注塑機(jī)工作原理與構(gòu)造

1、.wd.wd.wd.注塑機(jī)的工作原理與構(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(jiǎn)稱注塑機(jī)，其機(jī)械局部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)，把物料從料斗參加料筒內(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

2、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)料斗參加到料筒中，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)

3、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(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)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(cè)、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)總體構(gòu)造 公司目前主力機(jī)型為HTFX系列，該機(jī)型主要可分為

4、注射局部01局部、合模局部02局部、安全防護(hù)門03局部、液壓傳動(dòng)局部04局部、潤(rùn)滑局部05局部、電器控制局部06局部和機(jī)身局部07局部，括號(hào)內(nèi)為公司內(nèi)部簡(jiǎn)稱。2.2注射局部該局部功能要求在規(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(duì)其壓力保持。按注射、儲(chǔ)料構(gòu)造可以分為柱塞式、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、構(gòu)造簡(jiǎn)單，是最為廣泛應(yīng)用的一種，公司采用既是該種構(gòu)造，如圖2.2-1。 圖2.2-1 該局部可分為塑化組件、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。塑化組件構(gòu)造如圖2.2-2所示，主要有噴嘴

5、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(duì)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(duì)核心零件螺桿作簡(jiǎn)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(zhǎng)， DS：螺桿直徑，L3：計(jì)量段長(zhǎng)度，L2：壓縮段長(zhǎng)度，L1：加料段長(zhǎng)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(lái)確定螺桿直徑DS，從而再校

6、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)塑料類型和螺桿構(gòu)造來(lái)確定，一般取值范圍0.750.9，通常取0.85。螺桿有效螺紋總長(zhǎng)L長(zhǎng)徑比L/ DS和分段長(zhǎng)：螺桿預(yù)塑時(shí)要發(fā)生軸向位移，所以開場(chǎng)進(jìn)入和最后進(jìn)入塑料經(jīng)過螺紋長(zhǎng)度不同，為保證得到等溫均質(zhì)的熔體，對(duì)于通用型螺桿，螺紋段總長(zhǎng)一般選取1822 DS，以前考慮成本問題，推薦取小值，但近來(lái)更多考慮整體效果，長(zhǎng)徑比有加大趨勢(shì)，例如公司大型機(jī)上有些到達(dá)25，一般習(xí)慣選20DS左右，計(jì)量段L3取2030%L，壓縮段L2=2030%L，

7、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(duì)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(duì)其校合剪切應(yīng)力，0。經(jīng)計(jì)算得h1DS /2-2T/01/3

8、，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，否那么會(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(duì)低粘度塑料更為明顯。螺紋升角確實(shí)定：根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證明，要到達(dá)最正確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假設(shè)s=DS，即螺距等于螺桿直徑。螺桿與料筒間隙

9、：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(lái)滿足用戶對(duì)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(duì)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，外表硬化、防腐處理，或采用雙金屬材料，螺桿加工外表要求良好的光

10、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，外表硬化、防腐處理。注射油缸組件構(gòu)造如圖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，該構(gòu)造注射壓力高，構(gòu)造緊湊，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)

11、，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(lái)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)塑組件構(gòu)造如圖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，構(gòu)造簡(jiǎn)單，同軸度好。圖2.2-4 注射座組件構(gòu)造如圖2.2-5所示，主要零件有2射臺(tái)前板，3前板蓋，

12、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。 該構(gòu)造簡(jiǎn)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(duì)中。大機(jī)采用拖板式構(gòu)造，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枯燥料斗，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

13、的噴嘴與模具的進(jìn)澆口嚴(yán)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 合模局部該局部功能是：快速平穩(wěn)地操縱活動(dòng)模板，用來(lái)開啟和閉合成型模具，要求足夠大的模板面積、足夠長(zhǎng)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)和該局部按實(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)放大到達(dá)足夠的鎖模力，并且機(jī)構(gòu)本身能實(shí)現(xiàn)活

14、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。構(gòu)造如圖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，容易到達(dá)鎖模力要求，使用壽命長(zhǎng)；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(zhǎng)度小，重量相對(duì)輕，構(gòu)造緊湊，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(guó)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

15、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)器能耗較低較高構(gòu)造特點(diǎn)需設(shè)調(diào)模裝置，零件多，精度要求高，構(gòu)造復(fù)雜，行程短，機(jī)身長(zhǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)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 合模局部按功能可分解為：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

16、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(jí)，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(duì)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

17、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。構(gòu)造設(shè)計(jì)上加卸荷槽，外表光潔度要求高，防止因細(xì)小裂縫而引起應(yīng)力集中，外表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，因模板一般構(gòu)造復(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(zhǎng)，但其澆鑄流動(dòng)性較差，難以實(shí)現(xiàn)目前越來(lái)越復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)和外表質(zhì)量要求。隨著工業(yè)技術(shù)的開展，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，外表光潔度高，鑄件心部

18、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。其構(gòu)造如圖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。鎖模油缸組件構(gòu)造如圖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，鎖模活塞桿，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頂出組件構(gòu)造如圖2.3-7所示。主要零件有頂出

19、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)構(gòu)造為二板伸向頭板，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，該構(gòu)造要求根據(jù)不同模具厚度和實(shí)際開模行程而調(diào)整長(zhǎng)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；以以下圖為竹節(jié)式保險(xiǎn)桿，該構(gòu)造免去調(diào)節(jié)長(zhǎng)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)

20、拉桿免受徑向載荷，公司目前小機(jī)采用鍥型塊俗稱斜鐵構(gòu)造參見圖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(duì)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，其裝配構(gòu)造如圖2.3-10所示。圖2.3-102.4 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(jí)，外表靜電噴粉處理，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。