【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī) ， 這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破 ， 目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的 30%， 注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的 50%， 成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快 ， 產(chǎn)量最多的機(jī)種之一 。 注塑機(jī)的分類方式很多 ， 常用的 分類方 法有 ： （ 1）按注塑機(jī)的外形特征分類：臥式注塑機(jī)、立式注塑機(jī)、角式注塑機(jī)。 （ 2）按注塑機(jī)的塑化方式分類：柱塞式注塑機(jī)、螺桿式注塑機(jī)。 （ 3）按合模機(jī)構(gòu)特征分類：機(jī)械式、液壓式、液壓式機(jī)械式。 此外還有 按加工能力分 為 超小型 、 小型 、 中型 、 大型和超大型注塑機(jī) ，以及 按用途分類和按合模裝置的特征分類 ， 但日常生活中用的較少。 注塑機(jī)基本參數(shù) 注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量 、 注射壓力 、 注射速度 、 塑化能力 、 鎖模力 、 合模裝置的基本尺寸 、 開合模速度 、 空循環(huán)時(shí)間等 。 這些參數(shù)是設(shè)計(jì) ， 制造 ， 購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù) 。 （ 1） 公稱注塑量 ： 指在對(duì)空注射的情況下 ， 注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí) ， 注射裝置所能達(dá)到的最大注射量 ， 反映了注塑機(jī)的加工能力 ； （ 2） 注射壓力 ： 為了克服熔料流經(jīng)噴嘴 ， 澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力 ， 螺桿 (或柱塞 )對(duì)熔料 11 必須施加足夠的 壓力 ， 我們將這種壓力稱為注射壓力 ； （ 3） 注射速率 ： 為了使熔料及時(shí)充滿型腔 ， 除了必須有足夠的注射壓力外 ， 熔料還必須有一定的流動(dòng)速率 ， 描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度 ， 常用的注射速率如表 31所示 ； 表 3— 1 注射量 與 注射時(shí)間 的關(guān)系 注 射 量 cm3 25 250 500 1000 2020 4000 6000 10000 注射速率 cm3/s 25 200 333 570 890 1330 1600 2020 注射時(shí)間 s 1 3 5 （ 4） 塑化能力 ： 單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量 .塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào) ， 若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(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 ； （ 5） 鎖模力 ： 注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力 ， 在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開 （ 6） 合模裝置的基本尺寸 ： 包括模板尺寸 ， 拉桿空間 ， 模板間最大開距 ， 動(dòng)模板的行程 ，模具最大厚度與最小厚度等 .這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍 ； （ 7） 開合模速度 ： 為使模具閉合時(shí)平穩(wěn) ， 以及開模 ， 推出制件時(shí) 不使塑料制件損壞 ， 要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理 ， 即合模時(shí)從快到慢 ， 開模時(shí)由慢到快在到停 ； （ 8） 空循環(huán)時(shí)間 ： 在沒有塑化 ， 注射保壓 ， 冷卻 ， 取出制件等動(dòng)作的情況下 ， 完成一次循環(huán)所需的時(shí)間 。 初步選擇注塑機(jī) 除了模具的結(jié)構(gòu)、類型和一些基本參數(shù)和尺寸外，模具的型腔數(shù)、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面積、成型時(shí)需要的合模力、注射壓力、模具的厚度、安裝固定尺寸以及開模行程等都與注射機(jī)的有關(guān) 性能參數(shù)密切 相關(guān)，如果 兩者不相匹配，則模具無法使用，為此，必須對(duì)兩者之間有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，并通過校 核來設(shè)計(jì)模具與選擇注 射機(jī)型號(hào)。 由于塑料齒輪必須采用精密模具注塑，應(yīng)當(dāng)選用精密注塑成型機(jī)。與普通注塑機(jī)不同，對(duì)模板移動(dòng)穩(wěn)定性及剛性、開閉?？刂频臏?zhǔn)確性、工藝條件測(cè)量等方面有更嚴(yán)格的要求。 選擇注射機(jī)應(yīng)根據(jù)塑料的品種、塑件結(jié)構(gòu)、成型方法及注射工藝條件等選取。同時(shí)應(yīng)以注射模大小，先預(yù)選注射機(jī)的型號(hào)，然后再根據(jù)所設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行校核。 目前，注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，有用注射量為主參數(shù)的，也有用合模力為主參數(shù)的，但大多數(shù)以注射量 /合模力來表示注射機(jī)的主要特征。國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)主要有輕工部標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。注射機(jī)型號(hào)中的字母 S 表示塑料機(jī)械； Z 表示 注射機(jī)； X 表示成型； Y 表示螺桿式（無 Y 表示柱塞式）等。我國的 SZ 系列的注射機(jī)，用一次能注射出的理論注射容量和鎖模力表征注射機(jī)的生產(chǎn)能力。本方案在初選注射機(jī)時(shí)，主要是通過注射機(jī)的最大注射量（即額定注射量）來確定的。 通過質(zhì)量計(jì)算，查表得，聚甲醛的密度ρ =[8] ； 12 單個(gè)塑件的體積 v=（ 40／ 2） 2 =； 單個(gè)塑件的質(zhì)量 M= =； 流道凝料 Vj= (流道凝料的體積 (質(zhì)量 )是個(gè)未知數(shù) ， 根據(jù)手冊(cè)取 ()來估算 ，塑件越 大則比例可以取的越小 )； 實(shí)際注射量為 ： V實(shí) = += cm3 根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于 倍公稱注射量原則 ，即： ；7 . 0 7 c m=0 . 8247。5 . 6 6= / 0 .8V =V 3實(shí)公 根據(jù)要求，選捷霸 MKIV 系列精密注塑機(jī) JM80MKIVC[10]，其基本參數(shù)如表 32： 表 32 注射部分的基本參數(shù) 螺桿直徑 mm 41 注射速率 cm3/s 175 注射容量 cm3 191 塑化能力 kg/h 119 注射重量 g 螺桿轉(zhuǎn)速（最大值） r/min 367 注射壓力 Mpa 注座推力 kN 44 螺桿長(zhǎng)徑比 (L/D) mm/mm 20 注座行程 mm 28 鎖模部分的基本參數(shù) 鎖模力 kN（ t） 785（ 80） 液壓頂出行程 mm 75 移模行程 mm 300 液壓頂出推力 kN 拉桿間距（水平垂直） mm 360 360 定位孔徑 mm 100 最大模厚 mm 350 噴嘴移出量 mm 50 最小模厚 mm 150 噴嘴球半徑 mm 15 電熱及其他參數(shù) 液壓泵功率 kW 15 循環(huán)時(shí)間 s 系統(tǒng)壓力 Mpa 外形尺寸 (L W H) 電熱功率 kW 重量 t 溫度控制區(qū) 3+1 料斗容積 L 40 注射機(jī)參數(shù)校核 （ 1）注射量 注射量是指注射機(jī)進(jìn)行一次注射成型所能注射出熔料的最大容積，它決定了一臺(tái)注射機(jī)所能成型塑膠的的最大體積。 注射量應(yīng)滿足下式： Vg=cV1 13 Vg為注射機(jī)最大注射量， cm3 ； 查表 32 得，即為注射容量 191 cm3 ； V1為注射機(jī)理論注射量， cm3 ； c為射出系數(shù)，受注射成型 工藝條件的影響，實(shí)際生產(chǎn)中常取 ～ ； 令 c= V1=175 = cm3 ； 令 V′ =cV1= =191 cm3=Vg； 而注射機(jī)的注射重量為 ，大于單個(gè)塑件的質(zhì)量 ； 由以上計(jì)算得知，注射量符合條件。 （ 2）注射壓力 注射時(shí)為了克服塑料流經(jīng)噴嘴、流道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，注射機(jī)螺桿（或柱塞）對(duì)塑料熔體必須施加足夠的壓力，此壓力即為注射壓力。其大小與流動(dòng)阻力、塑件的形狀、塑件的性能、塑化溫度、模具溫度及塑件的精度要求等因素有 關(guān)。 在根據(jù)塑件的性能，選取注射壓力的分類中，選擇注射壓力為 140～ 180Mpa，這一類主要用于加工較高粘度的塑料，且塑件壁薄或不均勻、流程長(zhǎng)、精度要求高，對(duì)于一些精密塑件的注射成型，注射壓力可用到 230～ 250Mpa。查表 32得，設(shè)計(jì)中所選的注射機(jī)注射壓力為 ， 注射機(jī)的額定注射壓力即為它的最高壓力 Pmax，應(yīng)該大于注射機(jī)成型時(shí)所調(diào)用的注射壓力，即 : 0max pkp ?? K為安全系數(shù)，常取 k=— P0為成型時(shí)所需要 的注射壓力，常取 P0=70～ 100MPa。 在注射壓力范圍內(nèi)，且校核符合條件。 （ 3）鎖模力 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生使模具分型面脹開的力。為了夾緊模具，保證注射過程順利進(jìn)行，注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)必須有足夠的鎖模力，而且鎖模力必須要大于脹開力，用公式表示為： Fz=p(nA+A1)Fp 式中： Fp 為塑料熔體在分型面的脹開力， N； P為型腔壓力，一般為注射壓力的 80%左右， Mpa； N為型腔數(shù)量； A為單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積， mm2； A1為澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積， mm2； Fp為額定鎖模力， N； 查表得：聚甲醛的型腔壓力為 35Mpa，即 p=35Mpa； 由于塑件精度較高，采用一模三 腔有利于保證精度，即 n=3； （根據(jù)型腔數(shù)目計(jì)算公式得到，見 ） 單個(gè)塑件在分型面上的投影面積近似等于塑件的面積，且塑件尺寸較小，澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積也近似相等， A=A1= (40／ 2)2= 14 代入計(jì)算得： Fz=35 (3 +)=≈ Fp=785kN 鎖模力校核符合條件。 （ 4）安裝部分的配合、連接尺寸 模 板尺寸和拉桿間距：模具最大外形尺寸不能超過注射機(jī)的動(dòng)、定模板的外形尺寸，同時(shí)必須保證模具能通過拉桿間距安裝到動(dòng)、定模板上，模板上還應(yīng)留有足夠的余地用于裝夾模具。模具定位圈的直徑與模板定位孔的直徑按 H9/f9 配合，以保證模具主澆道軸線與噴嘴孔軸線的同軸度。拉桿間距為 360mm 360mm，而所設(shè)計(jì)的模具尺寸較小，滿足條件。 最大、最小模具厚度：模具最大厚度 Hmax 和最小厚度 Hmin 是指注射機(jī)移動(dòng)模板閉合后達(dá)到規(guī)定鎖模力時(shí)，移動(dòng)模板與固定板之間所達(dá)到的最大和最小距離，這兩者之差就是調(diào)模機(jī)構(gòu)的調(diào)模行程。這兩個(gè)基本 尺寸對(duì)模具安裝尺寸的設(shè)計(jì)十分重要；若模具實(shí)際厚度小于注射機(jī)的模具最小厚度，則必須設(shè)置模厚調(diào)整塊，使模具厚度尺寸大于 Hmin，否則就不能實(shí)現(xiàn)正常合模；若模具實(shí)際厚度大于注射機(jī)模具最大厚度，則模具也不能正常合模，達(dá)不到規(guī)定的鎖模力，一般模具厚度設(shè)定在 Hmax 和 Hmin 之間。此注射機(jī)最大模厚和最小模厚分別為350mm 和 150mm，適合注塑齒輪。 開模行程：注射機(jī)的開模行程是有限的，塑件從模具中取出時(shí)所想像的開模行程必須小于注射機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。一般最大開模行程為塑件最大高度的 3～ 4倍，移 動(dòng)模板的行程要大于塑件高度的 2倍。液壓頂出行程為 75mm，即為最大開模行程，而塑件的厚度為 3mm，小于開模行程值 .而塑件最大尺寸為 42mm，移模行程為 300mm，大于塑件高度的 2 倍，符合條件。 4注射 模具 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 型腔的數(shù)目及位置確定 注射模每一次注射循環(huán)所能成型的塑件數(shù)量是由模具的型腔數(shù)目決定的。根據(jù)塑件生產(chǎn)批量及經(jīng)濟(jì)性等，通過計(jì)算，可確定盡可能多的型腔數(shù)，以提高生產(chǎn)率。 由于設(shè)計(jì)的斜齒輪精度要求較高，按制品精度要求確定型腔數(shù)目比較合適。型腔數(shù)目越多精度越低，從滿足精度要求出發(fā)型腔數(shù)目可按下式確定： n≤ 2500δ／△ L24 (式中長(zhǎng)度單位為， L為塑件基本尺寸， △ L為塑件尺寸公差，δ為 塑件可能達(dá)到尺寸公差，其中聚甲醛為 %) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每增加一個(gè)型腔，其尺寸精度可降低 4%；塑件公差聚甲醛為 ，尼龍 66為 ，聚碳酸酯 ABS，聚乙烯為 ；對(duì)于高精度塑件，一模不能超過四腔。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得： n≤ 2500 %／ （ 96% 96%） － 24=，取 n=3 故選用一模三 腔較合適。 型腔的布置和澆口的開設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱，以防模具承受偏載而產(chǎn)生溢邊，同時(shí)排列要緊湊，以免浪費(fèi)模具材 料。 由于采用一模三 腔，型腔設(shè)置在冷料穴下邊便于注塑。 15 分型面的選擇 模具上用以取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面。其位于模具動(dòng)模和定模的結(jié)合處，在塑件最大外形處，分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)、填充性能及塑件的脫模。注塑模有的只有一個(gè)分型面，有的有多個(gè)分型面，而且分型面有平面、曲面和斜面等形狀。 分型面在模具中的表示方法是：模具分開時(shí)，若分型面兩邊的模板均移動(dòng)，用“←┼→ ”表示；若一方不動(dòng)，另一方移動(dòng)，用“├→”表示，箭頭指向移動(dòng)的方向；當(dāng)有多個(gè)分型面時(shí)，應(yīng)按先后次序標(biāo)出“ A” 、“ B” 、“ C” 等。 分型面應(yīng)選在塑件外形的最大輪廓處；應(yīng)有利于塑件的留模方式，便于塑件順利脫模；應(yīng)保證塑件的各種加工要求，同時(shí)分型面的選擇應(yīng)考慮到外觀要求、模具制造、成型面積和排氣效果等。 根據(jù)要求，應(yīng)選擇雙分型面注塑模較合適。雙分型面注塑模又稱三板式注塑模，模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高，適用于塑件外觀要求精度較高的點(diǎn)澆口中小型模具，以便于自動(dòng)化生產(chǎn)，不常用于大型塑件及流動(dòng)性較差的塑料成型。 型腔的數(shù)量及排列方式，分型面的位置確定等決定了塑料制件在模具中的成型位置。模具有塑件在動(dòng)模 部分、定模部分及同時(shí)在動(dòng)模和定模中的三種結(jié)構(gòu)。根據(jù)要求，塑件在 型腔的動(dòng)模座上較合適。 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道，其設(shè)計(jì)是注塑模設(shè)計(jì)中很重要的環(huán)節(jié)，直接影響到塑件的質(zhì)量及成形效率。澆注系統(tǒng)的作用是：將塑料熔體均勻地送到每個(gè)型腔，并將注射壓力有效地傳送到型腔的各個(gè)部位，以獲得形狀完整、質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件。通常采用普通流道澆注系統(tǒng)，主要由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成 。 和尺寸計(jì)算 主流道是指注射機(jī)噴嘴與型腔 (單型腔模 )或與分流道連接的這一段 進(jìn)料通道，是塑料熔體進(jìn)入模具最先經(jīng)過的部位，它與注射機(jī)噴嘴在同一軸心線上。 由于主流道要與高溫塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)在可拆卸的主流道襯套（俗稱澆口套）內(nèi)，襯套一般選用碳素工具鋼如 T8A、 T10A 等，熱處理要求 53～57HRC，襯套與定模板的配合可采用 H7/m6，本次設(shè)計(jì)選取 熱處理 55HR