第一章 注塑機(jī)工作原理及構(gòu)造.doc

第一章 注塑機(jī)工作原理及構(gòu)造第一節(jié) 注塑機(jī)工作原理一、注塑機(jī)工作原理圖1-19注塑成型原理圖1模具2噴嘴3料筒4螺桿5加熱圈6料斗 7油馬達(dá)8注射油缸9儲(chǔ)料室10制件11頂桿注塑成型機(jī)簡稱注塑機(jī)，其機(jī)械部分主要由注塑部件和合模部件組成。注塑部件主要由料筒和螺桿及注射油缸組成示意如圖1-19所示。注塑成型是用塑性的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒內(nèi)，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融。在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力油馬達(dá)作用下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿。物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)。物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸的塑化、熔融和均化。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，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桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用力作用下向后退，使螺桿頭部形成儲(chǔ)料空間，完成塑化過程。然后，螺桿在注射油缸活塞桿推力的作用下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中。型腔中的容料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制件從模具頂出落下。塑料從固體料經(jīng)料斗加入到料筒中，經(jīng)過塑化熔融階段，直到注射、保壓、冷卻、啟模、頂出制品落下等過程，全是按著嚴(yán)格地自動(dòng)化工作程序操作的，如圖1-20所示。注射座前進(jìn)注射保壓閉模注射座動(dòng)作選擇制品頂出啟模冷卻塑化退回退回塑化固定塑化圖1-20注塑機(jī)工作程序框圖第二節(jié) 注塑機(jī)組成注塑機(jī)根據(jù)注塑成型工藝要求是一個(gè)機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，主要由注塑部件、合模部件、機(jī)身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、加料裝置等組成，如圖1-21所示。塑化裝置螺桿注射座料筒注射油缸注塑部件螺桿頭噴嘴螺桿驅(qū)動(dòng)裝置注射座油缸合模裝置調(diào)模裝置合模部件制品頂出裝置機(jī)身注塑機(jī)泵、油馬達(dá)、閥液壓系統(tǒng)蓄能器、冷卻器、過濾裝置管路、壓力表入料口冷卻、模具冷卻冷卻系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑裝置、分配器動(dòng)作程序控制；料筒溫度控制；泵電機(jī)控制電器控制系統(tǒng)加料裝置安全保護(hù)；故障監(jiān)測、報(bào)警；顯示系統(tǒng)圖1-21注塑機(jī)組成示圖機(jī)械手第二節(jié)注 塑 機(jī) 結(jié) 構(gòu)2.1注塑機(jī)總體結(jié)構(gòu) 公司目前主力機(jī)型為HTFX系列，該機(jī)型主要可分為注射部分（01部分）、合模部分（02部分）、安全防護(hù)門（03部分）、液壓傳動(dòng)部分（04部分）、潤滑部分（05部分）、電器控制部分（06部分）和機(jī)身部分（07部分），括號(hào)內(nèi)為公司內(nèi)部簡稱。2.2注射部分該部分功能要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將規(guī)定數(shù)量的塑料均勻地熔融塑化到成型溫度，以一定壓力和速度將熔料注射到模具成型腔內(nèi)，并對其壓力保持。按注射、儲(chǔ)料結(jié)構(gòu)可以分為柱塞式、螺桿式和復(fù)合式（雙料筒，螺桿儲(chǔ)料，柱塞注射），其中螺桿式傳輸效率高、結(jié)構(gòu)簡單，是最為廣泛應(yīng)用的一種，公司采用既是該種結(jié)構(gòu)，如圖（2.2-1）。 圖（2.2-1） 該部分可分為塑化組件、注射油缸組件、預(yù)塑組件、料斗組件、注射座及射座油缸組件。塑化組件結(jié)構(gòu)如圖（2.2-2）所示，主要有噴嘴（01-01）、前機(jī)筒（01-02）、螺桿頭（01-03）、止逆環(huán)（01-04）、推力環(huán)（01-05）、料筒（01-06）、螺桿（01-07）和混煉環(huán)（01-09）。通過對料筒加熱，螺桿旋轉(zhuǎn)，將原料從下料口輸送到料筒前端并熔融，接著將螺桿向前推進(jìn)，使熔融態(tài)的塑料經(jīng)噴嘴射入模具成型腔內(nèi)。圖（2.2-2） 下面對核心零件螺桿作簡單介紹：以傳統(tǒng)三段式單棱螺桿，如圖（2.2-3）所示：圖（2.2-3） L：螺桿有效螺紋段總長， DS：螺桿直徑，L3：計(jì)量段長度，L2：壓縮段長度，L1：加料段長度，h3：計(jì)量段螺槽深度，h1：加料段螺槽深度，s：螺距，e：螺棱寬度，：螺紋升角。螺桿直徑DS：從保證注塑機(jī)的主參數(shù)注射量V來確定螺桿直徑DS，從而再校核其塑化能力（單位時(shí)間塑化塑料的能力）；注射量V是螺桿的截面積與注射行程之積，注射行程一般4DS5DS，現(xiàn)取4DS計(jì)算。V=/4D4DS=DDS=式中為注射系數(shù)，根據(jù)塑料類型和螺桿結(jié)構(gòu)來確定，一般取值范圍0.750.9，通常取0.85。螺桿有效螺紋總長L（長徑比L/ DS）和分段長：螺桿預(yù)塑時(shí)要發(fā)生軸向位移，所以開始進(jìn)入和最后進(jìn)入塑料經(jīng)過螺紋長度不同，為保證得到等溫均質(zhì)的熔體，對于通用型螺桿，螺紋段總長一般選取1822 DS ，以前考慮成本問題，推薦取小值，但近來更多考慮整體效果，長徑比有加大趨勢，例如公司大型機(jī)上有些達(dá)到25，一般習(xí)慣選20DS左右，計(jì)量段L3取2030%L，壓縮段L2=2030%L，加料段L1=5060%L。螺槽深度h3和螺桿壓縮比i：計(jì)量段螺槽深度是由加工塑料性能及塑化時(shí)壓力等因素所定，是螺桿的重要參數(shù)之一，螺槽淺，剪切熱大，工作穩(wěn)定性較好，但在其他條件不變情況下，塑化能力較低，通用型螺桿h3一般取0.050.07DS（小直徑螺桿取大值）。較大螺桿的螺槽深度一般不宜超過6mm。螺桿壓縮比約為加料段深h1與計(jì)量段h3之比（壓縮比i），小壓縮比有利于提高塑化能力，而剪切塑化效果較差，在工藝上對背壓調(diào)節(jié)反映較為敏感，通用型螺桿壓縮比一般為22.8，通常取2.4，即加料段深為h1=2.4h3。由于加料段為螺桿底徑最小，從而必須對其校合剪切應(yīng)力，0。經(jīng)計(jì)算得h1DS /2-2T/01/3，T取預(yù)塑馬達(dá)的最大扭距。螺棱寬度e：一般取0.080.12DS，在保證螺棱強(qiáng)度的條件下，e值取小些，因?yàn)楸容^大的e值不但占據(jù)一部份螺槽容積，而且增加螺桿的功率消耗，容易引起物料的局部過熱，當(dāng)然e值也不能過小，否則會(huì)削弱螺棱的強(qiáng)度，增大漏流量，從而降低生產(chǎn)效率，特別對低粘度塑料更為明顯。螺紋升角的確定：根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證明，要達(dá)到最佳螺紋副輸送物料能力，比較合理的螺紋升角為1720 19,有趣的是，當(dāng)螺紋導(dǎo)程（單頭螺紋即為螺距）等于螺桿直徑DS時(shí)，這樣角可用下式解得為17.6，從而設(shè)計(jì)上一般螺距s取為1 DS。tg=arctg =arctg17.6若s=DS，即螺距等于螺桿直徑。螺桿與料筒間隙：從固體輸送理論考慮，小的間隙能提高輸送效率，但要提高精度增加制造成本，而且小的間隙會(huì)使磨損加劇，一般我們將間隙控制在0.001 DS。公司一般在每種噸位注塑機(jī)都配有三根或四根直徑不同的螺桿，以提供多種不同的注射量和注射壓力來滿足用戶對不同產(chǎn)品的要求。能加工PP、PE、PS、ABS等多種塑料。由于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，同時(shí)還要經(jīng)受熔料的磨蝕作用和預(yù)塑時(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，對于小直徑螺桿也常會(huì)發(fā)生疲勞斷裂破壞，所以螺桿材料要選用耐磨蝕，高強(qiáng)度，傳統(tǒng)選用優(yōu)質(zhì)合金鋼并經(jīng)整體熱處理，表面硬化、防腐處理，或采用雙金屬材料，螺桿加工表面要求良好的光潔度；螺桿頭部還有螺桿頭、推力環(huán)、止逆環(huán)、混煉環(huán)等零件，根據(jù)其工作狀況，同樣選用優(yōu)質(zhì)合金鋼并經(jīng)整體熱處理，表面硬化、防腐處理。注射油缸組件結(jié)構(gòu)如圖（2.2-3）所示，主要零件有射臺(tái)前板，1注射缸后蓋，3注射活塞，4注射活塞桿，5注射油缸筒，6導(dǎo)向套，8注射缸前蓋，9端蓋，11射膠桿緊母，14壓蓋，17、18、19、22、23、24、25為油缸密封件（O型圈、Y型圈、防塵圈、活塞環(huán)等）。公司采用雙缸平衡注射，既有二個(gè)注射油缸推動(dòng)螺桿實(shí)現(xiàn)注射，該結(jié)構(gòu)注射壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，注射平穩(wěn)。當(dāng)注射活塞右方油缸筒內(nèi)通壓力油時(shí)，帶動(dòng)預(yù)塑座（射臺(tái)后板），將螺桿向左方前進(jìn)，圖示位置為注射到極限位置。當(dāng)活塞左方油缸筒內(nèi)通壓力油時(shí)，帶動(dòng)預(yù)塑座向右退，既為射退動(dòng)作（倒索功能）。當(dāng)預(yù)塑時(shí)，隨著原料的向前輸送，螺桿帶動(dòng)預(yù)塑座向右后退，通過控制活塞右方油缸筒內(nèi)的油液壓力來實(shí)現(xiàn)預(yù)塑背壓。 另外，公司有些機(jī)型在活塞左方也設(shè)計(jì)活塞桿，一般直徑較注射活塞桿大，既所謂的注射雙出桿，此方法能有效提高注射速度和油缸的導(dǎo)向精度。圖（2.2-3）預(yù)塑組件結(jié)構(gòu)如圖（2.2-4）所示，主要零件有射臺(tái)后板，預(yù)塑馬達(dá)，1聯(lián)軸節(jié)，3推力軸承，5向心軸承，6圓錐滾子軸承，13軸承迫母，16油封蓋，17骨架式油封。公司采用低轉(zhuǎn)速大扭距液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿，采用一線式排布，結(jié)構(gòu)簡單，同軸度好。圖（2.2-4） 注射座組件結(jié)構(gòu)如圖（2.2-5）所示，主要零件有2射臺(tái)前板，3前板蓋，5射臺(tái)后板，6液壓馬達(dá)連接法蘭，7液壓馬達(dá)，9導(dǎo)桿支座，10定位軸，11射臺(tái)導(dǎo)桿，12導(dǎo)向套，13導(dǎo)桿支座，14定位擋塊，19射臺(tái)調(diào)節(jié)螺絲等。 該結(jié)構(gòu)簡單可靠，能保證射臺(tái)前板與射臺(tái)后板良好的同心度，并帶有水平、垂直位置調(diào)節(jié)的微調(diào)裝置，以便噴嘴與模具良好對中。大機(jī)采用拖板式結(jié)構(gòu)，承載能力大，如圖（2.2-6）所示。并配有射座旋轉(zhuǎn)裝置，可使料筒水平向轉(zhuǎn)過一定角度后，避開頭板，直接拆裝螺桿組件。圖（2.2-5）圖（2.2-6）料斗組件既為料筒的進(jìn)料暫存筒，其容積通常為注塑機(jī)12小時(shí)的用料量即可。公司在中大型機(jī)器上配置了帶烘干功能的干燥料斗，并帶真空自動(dòng)吸料機(jī)。注射座油缸組件既為注射座的牽引機(jī)構(gòu)，保證注射時(shí)注射座的噴嘴與模具的進(jìn)澆口緊密接觸，不漏料，公司小機(jī)采用單油缸，中大機(jī)采用雙油缸，牽引力大且平衡性好。2.3 合模部分該部分功能是：快速平穩(wěn)地操縱活動(dòng)模板，用來開啟和閉合成型模具，要求足夠大的模板面積、足夠長的模板行程及模板開距；足夠的鎖模力和機(jī)構(gòu)鋼性保持模具閉合，不使模腔內(nèi)的高壓熔融塑料外溢而造成飛邊等缺陷。（機(jī)構(gòu)鋼性的倒數(shù)為機(jī)構(gòu)內(nèi)各零件鋼性的倒數(shù)和）該部分按實(shí)現(xiàn)鎖模力的方式分為機(jī)械式、液壓式和液壓-機(jī)械復(fù)合式，公司HTK系列采用液壓式合模機(jī)構(gòu)，HTFX系列屬于液壓-機(jī)械復(fù)合式，我們稱其為斜排五支點(diǎn)內(nèi)卷式雙曲軸合模機(jī)構(gòu)，既用較小合模油缸產(chǎn)生的推力經(jīng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)放大達(dá)到足夠的鎖模力，并且機(jī)構(gòu)本身能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)模板慢-快-慢的運(yùn)動(dòng)特性，模具鎖緊后機(jī)構(gòu)自鎖（即使撤掉合模油缸推力，模具依舊鎖緊）。結(jié)構(gòu)如圖（2.3-1）所示。圖（2.3-1）根據(jù)活動(dòng)模板行程與油缸活塞行程的比值（行程比）大小，大于1，稱其為增速型；小于1，稱其為擴(kuò)力型。一般小型機(jī)選用擴(kuò)力型，擴(kuò)力比2430，行程比0.50.85，機(jī)構(gòu)受力小，容易達(dá)到鎖模力要求，使用壽命長；中大型選用增速型，行程比一般1.21.5之間，機(jī)構(gòu)軸向長度小，重量相對輕，結(jié)構(gòu)緊湊，鋼性好，模板速度快，實(shí)現(xiàn)更低能耗、更高效率。由于合理的利用了曲軸連桿的機(jī)械特性，該種合模機(jī)構(gòu)與液壓式比較特點(diǎn)見表（2.3-2），國內(nèi)中大型機(jī)器大多數(shù)廠家采用液壓機(jī)械式機(jī)構(gòu)。液壓機(jī)械式全液壓式移模速度速度是變化的，不容易控制速度可設(shè)定為常數(shù)，易控制移模力，鎖模力與構(gòu)件材料、尺寸、質(zhì)量、速度有關(guān)，與肘桿機(jī)構(gòu)行程位置有關(guān)移模力和鎖模力為常數(shù)自鎖性合模后肘桿機(jī)構(gòu)進(jìn)入自鎖不能自鎖系統(tǒng)剛性較強(qiáng)，允許適量短時(shí)間超載工作較弱，超載時(shí)制品易形成毛邊機(jī)器能耗較低較高結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需設(shè)調(diào)模裝置，零件多，精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行程短，機(jī)身長結(jié)構(gòu)簡單，零件少，行程大，機(jī)身短模具適應(yīng)性調(diào)模要求高，模具平行度要求嚴(yán)好全機(jī)成本較低高特殊注射工藝較差好液壓系統(tǒng)一般壓力高，耗油量大，元件多，系統(tǒng)復(fù)雜表（2.3-2） 合模部分按功能可分解為：曲軸模板連接組件、調(diào)模裝置組件、鎖模油缸組件、頂出組件、機(jī)械保險(xiǎn)組件、二板滑塊及尾板滑座組件。曲軸模板連接組件可分為模板連接裝置和曲軸連接裝置，如圖（2.3-3）、圖（2.3-4）所示。圖（2.3-3） 模板連接裝置主要有拉桿、尾板、二板、導(dǎo)向套、密封圈、壓蓋、頭板、拉桿螺母、拉桿壓緊圈等零件。為二板滑塊零件。 曲軸連接裝置主要有后連桿、前連桿、小連桿、夾板拉桿、導(dǎo)向套、小鎖軸、小鋼套、推力座、 (23)大鋼套、大鎖軸。圖（2.3-4）下面介紹一下該單元的主關(guān)件拉桿和模板。拉桿主要承受機(jī)構(gòu)鎖模的反向力拉應(yīng)力，另受開模沖擊壓應(yīng)力（一般比拉力小一個(gè)數(shù)量級），既在使用中拉桿承受交變應(yīng)力作用（所以一般斷裂分析都是疲勞破壞），甚至因模板變形等引起的彎距作用。另外，拉桿對二板的移動(dòng)起導(dǎo)向作用。所以拉桿材料要求有良好的抗拉強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，晶相組織細(xì)化均勻，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼并經(jīng)整體熱處理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上加卸荷槽，表面光潔度要求高，避免因細(xì)小裂縫而引起應(yīng)力集中，表面鍍鉻處理提高耐磨性。拉桿直徑大小設(shè)計(jì)按抗拉強(qiáng)度計(jì)算，校核以抗疲勞強(qiáng)度為依據(jù)。模板主要承受合緊模具的反作用力，材料需要有良好壓應(yīng)力特性，并有足夠鋼度，因模板一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求材料有良好的鑄造工藝特性。公司曾經(jīng)采用鑄鋼件，其壓應(yīng)力大，鋼性好，使用壽命長，但其澆鑄流動(dòng)性較差，難以實(shí)現(xiàn)目前越來越復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)和表面質(zhì)量要求。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鑄鐵件能完全適合模板的使用要求，目前公司系列產(chǎn)品采用中等延伸率的球墨鑄鐵，能適合集成化箱體式模板的成型要求，表面光潔度高，鑄件心部球化好，并具有良好的壓應(yīng)力特性和鋼性。調(diào)模裝置組件能調(diào)節(jié)定模板與動(dòng)模板的裝模距離，調(diào)節(jié)過程中能保持兩模板的平行度（四拉桿的同步性）。其結(jié)構(gòu)如圖（2.3-5）所示。 圖（2.3-5） 調(diào)模絲母，調(diào)模絲母墊，向心球軸承，啤呤定位銷，調(diào)模大齒圈，液壓馬達(dá)，調(diào)模馬達(dá)齒輪，(23)液壓馬達(dá)座。另外大型機(jī)器的調(diào)模大齒圈與調(diào)模絲母之間還有4個(gè)調(diào)模介輪過渡，以使調(diào)模大齒圈的直徑不至太大。鎖模油缸組件結(jié)構(gòu)如圖（2.3-6）所示。主要零件有鎖模缸后蓋，鎖模油缸拉桿，鎖模缸前蓋，鎖模缸前蓋銅套，鎖模油缸筒，鎖?；钊麠U，鎖?；钊?，、為油缸密封件（O型圈、Y型圈、防塵圈、活塞環(huán)等）。圖（2.3-6）頂出組件結(jié)構(gòu)如圖（2.3-7）所示。主要零件有頂出缸拉桿，頂出缸后蓋，頂出油缸筒，頂出活塞，頂出活塞桿，頂出缸固定套，頂出缸前蓋銅套，頂出缸前蓋，頂出導(dǎo)板，頂出桿螺母，主頂出桿，副頂出桿圖（2.3-7）機(jī)械保險(xiǎn)組件既用最直接的機(jī)械裝置阻止模板的非法關(guān)閉，公司標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為二板伸向頭板，如圖（2.3-8）所示。一般內(nèi)銷機(jī)器采用上圖直通式保險(xiǎn)桿，適合半自動(dòng)生產(chǎn)方式，該結(jié)構(gòu)要求根據(jù)不同模具厚度和實(shí)際開模行程而調(diào)整長度，一般正常使用開模到位后，機(jī)械保險(xiǎn)擋塊閘下，另留適量間隙即可；下圖為竹節(jié)式保險(xiǎn)桿，該結(jié)構(gòu)免去調(diào)節(jié)長度的不便，一般用于外銷機(jī)，適合全自動(dòng)或電眼自動(dòng)生產(chǎn)方式（半自動(dòng)生產(chǎn)方式時(shí)，機(jī)械保險(xiǎn)擋塊較容易損壞）。圖（2.3-8）二板滑塊主要支承二板和模具的重力，保護(hù)拉桿免受徑向載荷，公司目前小機(jī)采用鍥型塊（俗稱斜鐵）結(jié)構(gòu)參見圖（2.3-3），大機(jī)采用浮動(dòng)油缸有一定自適應(yīng)功能，其工作原理如圖（2.3-9）所示。支承壓力一般調(diào)整范圍為2-6MPa，具體根據(jù)模具重量在此范圍內(nèi)調(diào)整至拉桿水平為止。尾板滑座組件一般用于大型機(jī)器，因大機(jī)重量大，調(diào)模相對困難，現(xiàn)將尾板下墊上該裝置，既將與機(jī)身的滑動(dòng)副改為滾動(dòng)副，以減小摩擦力，使調(diào)模更加順暢，其裝配結(jié)構(gòu)如圖（2.3-10）所示。圖（2.3-10）2.4 安全防護(hù)門防護(hù)門主要為隔離機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部件，起安全作用，另還需講究美觀，操作方便。公司安全門設(shè)計(jì)要求起點(diǎn)高，有較高防護(hù)等級，表面靜電噴粉處理，美觀，可靠。中大型機(jī)采用雙移動(dòng)門，使設(shè)備維修更加方便。2.5 液壓傳動(dòng)部分公司