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一、注射成型設備（一）注射機的基本結(jié)構(gòu)組成和工作過程1．注射機的基本結(jié)構(gòu)組成注射機是塑料成型加工的主要設備之一。注射機的類型很多，主要由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成，如圖3－1所示。,,圖3－1臥式注射機示意圖1－鎖模液壓缸2－鎖模機構(gòu)3－移動模板4－頂桿5－固定板6－控制臺7－料筒8－料斗9－定量供料裝置10－注射液壓缸,,（1）注射裝置的主要作用是將各種形態(tài)的塑料均勻地熔融塑化（塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達到流動狀態(tài)并具有良好的可塑性的過程），并以足夠的壓力和速度將一定量的熔料注射到模具的型腔內(nèi)，當熔料充滿型腔后，仍需保持一定的壓力和作用時間．使其在合適壓力作用下冷卻定型。注射裝置主要由塑化部件（螺桿、料筒、噴嘴）和料斗、計量裝置、傳動裝置、注射及移動油缸等組成。（2）合模裝置的作用是實現(xiàn)模具的閉合并鎖緊，以保證注射時模具可靠地合緊及脫出制品的動作。合模裝置主要由前后固定板、移動模板、連接前后固定用的拉桿、合模油缸、移動油缸、連桿機構(gòu)、調(diào)模裝置及塑料頂出裝置等組成。（3）液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的作用是保證注射機按工藝過程的動作程序和預定的工藝參數(shù)（壓力、速度、溫度、時間等）要求準確有效地工作。液壓傳動系統(tǒng)主要由各種液壓元件和回路及其它附屬設備組成。電氣控制系統(tǒng)則主要由各種電氣儀表等組成。,２．注射機工作循環(huán)的工作過程如下：（１）加熱、預塑化螺桿在傳動系統(tǒng)的驅(qū)動下，將來自料斗的物料向前輸送、壓實，在料筒外加熱器、螺桿和機筒的剪切、摩擦的混合作用下，物料逐漸熔融，在料筒的頭部已積聚了一定量的熔融塑料，在熔體的壓力下螺桿緩慢后退。后退的距離取決于計量裝置依據(jù)一次注射所需的量來調(diào)整，當達到預定的注射量后螺桿停止旋轉(zhuǎn)和后退。（２）合模和鎖緊鎖模機構(gòu)推動動模板及安裝在動模板上的模具動模部分與定模板上的模具定模部分合模并鎖緊，以保證成型時提供足夠的夾緊力使模具鎖緊。（３）注射裝置前移當合模完成后，整個注射座被推動，前移，以便注射機噴嘴與模具主澆道口完全貼合。,（４）注射、保壓在注射機噴嘴完全貼合模具澆口以后，注射液壓缸進入高壓油，推動螺桿相對料筒前移，將積聚在料筒頭部的熔體以足夠壓力注人模具的型腔。因溫度降低而使塑料體積產(chǎn)生收縮，為保證塑件的致密性、尺寸精度和力學性能，需對模具型腔內(nèi)的熔體保持一定的壓力，以補充塑件的收縮。（５）卸壓當模具澆口處的熔體凍結(jié)時，即可卸壓。（６）注射裝置后退一般來說，卸壓完成后，螺桿即可旋轉(zhuǎn)、后退，以完成下一次的加料、預塑化過程。預塑完成以后，注射裝置撤離模具的主澆道口。（７）開模、頂出塑件模具型腔內(nèi)的塑件經(jīng)冷卻定形后，鎖模機構(gòu)開模，并且推出模具內(nèi)的塑件。,（二）注射機的分類與特點1．按機器外形特征可分為臥式注射機、立式注射機、角式注射機。（1）臥式注射機如圖3－3a所示，臥式注射機的注射裝置與合模裝置的軸線同一線水平排列。優(yōu)點是機身低，便于操作和維修；機器重心低，安裝穩(wěn)定性好；塑件頂出后可利用其自重作用而自動下落，容易實現(xiàn)自動操作。缺點是模具的安裝和法件的安放比較麻煩；占地面積較大。這種類型對于大、中、小型注射機都適用．是目前國內(nèi)外大、中型注射機廣為采用的形式。（2）立式注射機如圖3－3b所示，立式注射機注射裝置與合模裝置的軸線同一線垂直排列。優(yōu)點是占地面極??；模具的裝拆和嵌件的安放都較方便。缺點是塑件頂出后常需用人工取出，不易實現(xiàn)自動化；由于機身高，機器重心較高，機器的穩(wěn)定性較差，維修和加料也不方便。這種類型注射機多為注射量在60cm3以下的小型注射機。（3）角式注射機角式注射機是介于臥室和立式之間的一種形式，它的注射裝置與合模裝置的軸線互相垂直排列，注射裝置的軸線與模具的分型面同處于同一平面上，其布置有兩種形式，如圖3—3c所示。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，注射成型時熔料是從模具的側(cè)面進入型腔，它特別適用于加工中心部分不允許留有澆口痕跡的制品。缺點是開合模機構(gòu)是純機械傳動，無法準確可靠地注射和保持壓力及鎖模力，模具受沖擊和振動較大。,,(a)臥式(b)立式(c)角式,1—合模系統(tǒng)2—注射系統(tǒng),2．按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機、螺桿式注射機（1）柱塞式注射機注射柱塞直徑為20－100mm的金屬圓桿，當其后退時物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進，原料通過料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機，注射量小于30－60g，不易成形流動性差、熱敏性強的塑料。柱塞式注射機由于自身結(jié)構(gòu)特點，在注射成型中存在著塑化不均、注射壓力損失大等問題。（2）螺桿式注射機螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當積存的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉(zhuǎn)動，在液壓缸的推動下，將熔體注入模具。臥式注射機多為螺桿式。3．按設備加工能力可分為超小型注射機、小型注射機、中型注射機和大型注射機。4．按注射機的用途可分為通用注射機和專用注射機（熱固性塑料注射機、發(fā)泡塑料注射機、多色注射機等）。,（三）注射機的規(guī)格型號注射機產(chǎn)品型號表示方法各國不盡相同，國內(nèi)也沒有完全統(tǒng)一，目前國內(nèi)常用的型號編制方法有機械部標準(JB2485－78)，是由基本型號和輔助型號兩部分組成。,,,,,,,,,,,,,,,,基本型號輔助型號,—,設計序號,主參數(shù),類型代號,組型代號；,類別代號,型號中的第一項代表塑料機械類，以大寫漢語拼音字母“S”（塑）表示；第二項代表注射成型組，以大寫漢語拼音字母“z”（注）表示；第三項代表區(qū)別于通用型或是專用型組，通用型者省略，專用型也用相應的大寫漢語拼音字母表示。如多模注射機以“M”（模）表示，多色注射機以“S”（色）表示，混合多色注射機以“H”（混）表示。熱固性塑料注射機以“G”（固）表示；第四項代表注射容量主參數(shù)，以阿拉伯數(shù)字表示，單位為cm3。臥式基本型主參數(shù)前不加注代號，立式的注“L”（立），角式注“J”（角）。如果是不帶預塑的柱塞式注射機時在代號之前加注“Z”（柱）。如SZ—ZL30表示注射容量為30cm3的立式柱塞式塑料注射成型機。,國際上比較通用的是注射容積與合模力共同表示法，注射容積與合模力是從成型塑件重量與合模力兩個主要方面表示設備的加工能力，因此比較全面合理。如SZ—63/400，即表示塑料注射機（SZ），理論注射容積為63cm3，合模力為400kN。此外，還有用XS—ZY表示注射機型號的，如XS—ZY—125A，XS—ZY指預塑式（Y）塑料（S）注射（Z）成型（x）機，125為設備的注射容積為125cm3，A為設備設計序號第一次改型。也有塑料機械生產(chǎn)廠家為了加強宣傳作用，用廠家名稱縮寫加上注射容積或合模力數(shù)值來表示注射機的規(guī)格。如HD188為寧波市海達塑料機械有限公司生產(chǎn)的注射機，188指注射機的合模力為1880kN。,（四）注射機的選用和注射模的關系任何注射模都是安裝在注射機上使用的，在注射成型生產(chǎn)中二者密不可分。注射機的選用就是根據(jù)所要生產(chǎn)的塑件確定注射機的型號，使塑件的注射模及注射工藝等所要求的注射機的規(guī)格參數(shù)在可調(diào)的范圍內(nèi)，同時調(diào)整注射機的技術(shù)參數(shù)至所需要的參數(shù)。設計注射模時，首先要確定模具的結(jié)構(gòu)、類型和尺寸，同時還必須了解模具和注射機的關系及注射機有關工藝參數(shù)、模具安裝部位的相關尺寸。因此，對模具和注射機的一些參數(shù)，模具的型腔個數(shù)、注射機的最大注射量、最大注射壓力、鎖模力、有關安裝尺寸、開模行程和頂出裝置等有關數(shù)據(jù)進行校核，并通過校核來設計模具和選用注射機型號。確保設計出的模具在所選用的注射機上安裝和使用。,１．型腔數(shù)量的確定和校核設計模具首先就是要確定模具型腔的數(shù)量，型腔的數(shù)量與注射機的塑化速率、最大注射量、鎖模力有關，因此，必須從這三個方面對型腔的數(shù)量來進行校核。（１）按注射機的額定塑化量確定型腔數(shù)量n≤(KMＴ/3600-M1)/M（3－1）式中n－型腔數(shù)量；K－注射機額定塑化量的利用系數(shù)，一般取0.8；M－注射機的額定塑化量（g/h或cm3/h）；T－成型周期（s）；M1—澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量或體積（g或cm3）。M－單個塑件的質(zhì)量或體積（g或cm3）,（2）按注射機的最大注射量確定型腔數(shù)量n≤(KMp-M1)/M（3－2）式中Mp—注射機允許的最大注射量(g/h或cm3/h)；K—注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8。（3）按注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)量n≤(Fp-PA1)/PA（3－3）式中Fp—注射機的額定鎖模力（N）；P—塑料熔體對型腔的壓力（MPa），一般取注射壓力的80％；A1—澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（mm2）；A—塑件在模具分型面上的投影面積（mm2）。,用上述三式確定型腔數(shù)量時，還需要考慮塑件的生產(chǎn)成本和尺寸精度，型腔數(shù)量多，塑件成本低，但型腔數(shù)量多，塑件的尺寸精度將降低，生產(chǎn)經(jīng)驗表明，每增加一個型腔，塑件的尺寸精度將降低4％—8％。此外，由于型腔數(shù)量多，模具尺寸增大，還應考慮注射機的安裝模板尺寸的大小。2.最大注射量的校核塑件和澆注系統(tǒng)凝料的總質(zhì)量一般要小于注射機公稱注射量的80％。最大注射量的校核應注意的是柱塞式注射機和螺桿式注射機標定的公稱注射量是不同的，國際上規(guī)定柱塞式注射機的公稱注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克數(shù)為標準；而螺桿式注射機標定的公稱注射量是以螺桿在料筒中的最大推出容積表示。,3．注射壓力的校核注射壓力的校核是校核注射機的額定注射壓力能否滿足塑件成型時所需的壓力，為此，注射機的額定注射壓力應大于塑件成型所需要的注射壓力。P≥p（3－4）式中:P—注射機公稱注射壓力（MPa）；p—塑料成型時所需的注射壓力（MPa）．注射壓力受澆注系統(tǒng)、型腔內(nèi)阻力、模具溫度等因素影響，注射壓力過大，飛邊大，脫模困難，塑件表面質(zhì)量差，內(nèi)應力大，注射壓力過小，塑料熔體不能順利充滿型腔．無法成型。,4．鎖模力的校核鎖模力也稱合模力，是指注射機的合模裝置對模具所施加的最大夾緊力，由于高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向（模具開合方向）的很大推力，這個力如果大于注射機的公稱鎖模力，將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。因此，注射機的公稱鎖模力必須滿足：F＞p(A+A1)（3－5）式中符號意義同前。5．安裝部分的尺寸校核設計模具時應校核的主要參數(shù)有噴嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模具厚度、最小模具厚度及模板上的安裝螺孔尺寸。,（1）噴嘴尺寸模具需要與注射機對接,所以模具的主流道始端應與注射機噴嘴頭球面半徑相適應,如圖3-5a所示,注射機的前端的R0前端孔徑d與模具主流道澆口套始端的R和小端直徑d應滿足下列關系R=R0+(1－2)mmd=d0+(0.5－1)mm澆口套球面半徑R比噴嘴球面半徑R0大1－2mm，保證高壓熔體不從狹縫處溢出。澆口套小端孔徑d比噴嘴孔徑d0大0.5－1mm，保證注射成型在主流道處不形成死角,無熔料積存,便于主流道內(nèi)的塑料凝料脫出。如圖3-5b所示是配合不良的。,,圖3—5噴嘴和澆口套的關系,（2）定位圈尺寸為了使模具的主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線相重合，注射機定模板上設有一定位孔，模具的定位部分（或主流道襯套）要設有一個凸臺，即定位圈,兩者之間按一定的間隙配合，如圖3－6所示。h:小型模具?。?－10)mm大型模具?。?0－15)mm,,圖3－6模具的定位圈和注射機定位孔的配合,（3）模具的厚度注塑模的動、定模兩部分閉合后，沿閉合方向的長度叫模具厚度或模具閉合高度。各種規(guī)格的注射機,可安裝模具的最大厚度和最小厚度均有限制（國產(chǎn)機械鎖模的角式注射機對模具的最小厚度無限制），在設計模具時應使模具的總厚度位于注射機可安裝模具的最大厚度和最小厚度之間，如圖3-7所示。同時應校核模具的外形尺寸，使得模具能從注射機拉桿之間裝入。,,圖3－7注射機動、定模固定板的間距,一般情況下，實際模具厚度HM與注塑機允許安裝的最大模厚Hmax及最小模厚Hmin之間必須滿足下面條件，即：Hmin≤HM≤Hmax（3－6）其中：Hmax=Hmin+ΔH式中HM—模具閉合厚度（mm）；Hmin—注射機允許的最小模具厚度（mm）；Hmin—注射機允許的最大模具厚度（mm）；ΔH—注射機調(diào)節(jié)螺母的長度（mm）。如果對所選用的注塑機，出現(xiàn)HM＜Hmin的情況，可采用加設墊板以增大HM解決合模問題。,（4)模具的安裝和緊固模具的動模安裝在注射機動模板上，模具的定模安裝在注射機定模板上。為了安裝緊固模具，注射機上的動模和定模兩個固定板上都開有許多間距不同的螺孔。因此，設計模具時必須注意模具的安裝尺寸應當與這些螺孔的位置及孔徑相適應（只要保證與其中一組對應即可），以便能將動模和定模分別緊固在對應的兩個固定板上。模具常用的安裝緊固方法有兩種：一種是在模具的安裝部位打螺栓通孔，用螺栓直接和注射機的固定板緊固，如圖3－8a所示；另一種方法采用壓板壓緊模具的安裝部位，如圖3－8b所示。一般模具重量較輕采用壓板固定，模具重量較重采用螺釘固定。,,a）b）圖3－8模具的安裝緊固方式,6．開模行程和頂出機構(gòu)的校核開模行程也叫做合模行程，指模具開合過程中動模固定板的移動距離，用符號s表示。注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法從模具中脫出。開模行程的大小直接影響模具所能成型制品高度。因此，設計模具時必須校核注塑機的開模行程和所需要的開模距離是否與相適應。下面分三種情況加以討論。（1）注射機最大開模行程與模具厚度無關當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構(gòu)時，如XS-Z30、XS-ZY-125、XS-Z-50等，最大開模行程由連桿機構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度無關；在這類注射機上使用單分型面和雙分型面注塑模，可分別用下面兩種方法校核模具所需的開模距離是否與注塑機的最大開模行程互相適應：,（a）對于單分型面注塑模（圖3－9）Smax≥H1+H2+（5－10）mm（3－7）（b）對于雙分型面注塑模（圖3－10）Smax≥H1+H2+α+（5－10）mm（3－8）式中：H1—塑件所用的脫模距離（mm）；H2—塑件和塑件的澆注系統(tǒng)凝料總高度（mm）α—取出澆注系統(tǒng)凝料必需的長度（mm）,,,圖3－9單分型面注射模開模情況,圖3－10雙分型面注射模開模情況,（2）注射機最大開模行程與模具厚度有關。當注射機采用全液壓式合模系統(tǒng)，如XS-ZY-250和機械合模的SY-45、SYS-20等角式注射機時，其最大開模行程直接與模具厚度有關，即Smax=Sk-HM（3－9）式中：Sk－注塑機動模固定板和定模固定板的最大間距（mm）；HM－模具厚度（mm）。,如果在上述兩類注塑機上使用單分型面或雙分型面模具，可分別用下面兩種方法校核模具所需的開模距離是否與注塑機的最大開模行程Smax相適應：（a）對于單分型面注塑模（圖3-11）Smax=Sk-HM≥H1+H2+（5－10）mm（3－10）或Sk≥HM+H1+H2+（5－10）mm（3－11）（b）對于雙分型面注塑模（圖3-10）Smax=Sk-HM≥H1+H2+α+（5－10）mm（3－12）或Sk≥HM+H1+H2+α+（5－10）mm（3－13）式中符號意義同上。,,圖3－11直角式單分型面注射模開模情況,（3）有側(cè)向抽芯時的最大開模行程校核當模具需要利用開模動作完成側(cè)向抽芯動作時，如圖3－12所示，所需最大開模行程必須還要考慮側(cè)向抽芯抽拔距離。設完成側(cè)向抽芯動作的開模距離為Hc，則可分下面兩種情況校核模具所需的開模距離是否與注塑機的最大開模行程相適應。（a）當Hc>H1+H2時，可用Hc代替前面諸校核公式中的H1+H2，其他各項均保持不變。（b）當Hc≤H1+H2時，可不考慮Hc對最大開模行程的影響，仍用以上諸式進行校核。,,圖3－12有側(cè)向抽芯時開模行程的校,7．模具推出裝置和注射機頂出裝置校核由于各種注射機合模系統(tǒng)中頂出裝置的不同，在設計模具時必須使模內(nèi)的推出脫模機構(gòu)與合模系統(tǒng)的頂出裝置相匹配。一般是根據(jù)合模系統(tǒng)頂出裝置的頂出形式、頂桿直徑、頂桿間距和頂出距離等，對模具內(nèi)的頂桿或推桿配置位置、長度能否達到使塑件脫模的效果進行校核。目前國產(chǎn)注塑機中頂出裝置的頂出形式分為下面幾類：（1）中心頂桿機械頂出，如臥式XS-Z60、XS-ZY-360、SYS-30、SYS-45。（2）兩側(cè)雙頂桿機械頂出，XS-Z-30、XS-ZY-125。（3）中心頂桿液壓頂出與兩側(cè)頂桿機械頂出聯(lián)合作用，臥式XS-ZY-250、XS-ZY-500。（4）中心頂桿液壓頂出與其他開模輔助油缸聯(lián)合作用，XS-ZY-1000。,,,