注塑機(jī)模具設(shè)計(jì)

注塑機(jī)模具設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日6.1注塑機(jī)6.1.1注塑機(jī)的基本原理圖6-1高光無(wú)痕注塑成形系統(tǒng)1.注塑機(jī)；2.干燥機(jī)與料斗；3.水塔；4.水泵；5.快速熱冷注塑控制機(jī)34152第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日按塑化方式注塑機(jī)可分為柱塞式注塑機(jī)和螺桿式注塑機(jī)兩種；1)柱塞式注塑機(jī)。柱塞式注塑機(jī)是通過(guò)柱塞在料筒內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將熔融塑料向前推送，通過(guò)分流梭經(jīng)噴嘴注入模具型腔。塑料在料筒中塑化主要依靠料筒外加熱器提供的熱量。由于塑料的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致料筒內(nèi)的物料內(nèi)外層塑化不均勻，因此，柱塞式注塑機(jī)不宜用來(lái)成型流動(dòng)性差、熱敏性強(qiáng)、注射量過(guò)大的塑料制件。2)螺桿式注塑機(jī)。螺桿式注塑機(jī)與柱塞式注塑機(jī)的區(qū)別主要是在料筒內(nèi)以旋轉(zhuǎn)的螺桿代替了平推的柱塞，料筒內(nèi)物料的熔融塑化以及注射都是由螺桿完成的，螺桿在料筒中既可旋轉(zhuǎn)又可前后移動(dòng)，因而能夠起到送料、壓實(shí)、塑化與傳壓的作用。目前螺桿式注塑機(jī)產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛。第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日塑料注射成型過(guò)程是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，完成一次循環(huán)即完成一次注塑循環(huán)周期，每一周期主要包括：定量加料、熔融塑化、施壓注射、充模冷卻和啟模取件等動(dòng)作。取出塑件后再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。每完成一次注塑循環(huán)周期，注塑機(jī)的注射裝置和合模裝置就分別完成一個(gè)工作循環(huán)，即注射裝置和合模裝置的各運(yùn)動(dòng)部件均按預(yù)定的順序依次動(dòng)作一次。第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

完成注塑成型需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：塑化、注射和定型。1)塑化階段。塑料原料從料斗落入料筒，被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿向前輸送。在料筒內(nèi)，塑料一方面接收料筒外部的加熱升溫，另一方面又因螺槽容積的逐漸減小而被壓實(shí)，同時(shí)螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)對(duì)塑料產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌和剪切作用，導(dǎo)致塑料之間以及塑料與料筒和螺桿之間發(fā)生劇烈的摩擦，產(chǎn)生大量熱量，使塑料在被推動(dòng)前移的同時(shí)逐漸塑化成熔融態(tài)。由于螺桿頭部背壓的作用，螺桿在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還有后退動(dòng)作，以便將塑化好的熔體儲(chǔ)存在料筒的頂端供注射使用。螺桿后退行程由一次成型制品所需注射料量決定。2)注射階段。當(dāng)螺桿停止旋轉(zhuǎn)和后退時(shí)，合模部分開(kāi)始工作使模具閉合，繼而注射裝置前移，使注射噴嘴與模具澆道口貼合，注射油缸活塞推動(dòng)螺桿迅速前移，按成型工藝所要求的注射壓力和速度把熔融塑料注入模具型腔內(nèi)。為了防止注入模腔的熔料回流以及補(bǔ)充因制品冷卻定型而收縮所需的少量熔料，注射完成后的螺桿仍需對(duì)熔料保持一定的壓力，即所謂保壓，直至澆口處的熔料冷卻定型為止。3)定型階段。模腔內(nèi)的熔料冷卻后，由粘流態(tài)恢復(fù)到玻璃態(tài)。當(dāng)模腔內(nèi)制品完全冷卻定型后，合模機(jī)構(gòu)打開(kāi)，模具開(kāi)啟，在頂出機(jī)構(gòu)的輔助作用下，制品脫模，完成注射成型全過(guò)程。第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日一臺(tái)通用注塑機(jī)主要包括注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)三部分。1.注射系統(tǒng)。注射系統(tǒng)的作用是在一定時(shí)間內(nèi)將一定量的塑料均勻塑化成熔融狀態(tài)，以足夠壓力和速度注射到模腔中，注射完畢后能對(duì)模腔中的熔料進(jìn)行保壓和補(bǔ)料。它主要由塑化部件（包括噴嘴、料筒和螺桿）、料斗（包括烘干裝置）、螺桿傳動(dòng)裝置、注射裝置和注射座及注射座移動(dòng)油缸組成。1.射嘴；2.射嘴法蘭；3.螺旋止逆閥；4.電熱圈；5.熔料筒；6.螺桿；7.料斗；8.軸承；9.液壓馬達(dá)；10.射臺(tái)油缸；11.射臺(tái)機(jī)芯；12.射臺(tái)油缸塞；13.射膠油缸；14.射臺(tái)底座；15.中心調(diào)節(jié)螺絲；16.傳動(dòng)體；17.傳動(dòng)體滑動(dòng)導(dǎo)桿；18.滑動(dòng)導(dǎo)桿支撐。6.1.2注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)組成第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日注塑機(jī)用螺桿的幾何形狀和尺寸L—螺紋長(zhǎng)；L1—加料段長(zhǎng)；L2—塑化段長(zhǎng)；L3—計(jì)量段長(zhǎng)；S—螺距；D—螺桿直徑；h1—加料段螺紋深；h2—計(jì)量段螺紋深；e—螺棱寬；R1、R2—螺棱根部圓角半徑表6-1注塑用螺桿的各段長(zhǎng)度/mm螺桿類(lèi)型加料段塑化段計(jì)量段備注漸變形30~505020~35D：螺桿直徑突變形65~70（1~1.5）D20~25通用形45~5020~3020~30第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日螺桿是注射裝置的重要零件，主要參數(shù)如下：直徑與行程。最大注射量由螺桿的直徑與最大行程決定，行程與直徑之比一般取3~5。如果比值過(guò)大，行程過(guò)長(zhǎng)，則螺桿工作部分長(zhǎng)度就會(huì)縮小，影響物料塑化質(zhì)量。反之，螺桿的行程小，為了保證注射量就要增大螺桿和油缸直徑，增大了功率消耗。螺旋升角、螺棱寬和徑向間隙。螺旋升角：。螺棱寬度：（D為螺桿直徑）。對(duì)黏度小的物料，螺棱寬度盡量取大一些，太小容易漏流，但太大會(huì)增加動(dòng)力消耗，容易過(guò)熱。徑向間隙：螺桿與料筒的裝配間隙，如果間隙過(guò)大，會(huì)降低機(jī)器塑化能力，注射時(shí)熔料回流增加；過(guò)小又會(huì)增加螺桿和料筒機(jī)械加工難度和螺桿功率消耗。通常取徑向間隙長(zhǎng)徑比和分段。長(zhǎng)徑比指螺桿螺紋部分長(zhǎng)度與螺桿直徑之比，一般取16~20。其值越大，溫度均勻，混煉效果好，還可以在保證塑化質(zhì)量的前提下，提高螺桿轉(zhuǎn)速，增加塑化量；但長(zhǎng)徑比太大機(jī)械加工和螺桿清理困難。螺桿的分段中，一般加料段占50%，壓縮段和計(jì)量段各占25%左右。螺槽深度和壓縮比。第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2.合模系統(tǒng)合模裝置應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：

1)有足夠的鎖模力，保證模具在熔料的壓力作用下，不會(huì)有溢料現(xiàn)象。

2)有足夠的模板面積、模板行程和模板間距，以適應(yīng)不同外形尺寸塑料制品的成型要求。

3)模板的運(yùn)行速度應(yīng)滿(mǎn)足閉模時(shí)先快后慢，開(kāi)模時(shí)先慢后快再慢，以防止合模時(shí)模具的碰撞，實(shí)現(xiàn)塑料制品的平穩(wěn)脫模。

4)模板要有足夠的強(qiáng)度，保證在模塑過(guò)程中不致因頻繁受壓而引起變形或損壞，影響制品尺寸的穩(wěn)定和注塑機(jī)壽命。合模裝置主要由合模機(jī)構(gòu)、調(diào)模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、前后固定模板、移動(dòng)模板及拉桿、油缸等組成。第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1)合模機(jī)構(gòu)。按照實(shí)現(xiàn)鎖模力的方式不同，合模裝置的結(jié)構(gòu)形式常用的有液壓式和液壓-機(jī)械式兩種。a)液壓式合模裝置單缸直動(dòng)式液壓合模裝置目前主要應(yīng)用于微型注塑機(jī)上。合模油缸主要功能是利用油缸中的油壓推動(dòng)和鎖緊模板。前后模板由拉桿支撐經(jīng)螺母緊固，保證移動(dòng)模板在拉桿上前后移動(dòng)工作。1.合模油缸；2.后固定模板；3.移動(dòng)模板；4.拉桿；5.模具；6.前固定模板；7.拉桿螺母第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日液壓式合模裝置的特點(diǎn)如下：模板間距大，模具厚度變化范圍大。鎖模力大小的調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)節(jié)油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，鎖模力的大小可以直接讀出，操作方便。移動(dòng)模板可以在行程范圍內(nèi)任意位置停留，因此調(diào)節(jié)模板間距十分方便。零件能自潤(rùn)滑，磨損小。對(duì)鎖模力大的注塑機(jī)，要求大的合模油缸及高的油壓，這對(duì)液壓系統(tǒng)密封、制造不利。液壓系統(tǒng)管路多，保證無(wú)滲漏是困難的，所以鎖模力的穩(wěn)定性差，從而影響制品質(zhì)量。

第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日b)液壓-機(jī)械式可以用較小的油缸推力，通過(guò)用連桿機(jī)構(gòu)的放大，得到較大的鎖模力。提高了合模速度，節(jié)省功率消耗。目前常用的有單曲肘和雙曲肘液壓-機(jī)械合模裝置。1.哥林柱固定螺母；2.固定模板；3.機(jī)械安全頂板；4.機(jī)械安全頂桿；5.活動(dòng)模板；6..活動(dòng)模板鉸叉；7.細(xì)鉸；8.直鉸；9.耳仔鉸；10.尾板鉸叉；11.尾板；12.鎖模油缸；13.鎖模機(jī)芯；14.十字鉸；15.頂針油缸；16.頂針桿；17.活動(dòng)模板滑腳；18.哥林柱第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

液壓-機(jī)械式合模裝置的特點(diǎn)如下：有增力作用，可以減少功率消耗。有自鎖作用，即使撤除油壓，鎖模力也不會(huì)消失，模具閉鎖穩(wěn)定、可靠。模板移動(dòng)速度是變化的，合模時(shí)由快到慢，開(kāi)模時(shí)先慢后快再慢，使啟閉模比較平穩(wěn)，避免了模具接觸時(shí)的沖擊，碰撞。肘桿機(jī)構(gòu)易磨損，要求有高的剛性和耐磨性。模具厚度變化時(shí)，需調(diào)整動(dòng)模板和定模板間距，所以調(diào)模比較麻煩。鎖模力必須用專(zhuān)業(yè)儀器測(cè)得，不好調(diào)整。第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2)調(diào)模機(jī)構(gòu)調(diào)模機(jī)構(gòu)是為實(shí)現(xiàn)模具厚度的變化而設(shè)置的，主要針對(duì)液壓-機(jī)械式合模裝置，由于動(dòng)模板行程不能調(diào)節(jié)，為適應(yīng)不同厚度模具的要求，必須設(shè)置調(diào)模機(jī)構(gòu)，包括：螺紋肘桿調(diào)距。移動(dòng)合模油缸位置調(diào)距。拉桿螺母調(diào)距。移動(dòng)模板間連接大螺母調(diào)距。3)頂出機(jī)構(gòu)頂出機(jī)構(gòu)是為頂出模腔內(nèi)的塑料制品而設(shè)置的，因此應(yīng)當(dāng)具備足夠的頂出力和行程，一般分為機(jī)械頂出、液壓頂出和氣動(dòng)頂出三種形式。

第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日3.液壓控制系統(tǒng)

由動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及傳動(dòng)介質(zhì)油組成。動(dòng)力系統(tǒng)主要是為系統(tǒng)提供液壓油，包括電機(jī)、泵組等部件。第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日注塑機(jī)的基本參數(shù)是設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)置和使用注塑機(jī)的依據(jù)，包括注射、合模和綜合性能三個(gè)方面。1.理論注射量注射量在一定程度上反映了注塑機(jī)的加工能力，標(biāo)志著所能生產(chǎn)的塑料制品的最大質(zhì)量，一般有理論注射容積和注射質(zhì)量?jī)煞N表示方法。1)理論注射容積注塑機(jī)對(duì)空注射時(shí)，螺桿或柱塞作一次最大注射行程時(shí)所射出的熔料體積，以cm3表示。理論注射容積VL的計(jì)算公式為：式中：VL―理論注射容積，cm3；D―螺桿（或柱塞）直徑，cmS―螺桿（或柱塞）最大注射行程，cm在注射過(guò)程中，一方面熔料的密度會(huì)隨溫度和壓力的變化而變化，另一方面在壓力的作用下會(huì)有少量的熔料回流，并且在保壓時(shí)需要對(duì)熔料因冷卻而產(chǎn)生的收縮量進(jìn)行補(bǔ)充，所以實(shí)際注射量要小于理論注射量。用射出系數(shù)進(jìn)行修正。射出系數(shù)通常在0.7-0.9范圍內(nèi)選取。式中：VS―實(shí)際注射容量，cm3；

α

―射出系數(shù)。6.1.3注塑機(jī)的基本參數(shù)第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2)理論注射質(zhì)量注塑機(jī)對(duì)空注射時(shí)，螺桿或柱塞作一次最大注射行程時(shí)所射出的聚苯乙烯（PS）熔料的最大質(zhì)量，以克(g)表示。當(dāng)塑料制品的材料有別于PS時(shí)，注射量要按以下公式進(jìn)行換算：

式中ρ―該塑料的密度，g/cm3；M―以PS塑料表示的注塑量，g。例如，PP的密度是0.909/cm3，某注塑機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)注射量參數(shù)為288g，因此用此機(jī)生產(chǎn)PP制品時(shí)的注射量應(yīng)為根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，塑料制品的總質(zhì)量（制品質(zhì)量與澆口系統(tǒng)質(zhì)量之和）最好控制在注射量的85％以?xún)?nèi)，對(duì)非結(jié)晶塑料可取大值，而對(duì)于高黏度的塑料則宜取小值。第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2．注射壓力注射熔料時(shí)，為了克服熔料流經(jīng)噴嘴、澆道和模具型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿（或柱塞）必須對(duì)熔料施以足夠大的壓力，這種壓力就稱(chēng)為注射壓力。注射壓力的計(jì)算公式如下：式中：P―注射壓力，MPa;D0―注射油缸內(nèi)徑，cm;D―螺桿（或柱塞）外徑，cm;P0―注塑機(jī)工作時(shí)的油路壓力，MPa。注射壓力過(guò)高，可能產(chǎn)生飛邊，脫模困難，影響制品表觀質(zhì)量，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，影響機(jī)器壽命；注射壓力過(guò)低，則會(huì)造成熔料充不滿(mǎn)模腔。所選用的注射壓力要大于制品所需注射壓力，要考慮熔料黏度、制品形狀、塑化和模具溫度及制品精度等因素。如熔體流動(dòng)性好、塑件形狀簡(jiǎn)單、壁厚的制品，注射壓力小于70MPa；成型熔體黏度較低、形狀和精度要求一般的制品，注射壓力一般為70~100MPa；熔體黏度中等，有一定精度要求的制品，注射壓力選為100~140MPa；熔體黏度較高、精度要求高、塑件壁薄且尺寸大的制品，注射壓力約為140~180MPa；對(duì)于一些形狀多樣、精度要求高的精密塑料制品的注射成型，注射壓力可達(dá)230~250MPa。第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日3.注射速率注射速率是指單位時(shí)間內(nèi)從噴嘴射出的熔料量。下式表示：式中：qz―注射速率，cm3；

Vs―實(shí)際注射容量，cm3；

tz―注射時(shí)間，s；

D―料筒內(nèi)徑，cm；

vz―注射速度，cm/s。注射速度vz是單位時(shí)間內(nèi)螺桿或柱塞移動(dòng)距離，下式表示：式中：S―螺桿（或柱塞）最大注射行程，cm;tz―注射時(shí)間，s。第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日注射量/cm3125250500100020004000600010000注射速率/（cm3/s）125200333570890133016002000注射時(shí)間/s1.001.251.501.752.253.003.755.00注射量與注塑速率、注塑時(shí)間的關(guān)系

注射速率的大小會(huì)直接影響制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。注射速率低，注射速度慢，注射時(shí)間長(zhǎng)，熔料充滿(mǎn)模腔困難，制品易產(chǎn)生冷接縫、密度不均、內(nèi)應(yīng)力大等質(zhì)量問(wèn)題；速率過(guò)高，速度過(guò)快，物料流經(jīng)噴嘴等處時(shí)易產(chǎn)生大量的摩擦熱，使物料燒焦、變色或降解；同時(shí)高速注射時(shí)，模內(nèi)的氣體往往來(lái)不及排出，夾雜在物料中影響制品的表觀質(zhì)量，產(chǎn)生銀紋、氣泡。因此注射速率應(yīng)根據(jù)塑料的性能、制品的形狀、工藝條件及模具的特點(diǎn)等情況來(lái)選擇。第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4．塑化能力塑化能力是指單位時(shí)間內(nèi)塑化裝置所能塑化的物料量（通常以標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯為基準(zhǔn)）。注塑機(jī)的塑化裝置應(yīng)當(dāng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，保證能夠提供足夠量的塑化均勻的熔料。塑化裝置要與注塑機(jī)的成型周期配合，如果塑化能力高而空循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力；反之，則會(huì)加長(zhǎng)成型周期。所以塑化能力的高低會(huì)影響到生產(chǎn)效率的高低。提高螺桿轉(zhuǎn)速、增加驅(qū)動(dòng)功率、改進(jìn)螺桿的結(jié)構(gòu)都可提高塑化能力。第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日制品和物料特性要求模腔壓力MPa舉例易于成形的制品25PE、PP、PS普通制品30薄壁容器類(lèi)黏度高、精度高35ABS、PC、POM黏度特別高、精度高40高精度零件5.鎖模力它是合模機(jī)構(gòu)鎖模后，熔料注入模腔時(shí)，模板對(duì)模具形成的最終鎖緊力。鎖模力在很大程度上也反映了注塑機(jī)加工制品能力的大小。所以絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家也把它作為表征注塑機(jī)規(guī)格的參數(shù)。式中：F―鎖模力，T;

α―安全系數(shù)，一般取1.1~1.6;P―模腔壓力，MPa;A―制品在分型面上的投影面積，cm2。第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日6.合模裝置的基本尺寸1)模板尺寸及拉桿間距

第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2)模板最大間距模板最大間距是模具開(kāi)啟后，移動(dòng)模板與固定模板之間的最大距離(包括調(diào)模行程在內(nèi))。模板最大間距限制了注塑機(jī)所能加工制品的最大高度。

L=S+hmax式中：L―模板最大間距，mm；

S―開(kāi)模行程，mm；

hmax―最大模具厚度，mm。仁興SP108A型注塑機(jī)模板最大間距為595mm。1.固定模板；2.定模；3.制品；4.移動(dòng)模板和動(dòng)模第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日3)開(kāi)模行程指動(dòng)模板能夠移動(dòng)的最大距離，一般與成型制品所用模具厚度有關(guān)。為了制件能順利取出，移動(dòng)模板行程要大于制件最大高度的2倍。為了縮短一次制品的循環(huán)時(shí)間、減少機(jī)器磨損和動(dòng)力消耗，應(yīng)盡量調(diào)整模板行程短一些。仁興SP108A型注塑機(jī)開(kāi)模行程為290mm。4)模具最大厚度和最小厚度模具最大厚度hmax和最小厚度hmin是指動(dòng)模板閉合后，達(dá)到規(guī)定的鎖模力時(shí)，移動(dòng)模板和固定模板之間的最大和最小距離。注塑機(jī)的最大模厚和最小模厚也稱(chēng)容模量，代表了注塑機(jī)能容納的模具厚度。如果模具厚度小于最小模厚hmin，裝配模具時(shí)要增加模厚調(diào)整塊，否則不能實(shí)現(xiàn)正常的鎖模力甚至?xí)p壞零件。若模具厚度大于最大模厚hmax，模具安裝后不能正常合模，無(wú)法達(dá)到規(guī)定的鎖模力，注塑機(jī)也就無(wú)法工作。最大模厚和最小模厚之差即為調(diào)模裝置的最大可調(diào)行程。仁興SP108A型注塑機(jī)最大厚度和最小厚度分別為305mm和102mm，所以最大可調(diào)行程為203mm。5)頂出力和頂出行程有效的頂出力及頂出行程才能使成型的產(chǎn)品最后順利地從模具中分離，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的外形和模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，一般機(jī)器的最大頂出行程是固定的。仁興SP108A型注塑機(jī)頂出行程為74mm。第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日多色注射成型是用兩個(gè)或兩個(gè)以上注射單元的注射機(jī)，將不同顏色或不同品種的塑料，同時(shí)或先后注入模具內(nèi)的