【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 （38）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，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 = （39）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） ——單位表面積上所配置的加熱功率，考慮到加熱器的使用壽命，～3瓦/，最大不超過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的影響。例如，過薄的機(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2～。表31 部分機(jī)筒的K值螺桿直徑（毫米）3442506585110130150機(jī)筒壁厚（毫米）25293547757560比 值（K）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)，～3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=）=35= ㎜將其圓整為90mm 機(jī)筒壁厚===機(jī)筒總應(yīng)力 =公斤力/材料許用應(yīng)力 =公斤力/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，～。 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)制品無直接聯(lián)系。而塑料的塑化狀況，可以通過調(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，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)力源的利用來說，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)過程中實(shí)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)速的無級(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，再通過傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳送給螺桿[4]。如下圖35所示：圖35 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）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15～20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 （310）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)能滿足使用要求外，另一個(gè)重要方面，是它的外特性應(yīng)該滿足負(fù)載特性的要求。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 （311）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。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 （312）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（38）表示成 （313）式中 —比能，即塑料起始溫度為20℃，塑化1公斤塑料所需的能量（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（20～200℃）和加工塑料為PS，查表得比能=，并取= == 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，還需有少量的熔料經(jīng)噴嘴向模內(nèi)補(bǔ)縮?？梢妵娮煸O(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式噴嘴和鎖閉噴嘴以及特殊用途的噴嘴三種類型。開式噴嘴結(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、聚苯醚以及一些增強(qiáng)或填充塑料。由于這類噴嘴易于產(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，㎜。（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)噴嘴口徑時(shí)的流率與壓力之間的關(guān)系 （314） （315）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 = （316）式中 ——剪切速率 ——熔體流率 ——噴嘴口徑從式（310）和式（312）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 （317）式中 d——噴嘴口徑q——注射速率（）——有塑料性能決定的待定系數(shù)，對(duì)熱敏性、～；～又因 （318）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（313）與（314）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1/10～1/15；而中、低粘度的塑料1/15～1/20。該設(shè)計(jì)中噴嘴口徑定為。如圖36所示：圖36 噴嘴 注射座的設(shè)計(jì)注射座是用來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37所示圖37 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）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)作用于主澆套上的熔料壓力即為注射壓力，則移動(dòng)油缸的推力為：