注射成型机的基本参数很全

1、第二章 注射成型机的基本参数 一台注射成型机的性能特征，通常用一些性能参数来表示。例如从附录表14、21列出的各项数据，就可以大略了解到我国现生产的注射成型机的性能，从而作为选用注射成型机的依据。但是作为一个设计人员，不仅要懂得注射成型机有那些参数以及这些参数的含意，更重要的是如何合理选择这些参数。根据各参数所表示的内容，可将它们分为注射、合模、机器技术经济性指标三个方面进行讨论。第一节 注射部分主要性能参数 注射装置主要作塑化粒状塑料和注射熔料人模之用。因此，注射部分的参数即表示机器在注射、塑化性能方面的特征参数。一、注射量(cm3、g) 机器注射量是指机器在注射螺杆(或柱塞)作一次最大注射

2、行程时，注射装置所能达到的最大注出量。 (一)注射容积(cm3) 1理论注射容积 注射时螺杆(或柱塞)所能排出的理论最大容积，称之机器的理论注射容积。即螺杆的截面与行程的积(图221)。我国注射成型机的理论注射容积按ZBG9500387标准规定由16至40000cm3共27个规格(见本篇附录)。 （221）式中 理论注射容积(cm3) 螺杆直径(cm) 螺杆注射行程(cm) 2当量注射容积 机器相当于在100MPa注射压力条件下的理论注射容积，定义为当量注射容积。 当量注射容积又称标准注射容积或称国际规格。由式221可知，理论注射容积是不能完全反映机器的注射能力。如机器在相同行程(s)时，理论

3、注射容积仅同直径有关，并不涉及到注射压力的高低。按定义和图221可写出当量与理论注射容积之间的关系。因 (222) 式中同乘行程()，经整理可得 （223）式中 机筒内孔截面(cm2) 若注射压力为100MPa时所用机筒截面(cm2) 机器注射压力(MPa) 标准注射压力(100MPa) 当量注射容积(cm3)压力比值 由上式可知，在一台机器上仅变更不同直径的螺杆和料筒，其当量注射容积是不变的。图221 注射部件相关参数关系 (二)注射质量 机器在无模(对空注射)操作条件下，从喷嘴所能注出的树脂最大质量，称之机器的注射质量。 (224) 式中 注射质量(g)， 理论注射容积（cm3）密度修正系

4、数，视料种类和工艺条件而定螺杆泄漏修正系数，对于止逆头螺杆约为0.95注射系数， 常温下塑料制件密度(gcm3)考虑密度和泄漏修正后的计算密度(参见表222) 目前机器多数用理论注射容积（cm3）和以聚苯乙烯和聚乙烯为原料的注射质量共同表示机器注射量。机器的注射量主要取决于螺杆的行程与直径。在设计时机器的注射量是已知的（参见附录）而行程（s）直接关系到机筒内溶料轴向温差的大小。根据实践的结果，对一般螺杆，其行程一般取3.5DS （DS为螺杆直径）到5D左右，在螺杆直径和行程比（）选定之后，可将式（221）变换成计算螺杆直径的表达式 (2-2-5)在使用注射机时，加工塑料制品的重量一般在1/44

5、/5机器注射量范围内，最低不应小于1/10。因为过于小的注射量不仅机器的能力得不到充分发挥，而且还会因塑料在机筒内停留时间过长易形成热分解。反之，过大有时成不了型，即使成了型也易发生欠压等弊病。二、 注射压力注射时为了克服熔料流经喷嘴、浇道和模腔等处的流动阻力、螺杆(或柱塞)对塑料必须施加足够的压力，此压力称之为注射压力。注射压力不仅是熔料充模的必要条件，同时也直接影响到成型制品的质量。如注射压力对制品的尺寸精度(图222)以及制品应力都有影响。因此，对注射压力的要求，不仅数值要足够，而且要稳定与可控。影响所需注射压力的因素很多，如塑料性能、成型制品的几何形状及其对精度的要求、塑化方式、喷图2

6、22 PP（结晶型）ABS(非结晶型) 嘴和模具的结构，以及树脂和模具温度等。归纳的注射压力与成型收缩率的关系 起来主要有如下三个方面： (1) 影响塑料流动性能的因素(树脂的熔融指数、塑化与模具温度与注射速度等)； (2) 模具流道与制品形状和尺寸，即影响流动阻力的因素； (3) 对制品尺寸精度的要求。 表223和表224、图223列举了部分塑料在加工时所需注射压力及其与加工制品流长比(熔料自喷嘴出口处流至制品最远距离L与制品壁厚之比)之间的关系，若超出此值一般难以加工。根据目前对注射压力的使用情况，可作如下分类：(1) 加工流动性好的塑料，形状简单的厚壁制品，注射压力为7080MPa； (

7、2) 加工的塑料粘度较低，制品形状一般，对精度有一般要求的制品，注射压力为100120MPa； (3) 加工的塑料具有高、中等粘度，制品形状较为复杂，有一定的精度要求，注射压力约140170MPa； (4) 加工塑料具有较高的粘度，薄壁长流程，制品壁厚不均和精度要求严格的制品，注射压力大约在180220MPa范围内。对于加工优质微型制品，注射压力有用到250360MPa，个别有用到400MPa以上。注射压力是指螺杆或柱塞端面处作用于塑料单位面积上的力。根据图221，注射力与注射油缸里的工作油压力之间的关系为： (2-2-6)式中 注射压力(MPa)油缸注射腔总截面(cm3)机筒内孔截面积(cm

8、3)一工作油压力(MPa)在设计时，注射压力与工作油压力是选定的，螺杆直径由式（225）计算出。因此用上式可计算油缸内径。三、注射速率(cm3s、gs)熔融的树脂通过喷嘴后，就开始冷却。为了将熔料及时充满模腔，得到密度均匀和高精度的制品，必须要在短时间内，把熔料充满模腔，进行快速充模。用来表示溶料充模快慢特性的参数，有注射速率、注射速度和注射时间。注射速率低，熔料充模时间长，制品易产生冷接缝、密度不均，应力大等弊病。使用高速注射，可以减少模腔内的熔料温差，改善压力传递效果。因而可得到密度均匀、应力小的精密制品；高速注射可采用低温模塑，缩短成型周期。如在不形成过填充的条件下，高速注射也能使所需的

9、合模力减少。但是注射速度过高，熔料流经浇口等处时，易形成不规则的流动、物料烧焦以及吸入气体和排气不良等现象，从而直接影响到制品质量，同时，高速注射也不易保证注射与保压压力稳定地撤换，形成过填充而使制品出现溢边。因此，目前对注射速度的要求，不仅数值要高，而且要在注射过程中可进行程序设计(即分级注射)。根据使用的树脂和加工制品的特点，对熔料充模时的流动状态实现有效的控制。注射速率是表示单位时间内从喷嘴射出的溶料量，其理论值是机筒截面与速度的乘积。 （2-2-7） 或 （2-2-8）式中 注射速率(cm3s，gs)一螺杆直径(cm)注射速度(cms)理论注射容积（cm3）注射时间 (s)注射行程(c

10、m)注射质量(g)又因 (2-2-9)所以 (2-2-10)式中 工作油流量(cm3s) 油缸注射腔总截面(cm2) 机筒内孔截面(cm2)目前注射成型机所采用的注射速度范围，一般在812cms，高速大约为1520cms。图224表示了注射速率与注射量之间的关系，对于注射机的注射时间可参见表225的推荐值。图224 注射速率与当量注射容积 a蓄能器驱动 b泵直接驱动 四、注射功及注射功率 机器在实际使用过程中，能否将一定量的熔融树脂注满模腔，主要取决于注射压力和速度，即决定于充模时机器作功能力的大小。注射功及其注射功率即作为表示机器注射能力大小的一项指标。 注射功为油缸注射总力与行程的积，即

11、（kNcm） (2211)因此，从式223与式2211相比可知，注射功与当量注射容积的绝对值相等。 注射功率为油缸注射总力与注射速度的积，即为 （kW） (2-2-12)式中 注射功率(kW) 一机筒内孔截面(cm2) 注射压力(MPa) 注射速度(cms) 注射速率(cm3s)注射功率大，有利于缩短成型周期，消除充模不足，改善制品外观质量，提高制品精度，随着注射压力和注射速度的提高，近来注射功率也有了较大的提高（图225）。图225 注射功率与当量注射容积 a蓄能器驱动 b泵直接驱动 因注射时间短，机器的油泵电动机允许作瞬时超载，故机器的注射功率一般均大于油泵电动机的额定功率。对于油泵直接驱

12、动的油路，注射功率即为注射时的工作负载，也是电动机的最大负载。油泵电动机功率大约是注射功率的7080。五、塑化能力与回复率 用来表示注射装置塑化性能方面的参数有螺杆直径(Ds)、螺杆长径比(LDs)、螺杆转速(n)、塑化能力与回复率等。其中最主要的也是最有代表性的是塑化能力。 (一) 螺杆塑化能力计算塑化能力是表示螺杆与机筒在单位时间内可提供熔融树脂的最大能力。在正确螺杆设计和工艺操作条件下，螺杆均化段的输送能力即等于塑化能力，根据图226所表示的螺杆各要素，其塑化能力应为 图226注射螺杆要素 （2-2-13）式中 螺杆塑化能力(cm3s) 螺杆直径（cm） 螺杆转速（r/min） 均化段螺

13、纹深度（cm） 螺纹升角() 螺槽中塑料有效粘度(MPas) 间隙中塑料有效粘度(MPas) 均化段长度(cm) 螺杆与机筒之间间隙(cm) 螺棱轴向宽度(cm) 塑化时螺杆均化段处的压力差(MPa) 因注射螺杆仅作预塑用，塑化时的工作状况比较固定，其头部压力值较小，而且变动也不大所以在计算塑化能力时，可将上式后两项略去即认为螺杆在零压下工作时的螺杆输送能力，即螺杆最大输送能力。然后，将略去项当作一个常数项，用效率加以修正。即 （2-2-14）计算结果用重量单位表示， （2-2-15）式中 一螺杆塑化能力(kgh) ： 一塑化温度下的塑料密度(gcm3)，详见表226 修正系数，一般取0.85

14、0.9表226用上式计算的结果与实际塑化能力相比，在通常情况下，相差一般不超过510。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溶料。根据成型动作程序安排，螺杆预塑大都同制品冷却同时进行。所以塑化能力应满足 （2-2-16） 式中 制件最短冷却时间(s) W机器注射量(g) G螺杆扭化能力(kgh) 制品最短冷却时间可按下式计算 （2-2-17）式中 是短冷却时间(s) 制品最大厚度(cm) 塑料热扩散系数(cm2s) 塑料脱模温度，常取塑料热变形扭度() 模具温度() 塑料注射温度()按式2217计算拙PP、PS、PE、PA等塑料制品的壁厚与冷却时间关系，列于图22一7、

15、228。 (二) 塑化能力测定 塑化时注射和挤出螺杆工作情况不完全相同，对其塑化能力的测定，我国(ZBG9500587)及其它国家作了具体规定。如SPI规定，测定用的树脂为GPPS，喷嘴处树脂温度控制在216土6的情况下，螺杆计量行程为50，塑化时的背压要全部打开，螺杆在最高转速下，螺杆转动时间与停止时间之比为1：1。在此条件下测出的螺杆塑化量与螺杆转动时间之比(kgh)定为螺杆的塑化能力。测定值一般比理论计算值要低点。近年来，由于机器趋于采用较小直径螺杆、降低合模力，以及提高模具的冷却效率等缘故，所以普遍重视了对新型塑化装置的研究。通过改进螺杆结构和提高螺杆转速等途径，塑化能力也有比较大的提

16、高(图229)。 图227 PA和聚烯酸树脂冷却时间 图228 PS冷却时间图229 塑化能力与螺杆直径(一) 回复率(gs) 螺杆的塑化能力一般与成型周期无关，它表示螺杆对树脂塑化的最大限度值。而回复率则用来反映螺杆间断工作时恢复原注射状态能力的大小。 根据SPI规定，加工树脂的温度一定，其塑化与空注连续进行10次，并在一定的注射速率条件下，测出的注射量(空注)与螺杆转动时间之比称之回复率。第二节 合模部分主要性能参数 合模部分的性能参数，主要用来表示该部件在工作时所能提供的力和模具安装尺寸等特性。 一、合模力(kN) 螺杆作用于熔料的压力，在熔料流经机筒，喷嘴、模具的浇注系统后，将要损失一

17、部分。余下的即为模腔内的熔料压力，简称模腔压力。在注射时，要使模具不被模腔压力所形成的胀模力顶开，就必须对模具施以足够的夹紧力，即合模力。 根据图2210所示，在注射时胀模力应由熔料的静压和由液体的(包括熔料和油缸内的工作油)冲击而产生的动压所组成。当动模板在受到胀模力作用时，运动部分可能发生退让。若取动模板为平衡体，在不考虑机械摩擦的条件下，沿合模机构轴线方向的力平衡关系应为： （2-2-18）式中 合模力膜腔压力注射时，由熔料和工作油的冲击，所产生的压力增强制品在分型面上的投影面积合模装置运动部件的质量注射时合模装置运动部件发生位移时的加速度图2210 注射时动模板的力平衡 因高分子流动以

18、及对压力的传递不同于牛顿型流体，所以在模腔内由冲击所产生的压力增量是比较小的。式中的位移加速度，主要取决于模具在胀模力的作用下所形成的间隙量。如保证模子完全闭合，则位移如速度应为零。因此，可将式(2218)简化成仅考虑模腔压力作用的合模力表达式 (2-2-19)因此，要正确确定对机器重量和尺寸影响较大的参数合模力，首先要分析清楚模腔压力的形成与分布，及其影响因素，进而求得它们之间的解析关系。可是，对于注射过程这样极为复杂的流变现象，至今尚未找到熔料在模内流动的基本因素之间的可靠定量关系。但研究表明，模腔压力的大小及其分布与很多因素有关，如注射压力、保压压力、树脂温度、模具温度、注射速度、制品壁

19、厚与形状、熔料流动距离以及保压时间等等。如工艺条件一定，加工某一种塑料，模腔压力可表示成仅与模腔几何形状及其尺寸有关的函数表达式 （2-2-20） 式中 熔料自浇口流人x距离处的压力 浇口处的压力 由模腔几何形状及尺寸、树脂特性等决定的计算函数这种表达式，在使用时是相当困难的，至今只能找出数量有限，形状简单的计算函数。因此，在工程实际中，常用的方法是通过分析清楚合模系统的性能之后，测出注射过程中的合模力的变化，用求出模腔平均压力的方法计算合模力。 （2221）式中的模腔平均压力()，可参考表227选取。 在上述计算中，由于给的条件和数据不够精细，其结果比较粗略。目前大多数是用流长比(i)反映流

20、道阻力，用粘度系数（)表示塑料流动性的查图(表)计算法，确定模腔平均压力。 （2222)式中 根据流长比，由图2211查出的模腔压力值塑料的流动系数(查表228) 图2-2-11 模腔压力与流长比例题：试确定所需合模力。已知加工PE塑料制品，其投影面积为200cm2，流线长度大约90mm，厚度1.25mm，即流长比iL/70 : 1。 解：根据i70：l和1.25，查图2211的模腔压力大约为17.5MPa，对PE塑料1，其所需合模力应为 kN对于精密制件，在此基础上乘1.52 使用机器时，可以根据不同情况，计算出所需要的合模力，校核所用注射成型机的合模力能否满足。在设计机器时，若制品的具体尺

21、寸条件未给出，只能根据机器使用范围和设计的机器性能，选取某一个以实验为基础的模腔压力值和使用机器时相应所能提供的最大成型面积来确定机器的合模力。 (2223)式中 Pcp模腔计算压力，对于螺杆式一般选为2030MPa，柱塞式为3040MPaFmax在计算压力下，机器所能达到的最大成型面积。它与注射量的关系，可 参见表229。 合模力是保证制品质量的重要条件。同时它又直接影响到机器的尺寸和重量。因此，研究降低充模压力即合模力，是一项很有实际意义的工作。近来，由于改善了塑化机构的效能，提高了注射速度并实现其过程控制，机器的合模力有明显的下降。 合模力同注射量一样，在一定程度上反映了机器加工制品能力

22、的大小，所以经常用来作为表示机器规格大小的主参数，并作系列规定(见本篇附录)。 二、合模装置的基本尺寸 合模装置的尺寸，直接关系到机器所能加工制品的范围，如制品面积和高度。它主要由合模力(或注射量)和模具结构及用途来决定随着塑料制品的广泛应用，相应在注射成型机上加工的制品，即使重量相仿，而几何形状上的差异也很大。这就要求合模装置应具有足够大的尺寸。尺寸小了，会影响到机器的使用范围。反之大了，又涉及到机器的尺寸、重量、成本。可是，如何确定，至今也没有一各统一的尺度。确定基本尺寸的方法，仍依靠生产实践的经验积累（统计分析）和结合发展的趋向来确定合模装置各部分的尺寸。（一） 模板尺寸和拉杆有效间距模

23、板尺寸（HV）或拉杆有效间距（H0V0）（图2-2-12）均是表示模具安装面积的主要参数。它应能安装上制品重量不超过机器注射量的一般制品模具，模板面积（HV）大约是拉杆间有效面积（H0V0）2.5倍。近年来，由于模具结构的复杂化（自动化结构的模具、成型制品的多样化）和低压成型方法的使用（注射压制法，低发泡注射成型等），以及机器塑化能力的提高和合模力的下降，所以普遍要求增大模板尺寸。从图2-2-13所示的近年来机器模板采用的尺寸情况。为合理的使用机器，国外某些公司还将合模装置设计成宽窄两种系列的模板，供使用单位选择。2-2-12 模板尺寸关系 图2-2-13 模板尺寸与合模力(二)模板间距离与模

24、具厚度(mm)它是用来表示机器所能加工模具厚度(即成型制品高度)的特征参数，根据其结构形式，主要有两种表示方法：对肘杆式合模装置，用模具最大与最小厚度（Hmax；Hmin）及其模板行程（Sm）表示；对液压式合模装置，用模具最小厚度（Hmin）与模板间最大距离Lmax表示（图2-2-14）。这些数据主要取决于机器的注射量和用途。为使成型后的制品方便落下，模板间最大距离Lmax一般为成型制品最大高度（hmax）34倍。模板的行程（Sm），最好不小于模具的最大厚度（Hmax），或2倍的制品最大高度。按上述要求，各参数间有如下关系。模板间最大距离肘杆式 （2-2-24）液压式 （2-2-25）模板行程

25、 因要求 所以 （2-2-26）或表示成 （2-2-27）为了在不加大模板行程的条件下，扩大机器的加工范围，在一些机器上采用调整块（垫板）结构。由于模具结构的多样、复杂化（如多层型型腔模具、热流道模具，制品自动脱落和取出等等），近来模板间的最大距离有了明显的增加。第三节 机器技术经济性指标机器的设计是否良好，除了它必须满足使用要求、成型出合格的塑料制品外，另一个很重要的方面是机器的经济效果。即设计出的机器成本低、高效率、低能耗。机器技术经济性指标即是反映机器驱动、尺寸和重量的特征参数，包括有移模速度、机器循化次数、机器总功率，机器重量与外形尺寸等。一、移模速度（m/min）模板移动速度是反映机

26、器工作效率的参数。它直接影响到成型同期时间的长短，故原则上应尽可能的提高移模速度。可是，当开始启模和接近最终闭模位置的及顶出制品时，都要求慢速移模。因此，模板在整个行程中，要求速度为可变的。即在合模时从快到慢，开模时则由慢到快再慢。 为了缩短成型周期，提高机器的生产率，移模速度在不断地提高，我国专业标准规定为24mmin，国外机器一般为3035mmin，高速机约为4650mmin，最高的速度已接近70mmin。慢速移模一般要求在0.243mmin范围内。二、机器循环次数（h1）机器循环次数为机器每小时最高的循环周期数。它与机器的塑化能力、树脂种类，成型条件、制品形状、模具结构、移模速度等有关。

27、因此，一般用机器空(净)循环次数表示。 （2-2-28）式中Z机器空循环次数（h-1） 0空循环时间（s）空循环时间是在没有塑化、注射保压、冷却与取出制品等动作的情况下，完成一次循环所需要的时间。它由合模、注射座前移和后退、开模等过程所组成。有的直接用启闭模时间（或次数）来表示。在空循环次数中，又分理论空循环和实际空循环。理论空循环时间是以油泵的最大流量，油缸作最大行程时，经计算所需的周期时间。实际空循环是指机器在无负荷条件下，以最高速度完成所规定的行程所需的周期时间。它与理论空循环时间相比，增加了动作之间的切换时间、行程末端减速时间等。 表示循环次数的方式虽有不同，但它们都共同反映了机械、液

28、压、电器三大部分的动作速度，在一定程度上表示了机器工作效率。由于注射、移模速度等的提高，同时又采用了先进的控制技术，目前机器空循环次数有了较大的提高，在小型机器上有的高达60007000h-1”。因为注射成型机的实际工作效率是由塑料的塑化效率；制品的冷却时间、机器的动作时间等构成。所以提高注射成型机的效率就必须从多方面进行，提高启、闭模速度仅是其中的一个重要内容。 以上从三个方面对注射成型机的主要参数进行了讨论。可是，注射成型机设计时的参数确定，仍是一个相当细致的工作。需要正确处理各种矛盾，注意各参数间的内在联系。热塑性通用型注射成型机性能参数，我国于1987年正式公布了注射机专业标准(详见附录)，随后相继发表了若