùn)動(dòng)特性?xún)?yōu)良等特點(diǎn)，尤其是肘桿距死點(diǎn)越近時(shí)，動(dòng)模板移動(dòng)速度越慢，因此可以達(dá)到?jīng)_擊力小而壓力大的效果。自動(dòng)調(diào)模裝置由安裝在后模板上的液壓馬達(dá)、調(diào)模齒圈和安裝在拉桿上的調(diào)模齒輪組成，它可以根據(jù)要求使后模板向前或向后移動(dòng)，以適應(yīng)各種厚度的模具。模間距調(diào)節(jié)完畢后，根據(jù)不同的工藝要求調(diào)節(jié)鎖模力。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)最大鎖模力留有一定的安全余量，考慮到機(jī)器的使用壽命和安全生產(chǎn)，一般不易經(jīng)常在鎖模力最大的情況下工作，更不可將鎖模力調(diào)到其允許的最大值之外。合模時(shí)，高壓油進(jìn)入合

52、模油缸使油缸活塞推動(dòng)桿向前移動(dòng)，在肘桿和牽連桿的作用下，推動(dòng)動(dòng)模板在四根拉桿上向前移動(dòng)，從而完成合模動(dòng)作。同樣，當(dāng)合模油缸在高壓油的作用下向后移動(dòng)，完成開(kāi)模動(dòng)作。（1）設(shè)計(jì)中對(duì)合模裝置的要求合模裝置是保證成型模具可靠的閉緊和實(shí)現(xiàn)啟閉動(dòng)作及頂出制品的部件，因此，合模裝置性能的好壞，直接關(guān)系到成型制品的質(zhì)量和數(shù)量。一個(gè)比較完整的合模裝置，應(yīng)滿(mǎn)足在規(guī)定的注射量范圍內(nèi)，對(duì)力、速度、安裝模具與取出制品時(shí)的空間位置這幾方面的要求。同時(shí)，系統(tǒng)要有足夠的合模力和系統(tǒng)剛性，保證模具在熔料的壓力作用下，不產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。（2）合模機(jī)構(gòu)對(duì)能耗的影響目前由于注塑機(jī)在注射裝置上普遍采用了螺桿，所以在注射參數(shù)接近的情況下，其能耗也是接近的。因此，合模裝置在很大程度上決定著機(jī)器的總能耗。肘桿機(jī)構(gòu)因具有力的放大作用，使用的油缸直徑遠(yuǎn)小于液壓式，其合模力又是以機(jī)構(gòu)預(yù)變形來(lái)實(shí)現(xiàn)，即使卸去油泵壓力，也能鎖緊模具。（3）機(jī)器機(jī)構(gòu)與成本肘桿式零件多，如肘桿、模板一類(lèi)的零件，加工