【正文】 1 第 1 章 注射成型機(jī)的概述和發(fā)展趨勢(shì) 概述 注射成型機(jī)是將熱塑性塑料或熱固性塑料制成各種塑料制件的主要成型設(shè)備，是集機(jī)械、電氣、液壓于一體的塑料成型設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，塑料制件被越來越廣泛地應(yīng)用到國防工業(yè)、機(jī)械、電氣、航空、交通運(yùn)輸、建筑、農(nóng)業(yè)、文教、衛(wèi)生及人們生活各個(gè)領(lǐng)域。 注射成型法是塑料制品的主要成型方法之一。它是利用注射裝置將注射機(jī)筒中已經(jīng)熔融的熱塑性塑料或熱固性塑料以高壓、高速注入到閉合的成型模具型腔中，經(jīng)冷卻固化成型后，制成與模具型腔形狀幾乎完全 一致的塑料制品。它具有以下特點(diǎn)：可成型形狀復(fù)雜、尺寸精確及帶有嵌件的是塑料制件；對(duì)各種塑料加工的適應(yīng)性強(qiáng)；機(jī)器生產(chǎn)率高以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等。因此注射成型技術(shù)及注射成型機(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已成為塑料加工業(yè)和塑料機(jī)械行業(yè)中的一個(gè)重要組成部分。 我國立式塑料注射成型機(jī)的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì) 國內(nèi)生產(chǎn)立式注塑機(jī)的廠家寥寥無幾，一方面是由于市場(chǎng)的需求量不是很大，另一方面國內(nèi)立式注塑機(jī)的研發(fā)技術(shù)水平還比較落后，生產(chǎn)的立式機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力較弱。國內(nèi)立式注塑機(jī)基本上通過進(jìn)口來滿足市場(chǎng)的需求，立式注塑機(jī)生產(chǎn)實(shí)力較 強(qiáng)的企業(yè)主要分布在中國臺(tái)灣地區(qū)，如臺(tái)灣豐鐵機(jī)械公司等，這些公司經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步掌握了立式注塑機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，在立式機(jī)的生產(chǎn)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。 近幾年來 , 世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的注塑機(jī)生產(chǎn)廠家都在不斷提高普通注塑機(jī)的功能、質(zhì)量、輔助設(shè)備的配套能力 ,以及自動(dòng)化水平。同時(shí)大力開發(fā)、發(fā)展大型注塑機(jī)、專用注塑機(jī)、反應(yīng)注塑機(jī)和精密注塑機(jī) , 以滿足生產(chǎn)塑料合金、磁性塑料、帶嵌件和數(shù)碼光盤制品的需求。 注塑機(jī)是目前中國塑料機(jī)械中發(fā)展速度最快、水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國家差距較小的塑機(jī)品種之一。但這主要指普通型注塑機(jī) , 在特大型、 特殊、專用、精密注塑機(jī)、立式注塑機(jī)等品種方面 , 有的尚屬空白 , 這是與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的主要差距。 當(dāng)今世界，注射成型技術(shù)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮。高度電腦化、自動(dòng)化、單機(jī)多功能化、輔助設(shè)備多樣化、組合迅速且安裝、維修、保養(yǎng)便利將成為趨勢(shì)。全電動(dòng)注塑機(jī)、氣輔和水輔注塑成型技術(shù)、多層注塑技術(shù)方興未艾。用于瓶坯、光盤、 2 磁性材料以及生產(chǎn)特種工程塑料薄壁產(chǎn)品的專用注塑機(jī)將愈來愈重要。為配合汽車等重工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的大型、超大型注塑機(jī)也將有更大的需求。目前，注塑機(jī)的總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 高速、高效、節(jié)能型注塑機(jī) 精密 注塑機(jī) 大型注塑機(jī) 全電動(dòng)注塑機(jī) 低發(fā)泡注塑機(jī) 全液壓注塑機(jī) 多物料復(fù)合注塑機(jī) 隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用以及立式注塑機(jī)的不斷投入使用，我國立式注塑機(jī)的發(fā)展將根據(jù)市場(chǎng)的需求，不斷總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，以臥式機(jī)為鑒，推陳出新，掌握其重要生產(chǎn)技術(shù)，不斷提高國內(nèi)企業(yè)的自主研發(fā)能力，不斷縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，促進(jìn)我國立式注塑機(jī)的蓬勃發(fā)展。 課題研究意義 國內(nèi)外權(quán)威人士認(rèn)為， 21 世紀(jì)在材料領(lǐng)域?qū)⑹撬芰系奶煜?。由于塑料的可再生特點(diǎn)，塑料制品對(duì)于其它材料的可替代性，決定了塑料工業(yè)將持續(xù)發(fā)展，在農(nóng)用灌溉、產(chǎn)品包裝、建筑 材料、汽車構(gòu)件、信息產(chǎn)業(yè)、生命科學(xué)都有廣泛應(yīng)用，這是我國塑機(jī)產(chǎn)業(yè)能夠持續(xù)繁榮發(fā)展的市場(chǎng)前景。與西方發(fā)達(dá)國家年人均塑料消費(fèi)品 100 多公斤相比，我國年人均塑料消費(fèi)品不足 13 公斤。因此，我國的塑料機(jī)械工業(yè)將有極大的發(fā)展?jié)摿?,尤其是立式注塑機(jī) ,其在我國的市場(chǎng)占有率較低，因此研究設(shè)計(jì)立式注塑機(jī)可在一定程度上填補(bǔ)國內(nèi)注塑機(jī)行業(yè)的空白 ,而且立式注塑機(jī)具有占地面積較小，容易安放嵌件，裝卸模具較方便等優(yōu)點(diǎn) ,適應(yīng)于復(fù)雜、精巧產(chǎn)品的自動(dòng)成型及嵌件成型、模內(nèi)組合成型 , 被廣泛應(yīng)用于國防、機(jī)電、汽車、交通運(yùn)輸、建材、包裝、農(nóng)業(yè)及人們 日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。因此研究立式注塑機(jī)對(duì)塑料工業(yè)的發(fā)展及塑料制品的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 3 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 合模裝置的初步設(shè)計(jì) 注塑機(jī)的合模裝置按工作原理分主要有液壓式和肘桿式兩種。 液壓式合模裝置的優(yōu)點(diǎn)如下：在油缸已定的情況下，合模力僅與工作油的壓力有關(guān)，因此要改變合模力可直接通過調(diào)節(jié)工作油的壓力來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整方便，讀數(shù)易于顯示；若油缸已定，移模速度僅取決于油泵的流量，在移模的過程中，油泵的流量不變，其移模速度不變；動(dòng)模板在油缸行程范圍內(nèi)的任意點(diǎn)，可以停止并施壓，故對(duì)不同厚度的模具適應(yīng)性好， 合模時(shí)，模具和模板因僅受活塞桿推力的作用故受力比較均勻。而肘桿式合模裝置相對(duì)于液壓式而言，尺寸較大，在工作過程中容易受力不均 ,從而影響立式注塑機(jī)的穩(wěn)定性及工作性能。故設(shè)計(jì)時(shí)采用液壓式合模裝置。 鎖模方式的初步設(shè)計(jì) 一般立式注塑機(jī)的鎖模方式有 :上模固定，下模上升閉模；下模固定，上模下降閉模。前者由于要克服模具的重力，對(duì)注塑機(jī)的合模系統(tǒng)有特殊要求；后者可利用模具的重力進(jìn)行合模，在相同的條件下可增加合模力。故設(shè)計(jì)時(shí)采用后者，即下模固定，上模下降閉模。 注射裝置的初步設(shè)計(jì) 注塑機(jī)塑化注射裝置基本上有雙階 柱塞式、螺桿柱塞式和往復(fù)螺桿式。前兩種共同存在著以下缺點(diǎn)：料筒內(nèi)滯料現(xiàn)象嚴(yán)重；料筒清理不方便；結(jié)構(gòu)上不夠緊湊等。而往復(fù)螺桿式同柱塞式相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：塑化能力大；塑化速率快、均化好；注射壓力損失??；結(jié)構(gòu)緊湊、熔料停滯分解現(xiàn)象少、清理料筒方便等。故設(shè)計(jì)時(shí)采用往復(fù)螺桿式注射裝置。 驅(qū)動(dòng)裝置的初步設(shè)計(jì) 注塑機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)方式有油馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)。目前除大型注塑機(jī)考慮使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)外，其余絕大多數(shù)均使用油馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿。采用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：可在比較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)螺桿的無級(jí)調(diào)速；一般屬于恒力矩傳動(dòng)；傳動(dòng)特 性軟、啟動(dòng)慣性小、不會(huì)超負(fù)荷工作；對(duì)螺桿能起安全保護(hù)作用；液壓馬達(dá)體積比同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)小得多，傳動(dòng)裝置易于實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求等。故設(shè)計(jì)時(shí)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝 4 置。 液壓油缸的布置形式 為了降低立式注塑機(jī)的重心，提高注塑機(jī)的穩(wěn)定性，注射油缸、移模油缸及合模油缸均采用雙缸對(duì)稱布置。 模板的平面布置形式 注塑機(jī)模板的平面布置形式有二柱式、四柱式、 C式臥放、 D式立放。二柱式在受偏載或者模板面積較大時(shí)，容易引起模具開縫溢料，主要用在小型機(jī)器上。四柱式因承載大，定位導(dǎo)向性能好，較為普遍采用。至于 采用 C 式臥放還是 D式立放，主要從便于模具的安裝和操作來考慮。設(shè)計(jì)時(shí)采用四柱式布置。 5 第 3 章 注射系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 注射系統(tǒng)在工作過程中具有塑化、注射和保壓的功能 ,其必須滿足以下要求： (1)在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)能將固態(tài)的塑料熔融塑化為黏流態(tài)的物料，并且能按預(yù)定的熔料量、溫度為注射成型提供均勻的熔料； (2)根據(jù)工藝要求能將塑化好的熔料以適合的壓力和速度注射入模具的型腔中； (3)當(dāng)完全充模后，能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)持續(xù)對(duì)模腔中的熔料保持一定的壓力，保證制品的補(bǔ)縮和徹底 排掉氣體。 注射系統(tǒng)的主要組成部分包括塑化注射裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和計(jì)量裝置等。塑化注射裝置由螺桿、機(jī)筒及加熱冷卻元件組成，在螺桿頭部還可設(shè)置防止熔體倒流的止逆環(huán)或各種剪切混煉元件。螺桿驅(qū)動(dòng)裝置主要由減速器機(jī)構(gòu)、主軸套和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)組成。計(jì)量裝置是由支架和行程擋塊組成的裝置，它與螺桿預(yù)塑后退動(dòng)作相聯(lián)系，起塑化和計(jì)量作用。 螺桿的設(shè)計(jì) 注射螺桿是注射系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件。注射螺桿具有塑化物料和將物料注進(jìn)模具型腔的功能。塑化時(shí)，機(jī)筒的加熱和螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使塑料在往前輸送的過程中實(shí)現(xiàn)塑料的熔融，將固態(tài)塑料 變?yōu)轲ち鲬B(tài)的熔體；注射時(shí)，螺桿往前移動(dòng)將機(jī)筒前端的熔體注射進(jìn)模腔中。螺桿的結(jié)構(gòu)和工作特性對(duì)注射成型機(jī)的生產(chǎn)效率和注塑制品的質(zhì)量都有很大的影響。螺桿的主要技術(shù)參數(shù)有螺桿直徑、螺桿的長徑比、螺桿的行程、螺桿的轉(zhuǎn)速、螺桿的扭矩、螺桿的驅(qū)動(dòng)功率、螺桿的塑化能力等。 sD 螺桿直徑 mm26Ds ? 。 長徑比大的螺桿，可以得到低溫均質(zhì)的熔體和穩(wěn)定的擠出以及高的塑化能力，這在擠出機(jī)的螺桿設(shè)計(jì)中已經(jīng)了解到。但 是注射螺桿僅作預(yù)塑用，塑化時(shí)出料的穩(wěn)定性對(duì)制品質(zhì)量的影響甚小，并且塑料塑化時(shí)所經(jīng)過的時(shí)溫歷程要比擠出螺桿要長。所以，注射螺桿的長徑比，沒有必要取得像擠出螺桿那樣長。一般在 18～ 22 之間，長的也很少超過 24就能滿足要求。從設(shè)計(jì)制造和使用的角度來看，也是希望用效果相近而長度較短 6 的螺桿。這樣對(duì)螺桿機(jī)筒的制造、縮短機(jī)身長度、減輕機(jī)器的重量以及對(duì)機(jī)筒的清理方面都會(huì)帶來好處。設(shè)計(jì)時(shí)取螺桿的長徑比為 20。 L 一般根據(jù)螺桿的長徑比來確定螺桿的長度。 螺桿的長徑比為 20，則螺桿的長度 5202620 ?? XL mm。 S 及螺紋角θ 為了方便螺桿的加工，一般取螺紋螺距 26?? SDS mm，螺紋升角θ =17186。40180。 e 一般 e=(～ ) sD ，這里取 s ?? 。 n 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 隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加。但在較高的轉(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)生料加不進(jìn)的現(xiàn)象。對(duì)于結(jié)晶型熔解熱大的塑料，高速時(shí)如對(duì)機(jī)筒溫度不作相應(yīng)調(diào)整，則會(huì)因料不能得到充分地預(yù)熱而使塑化能力得不到提高。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