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1、摘 要 本文中心内容是注射机的设计问题，注射成型机是塑料机械的一种，是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。根据功能不同可分为注射系统、合模系统、液压传动系统和电器控制系统。生产过程中工艺的调节是提高制品质量和产量的必要途径。由于注塑周期本身很短，如果工艺条件掌握不好,废品就会源源不绝。结合注射成型工艺过程的注意事项，又有注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、开合模速度及开合模部分基本尺寸等系列参数要按标准设计。将各部分自身特点和要求与注射成型过程要求相结合，按照行业标准，进而设计出规定参数，整合成一台符合规格的注射成型机。关键词：注射成型 注射机
2、 设计目 录第一章 注射机简介. 1.1 注射成型机简述. 1.2 注射成型过程介绍.第二章 注射成型机组成模块设计. 2.1 注射机模块分类及设计. 2.1.1注射系统设计. . 2.1.2合模系统设计. 2.1.3液压传动系统和电气控制系统设计. 2.2 注射成型机硬件综合分析.第三章 注射基本参数设计. 3.1 注射参数概述. 3.2 注射参数设计. 3.2.1注射量. 3.2.2注射压力. 3.2.3注射速率. 3.2.4塑化能力. 3.2.5锁模力. 3.2.6合模速度和开模速度. 3.2.7合模部分基本尺寸. 3.2.8空循环时间.3.3 总结.参考文献.致谢.注射成型机设计一、
3、注射机简介1.1注射成型机简述注射成型机是塑料机械的一种，简称注射机或注塑机，是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注射成型是通过注塑机和模具来实现的。要想合理地设计一台功能和应用都符合要求的注射机，首先必须了解注射机的重要模块组成，以及每个模块的功能和特点。 随着注射成型技术的广泛应用与发展，注射成型机的类型很多，其中最有代表性，应用最广泛的是通用型注射成型机。其基本功能有两个（1）加热塑料，使其达到熔化状态（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。 通用型注射成型机是用于加工热塑性塑料的普通单阶式、单工位的注射成型机。最常用的注射机有两种，即
4、柱塞注射成型机和螺杆注射成型机，二者的主要区别在于注射原理上，其原理分别如图1、图2。图1-1 柱塞式注射机注射原理示意图图1-2 螺杆式注射机注射原理示意图1.2注射成型过程介绍注射成型机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 注射成型机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压
5、力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。 一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品（保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料，以及保证制品具有一定的密度和尺寸公差）。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成
6、型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在2045MPa之间），因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。 对塑料制品的评价主要有三个方面，第一是外观质量，包括完整性、颜色、光泽等；第二是尺寸和相对位置间的准确性；第三是与用途相应的物理性能、化学性能、电性能等。这些质量要求又根据制品使用场合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的设计、制造精度和磨损程度等方面。但事实上，塑料加工厂的技术人员往往苦于面对用工艺手段来弥补模具缺陷带来的问题而成效不大的困难局面。 生产过程中工艺的调
7、节是提高制品质量和产量的必要途径。由于注塑周期本身很短，如果工艺条件掌握不好,废品就会源源不绝。在调整工艺时最好一次只改变一个条件，多观察几回，如果压力、温度、时间统统一起调的话，很易造成混乱和误解，出了问题也不知道是何道理。调整工艺的措施、手段是多方面的。例如：解决制品注不满的问题就有十多个可能的解决途径，要选择出解决问题症结的一、二个主要方案，才能真正解决问题。此外，还应注意解决方案中的辨证关系。比如：制品出现了凹陷，有时要提高料温，有时要降低料温；有时要增加料量，有时要减少料量。要承认逆向措施的解决问题的可行性。 二、 注射成型机组成模块设计2.1注射机模块分类及设计 一台通用型注射成型
8、机由注射系统、合模系统、液压传动系统与电器控制系统组成。如下图示例：图2-1 通用注射机模块组成示意图1. 合模系统 2.注射系统 3.电气控制系统 4.液压传动系统2. 1.1注射系统设计注射机注射系统要将塑料均匀地加热熔融、塑化后，在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆或柱塞的推挤注射入模。该系统关乎注射产品成型质量好坏，所以对其的要求是塑化性能好，而且能够提供足够的注射压力和速度。其主要组成部分包括： 塑化件：螺杆（柱塞和分流梳）、机筒、喷嘴； 加料装置（料斗）； 计量装置； 螺杆的驱动装置； 注射油缸； 注射座 图2-2 XSZY-125A注射装置 1一喷嘴 2、4一料筒 3一螺杆 5一
9、料斗 6一齿轮变速箱 7一电动 8、9、l3一螺钉 10一注射油缸 11一压板 2一注射座整体移动油缸 14一注射座2.1.2合模系统设计合模系统要保证成型模具可靠地闭合和实现模具启闭动作的流畅性，这就要求系统要有足够的锁模力。由固定模板，移动模板、合模油缸、顶出装置、调模装置、安全门等部件组成。图2-3 单缸直压式合模系统1. 合模液压缸 2.拉杆 3.移动模板 4.模具 5.定模板 6.拉杆螺母2.1.3液压传动系统和电气控制系统设计液压传动系统和电器控制系统要保证注射成型机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度）和动作程序准确无误地进行工作。该部分通过人机对话指令按设定的程序加热塑化塑料
10、，提供合理的合模开模压力，带动柱塞按设定速度推进或者螺杆合理旋转前进，在注射成型过程中也起着至关重要的作用。2.2注射成型机硬件综合分析 单一地针对注射机每个系统进行功用设计还是不够的，还必须熟悉注射成型机的整个工作过程，只有将各系统紧密合理地配合起来，并能顺利地完成塑料产品的注射工作，才能够真正设计出一台合理的注射成型机。注射成型机的成型周期般从模具开始闭合时起。模具首先以低压快速进行闭合，当动模与定模快要接近时，合模机构的动力系统自动切换成低压(即试合模压力)、低速，在确认模内无异物存在且嵌件没有松动时，再切换成高压而将模具锁紧。在确认模具达到所要求的锁紧程度后，注射座前移，使喷嘴和模具流
11、道口贴合，继而就可向注射油缸充入压力油，于是与油缸活塞杆相接的螺杆，则以要求的高压高速将头部的熔料注入模具型腔中。此时螺杆头部作用于熔料上的压力即为注射压力(一次压力)。当熔料充满模腔后，螺杆仍对熔料保持一定的压力，以防止模腔中熔料的反流，并向模腔内补充因低温模具的冷却作用而使熔料收缩所需要的物料，从而保证制品的致密性、一定的尺寸精度、良好的力学性能。此时螺杆作用于熔料上的压力称之为保压压力(二次压力)，在保压时螺杆因补缩而有少量的前移。当保压进行到模腔内的熔料失去从浇口回流的可能性时(即浇口凝封)，即可卸压，制品在模腔内继续冷却定型。与此同时，螺杆在螺杆传动装置的驱动下转动，从料斗落入料筒中
12、的塑料随着螺杆的转动沿着螺杆向前输送。在这一输送过程中物料被逐渐压实，在机筒外加热和螺杆摩擦热的作用下，物料逐渐熔融塑化最后呈粘流态，并建立起一定的压力。由于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆在转动的同时又发生后退，螺杆在塑化时的后移量。即表示了螺杆头部所积累的熔料体积量。当螺杆回退到计量值时，螺杆即停止转动，准备下一次注射。制品冷却与螺杆塑化在时间上通常是重叠的，这是为了缩短成型周期。在一般情况下，要求螺杆塑化计量时间要少于制品冷却时间。螺杆塑化计量结束后，为使喷嘴不致于长时间和冷的模具接触而形成冷料等缘故，有些塑料品种需要将喷嘴撤离模具，即注射装置后退(根据物料可选择)。模腔内的制品经冷却定型
13、后，合模机构即开模，在顶出装置作用下顶出制品。图2-4 注射机工作过程循环图三、 注射基本参数设计3.1注射参数概述注射机的硬件即组成模块设计之后，就要进行软件即基本参数的设计了。注射机的规格性能通常用一些参数加以表示。其主要参数有注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、移模速度、合模装置的结构尺寸、空循环时间等。这些参数是模具设计和注射机选用时的依据。其中注射量和锁模力的大小反映了注射机加工能力的大小，通常用来表示注射机的规格型号。表3-1 注射基本参数3.2注射参数设计3.2.1注射量注射量指注射机的螺杆或柱塞作一次最大行程对空注射时所能达到的注射量。它有两种表示方法，一种是以熔料的
14、容积表示，单位为cm3，与原料的密度无关，比较方便，国产注射机多用此方法表示；另一种是以聚苯乙烯熔料的质量表示，单位为g，以便于比较。注射量是表明注射机生产塑料制品能力的重要标志，所以常用来表示注射机的规格。3.2.2注射压力注射压力指螺杆或柱塞施加于料筒中熔料上单位面积的力。它用来克服熔料从料筒流经喷嘴、浇道和充满模腔时的流动阻力，使制品具有一定的致密度。注射压力的选择很重要，它不仅是熔料充模的必要条件，同时也直接影响到制品的成型质量。注射压力过高则导致制品可能产生飞边和脱模困难，制品内应力大，脱模后易变形。注射压力过低则熔料不易充满模腔。注射压力的选择应综合考虑塑料的性能、制品的形状、壁厚
15、和精度要求、浇注系统和模具结构等因素，通常凭经验进行粗选，再依据生产情况进行调整修正。通常流动性好，形状简单的厚壁制品，注射压力为7080MPa；粘度较低，形状一般，精度一般，注射压力为100120MPa；高、中等粘度，形状较为复杂，精度有一定要求，注射压力约140170MPa；较高的粘度，薄壁长流程，壁厚不均，精度要求严格的制品，注射压力大约在180220MPa范围内。优质精密微型制品，注射压力有用到250360MPa，个别有用到400MPa以上。3.2.3注射速率注射速率即单位时间内注射出熔料的容积。为了将熔料及时充满模腔，得到密度均匀和高精度的制品，必须在短时间内把熔料快速充满模腔。用来
16、表示熔料充模快慢特性的参数有注射速率、注射速度和注射时间。注射速率小，则熔料充模慢，制品易产生熔接痕、密度不均、内应力大等缺陷，制品表面质量降低。相反，注射速率大，成型温度塑料过热分解减少，成型周期缩短，能耗降低。但注射速率过高， 熔料易形成喷射状态，浇口易摩擦过热分解，排气困难，制品表面质量下降。因此，对注射速度的要求，不仅速度要高，而且要能实现注射过程的分级注射控制，以满足不同树脂和制品的加工要求。目前注射机所采用的注射速度范围，一般在812cm/s，高速注射大约为15 20cm/s 。近年来注射速度有不断提高的趋势，特别是在低发泡沫塑料制品成型和精密塑料制品成型时，高的注射速度是获得优质
17、制品的先决条件。精密注射用注射机，为达到高的注射速度，液压系统能力有限，往往增设液压蓄能器来加大注射速度。表2为注射机注射量与注射时间的对应关系，仅供参考。表3-2 注射量与注射时间的对应关系3.2.4塑化能力塑化能力（塑化效率或塑化容量）即单位时间内注射装置所能塑化的塑料量（ kg/h ）。它受螺杆直径、螺杆长径比、螺杆转速等因素的影响，螺杆的塑化能力应该在规定的时间内，保证提供足够量的塑化均匀的熔料。塑化能力、注射量、成型周期三者的关系为： 式中 Q塑化能力，单位为（/h）； G注射量（聚本乙烯），（g）； t成型周期，单位为（s）。在生产中为保证塑料既能达到完全塑化状态，又能充满模腔，选
18、定注射能力和注射量均应比实际需要量大20左右。3.2.5锁模力锁模力指注射机合模装置对模具所能施加的最大夹紧力。熔料是在高压下注射入模腔的，虽然在流经喷嘴、模具的浇道时有部分压力损失，但仍具有相当大的压力，该压力通常称为模腔压力。模腔压力是由注射压力传递而来，其大小取决于注射压力以及熔料粘度、制品形状、制品浇道形式、注射机喷嘴结构等。模腔压力有顶开模具的趋势，为保证注射成型过程模具不致被顶开产生溢料，必须有足够的锁模力。锁模力大小的选择主要决定于模腔压力和制品的最大成型面积。由于模腔压力的影响因素较多，实际中主要按经验数据选取。对于PE、PP, PS等壁厚均匀的日用容器类制品，容易成型，模腔的
19、平均压力可取25MPa；对于成型一般薄壁类制品，模腔的平均压力可取30MPa；对于加工ABS、PMMA等高粘度树脂和有精度要求的制品，模腔平均压力可取35MPa；对于高粘度树脂加工高精度、充模难的制品成型，模腔平均压力可取40MPa。锁模部分的基本参数如下表。表3-3 锁模部分基本参数（摘 ZBG9500387）3.2.6合模速度和开模速度合模速度和开模速度设计。模板移动速度是反映设备工作效率的参数，它直接影响成型周期的长短，原则上应尽可能提高移模速度。为使模具有开模（包括顶出制品）、合模起动和终止阶段平稳，减小惯性力的不良影响，要求模板慢速移动；而为了提高生产率，则要求空行程时模板快速移动。
20、因此，在一个成型周期中，要求模板的移动速度是变化的，即模板合模过程从快到慢（慢快慢），开模顶出过程由慢到快再转慢（慢快慢）。我国专业标准规定的移模速度为24m/min；国外机器一般为3035m/min，高速机约为4550m/min，最高的速度已接近70m/min，慢速移模速度一般要求在0. 243m/min范围内。3.2.7合模部分基本尺寸合模部分的基本尺寸设计。合模部分尺寸与模具使用范围有关的尺寸有：拉杆间距、动模板行程、模具的最小厚度和最大厚度等。模具是安装在模板上的，模板尺寸和拉杆间距限制了装模方向和模具尺寸（长X宽）。动模板最大行程关系到设备所能生产制品的最大高度h,为便于制品取出，一
21、般应使S2h 。动模板行程根据合模装置结构不同其行程大小是不同的。在机械一液压联合作用的合模装置中，注射机动模板的行程一般是固定不变的；而在全液压合模装置中，注射机动模板行程在合模液压缸活塞移动全程内可调，它能提供的开模行程与所使用的模具厚度有关，即开模行程等于模板间最大开距减去模具厚度。为减少动模板移动过程的功率消耗，在满足取件需要的前提下，应尽量使用最短的行程。模具的最小厚度d max与模具的最大厚度度d min分别指动模板移动到使模具闭合，并达到规定锁模力时，动模板与定模板间的最小与最大距离。如果模具厚度小于dmin，装模时需加垫板，否则不能达到规定的锁模力；如果模具厚度大于d max，
22、则无法使用。 d max与dmin的差值即为调模装置的最大调节量。此外，合模装置中还附设有顶出装置，顶出行程的大小关系到制品成型后能否顺利取出，模具设计时，应根据实际情况校核设备的顶出行程是否满足要求。3.2.8空循环时间待添加的隐藏文字内容3空循环时间指注射机在没有塑化、注射、保压、冷却、取出制品等动作的情况下，完成一个循环所需要的时间。它由合模、注射座前移和后退、开模以及各动作的切换时间所组成。空循环时间排除了塑料性能、制品结构等可变因素的影响，可以比较准确地反映出设备的机械结构、液压和电气系统的优劣，其值的大小反映了设备的工作效率，是表征注射机综合性能的参数之一。3.3总结 综上，设计注
23、射成型机时首先要了解注射机的主题硬件组成，根据其功用将其分为不同子系统，然后再逐一进行子系统设计，一如本论文中将注射机分为注射系统、合模系统、液压传动系统和电器控制系统。然后结合实际的生产状况以及成型件的质量要求来设计其各种控制参数，即如本论文中注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力等等参数的设计。只有综合分析，全面把握注射成型工艺过程的要求，才能够设计出一台合乎规格又具有一定经济效益的注射成型机。参考文献1 塑料成型工艺与模具设计.蒋昌华主编. 北京理工大学出版社. 2010.7，P125-1302 现代机械装备控制工程.钟汉如等编著. 清华大学出版社. 2009.7，P196-2103 塑料挤出机与注射机的电气装置.成都工学院塑料加工专业教研室编. 轻工业出版社. 1980.6，P258-2624 注射成型技术.齐贵亮主编. 机械工业出版社. 2011.15 塑料成型CAE技术.钱欣主编. 中国轻工业出版社. 2011.5致 谢
