成型机械(一)

成型机械
注塑机和树脂材料的选择
 注塑有许多规格（型号），以一个注塑周期所能注射的塑料总量来标定，注塑量自小型实验室用注塑机的几分之一盎司到大型设备的几英镑不等。实验室用注塑机主要被用做研究开发新材料和模塑技术。
    注塑机主要有两部分组成，注塑热熔塑料的注射机构和启闭模具的锁模机构。前者包括料斗、加热的料筒和注射柱塞或螺杆；后者包括液压驱动的活动的模板和固定模板，模具就固定在这些模板上。注塑机也有立式的。
    注塑机在设计上形式各异，但基本分为柱塞式和螺杆式两类，二者的主要区别是塑料材料自料斗到喷嘴的输送方式不同。往复螺杆式注塑机由于注射周期短、熔融温度低、混合效果好而最为常用。
    注塑机上装有多种设备用来对锁模系统、模具和注射系统进行检测和控制，如图2.1.1所示，表示这些最有可能的测试点。实际上，目前还没直接的方法对模具进行实时在线检测。
    实验室常用注塑机的注射量从几克到大约1/202不等，共锁模机构通常用手动凸轮机构控制，注射系统手动或用压缩空气实现。注射系统施加到模具上的力非常大，从5000~20000Psi不等，因此所需的锁模力要大于注射压力，不然两半模会分离形成飞边（合模线处的树脂会被挤出来）。
    加料斗和加热料筒也是注塑机非常重要的组成部分，试验室用注塑机大多是柱塞式的。
    注塑成型方法尤其适用于大批量生产，这类机器大多每小时可生产几千件制品。实际上所有的热塑性塑料都可用注塑方法生产，但有些材料成型起来比较困难，需要使用专用设备。从聚合物结构来看，显然熔融温度范围宽的树脂要比窄的树脂容易成型。需要考虑的其他因素还有：模塑温度、树脂的吸湿性及制品性能要求等。例如聚甲醛熔融范围窄、熔融快、需要较精确的温度控制，聚碳酸酯需要的注射温度高，尼龙易吸湿，会腐蚀料筒中的机器部件，需要进行镀铬处理。有些制品会有一些特殊性能要求，如容器的卡合盖要求有弹性，容器要透明，铰接件要有耐折叠性，圆珠笔有硬度要求。
    实验室用注塑机上容易成型的树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丙烯腈，ABS，离子键聚合物（离子交联聚合物），异质同晶聚合物，这类树脂可满足大多数注塑制品的要求。
注塑机组成部件
 注塑机将粒状热塑性塑料材料通过熔融、注射、保压和冷却这样的循环过程转化为最终的模塑制品。典型的注塑机的主要组成部件如图2.1.2所示。
A．注射机构
 注射机构包括料斗、往复式螺杆、料筒和注射用喷嘴，如图2.1.3所示。该部分在喂料、压缩、排气、熔融、注射和保压阶段起到承接和运送物料的作用，
料斗
 热塑性物料以小颗粒状供给模塑，注塑机料斗要盛装这些粒料，物料以重力形式通过加料斗颈部喂到料筒和螺杆中来。
2．料筒
    注塑机料筒承载往复式螺杆并由电加热圈加热。
3．往复式螺杆
 往复式螺杆可用来压缩、熔融和输送物料，由三段组成加料段、压缩段（过度段）和计量段。（图2.1.4）
 当螺杆外径不变时，往复式螺杆的螺纹深度自加料段到计量段开始处逐渐变浅，物料被压向料筒内径并产生黏性剪切热，这些剪切热对于物料的熔融很重要。料筒外的加热圈能一起保证物料处于熔融状态。通常注塑机有三段或更多的加热圈，各部分温度设定并不相同。
4．喷嘴
 喷嘴连接料筒与模具上的主流道衬套并且在料筒和模具中间形成密封。喷嘴温度应设为物料的熔融温度或稍低，这取决于材料供应商的推荐值。当料筒处在满料待注射状态时，喷嘴头部应牢牢在带有定位环的主流道衬套的凹坑面上，并保证密封。当清洗料筒时，料筒后退与浇口套分离，这样清洗料才能从喷嘴处自由落下来，料筒的这两种位置如图2.1.5所示。
B．模具系统
 模具部分包括拉杆、动模固定板、定模固定板以及开设有型腔、主流道和分流道、顶出杆和冷却水道的成型模板，如图2.1.6所示。模具其实是一个热交换体，热塑性熔体在其中固化为型腔给定尺寸和形状的制品。
 模具包括凸模和凹模，常用模具钢制造，模具机构可通过型腔成型和顶出制品。定模固定板在注塑机料筒一侧，并通过导杆与动模固定板连接。凹模模板一般固定在定模固定板上并承接喷嘴，凸模板安装在活动模板上由导杆导向随之一起移动。凹模模板有时也可固定到动模固定板上，而凸模板和液压顶出机构固定到定模固定板上。
1.两模板
 绝大多数模具主要由两部分组成，这种形式的模具一般用于浇口在制品边缘或近边缘处进料的情况，而且型腔和浇注系统开设在同一块模板上。
2.三模板
 三板模一般用在浇口远离制品边缘进料的'情况，浇注系统开设在两块模板上，与型腔和型芯分离，如图2.1.7所示。
3.冷却管道
 冷却管道是位于模具内部的通道，冷却介质（一般是水、汽或油）在其中循环流通。其作用是调节模具表面温度，冷却通道也可与其他形式的温度调节装置如隔板、喷管、导热棒或热管等一起使用。
C．液压系统
 注塑机上的液压机构可提供开、合模的动力和锁模力，旋转和驱动往复式螺杆、推动顶杆和带动型芯移动。这需要一系列的液压元件完成，如泵、阀、液压马达、管接头、管道和蓄能池等。
D．控制机构
 控制机构可保证设备连续重复工作，能监测和控制成型参数如温度、压力、注射速度、螺杆速度和位置、液压状态。过程控制对于制品最终质量和成型的经济性很重要，可以是简单的开/关控制，也可以是非常复杂的基于微处理器的环控制系统来完成。
E．锁模机构
 锁模机构用于开启和闭合模具，支撑和移动模具零部件，产生足够的力量防止模具开启，锁模力可通过机械肘杆式机构实现，也可以是液压式或机械-液压组合式实现。
F．典型模塑系统
 模塑系统包括浇注系统和模塑制品，如图2.1.8所示。
 浇注系统提供了熔体自注塑机喷嘴到型腔的流动通道，一般包括：注道、冷料井、主流道、分流道和浇口。
 浇注系统的设计对填充模式和最终产品质量的影响很大。
1.冷流道
 模塑完成后，浇道凝料需要除去并循环使用，一般尽可能将浇注系统设计为少容纳物料，但还要保证熔体以理想的模式充填型腔。
2.热流道
 热流道模塑成型要求流道较热从而保证其中的塑料始终处于熔融状态。由于不需要将浇注系统从制品上去除，因此可节省物料并且不需要二次去除加工。
往复式螺杆
 往复式螺杆是用得最多的塑化装置，由于其重要性，下面将详细叙述。塑化装置的主要部件有螺杆、止塑阀、料筒、喷嘴和螺杆驱动装置，接下来分别介绍这些部件。
A．塑化螺杆
 塑化装置的主要部件其中最主要的部分是螺杆。螺杆是一其上环绕有一条或多条螺旋线的长圆柱体，末端带有一个止逆阀，如图2.2.1和2.2.2所示，这种螺杆一般称为阿基米德螺杆，以阿基米德的名字命名，他在几千年前发明了螺带式输送机。螺杆对于物料的输送、加热、混合及有些场合下的排气孔，挥发性物质可由此处溢出，由于排气的要求，螺杆需要有特殊的几何形状，即所谓的两阶排气式螺杆。
 对往复式螺杆最大的要求是在每个循环周期内及每次循环周期间，能具有向螺杆末端不断输送高质量均匀熔体的能力，所谓均匀性指的是熔体的温度和密度要一致，可以通过在螺杆末端设分配混合元件获得。
B．注塑螺杆设计
 人们已经认识到合理的螺杆设计对于用普通的非往复式挤出机挤出成型片材、薄膜、管材和器材是至关重要的。但在注塑成型时往往用往复式挤出机作塑化机构，通常认为螺杆的设计并不重要，这种想法是不对的。非往复式挤出机的螺杆设计技术经过多年的发展已经很成熟了，产量和质量的稳步提高，还有大量发表的关于该课题的文章可以证明。尽管注塑机在成型监控、模具设计等方面也越来越复杂，而往复式挤出机螺杆设计相对来说进展较慢。
 非往复式挤出机的主要作用是固体输送、熔融、熔体输送、混合及有时兼有排气功能，往复式螺杆也有这些功能，但又有所区别，螺杆后退时完成这些任务，并且这个过程是循环而非连续的。如果要保证各个循环周期的一致性，对输送、加热和混合过程的重要性要求很高，因此，往复式挤出机螺杆设计的提高同非往复式挤出机一样重要。
C．标准注塑机螺杆
 注塑机螺杆与挤出机螺杆很相似。该螺杆是单头螺纹形式，螺距与螺杆直径相等并且在整个长度方向上保持恒定，这种螺杆被称为正方形螺距形式，在传统挤出机上用的很多。压缩比自小机器的2：1到大机器的2.5：1不等，加料段长度大约是总长度的50%，而压缩和计量段通常各占25%。传统挤出机加料段较短，而压缩和计量段较长，这是二者不同的地方。常见的普通挤出机用螺杆如图2.2.3所示。
 螺棱宽度大约是螺杆直径的10%，喂料段的螺槽比计量段深，喂料段与计量段的螺槽深度之比称为压缩比。压缩比值通常在2.5~3.0之间，新型挤出机用螺杆多带有混合段，以改善普通螺杆混合能力差的问题。
注塑机锁模机构