塑料注射機注射裝置設計【含CAD圖紙和說明書】【三維PROE模型】

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First of all, it regards the developed history of the injection machine and its position in modern industry as the origin, and draws essential parts from some similar kinds of injection machines, and extracts every kind of course design experiment which has been made in the past to decide the schematic program, and deal with the computational details in it, exams the feasibility according to the calculation. Secondly, this article is matched with some pictures and signals to convey author’s design purpose, oil cylinders are designed to both side of it with the design of check inverse type screw head injection. Injection machine is stand out in modern industry, and it is one of the most important three machineries, is the important part of the plastic machinery enterprise. In this article draws attention to the readers’ interests by the thinking mode of finding, analyzing and solving problems, using the simple langue to show the main features of the injection equipments in injection machine. Above all, the author hopes to show the designing progress by the most simple and direct way. Keywords Injection Equipment ；reciprocating screw ；Hydraulic motor drive 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 注射成型機在工業(yè)中的地位和發(fā)展歷史 1 1.2.1 注射機在我國的發(fā)展歷史和工業(yè)地位 1 1.3本章小結 3 第2章 注射機簡介和注射機裝置設計要點 4 2.1 注射機的介紹 4 2.1.1 注射機的定義 4 2.1.2 注射機的分類 4 2.1.3 注射機的結構和功能 4 2.1.4 注射機成型工作原理 6 2.1.5注射機的特點 7 2.1.1操作時應注意的事項 8 2.2 注射裝置的設計要點 9 2.2.1 注射裝置的作用及要求 9 2.2.2 注射裝置分類 9 2.2.3 注射裝置的組成和動作過程 10 2.2.4 螺桿式主要塑化部件 12 2.3 本章小結 19 第3章 TTI-95G型注射機注射裝置設計方案 20 3.1 注射機注射裝置基本參數(shù)的確定 20 3.2 螺桿、機筒、噴咀具體參數(shù)的確定 23 3.3 加料計量裝置和螺桿驅動裝置基本參數(shù)的確定 32 3.3.1加料計量裝置的確定 32 3.3.2 螺桿驅動裝置的確定 32 3.4 本章小結 32 第4章 注射機的保養(yǎng)知識 33 4.1 注射機的保養(yǎng)知識 33 4.1.1 注射機的特點 33 4.1.2 注射機的故障分類 33 4.1.3 注射機的故障規(guī)律 35 4.1.4 注射機故障分析與排除程序 36 4.2 本章小結 36 第5章 設計的內(nèi)容以及問題處理方式 37 5.1 設計的主要內(nèi)容以及問題的處理 37 5.1.1 設計主要的內(nèi)容 37 5.1.2 設計當中遇到的問題以及處理 38 5.2 本章小結 43 結論 44 致謝 45 參考文獻 46 附錄 47 - 51 - ———————————————————————————————————————— 第1章 緒論 1.1 課題背景 畢業(yè)設計題目為TI-95G型注射機注射裝置設計。 1.1.1 選題目的和意義 通過畢業(yè)設計，掌握塑料設備的設計步驟，通過對TTI-95G塑料注射機的測繪，掌握測繪及整個裝置的設計方法。了解和熟悉注射機主要零件的加工制造工藝。 1.2 注射成型機在工業(yè)中的地位和發(fā)展歷史 1.2.1 注射機在我國的發(fā)展歷史和工業(yè)地位 從50年代技術創(chuàng)新推出了螺桿料注射成型機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80％采用了注射成型。近年來由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對注射制品日益增長的需要，推動了注射成型技術水平的發(fā)展和提高。我國塑料機械2000年銷售額在70億元人民幣左右，以臺數(shù)記約為8.5萬臺，其中40％左右是注射成型機。從美國、日本、德國、意大利、加拿大等主要生產(chǎn)國來看，注塑機的產(chǎn)量都在逐年增加，在塑料機械中占的比重最大。注射成型機是將熱塑性塑料或熱固性塑料制成各種塑料制品的主要成型方法之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界塑料注射成型制品約占塑料總產(chǎn)量的百分之三十，注射機產(chǎn)量占塑料機械產(chǎn)量的百分之五十，個別國家竟然達到百分之七十到八十，已經(jīng)成為目前塑料機械中產(chǎn)量增長最快、數(shù)量最多的機種之一。 80年代以來，CAD/CAE／CAPP／CAM計算機應用技術在塑機制造業(yè)的廣泛采用，促進了我國注塑機研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。以寧波海天股份有限公司為代表的一批國家級高新技術企業(yè)都相繼引進美國U.G.S和PTC公司的計算機輔助設計和分析等軟件，實現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機構運動仿真，對主關原件分析，對高應力區(qū)的應力分布、應力峰值、危險區(qū)域等進行準確的分析計算，幫助設計人員迅速地了解、評估和修改設計方案，保證重要零件結構合理性的可靠性達到完美結合。為了保證高質(zhì)量的設計輸出到高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出，舊的加工方式已經(jīng)很難適應技術、質(zhì)量競爭的要求。海天公司在“八五”和“九五”規(guī)劃中，按照滾動發(fā)展的科學方法，累積投資2億元人民幣組建了加工中心分廠。新建5萬平方米的大型裝配分廠，10萬平方米的扳金和結構件加工分廠，新建了1萬平方米的試驗車間和實驗室，新建了5928個庫位的立體自動倉庫。購置了德國OKUMA兩條柔性加工線，加入到40多臺加工中心組成的機群中。實施了國家863計劃——浙江海天CIMS工程，成功應用K3系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃、物料、成本等計算機集成管理。引進IMAN系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品技術數(shù)據(jù)創(chuàng)建和跟蹤，產(chǎn)品結構和版本，產(chǎn)品屬性和關聯(lián)數(shù)據(jù)的查詢以及向K3系統(tǒng)的信息傳遞等計算機集成管理。 海天公司在2000年實現(xiàn)今年銷售收入8.6億元人民幣，出口創(chuàng)匯1000萬美元，創(chuàng)利稅2億元人民幣完成銷售具有國際90年代水平的大型注塑機100臺，進行了兩項國際先進水平的重大技術裝備研制，其一是注塑機的防護門、配電箱等扳金件表面噴塑流水線形成批量生產(chǎn)能力，其二是注塑機螺桿和機筒雙金屬噴涂工藝投入批量生產(chǎn)，使關鍵零部件已經(jīng)形成了三個完整的系列，它們是以曲肘式鎖模的HTW和HTFX系列，直壓式鎖模的HTK系列，伺服電機控制的HTD系列?；緟?shù)由鎖模力580kN到36000kN，注射重量由70g至51460g，處于國內(nèi)的領先地位。 目前注塑機發(fā)展的另一個重要方面，是各種專用注塑機，如排氣式注塑機、發(fā)泡注塑機、多色注塑機等等。以加拿大HUSKY公司為代表的瓶胚機、包裝機，集中體現(xiàn)了高新技術含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術三分之一時，仍可高質(zhì)量的保證制品成型，使機器的體積和重量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大意義。我們海天公司也積極研制了HTC系統(tǒng)的熱固性材料的注塑機，HTP包裝專用注塑機并出口到北美市場，HTE瓶胚專用注塑機，HTS雙色成型注塑機，我們將會把這些研發(fā)進一步推向深入。 加入WTO以后，將對我國塑料成型機大影響，對企業(yè)來說機遇和挑戰(zhàn)并存。除了幼稚工業(yè)在一定時段內(nèi)得到保護外，其他的行業(yè)關稅壁壘的保護將不復存在。關稅的降低會使大量的進口機占領國內(nèi)市場，先進的技術、優(yōu)秀的品質(zhì)及良好的服務都具有強勁的競爭力。利用我國開放的優(yōu)惠條件，一些發(fā)達國家和地區(qū)的塑機制造商，已經(jīng)進入我國內(nèi)地。在江蘇省昆山市的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，已經(jīng)匯集了多家代表臺灣塑機制造業(yè)的廠家。香港震雄的塑機制造業(yè)已經(jīng)全部搬遷到深圳新工業(yè)園區(qū)，他們充分利用國內(nèi)的人力和物力資源，減少生產(chǎn)成本，然后同我們開展市場競爭。而我國的塑機行業(yè)也可以低稅進口質(zhì)優(yōu)價廉的配套零件，提高整機的質(zhì)量水平，有利于出口。 中國塑料機械設備有三大機種：擠出機、注塑機和中空吹塑機。在年產(chǎn)20萬臺套的塑料機械設備中，2005年注塑機占35％擠出機25％，，中空吹塑機5％，其它塑機35％；出口注塑機占60.4％，擠出機6.8％，中空吹塑機11.7％，其它塑料機械出口21.1％，由此可看出，中國塑料機械有著很大的發(fā)展?jié)撃芎洼^快的發(fā)展速度，預測中國塑料機械2010 年在30萬臺套以上。 1.2 本章小結 本章重點介紹了我國塑料注射機的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，也對課題的提出做了簡介，為完成本設計奠定了初步依據(jù)。 第2章 注射機簡介和注射機裝置設計要點 2.1 注射機的介紹 2.1.1 注射機的定義 注射機（又名注塑機）是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備。注射成型是通過注塑機和模具來實現(xiàn)的。 2.1.2 注射機的分類 1.按塑化方式分類 （1）柱塞式塑料注射成型機 它的混煉性很差的，塑化性也不好，要加裝分流梭裝置?，F(xiàn)在已很少使用。 （2）往復式螺桿式塑料注射成型機 依靠螺桿進行塑化與注射，混煉性和塑化性都很好，現(xiàn)在使用最多。 （3）螺桿—柱塞式塑料注射成型機依靠螺桿進行塑化與依靠柱塞進行注射，兩個過程分開來。 2. 按合模方式分類 （1）機械式 （2）液壓式 （3）液壓—機械式 2.1.3 注射機的結構和功能 注塑機通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳達動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。 1. 注塑系統(tǒng) 注射系統(tǒng)的作用：注射系統(tǒng)是注塑機最主要的組成部分之一，一般有柱塞式、螺桿式、螺桿預塑柱塞注射式3種主要形式。目前應用最廣泛的是螺桿式。其作用是，在注塑料機的一個循環(huán)中，能在規(guī)定的時間內(nèi)將一定數(shù)量的塑料加熱塑化后，在一定的壓力和速度下，通過螺桿將熔融塑料注入模具型腔中。注射結束后，對注射到模腔中的熔料保持定型。 注射系統(tǒng)的組成：注射系統(tǒng)由塑化裝置和動力傳遞裝置組成。 螺桿式注塑機塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿、射咀部分組成。動力傳遞裝置包括注射油缸、注射座移動油缸以及螺桿驅動裝置（熔膠馬達）。 2. 合模系統(tǒng) 合模系統(tǒng)的作用：合模系統(tǒng)的作用是保證模具閉合、開啟及頂出制品。同時，在模具閉合后，供給予模具足夠的鎖模力，以抵抗熔融塑料進入模腔產(chǎn)生的模腔壓力，防止模具開縫，造成制品的不良現(xiàn)狀。 合模系統(tǒng)的組成：合模系統(tǒng)主要由合模裝置、調(diào)模機構、頂出機構、前后固定模板、移動模板、合模油缸和安全保護機構組成。 3. 液壓系統(tǒng) 液壓傳動系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)注塑機按工藝過程所要求的各種動作提供動力，并滿足注塑機各部分所需壓力、速度、溫度等的要求。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所組成，其中油泵和電機是注塑機的動力來源。各種閥控制油液壓力和流量，從而滿足注射成型工藝各項要求。 4. 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)合理配合，可實現(xiàn)注射機的工藝過程要求（壓力、溫度、速度、時間）和各種程序動作。主要由電器、電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成。一般有四種控制方式，手動、半自動、全自動、調(diào)整。 5. 加熱/冷卻系統(tǒng) 加熱系統(tǒng)是用來加熱料筒及注射噴嘴的，注塑機料筒一般采用電熱圈作為加熱裝置，安裝在料筒的外部，并用熱電偶分段檢測。熱量通過筒壁導熱為物料塑化提供熱源；冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻油溫，油溫過高會引起多種故障出現(xiàn)所以油溫必須加以控制。另一處需要冷卻的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，導致原料不能正常下料。 6. 潤滑系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng)是注塑機的動模板、調(diào)模裝置、連桿機鉸等處有相對運動的部位提供潤滑條件的回路，以便減少能耗和提高零件壽命，潤滑可以是定期的手動潤滑，也可以是自動電動潤滑； 7. 安全保護與監(jiān)測系統(tǒng) 注塑機的安全裝置主要是用來保護人、機安全的裝置。主要由安全門液壓閥、限位開關、光電檢測元件等組成，實現(xiàn)電氣——機械——液壓的聯(lián)鎖保護。 監(jiān)測系統(tǒng)主要對注塑機的油溫、料溫、系統(tǒng)超載，以及工藝和設備故進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況進行指示或報警。 2.1.4 注射成型工作原理 注塑成型是一個循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件后又再閉模，進行下一個循環(huán)。注塑機操作項目包括控制鍵盤操作、電器控制系統(tǒng)操作和液壓系統(tǒng)操作三個方面。分別進行注射過程動作、加料動作、注射壓力、注射速度、頂出型式的選擇，料筒各段溫度的監(jiān)控，注射壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。　 注塑機的工作原理：與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程?！∫话懵輻U式注塑機的成型工藝過程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機筒內(nèi)，并通過螺桿的旋轉和機筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機器進行合模和注射座前移，接著向注射缸通人壓力油，使螺桿向前推進，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間和壓力保持（又稱保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品?！? 注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時，由于注射壓力很高，相應地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力，因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。 2.1.5 注塑機的特點 1. 立式及注塑機的特點 （1）注射裝置和鎖模裝置処于同一垂直中心線上，且模具是沿上下方向開閉。其占地面積只有臥式機的約一半，因此，換算成占地面積生產(chǎn)性約有二倍左右。 （2）容易實現(xiàn)嵌件成型。因為模具表面朝上，嵌件放入定位容易。采用下模板固定、上模板可動的機種，拉帶輸送裝置與機械手相組合的話，可容易地實現(xiàn)全自動嵌件成型。 　 （3）模具的重量由水平模板支承作上下開閉動作，不會發(fā)生類似臥式機的由于模具重力引起的前倒，使得模板無法開閉的現(xiàn)象。有利于持久性保持機械和模具的精度。 　 （4）通過簡單的機械手可取出各個塑件型腔，有利于精密成型。 　 （5）一般鎖模裝置周圍為開開放式，容易配置各類自動化裝置，適應于復雜、精巧產(chǎn)品的自動成型。 　 （6）拉帶輸輸送裝置容易實現(xiàn)串過模具中間安裝，便于實現(xiàn)成型自動生產(chǎn)。 　 （7）容易保證模具內(nèi)樹脂流動性及模具溫度分布的一致性。 　 （8）配備有旋轉臺面、移動臺面及傾斜臺面等形式，容易實現(xiàn)嵌件成型、模內(nèi)組合成型。 （9）小批量試生產(chǎn)時，模具構造簡單成本低，且便于卸裝。 2. 臥式注塑機的特點 （1）即是大型機由于機身低，對于安置的廠房無高度限制。 　 （2）產(chǎn)品可自動落下的場合，不需使用機械手可實現(xiàn)自動成型。 　 （3）由于機身低，供料方便，檢修容易。 　 （4）模具需通過吊車安裝。 （5）多臺并列排列下，成型品容易由輸送帶收集包裝。 3. 角式注塑機的特點 其注射注射螺桿的軸線與合模機構模板的運動軸線相互垂直排列，其優(yōu)缺點介于立式與臥式之間。因其注射方向和模具分型面在同一平面上，所以角式注塑機適用于開設側澆口的非對稱幾何形狀的模 具或成型中心不允許留有澆口痕跡的制品。 4. 多工位注射成型機的特點 其注射裝置與合模裝置有兩個或兩個以上的工作位置，也可把注射裝置與合模裝置進行多種排列。 2.1.6 操作時應注意的事項 1. 開機之前 （1）注塑機操作前，檢查電器控制箱內(nèi)是否有水、油進入，若電器受潮，切勿開機。應有維修人員將電器零件吹干后再開機。 　 （2）注塑機操作前，檢查供電電壓是否符合，一般不應超過±6%。 　 （3）檢查急停開關，前后安全門開關是否正常。驗證電動機與油泵的轉動方向是否一致。 　 （4）檢查各冷卻管道是否長途暢通，并對油冷卻器和機筒端部的冷卻水套通入冷卻水。 　 （5）注塑機操作前，檢查各活動部位是否有潤滑油，并加足潤滑油。 　 （6）打開電熱，對機筒各段進行加熱。當各段溫度達到要求時，再保溫一段時間，以使機器溫度趨于穩(wěn)定。保溫時間根據(jù)不同設備和塑料原料的要求而有所不同。 　 （7）在料斗內(nèi)加足足夠的塑料。根據(jù)注塑不同塑料的要求，有些原料最好先經(jīng)過干燥。 （8）要蓋好機筒上的隔熱罩，這樣可以節(jié)約電能，又可以延長電熱圈和電流接觸器的壽命。 2. 操作過程 （1）不要為貪圖方便，隨意取消安全門的作用。 　 （2）注意觀察壓力油的溫度，油溫不要超出規(guī)定的范圍。液壓油的理想工作溫度應保持在45-50℃之間，一般在35-60℃范圍內(nèi)比較合適。 （3）注意調(diào)整各行程開關，避免機器在動作時產(chǎn)生撞擊。 3. 工作結束 （1）注塑機操作完畢后，應將機筒內(nèi)的塑料清理干凈，預防剩料氧化或長期受熱分解。 　 （2）應將模具打開，使肘桿機構時間處于閉鎖狀態(tài)。 （3）車間必須備有起吊設備。裝拆模具時應十分小心，以確保生產(chǎn)安全。 2.2 注射裝置的設計要點 2.2.1 注射裝置的作用及要求 1. 注射裝置的作用： （1）塑化---均勻加熱和塑化物料，并進行準確的計量加料； （2）注射---在一定的壓力和速度下，把已塑化好的物料注入模腔內(nèi)； （3）保壓---為了保證制品表面平整，內(nèi)部密實，在注射完畢后，在一段時間內(nèi)仍需對模腔內(nèi)的物料保持一定壓力稱為保壓，以防止物料倒流。保壓過程的壓力一般在25～30MPa，有的可達實際注射壓力的60～80％。 2. 對注射裝置的要求： （1）塑化均勻---經(jīng)注射裝置塑化后的物料應有均勻的溫度和組分； （2）在許可范圍內(nèi)，盡量提高塑化能力與注射速度。 2.2.2 注射裝置分類 注射裝置在注射成型機的工作過程中的主要職能是將定量的塑料均勻的熔融塑化，并以一定的壓力和速度，將其注射到模腔內(nèi)，還可對模腔內(nèi)的熔料進行保壓。 注射裝置通常可分為柱塞式與螺桿式兩類，再細分則有螺桿擠出式、柱塞注射式、往復螺桿式和帶預塑螺桿的柱塞式等四種。 1. 螺桿擠出式：利用擠出機的螺桿擠出壓力往模腔直接注射。僅適用軟膠料和形狀簡單的制品。 2. 柱塞注射式：利用外熱塑化，柱塞注射。塑化能力差，不均勻，排氣差一般用在小型機臺上。其結構見圖2-1所示。 圖2-1 柱塞注射式示意圖 3. 往復螺桿式：螺桿旋轉塑化，往復注射。塑化能力強，混合均勻，排氣好。多用于中型和大型機臺。 4. 帶預塑螺桿的柱塞式：螺桿塑化，柱塞注射。塑化力強，質(zhì)量好， 注射壓力高，計量準確，多用于橡膠和高精度的成型注射。 2.2.3 注射裝置的組成和動作過程 下面簡要介紹柱塞式注射裝置和螺桿預塑式注射裝置的組成和動作過程。 1. 柱塞式注射裝置 柱塞式注射裝置由定量加料裝置、塑化部件、注射油缸、注射座移動油缸等組成。 （1）加入料斗中的顆粒料 ，經(jīng)過定量加料裝置，使每次注射所需的一定數(shù)量的塑料落入料室； （2）當注射油缸活塞推動柱塞前進時，將加料室中的塑料推向料筒前端熔融塑化。 （3）熔融塑料在柱塞向前移動時，經(jīng)過噴嘴注入模具型腔。 （4）根據(jù)需要，注射座移動油缸可以驅動注射座做往復移動，使噴嘴與模具接觸和分離。 2. 螺桿式注射裝置 這是目前應用最廣泛的一種形式。它由塑化部件、料斗、螺桿傳動裝置、注射油缸、注射座以及注射座移動油缸等組成。 螺桿式注射裝置的結構特點及有關動作介紹如下。 （1）結構特點： 螺桿同時具有塑化和注射兩個功能，即回轉塑化、往復注射。設計時要加以特殊考慮。 （2）塑化特點： 螺桿在塑化時伴隨著軸向位移，使熔料溫度形成軸向溫差較大，且難以克服。 圖2-2 柱塞注射機注射裝置示意圖 1-噴嘴 2-加熱器 3-分流梭 4-計量裝置 5 –料斗6-柱塞 7-注射油缸8-活塞 圖2-3 螺桿式注射機注射裝置示意圖 1-螺桿2-機筒3-料斗4-注射油缸5-液壓馬達6-移模油缸 7-導柱 3. 螺桿式注射機與柱塞式注射機相比的優(yōu)點 （1）塑化能力大。可應用于大型高速注射機。 （2）塑化速率快、均化好?？梢詳U大注射成型加工塑料的范圍；目前絕大多數(shù)的熱塑性塑料都可用來注射成型。 此外，還可直接進行染色和粉狀塑料的加工； （3）注射時壓力損失小。在工藝上可以用較低的塑化溫度和注射壓力.TTI-95G型注射機采用螺桿式塑化方式。 2.2.4 螺桿式主要塑化部件 1. 螺桿式主要塑化部件包括螺桿、螺桿頭、料筒、注射噴嘴等。 圖2-4 注射機塑化部件示意圖 1-噴嘴2-螺桿頭3-止逆環(huán)4-墊圈 5-料筒6-螺桿7-加熱圈8-冷卻水圈 2. 螺桿式塑化部件的工作過程 a、與擠出機相同之處 螺桿由料斗中攫取物料后，在螺桿的旋轉下，物料沿著螺桿向前輸送，在輸送過程中，物料在外熱和物料各層之間剪切熱的作用下，由固態(tài)轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)。 b、與擠出機不同之處 (a)擠出過程是相對穩(wěn)定的、連續(xù)的過程。 這是由于擠出機螺桿較長。固體床破碎很遲，從而維持了相對穩(wěn)定的熔融狀態(tài)，在整個螺桿長度上，熔融過程實際上是可控的。 (b)注射過程是一個非穩(wěn)定熔融的間歇過程。 在注射機中，螺桿時轉時停，邊旋轉邊后退（因而使螺桿的實際工作長度逐漸縮短），故不能象熔融理論所揭示的那樣維持穩(wěn)定的熔融過程。 當螺桿停止轉動時，熔膜增厚，而固體床則相應減薄，而且當注射時螺槽中要產(chǎn)生強烈的橫流和反流，強烈的橫流會把固體床從螺棱的背面推向推力面。 這些因素促使了固體床更早解體，因而注射機中物料的熔融過程是一個比擠出機更為復雜的過程。 3. 螺桿 注射螺桿的型式也有漸變螺桿、突變螺桿兩大類。 注射機中還使用一種通用螺桿。因為在注射成型中，經(jīng)常更換塑料品種，拆螺桿比較頻繁，既花勞力又影響生產(chǎn)，故有時雖備有多根螺桿，但一般情況下不予更換，而用調(diào)整工藝條件（溫度、螺桿轉數(shù)、背壓）來滿足不同物料的要求。 通用螺桿的特點是壓縮段長度介于漸變螺桿、突變螺桿之間，約(2~3)D，以適應結晶性和非結晶性塑料加工需要。雖然螺桿的適應性擴大了，但其塑化效率低，單耗大，使用性能比不上專用螺桿。 （1）螺桿的直徑與行程 螺桿的直徑應從保證注射量和塑化能力這兩個方面來確定。 一次最大注射量是根據(jù)螺桿的直徑與最大行程決定的。直徑與行程之間有一定的比例關系。 行程過長會使螺桿的有效長度縮短太多，影響塑化均勻性。行程過短也不好，為保持一定的注射量就得增加螺桿的直徑，也要相應增大注射油缸的直徑。 一般螺桿的行程與直徑之比R=2～4，常取3左右。注射量小或長徑比小的螺桿其R較小，即螺桿直徑較大，以增加強度和剛度。 （2）螺距、螺棱寬、徑向間隙 注射螺桿一般具有恒定的螺距，且螺距與螺桿直徑相等，這時螺旋角等于17o40' 螺桿棱頂?shù)膶挾纫话銥橹睆降?0%。 螺桿與料筒的間隙是一個重要參量。間隙過大，將會使塑化能力下降，注射時回流增加，過小，又會增加機械制造的困難和螺桿功率的消耗。根據(jù)實際情況，一般為（0.002~0.005）D。 （3）螺桿的長徑比 注射機螺桿的長徑比（L／D）一般比擠出機螺桿短。這是因為注射機螺桿僅作預塑之用，塑化時出料的穩(wěn)定性對制品質(zhì)量的影響很小，并且塑化所經(jīng)歷的時間比擠出機長，而且噴嘴對物料還起到塑化作用，故 L/D有必要象擠出機那樣大。 注射機螺桿的長徑比過去多為 15~18，現(xiàn)在加長到 20。L／D加 大后，塑化效果好，溫度均勻，混煉效果好。但從制造角度看，希望效果好而短的螺桿，因為短的螺桿制造容易，也可以縮短注射機的機身，減輕注射機重量，清理螺桿也方便。 （4）螺槽深度和壓縮比 注射機螺桿計量段的螺槽深度h3是螺桿的重要參數(shù)之一。一般比擠出機螺桿深15~20%，約為（0.04~0.07）D（小直徑取大值）。 注射機螺桿的壓縮比一般比擠出機螺桿為小。可以通過調(diào)節(jié)背壓來調(diào)節(jié)注射螺桿的塑化情況，但螺桿壓縮比不同，其調(diào)整背壓的效果是不一樣的，即小壓縮比的螺桿，調(diào)整背壓，物料塑化溫度的變化明顯，故小的壓縮比可以提高適應性。 注射螺桿的壓縮比：對結晶性塑料一般取3.0～3.5；對粘度高的塑料，可取1.4~2，通用型螺桿可取2~2.8。 4. 螺桿頭 注射螺桿頭和擠出螺桿頭不一樣。擠出螺桿頭多為圓頭或錐頭，而注射螺桿頭多為尖頭。有的設計成特殊結構。這是為了減少注射時物料流動的阻力。特別當加工PVC等熱敏性、高粘度的物料時，經(jīng)常發(fā)生螺桿頭處排料不干凈而造成的滯料分解現(xiàn)象，因此注射螺桿用的螺桿頭多為尖頭。 下面介紹幾種使用效果較好的螺桿頭。 （1）錐形螺桿頭： 下圖所示為錐形螺桿頭的結構形式。其錐角一般為20~30o， 一種為光滑圓錐頭，另一種在錐形處加工出螺紋。這兩種螺桿頭結構簡單，能消除滯料分解現(xiàn)象，適于高粘度、熱敏性材料如硬聚氯乙烯等的加工.。 （2）止回螺桿頭： 對于中等粘度和低粘度的塑料，為了傷止注射時熔料沿螺紋槽回流，提高注射效率，通常需要帶有止回環(huán)的螺桿頭 止回環(huán)與料筒之間應選取適當?shù)呐浜稀－h(huán)與料筒間的間隙越小，料筒將產(chǎn)生過度磨損，增大螺桿退回的阻力；間隙過大，不僅漏流嚴重，還對物料產(chǎn)生高剪切作用，使塑料過熱分解。該間隙一般為0.l~0.2毫米。止回環(huán)的寬度一般為環(huán)徑的60~80%。 圖 2-5 錐形螺桿頭結構示意圖 圖 2-6 止回螺桿頭結構示意圖 5. 新型注射螺桿 為增加混煉、塑化效果，象新型擠出螺桿那樣，新型注射螺桿也多是在常規(guī)注射螺桿的計量段增設一些混煉剪切元件。 在注射螺桿上采用的混煉剪切元件，常見的有屏障型、銷釘型等。自然，將這些混煉剪切元件應用到注射螺桿上時應考慮到注射過程、注射機與擠出機過程、擠出螺桿的不同之處，不能照搬。 6. 螺桿材料及強度校核 注射螺桿在比較惡劣的條件下工作，它不僅承受預塑時的扭矩，而且經(jīng)受帶負荷的頻繁啟動，以及承受注射時的高壓。 注射螺桿受到的腐蝕和磨損（特別是加工玻璃纖維增強塑料）也是相當嚴重的。在小直徑螺桿中，也常有因疲勞而發(fā)生斷裂破壞的現(xiàn) 象發(fā)生，這就要求選用高強度耐磨耐腐蝕的材料，和擠出螺桿差不多，大都用氮化鋼或其它合金鋼。 注射螺桿的強度計算可按擠出螺桿所用的方法進行。如果必要，可增加注射時壓縮應力的校核。 7. 料筒及其加熱 （1）料筒材料 注射機的料筒是塑化部件的另一個重要零件。其結構型式大多采用整體式。由于要求其耐溫、耐壓、耐磨及耐腐蝕，因此常采用含鉻、鉬、鋁的特殊合金鋼制造，經(jīng)氮化處理（氮化層深約0.5毫米），表面硬度較高。常用的氮化鋼為38CrMoAL。注射機料筒也可以不用氮化鋼，而用碳鋼，內(nèi)層澆鑄Xaloy合金襯里。 料筒設計考慮的問題有：塑料的加人與輸送、加熱與冷卻、強度等。 （2）料筒加料口的斷面形狀 注射機大多采用自重加料。加料口的形狀應盡可能增強對塑料的輸送能力。加料口的形式有對稱和偏置兩種（國產(chǎn)注射機常用偏置加料口）。 （3）料筒的壁厚 注射機料筒壁厚的確定及其強度驗算可參照擠出機料筒進行。 （4）料筒的加熱 注射機料筒多采用電阻加熱。國產(chǎn)注射機普遍采用電熱圈。為了提高加熱效率和升溫速度，有的在電熱圈上涂上遠紅外加熱劑和增加保溫層。 通常用熱電偶或熱電阻對料筒溫度進行分段控制，分段多少視料筒長短而定。一般為2~6段。每段長約（3~5）D，D為螺桿直徑。 一般料筒和螺桿無需加冷卻裝置，而靠自然冷卻，但為了能順利進料在料斗座處需進行冷卻。 料筒加熱功率的確定，除了要滿足塑料塑化所需要的功率以外，還要保證有足夠快的升溫速度。 8. 傳動裝置 注射機螺桿傳動裝置是為提供螺桿預塑時所需要的扭矩與速度而設置的。 與擠出機的傳動裝置相比，注射機的螺桿傳動裝置有如下特點 a. 螺桿的“預塑”是間歇式工作，因此啟動頻繁并帶有負載； b. 螺桿轉動時為塑化供料，與制品的成型無直接聯(lián)系，塑料的塑化狀況可以通過背壓等進行調(diào)節(jié)，因而對螺桿轉數(shù)調(diào)整的要求并不十分嚴格； c. 由于傳動裝置放在注射架上，工作時隨著注射架作往復移動，故傳動裝置要求簡單. （1）螺桿傳動的形式 根據(jù)注射機螺桿傳動的特點和要求，出現(xiàn)了各種螺桿傳動形式。 若按實現(xiàn)螺桿變速的方式分類，可分為無級調(diào)速和有級調(diào)速兩大類。 無級調(diào)速，主要有液壓馬達和調(diào)速電機（經(jīng)或不經(jīng)齒輪箱）傳動； 有級調(diào)速，主要有定速電動機經(jīng)變速齒輪箱傳動。實際上，現(xiàn)在最常用的是低速大扭矩油馬達傳動和定速電動機--變速齒輪箱傳動。 a. 低速大扭矩油馬達傳動 這種傳動方式省去了齒輪箱，結構非常簡單，可以實現(xiàn)螺桿轉數(shù)的無級調(diào)節(jié)。 根據(jù)注射螺桿傳動的要求，使用液壓馬達是比較理想的。這是因為：液壓馬達的傳動特性軟，啟動慣性小，可以對螺桿起保護作用；由于它的體積比同規(guī)格的電機小得多，整個傳動裝置容易滿足體積小、重量輕、結構簡單的要求，尤其是采用低速大扭矩馬達直接驅動螺桿的傳動方案，結構就更簡單了；由于大部分注射機均采用液壓傳動，當螺桿預塑時，機器正處冷卻定段，油泵這時為無負載狀態(tài)，故用液壓馬達可方便地取得動力來源；液壓馬達可在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)螺桿轉數(shù)的無級調(diào)節(jié)等。正是由于這些優(yōu)點，新設計的注射機越來越多地采用液壓馬達傳動。但是液壓馬達傳動系統(tǒng)維修比較復雜，效率較低。 b. 定速電動機--變速齒輪箱傳動 它只能實現(xiàn)有級的變速，但因為注射螺桿對速度調(diào)節(jié)的要求不十分嚴，而且這類傳動易于維護、壽命長，制造比較簡單，效率高，起動力矩大，成本較低，故過去應用較普遍。這種傳動方式，由于其傳動特性比較硬，應設置螺桿保護環(huán)節(jié)。另外還要克服電動機頻繁起動影響電動機使用壽命這一缺點。當然，這種傳動方式調(diào)速范圍小，且 是有級的，結構比較笨重。噪音也較大。 （2）螺桿轉數(shù) 為了適應多種塑料的塑化要求和平衡注射成型循環(huán)周期中預塑工序的時間，經(jīng)常需要對螺桿的轉數(shù)進行調(diào)節(jié)，這就需要螺桿具有一定的轉數(shù)范圍。 螺桿的轉數(shù)范圍，根據(jù)使用情況確定。對熱敏性塑料或高粘度塑料，螺桿的最高線速度在 15~20米／分以下，對一般塑料，螺桿的最高線速度為30~45米／分。目前螺桿轉速向提高的方向發(fā)展，有的注射機的螺桿線速度提高到48~60米／分。在有級調(diào)速裝置中，螺桿一般具有3~4級速度。多至6~8級速度。 （3）螺桿驅動功率 注射螺桿塑化時的功率—轉數(shù)（N—n）特性線與擠出機螺桿類似，基本呈線性關系，可近似看作恒扭矩傳動。目前注射螺桿的驅動功率尚無成熟的計算方法，一般參照擠出螺桿驅動功率的確定方法結合實際使用情況來確定。經(jīng)實驗和統(tǒng)計，注射螺桿的驅動功率一般要比同規(guī)格的擠出螺桿小些，這是因為注射螺桿在預塑時，塑料在料筒內(nèi)已經(jīng)過一定時間的加熱，其次是螺桿的結構參數(shù)上也有區(qū)別。 （4）加料計量裝置 根據(jù)注射要求，每次從料斗進入加料室的塑料，應該與每次從加熱料筒中注射到模腔內(nèi)的塑料數(shù)量相等，這樣才能控制塑料在料筒內(nèi)的加熱時間，即塑化時間，防止塑化室內(nèi)粒料區(qū)的變動，使工藝過程穩(wěn)定。 目前使用的方法，有容積定量和重量定量兩種。 容積加料用體積計量； 重量加料是按重量計量的一種方法，由于裝置復雜，應用較少。 目前最通用的是容積加料方法。 2.3 本章小結 本章主要介紹注射機的分類和一些關于注射機注射裝置的設計要點為后續(xù)設計方案的確定和計算打下理論基礎，起到一個鋪墊的作用。 第3章 TTI-95G型注射機注射裝置設計方案 3.1 注射機注射裝置基本參數(shù)的確定 圖3-1 TTI-95G型注射機實體照片 注射機注射裝置的主要基本參數(shù)有： TTI-95主要技術參數(shù)：螺桿直徑，理論注射量，注射壓力，注射速率，螺桿行程，長徑比，整體移動距離。 1. 注射量 注射量是指機器在對空注射條件下，注射螺桿（或柱塞）作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。它是機器的重要參數(shù)之一。在一定程度上反映了機器加工制品能力的大小，標志著機器所能生產(chǎn)的塑料制品的最大重量。因此它可作為機器規(guī)格的主參數(shù)。我國目前對機器注射量曾規(guī)定有：30、60、125、250、350、500、630、1000、2000、3000、4000、6300、8000、12000、160000、24000、32000、48000、64000厘米3等規(guī)格。應用最多的是60～1000克的中小型機，約占注射成型機器的70％左右。 V=π/4 D2Si=3.14/4×（3.5）2=163cm3 (3-1) 式中 Ｖｃ-理論注射容積 （cm3） 　　　 Ｄｓ-螺桿直徑　　?。╟m） 　　　 Ｓ-螺桿注射行程 （cm） 2. 注射壓力 注射時為了克服熔料流經(jīng)噴咀、澆道和模腔等處的阻力，螺桿或柱塞對物料施加足夠的壓力，此壓力稱之為注射壓力。該壓力還直接影響制品質(zhì)量，對制品的尺寸精度和制品存在的應力都有影響。這就要求注射壓力不僅足夠，而且還要穩(wěn)定與可控。影響注射壓力的主要因素有三個： （1）影響流動性能的因素，如：樹脂的熔融指數(shù)、塑化及模具的溫度、還有注射速度等； （2）模具流道與制品形狀和尺寸，即影響流動阻力的因素； 根據(jù)目前對注射壓力的使用情況，可作如下分類： 1）加工流動性好的塑料，形狀簡單的厚壁制品，注射壓力為≤70； 2）加工塑料的粘度較低，制品形狀一般，對精度有一般要求的制品，注射壓力為70～100； 3）加工具有高、中粘度的塑料，如該性聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS等，制品形狀一般，但有一定精度要求的，注射壓力約為100～140； 4）加工較高粘度（PMMA、聚苯醚、聚砜等），薄壁長流程，制品壁厚不均勻和精度要求嚴格的制品，注射壓力在140～180；對于加工優(yōu)質(zhì)精密制品，可達到230～250。 表3-1 加工某些塑料時的注射壓力范圍 單位：巴 塑料 加工條件 易流動的厚壁制品 中等流動程度一般制品 難流動薄壁窄澆口制品 ABS 800～1100 1000～1300 1300～1500 POM 850～1000 1000～1200 1200～1500 PE 700～1000 1000～1200 1200～1500 PA 900～1100 1100～1400 >1400～ PC 1000～1200 1200～1500 >1500 PMMA 1000～1200 1200～1500 >1500～ PS 800～1000 1000～1200 1200～1500 UPVC 1000～1200 1200～1500 >1500～ 熱固性塑料 1000～1400 1400～1750 1750～2300 彈性體 800～1000 1000～1200 1200～1500 注射壓力是指螺桿端面處作用于塑料單位面積上的力，注射壓力與注射油缸里的工作油壓力之間的關系應為： p= (D0/Ds)2 ×P0=(85/35) 2×270=1590Bar (3-2) 1590Bar=159MPa 式中 P-注射壓力（Bar） D0-液壓油缸內(nèi)徑（cm） Ds-螺桿直徑(cm) 3. 注射速度 為了獲得密度均勻和高精度制品，必須在短時間內(nèi)把熔料充滿模腔，進行快速充模。用來表示熔料充?？炻匦缘膮?shù)，除注射速度外，還有注射速率和注射時間。三者之間的關系可用下面各式表達： q=Vρ/t= 163×0.95/60=91cm3/s (3-3) 式中 Ρ-塑料密度 （g/s） T-注射時間 （s） 表3-2 通用注射機注射量和注射時間的關系 注射量（克） 注射時間（秒） 注射量（克） 注射時間（秒） 50 0.8 2000 2.25 100 1 4000 3.0 250 1.25 6000 3.75 500 1.5 10000 5.0 1000 1.75 4. 注射功率 注射功率作為表示機器注射能力大小的一項指標 Ni=Pi×Vi=9.81×10-5×91×1590=14.19KW (3-4) 式中 Ni-注射功率（KW） Pi-注射總力（Bar） Vi-注射速度（cm/s） 油泵電動機的功率大約是注射功率的75～85%。 3.2 螺桿、機筒、噴咀具體參數(shù)的確定 本設計采用往復螺桿式注射機螺桿設計 注射機螺桿按結構形式可分為：漸變型、突變型和通用型三種，見圖3-2。 漸變型 突變型 通用型 圖3-2 注射機螺桿的結構型式 表3-3 桿的分段長度 螺桿類型 加料段L1 壓縮段L2 均化段L3 漸變型 （25～30）% 50% （25～20）% 突變型 （65～70）% （15～5）% （20～30）% 通用型 （45～50）% （35～20）% （20～30）% 本設計螺桿采用突變型螺桿，因此各段長度的確定都按照突變型螺桿的標準。 1. 螺桿的主要技術參數(shù)計算： （1）螺桿直徑D D=(4V/παΚ) 1/3=（4×163/3.14×0.8×4.85）1/3=3.5cm (3-5) 式中：V-理論注射量（cm3） a- 注射系數(shù)，據(jù)樹脂類型和螺桿結構而定，a=0.75-0.9加工PE,止逆型螺桿時常取0.8. （2）螺桿行程S S=KD=4.85×35=170mm (3-6) 式中：D-螺桿直徑（mm） K-取4.85 （3）塑化能力Q Q=βD3n=0.007×3.53×3=0.9 g/s (3-7) 式中：β—與物料有關的系數(shù)（0.003~0.007） β=0.007 n---螺桿轉速 （r/s） （4）螺桿轉速n n=u/πD=20/3.14×0.035=180 r/min （3-8） 式中：u—物料允許螺桿的最大線速度 (m/min) u=20 D—螺桿直徑 （m） （5）螺桿的長徑比L/D 長徑比為20 （6）螺桿槽深 a. 均化段槽深H3 均化段槽深影響螺桿預塑時的回流和剪切效果，也就是說影響到塑化能力和塑化質(zhì)量。一般按經(jīng)驗公式確定： H3 =（0.03~0.07）D = 0.06D =0.06×3.5=0.21 cm （3-9） 對大直徑桿（大于90mm）的可取小值，槽深不宜大于6mm b. 加料段槽深 H1：它直接影響壓縮比ε與螺桿的強度。 其中 ε=3 H1= εH3 = 3×0.21=0.63 cm （3-10） ε---物料壓縮比，見表4 表3-4 注射用的壓縮比 樹脂代號或名稱 ε 較低粘度塑料如：PP、PE、PA、GPPS等 3.0~3.5 較高粘度塑料如：UPVC、ABS、HIPS、AS、POM、PC、PMMA等 1.4~2.5 其它參數(shù)與擠出機相同。 （7）螺桿頭設計 螺桿頭的結構形式較多，在這里我們只介紹較為常用的帶普通止逆環(huán)的螺桿頭，如圖所示的符號，各部尺寸按下述選取： a. 圓錐角 α=30~60°；對較高粘度的取小值 ；對中、低粘度的取較大值。α=50° b. 止逆環(huán)寬：它應保證運動時的導向性。 b=(0.6~0.8)D=0.6×3.5=2.1 cm (3-11) c. 止逆環(huán)啟閉位移量 S = (0.1~0.15)D=0.1×3.5=0.35 cm (3-12) d. 止逆環(huán)外徑和機筒的配合精度：D H9/f8 圖3-3 螺桿頭裝配圖 1-前料筒； 2-止逆環(huán)； 3-料筒 （8）螺桿強度計算 已知螺桿直徑為35mm,H1=6.3mm,H3=2.1mm ,螺距為35 mm ,螺棱寬為3.5 mm ,注射壓力為159MPa,螺桿驅動功率N=4 .5KW，螺桿的最高轉速為 n = 180r/min 傳動部件的總效率η=0.92 ，注射油缸直徑D0= 180 mm 校枋該螺桿的強度。 (1)求螺桿的扭應力： τ = Mt/Ws=97360N. η/0.2d13n = 97360×43.5×0.92/0.2×2.18×180= 940kg/cm2 (3-13) (2)求螺桿的壓應力： σc=(D0/d1)2P0=(3.5/2.7)2×10=28.9kg/cm2 (3-14) (3)求螺桿加料段處的合成應力： σr ==(28.92+4×9412) 1/2 = 941 kg/cm2 (3-15) 螺桿材料為38CrMoAl , 其許用應力為： [σ]= σy/n = 8500/3 = 2830 kg/cm2 σr< [σ] 故螺桿安全 螺桿頭與螺桿均采用左旋螺紋連接，配合精度代號為h6 （9）塑化能力校核 若取螺桿轉速ｎ＝180ｒ／ｍｉｎ；計量段槽深ｈ３＝2．1ｍｍ；螺距與桿徑相等＝35ｍｍ（此時螺旋升角為１７o４２′）；ｐｓ塑化溫度200℃時，ρ＝0.95ｇ／ｃｍ3；效率η＝0.9；代入下式： G= =0.5×3.14２×3.5２×180×0.17×0.304×0.953=34.15kg/h (3-16) 螺桿材料多為38CrMoAlA,表面硬度HRC65~70，氮化層深可達0.8mm, 表面粗糙度低于Ra0.8～0.4。 2. 機筒設計 機筒采用整體式結構，如圖3-4，它包括有筒體、噴咀連接體和噴咀。 圖3-4 整體式機筒簡體結構示意圖 （1）機筒壁厚 δ=（K-1）Db/2=(2.4-1）3.5/2=2.45 cm (3-17) 式中：K=D0/Db ,K=2~2.5 ,對于大直徑取小值 K=2.4 D0---機筒 外徑 （cm） D0 =8.5 cm Db---機筒內(nèi)徑 （cm） Db =3.5 cm （2）機筒強度校核 當K= D0/Db≥1.1時，即可按厚壁筒計算中的能量理論校核其強度。 K=2.4 σ= 1.732piK2/（K2-1） =1.73×159×2.42/（2.