作者：刘朝福 编著
出版社：化学工业出版社
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图解注塑机操作与维修试读：
前言
塑料作为重要的工程材料，在现代工业生产和生活中发挥着重要的作用，塑料制品具有轻质、美观、绝缘、耐腐蚀、低成本等特性，因此，塑料及其制品的发展极大地提高了人们的工作效率和生活水平。
在塑料的各种成型工艺中，注塑成型是应用最为广泛的一种。实践表明，注塑成型具有材料适用性强、可以一次性成型出结构复杂的制品、工艺条件成熟、制品精度高、生产成本低等优点，因此，注塑成型的制品在塑料制品中所占的比重不断增加，相关的设备和工艺等也得到了快速的发展。
本书针对注塑人员的需求，重点讲解了以下几个方面的内容：一是注塑机的结构及其操作方法和要领；二是注塑工艺条件的选择与调校，以及注塑成型中可能出现的各种缺陷及相应的解决方法；三是注塑机的维修及常见故障的处理等。
本书从生产需求出发，突出实际应用，着眼于提高读者的实际技术水平，具有很强的实用性；全书的文字通俗易懂，图表丰富翔实，包含了许多经过实践检验的措施和方法。本书可为从事注塑生产、注塑机操作、注塑工艺调校、注塑机保养与维修等相关工作的技术人员提供帮助，还可供大中专院校相关专业师生学习参考。
本书由桂林电子科技大学信息科技学院刘朝福编著，在编写过程中，众多人员和单位参与了书稿的讨论或提供了技术资料，包括杨连发、何玉林、张燕、冯翠云、刘建伟、谢海涌、韦雪岩、史双喜、陈婕、宾恩均、王毓敏、秦国华、魏加兴、覃军伦、柏子刚等，以及宁波海天塑机集团、广州金发科技有限公司、富得巴（香港）有限公司、柳州高华机械有限公司、柳州裕信方盛汽车饰件有限公司、深圳友鑫达塑胶电子有限公司、三星电子（惠州）有限公司、柳州东风汽车有限公司等，在此一并表示感谢。
由于笔者水平所限，书中疏漏和不足之处在所难免，敬请广大读者提出宝贵意见。编 者第1章 注塑机的类型及结构1.1 注塑机的组成1.1.1 注塑机的基本结构
注塑机是一种机、电、液一体化的设备，总体结构较为复杂，具体的类型也较多，其中螺杆式注塑机是应用最为广泛的一类注塑机，其基本结构如图1-1所示。图1-1 螺杆式注塑机1—锁模液压缸；2—合模机构；3—移动模具安装板；4—顶杆；5—固定板；6—控制台；7—料筒；8—料斗；9—螺杆行程开关；10—注射液压缸
根据结构与功能的不同，一般把注塑机分为机身，注射、合模、液压、润滑、冷却系统，电气与控制系统，安全防护等装置或系统，如图1-2所示为业界广泛使用的海天牌注塑机的基本结构和系统。图1-2 注塑机的主要结构和系统1.1.2 注塑机的工作过程
不管注塑机的类型是哪一种，其工作过程基本是一样的，都是按照下述过程进行工作：塑化—合模—注射—保压—冷却定型—开模取出制品，上述过程循环进行，如图1-3所示，注塑生产即可以连续进行，如图1-4所示。图1-3 注塑成型的工艺过程图1-4 注塑成型工作循环图1.2 注塑机的类型1.2.1 立式注塑机
立式注塑机如图1-5所示。立式注塑机的注塑装置与合模装置的轴线在同一直线上，并与水平面垂直。立式注塑机的优点是占地面积小，模具拆装方便，成型时嵌件的安放比较方便。缺点是机身比较高，机器的稳定性差，加料不方便，塑件脱模后通常靠人工取出，不容易实现全自动化操作。因此，这种形式多用于注塑量比较小的小型注塑机。图1-5 立式注塑机1—机身；2—注塑装置；3—合模装置1.2.2 卧式注塑机
卧式注塑机如图1-6所示，卧式注塑机的注塑装置与合模装置的轴线重合，并呈水平排列。卧式注塑机的特点是机身底、机器的稳定性好、操作与维修方便。所以，卧式注塑机使用广泛，大、中、小型都适用，是目前国内外注塑机中的基本形式。图1-6 卧式注塑机1—合模装置；2—注塑装置；3—机身1.2.3 角式注塑机
角式注塑机如图1-7所示。角式注塑机注塑装置的轴线与合模装置的轴线成90°夹角。因此，角式注塑机的优缺点介于立、卧两类注塑机之间，使用也比较普遍，在大、中、小型注塑机中都有应用。它特别适合于成型中心不允许留有痕迹的塑件，因为使用立式或卧式注塑机成型塑件时，模具必须设计成多模腔或偏置一边的模腔。但是，这经常受到注塑机模板尺寸的限制。在这种情况下，使用角式注塑机就不存在该问题，因为此时熔料是沿着模具的分型面进入模腔的。图1-7 角式注塑机1—机身；2—合模装置；3—注塑装置1.2.4 柱塞式注塑机
柱塞式注塑机如图1-8所示。柱塞式注塑机的工作原理是，先通过螺杆对塑料进行彻底加热、熔融、塑化后，再利用柱塞将熔体射入模具内。其优点是塑化、注射分开进行，柱塞与料筒的配合比较精密，熔体泄漏少，缺点是结构复杂。图1-8 柱塞式注塑机1.3 注塑机的注射装置1.3.1 注射装置的功能
注塑机的注射装置如图1-9所示。其工作过程原理是，注料斗中加入塑料原料，塑料从料斗落到加料座进入料筒加料口，在液压马达旋转力的带动下螺杆转动，不断把熔融塑料推送到螺杆头前端，后经注射油缸推动，螺杆前移，止退环受注塑力的反作用将止退环后退封住螺杆螺槽，阻止熔融塑料逆向流动，从而将熔融塑料推出喷嘴口射入模具。图1-9 注射装置1.3.2 注射装置的典型结构（1）单缸注射——液压马达直接驱动式
单缸注射——液压马达直接驱动螺杆的基本结构形式，如图1-10所示。预塑时，液压马达5带动塑化机构1中的螺杆旋转，推动螺杆中的物料向螺杆头部的储料室内聚集，与此同时螺杆在物料的反力作用下向后退，所以螺杆做的是边旋转边后退的复合运动（为了防止活塞随之转动，损害密封），在活塞和活塞杆之间装有滚动轴承2注射时，注射油缸3的右腔进高压油，推动注射活塞座通过推力轴承推动活塞杆注射。活塞杆一端与螺杆键连接，一端与油马达主轴套键连接，在防涎时，注射油缸左腔进高压油，通过位于活塞杆与螺杆尾端的卡环，拉动螺杆直线后移，从而降低螺杆头部的熔体压力，完成防涎动作。图1-10 单缸注射——液压马达驱动注塑装置结构示意图1—塑化机构；2—滚动轴承；3—注射油缸；4—整移油缸；5—液压马达
此种结构特点是，在注射活塞与活塞杆之间布置有滚动轴承和径向轴承，结构较复杂，由于螺杆、液压马达、注射油缸是一线式排列，导致轴向尺寸加大，注射座的尾部偏载因素加大，影响其稳定性。整移油缸4固定在注射座下部的机座上。现在许多注塑机常用两个整移油缸平排对称布置固定在前模板与注塑座之间，其活塞杆和缸体的自由端分别固定在前模板和注射座上，使喷嘴推力稳定可靠。（2）单缸注射——伺服电机驱动式
单缸注射——伺服电机驱动螺杆注射装置的基本结构形式，如图1-11所示。此种装置的特点是，预塑时螺杆由伺服电机通过减速箱驱动螺杆，其转速可实现精确的数学控制，使螺杆塑化稳定，计量准确，从而提高了注射精度。伺服电机安装在减速箱的高速轴上，更加节能，但结构复杂，轴向尺寸加长，造成悬臂或重量偏载。而采用高速高精度的齿轮减速箱，则需提高制造成本，否则会加剧噪声。图1-11 单缸注射——伺服电机驱动注塑装置示意图1—塑化机构；2—料斗；3—注塑座；4—注射油缸；5—伺服电机；6—减速箱；7—导轨；8—底座；9—整移油缸；10—活塞杆；11—前模板（3）双缸注射——液压马达直接驱动式
双缸注射——液压马达直接驱动螺杆注射装置的基本结构形式，如图1-12所示。预塑时，在塑化机构1中的螺杆，通过液压马达5驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键链接，另一端与液压马达轴键连接。螺杆旋转时，塑化并将塑化好熔料推到螺杆前的储料室中，与此同时，螺杆在其物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座4后退，通过螺母拉动双活塞杆直线后退，完成计量。注射时，注射油缸3的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作。活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。防涎时，油缸左腔进油推动活塞，通过调整螺母带动固定在推力座上的主轴套及其与之用卡箍相连的螺杆一并后退，四个调整螺母另一个作用是调整螺杆位于料筒中的轴向极限位置，完成防涎动作。图1-12 双缸注射——液压马达直接驱动注塑装置结构示意图1—塑化机构：2—注射座：3—注射油缸：4—推力座：5—液压马达
此种塑化装置的优点是轴向尺寸短，各部重量在注射座上的分配均衡，工作稳定，并便于液压管路和阀板的布置，使之与油缸及液压马达接近，管路短，有利于提高控制精度、节能等。（4）电动注射装置
电动注射装置如图1-13所示。其工作原理是，预塑时，螺杆由伺服电机驱动主轴旋转，主轴通过止推轴承固定在推力座上，与螺杆和带轮相连接，注射时，另一独立伺服电机通过同步带减速，驱动固定在止推轴承上的滚珠螺母旋转，使滚珠丝杠产生轴向运动，推动螺杆完成注射动作。防涎动作时，伺服电机带动螺母反转，螺杆直线后移，使螺杆头部的熔体卸压，完成防涎动作，如图1-14所示。图1-13 电动注射装置1—同步轮；2—轴承座；3—注射伺服电机；4—传动轴；5—传动座； 6—预塑伺服电机；7—导柱图1-14 FANUC电动注射装置1—料斗座；2—注射座；3—注射伺服电机；4—注射同步带及带轮；5—注射座移动电机； 6—注射座拉杆；7—预塑伺服电机1.3.3 注射装置的关键部件——螺杆
螺杆是注射装置的关键部件，主要功能是对塑料原料进行搅拌、剪切并将熔融的塑料熔体注入模具内。螺杆的基本结构如图1-15所示，其几何参数将直接影响塑料的塑化质量、注射效率、使用寿命，并将最终影响注塑机的注塑成型周期和制品质量。普通螺杆螺纹有效长度（L）通常分成加料段（输送段，L）、压缩段（塑化段，L）、均化12段（计量段，L）。3图1-15 螺杆基本结构示意图
知识拓展（1）螺杆的类型
根据塑料性质不同，可分为渐变型螺杆、突变型螺杆、通用型螺杆，如图1-16所示。图1-16 螺杆的类型
①渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于聚氯乙烯等，软化温度较宽的、高黏度的非结晶型塑料。
②突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃、聚酰胺类的结晶型塑料。
③通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免频繁更换螺杆，有利于提高生产效率。
普通螺杆各段长度如下所列：
螺杆类型 加料段（L） 压缩段（L） 均化段（L）123
渐变型 25％～30％ 50％ 15％～20％
突变型 65％～70％ 15％～5％ 20％～25％
通用型 45％～50％ 20％～30％ 20％～30％（2）螺杆的压缩比（ε）
压缩比是指计量段螺槽深度（h）与均化段螺槽深度（h）之13比。压缩比大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，但过大的压缩比将可能对塑料原料造成过度的剪切导致原料老化、烧焦等不良现象。
通用型螺杆ε一般取2.3～2.6；对于结晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺以及复合塑料，ε一般取2.6～3.0；对高黏度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯与ABS共混，高冲击聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸酯、有机玻璃、聚苯醚等，ε一般取1.8～2.3。（3）螺杆材料与热处理
目前，国内常用的材料为38CrMoAl，或者日本的SACM645。国内螺杆的热处理，一般采取镀铬工艺，镀铬之前高频淬火或氮化，然后镀铬，厚度0.03～0.05mm。此种螺杆适于阻燃性塑料，如透明PC、PMMA。但镀铬层容易脱落，耐蚀性差，所以多采用不锈钢材料。1.3.4 注射装置的关键部件——螺杆头
螺杆头的结构如图1-17所示，其作用是预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流。图1-17 螺杆头结构示意图1—前料筒；2—止逆环
螺杆头分两大类：带止逆环的和不带止逆环的。
①带止逆环的螺杆头。预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，通过与螺杆头形成的间隙，流入储料室中；注射时，螺杆头部的熔体压力形成推力，将止逆环退回将流道封堵，防止回流。螺杆头的止逆环要灵活、光洁，有的要求增强混炼效果等，因此，具体的结构又有多种形式，如图1-18所示。图1-18 螺杆头结构形式
②对高黏度物料如PMMA、PC、AC或者热稳定性差的物料如PVC，为减少剪切作用和物料的滞留时间，可不用止逆环。但此时在注射时会产生反流，会延长熔体的充模时间。
特别注意
为顺利进行生产，螺杆头应满足如下技术要求：
①止逆环与料筒配合间隙要适宜，既要防止熔料回泄又要灵活；
②既有足够的流通截面，又要保证止逆环端面有回程力，使在注射时快速封闭；
③止逆环属易磨损件，应采用硬度高的耐磨、耐蚀合金材料制造；
④结构上应拆装方便，便于清洗；
⑤螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，防止预塑时螺杆头松脱。1.3.5 注射装置的关键部件——料筒
料筒大多数采用整体结构，如图1-19所示。料筒是塑化机构中的重要零件，内装螺杆外装加热圈，承受复合应力和热应力的作用。定位子口1与料筒前体径向定位，并用端面封闭熔体，用多个螺钉旋入螺孔2内将前体与料筒压紧。螺孔3装热电偶，要与热电偶紧密接触，防止虚浮，否则会影响温度测量精度。图1-19 料筒结构示意图1—定位子口；2，3—螺孔；4—加料口；5—尾螺纹；6—定位
知识拓展（1）料筒间隙
料筒间隙是指料筒内壁与螺杆外径的单面间隙。此间隙太大塑化能力降低，注射回泄量增加，注射时间延长；如果太小，热膨胀作用，使螺杆与料筒摩擦加剧，能耗加大，甚至卡死，此间隙Δ=（0.002～0.005）d，如表1-1所列。s表1-1 料筒间隙值（2）料筒的加热与冷却
料筒加热方式有电阻加热、陶瓷加热、铸铝加热，应根据使用场合和加工物料合理配置。常用的有电阻加热和陶瓷加热，后者较前者承载功率大。
①为根据注塑工艺要求，料筒需分段控制，小型机三段，大型机五段。控制长度为（3～5）d，温控精度±（1.5～2）℃。而对热固s性塑料或热稳定性塑料，为±1℃。
②注塑机料筒内产生的剪切热比挤出机要小，常规下，料筒不专设冷却系统，靠自然冷却，但是为了保证螺杆加料段的输送效率和防止物料堵塞料口，在加料口处设置冷却水套，并在料筒上开沟槽。1.3.6 注射装置的关键部件——喷嘴
喷嘴是连接注射装置与模具流道之间的重要零部件。其主要功能包括：预塑时，在螺杆头部建立背压，阻止熔体从喷嘴流出；注射时，建立注射压力，产生剪切效应，加速能量转换，提高熔体温度均化效果；保压时，起保温补缩作用。
喷嘴可分为敞开式喷嘴、锁闭喷嘴、热流道喷嘴和多流道喷嘴。其中敞开式喷嘴结构形式，如图1-20所示。敞开式喷嘴结构简单，制造容易，压力损失小，但容易发生流涎。敞开式喷嘴又分为轴孔型和长锥型。轴孔型喷嘴，d=2～3mm，L=（10～15）d，适宜中低黏度、热稳定性好，如PE、ABS、PS等薄壁制品；长锥型喷嘴，D=（3～5）d，适宜高黏度、热稳定性差，如PMMA、PVC等厚壁制品。图1-20 敞开式喷嘴
自锁型喷嘴的结构形式有多种，如图1-21所示。此种结构主要用于加工某些低黏度的塑料，如尼龙（PA）类塑料，目的是防止预塑时发生流涎。图1-21 自锁型喷嘴结构形式示意图
自锁型喷嘴的具体结构有很多种，其中图1-21（a）～（f）的自锁原理基本相同，具体是在预塑时，靠弹簧力通过挡圈和导杆将顶针压住，用其锥面将喷嘴孔封死；注射时，在高压作用下，用熔体压力在顶针锥面上所形成的轴向力，通过导杆、挡圈将弹簧压缩，高压熔体从喷嘴孔注入模具流道，此种喷嘴注射时压力损失大，结构复杂，清洗不便，防流涎可靠性差，容易从配合面泄漏。
图1-21（g）、（h）结构的动作原理是借助注射座的移动力将喷嘴打开或关闭：预塑时，喷嘴与模具主浇套脱开，熔料在背压作用下，使喷嘴芯前移封闭进料斜孔；注射时，注射座前移，主浇套将喷嘴芯推后，斜孔打开，熔体注入模腔。
液压控制式喷嘴的结构形式如图1-22所示。喷嘴顶针在外力操纵下，在预塑时封死，注射时打开。此种喷嘴钉针的封口动作参加注塑机的控制程序，需设置喷嘴控制油缸。图1-22 液压控制式喷嘴示意图
此种结构喷嘴顶针和导套之间的密封十分重要，在较大的背压作用下，熔体有泄漏可能，为此需与防涎程序配合。
知识拓展
喷嘴的选择与安装。
①喷嘴安装：喷嘴头与模具的浇套要同心，两个球面应配合紧密，否则会溢料。一般要求两个球面半径名义尺寸相同，而取喷嘴球面为负公差，而其口径略小于浇套口径0.5～1mm为宜，二者同轴度公差≤0.25～0.3mm。
②喷嘴口径：喷嘴口径尺寸关系到压力损失、剪切发热以及补缩作用，与材料、注塑座及喷嘴结构形式有关，如表1-2所示。表1-2 喷嘴口径
对高黏度物料取（0.1～0.6）d；低黏度物料取（0.05～0.07）sd（d表示螺杆直径）。ss1.4 注塑机的合模装置1.4.1 合模装置的功能
合模装置也称锁模装置，如图1-23所示，其主要功能是：图1-23 合模装置
①实现模具的可靠开合动作和行程；
②在注射和保压时，提供足够的锁模力；
③开模时提供顶出制件的行程及相应的顶出力。
如图1-24所示，合模装置一般由前后固定模板、活动模板、拉杆、液压缸、连杆、模具调整机构（调模机构）、顶出机构及安全保护机构等组成。具体的类型有三类，分别是液压式、机械式和液压-机械式。图1-24 液压式合模装置1—合模液压缸；2—后固定模板；3—移动模板；4—拉杆；5—模具；6—前固定模板；7—拉杆螺母1.4.2 合模装置具体结构——单缸直压式合模装置
单缸直压式合模装置如图1-25所示，压力油进入液压缸的左腔时，推动活塞向右移动，模具闭合。待油压升至预定值后，模具锁紧。当油液换向进入液压缸右腔时，模具打开。图1-25 单缸直压式合模装置
单缸直压式合模装置结构简单，但难以满足力与行程速度双重要求。主要用于中、小型机器。1.4.3 合模装置具体结构——充液式合模装置
如图1-26所示，充液式液压合模装置采用两个不同缸径的液压缸分别满足行程速度和力的不同要求；但结构较笨重、刚性差、功耗大，油液易发热和变质。在中、大型机中较常采用。图1-26 充液式液压合模装置1，4—合模液压缸；2—动模板；3—充液阀
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]