附录 B：注塑机：系统与操作

B.1 注塑机

B.1.1 组成部分

对于热塑性塑料，注塑机通过熔融、注射、保压和冷却循环，将颗粒状或粒料状塑料原料转化为最终成型零件。一台典型注塑机由以下主要部分组成：

• 注射系统
• 液压系统
• 模具系统
• 锁模系统
• 控制系统

图 A.1：单螺杆热塑性塑料注塑机

B.1.2 机器规格

锁模吨位和射出量通常用于快速确定热塑性塑料注塑机的规格。其他参数包括注射速率、注射压力、螺杆设计、模具厚度和拉杆间距。

B.1.3 机器功能

注塑机通常可按机器功能分为三类：

• 通用机器
• 高精度、严公差机器
• 高速薄壁机器

B.1.4 辅助设备

注塑机的主要辅助设备包括树脂干燥机、材料处理设备、粉碎机、模温控制器和冷却机、取件机器人以及零件处理设备。

B.2 机器部件

B.2.1 注射系统

注射系统由料斗、往复式螺杆与料筒组件和注射喷嘴组成。该系统在供料、压缩、脱气、熔融、注射和保压阶段中容纳并输送塑料。

图 A.2：单螺杆热塑性塑料注塑机，示出塑化螺杆、料筒、用于加热料筒的加热圈、定模板和动模板

B.2.1.1 料斗

热塑性材料以小颗粒形式供应给成型厂。注塑机上的料斗储存这些颗粒。颗粒靠重力从料斗经料斗喉部进入料筒和螺杆组件。

B.2.1.2 料筒

注塑机的料筒支撑往复式塑化螺杆，并由电加热圈加热。

B.2.1.3 往复式螺杆

往复式螺杆用于压缩、熔化和输送材料。往复式螺杆由三个区段组成：

• 供料区
• 过渡区，也称压缩区
• 计量区

图 A.3：往复式螺杆，示出供料区、过渡区，或压缩区，和计量区

螺杆外径保持不变，但从供料区到计量区起点，螺棱深度逐渐减小。螺棱将材料压向料筒内壁，由此产生黏性热，也称剪切热。该剪切热是熔化材料的主要热源。料筒外的加热圈帮助材料维持熔融状态。通常一台成型机具有三个或更多加热圈或温区，且可设定不同温度。

B.2.1.4 喷嘴

喷嘴连接料筒和模具的浇口套，并在料筒与模具之间形成密封。喷嘴温度应按材料供应商建议，设为材料熔融温度或略低于该温度。当料筒处于完全前进的加工位置时，喷嘴半径应借助定位环嵌入浇口套的凹面半径并密封。清洗料筒时，料筒从浇口套后退，使清洗料能从喷嘴自由落下。

图 A.4：(a) 料筒处于加工位置时的喷嘴，(b) 料筒后退以进行清洗时的喷嘴

B.2.2 模具系统

模具系统由拉杆、定模板和动模板组成，还包括容纳型腔、主流道和流道系统、顶针及冷却通道的模具板，也称模架。模具本质上是一台热交换器，熔融热塑性塑料在其中凝固为由型腔规定的所需形状和尺寸细节。

图 A.5：典型的三板模系统

模具系统是由通常采用工具钢制成的模板和模具板构成的组件。它在型腔，或型腔阵列，内使塑料成型，并顶出成型零件。定模板连接在机器的料筒侧，并通过拉杆与动模板相连。型腔板通常装在定模板上，并容纳注射喷嘴。型芯板随动模板一起在拉杆导向下移动。偶尔型腔板会安装在动模板上，而型芯板和液压顶出系统则安装在定模板上。

B.2.2.1 两板模

绝大多数模具本质上由两半组成。此类模具用于通常在零件边缘或周边浇口进料的零件，流道与型腔位于同一块模具板中。

B.2.2.2 三板模

三板模通常用于浇口远离零件边缘的零件。流道位于两块模板之间，与型腔和型芯分开。

图 A.6：(a) 两板模，(b) 三板模

B.2.2.3 冷却通道，回路

冷却通道是在模具本体内形成的通路，冷却介质，通常为水、蒸汽或油，在其中循环。其作用是调节模具表面温度。冷却通道还可结合其他温度控制装置，例如隔板、喷管、导热销或热管。

B.2.3 液压系统

注塑机的液压系统提供开闭模、建立和保持锁模吨位、驱动往复式螺杆旋转和前进，以及驱动顶针和活动模芯所需的动力。提供这些动力需要多种液压部件，包括泵、阀、液压马达、液压接头、液压管路和液压油箱。

B.2.4 控制系统

控制系统使机器运行保持一致性和可重复性。它监视并控制加工参数，包括温度、压力、注射速度、螺杆转速和位置以及液压位置。工艺控制直接影响最终零件质量和工艺经济性。工艺控制系统的范围可以从简单的继电器开关控制，到极为复杂的基于微处理器的闭环控制。

B.2.5 锁模系统

锁模系统负责开闭模、支撑和承载模具的组成部件，并产生足以防止模具张开的力。锁模力可由机械式，肘杆式，锁紧机构、液压锁紧机构，或两种基本类型的组合产生。

B.3 成型系统

典型成型系统由供料系统和成型零件组成。

图 A.7：成型系统包括供料系统和成型零件。

B.3.1 供料系统

供料系统为熔融塑料从机器喷嘴流向零件型腔提供通道，通常包括：

• 主流道
• 冷料井
• 主流道分流道
• 支流道
• 浇口

供料系统设计对充填模式具有很大影响，进而影响成型零件的质量。

B.3.1.1 冷流道

采用冷流道供料系统时，成型后会切除流道系统并进行回收。因此，供料系统通常应在保持以理想模式将熔融塑料送至型腔这一功能的同时，尽量少耗用材料。

B.3.1.2 热流道

热流道，也称无流道，成型工艺使流道保持高温，让塑料始终维持熔融状态。热流道系统不会与成型零件一起从模具中取出，因此可节省材料并免除后续切除工序。热流道的体积应小于射出量。

B.4 机器操作顺序

注塑成型是循环工艺。在注塑过程中，机器以循环方式执行一系列操作。一个工艺周期就是注塑机的一次完整操作。

B.4.1 工艺周期

基本的注塑机操作顺序为：合模，螺杆开始向前进行注射，充填完成，螺杆继续前进进行保压，螺杆到达完全前进位置，浇口冻结时保压完成，冷却继续，螺杆开始后退并在螺杆头部前方积存熔体以备下一次射出，冷却完成，模具打开并顶出零件。

图 A.8：注塑机的基本操作

B.4.1.1 周期时间

典型工艺周期时间从数秒到数十秒不等，取决于零件重量、零件壁厚、材料性能以及特定工艺的机器设定。

B.5 螺杆操作

往复式螺杆以不同螺杆转速，每分钟转数，RPM，塑化塑料颗粒，以不同速度和射出量像柱塞一样注射熔融塑料，并控制螺杆前方熔料的压力水平。以下讨论其中几项操作。

B.5.1 背压

背压是螺杆为准备下一次射出而后退时，施加在螺杆前方材料体积上的压力。

B.5.1.1 设定最大背压

通常所有机器都能调节最大背压。当螺杆到达预设位置时，螺杆后退阶段停止。停止位置依据填满模具型腔和流道系统所需的材料量手动设定。机器准备射出时，螺杆随即像柱塞一样将其前方材料向前推送并注入模具。注射后的材料在模内冷却期间，螺杆后退阶段再次启动，成型循环重复进行。

B.5.2 注射速度

注射速度，也称柱塞速度，是螺杆进行注射操作时的前进速度。

B.5.2.1 设定注射速度

对大多数工程树脂，出于技术和经济原因，柱塞速度应设为零件设计和工艺允许的最高值。不过，注射初期材料穿过浇口等受限区时，可能需要较低注射速度以避免湍流和喷射。注射末段应再次降低注射速度，以避免行程末端产生飞边，并在分流后促进形成均匀的熔接线。

B.5.3 螺杆转速

螺杆转速，RPM，是塑化螺杆旋转的速度。螺杆转得越快，材料受螺棱压缩得越快，产生的剪切热越多。

B.5.4 余料垫

余料垫是螺杆最终前进位置与其允许的最大前进位置之间的差值。若允许螺杆走完全行程并机械地抵到喷嘴，余料垫即为零。通常采用 3 至 10 mm，1/8 至 3/8 in，的余料垫。

B.6 二次操作

零件顶出后，供料系统，包括主流道、流道和浇口，会作为二次操作被切除。某些应用还需要用于装配或装饰的附加二次操作。有关这些二次操作程序的详细说明，可参见材料供应商的设计手册。

B.6.1 装配

用于装配零件的二次操作包括：

• 粘接
• 焊接
• 镶嵌
• 铆接
• 旋铆
• 使用紧固件装配

B.6.2 装饰

用于装饰塑料零件的二次操作包括：

• 贴花，以热和压力施加的表面覆盖层
• 印刷，为装饰或传递信息而在基材上形成标记或印痕的工艺

B.6.3 其他二次操作

其他二次操作包括：

• 涂装
• 硬涂层
• 金属化，屏蔽
• 表面处理
• 退火
• 机械加工