塑料注射成型机的注塑装置和塑化过程
塑料注射成型机是将热塑性塑料或热固性塑料在料筒内经外加热和螺杆旋转剪切热作用塑化后,以一定的注射压力注入具有冷却装置的模具内,快速冷却后获得各类塑料制品的专用加工设备。除用于热塑性塑料成型外,某些热固性塑料也采用注射方法成型;注射成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸xx、带有金属或非金属嵌件的制件;生产效率高,容易实现自动化操作。它从加工日用塑料制品(脸盆,被子、肥皂盒等)开始,逐步进入加工工业用品,目前开始加工物运托盘、环保垃圾箱、汽车保险杠、汽车面板等大型塑料制品。所以塑料注射成型机是目前塑料成型设备中增长最快、产量最多、应用最广的塑料成型设备。而且随着制品质量的提高和制品的大型化,也推动了注射成型机向xx次、大规格方向发展。注射成型机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统等组成。利用塑料的三种状态(玻璃态、高弹态、粘流态),在一定的工艺条件下,成型出所需的制件。
一、 常用的注射装置
注射装置是注射机中直接对塑料加热和加压的部分,完成塑料的塑化和注射,是一个非常重要的组成部分。注塑装置的主要形式有柱塞式、螺杆预塑式和往复螺杆式,目前采用最多的是往复螺杆式,其次是柱塞式。
柱塞式注射装置的塑化方式是利用外加热的热传导方式使塑料熔融塑化,所以要提高塑化能力主要依靠增加料筒直径和长度,所以只能用于小型的注射机上,而且柱塞式注射装置的注射压力损耗大。
螺杆预塑式注射装置中,预塑螺杆不仅输送塑料,更重要的是对塑料产生剪切摩擦加热和搅拌混合的作用,因此它的塑化质量和塑化效率相对柱塞式注塑装置有明显的提高,但是由于增加了一个料筒,结构比较复杂庞大,两个料筒的单向阀处容易引起塑料的停滞和分解。同时为了避免熔料泄露,注射料筒和柱塞间的配合要求较高。
往复螺杆式注射装置塑化质量好,速度快,注射压力损失小,预塑计量准确,螺杆的拆装和清理容易,因此广泛用于各类注塑机上。
一种新型的注射装置——双面斜契高效节能注塑机,创造性的应用了双面斜契液压注射机构,采用左右两套柱塞装置、两套螺杆预塑装置,实现一机用于二机工作,大大提高了生产效率,降低了成本。现在也有对注射装置进行改造的实例,如注射装置的部件采用单线式螺杆预塑方式,其要点是:单线式预塑结构由注射活塞经顶柱带动螺杆,由于在活塞中装有轴承,使螺杆转动而活塞不转动,因此螺杆能灵活地进行前后移动完成螺杆前进和后退动作。
二、注射装置的主要零部件
料筒是柱塞式注射装置中完成对塑料的塑化及注射的部分,因此对它的耐温、耐腐蚀、耐磨损、热惯性等方面要求比较高。根据料筒不同部位作用的不同,可将它分为加料室和塑化室,加料室应该有足够的落料空间,使散装的塑料方便的加入,为保持良好的加料条件,在加料口附近设置冷却装置;塑化室是对塑料加热并实现其物理态变化的重要部分,由于塑料受热塑化所需要的时间比注射成型的循环周期长几倍,因此塑化室的容积应比注射量大几倍。日本三菱注射机的新型料筒,增大了料筒的直径,提高注射量,而且改造费用较低,但是螺杆料件直径增大导致塑化时螺杆的扭矩增大,油马达容易损伤,螺杆容易扭断,且由于注射油缸的直径没有改变,注射压力会下降,产品不容易注满。
塑化螺杆依照其功能可分为固体输送区、融化延迟区、固熔区和溶胶输送区。固体输送区段与进料漏斗相连结,塑料固体颗粒被紧密压缩形成固体床,受到熔胶筒的剪切效应作用,除了使塑料温度逐渐升高,同时将塑料往前输送。融化延迟区段为固体输送区终点到融化池形成以前区域,其主要特征在固体床与熔胶筒表面会形成由熔胶所构成的薄膜层,薄膜层内受到熔胶筒黏滞力往螺杆螺槽累积,此区末端所形成压力很大足以使固体床变形,而堆积在前螺杆螺槽内渐形成融化池。固熔区段为融化延迟区终点到塑料xx融化为止,此区又可分为两部分来讨论,一为塑化,而塑化主要来自于熔胶筒剪切效应作用,另一则是熔胶输送,将熔胶输送至融化池。当所有塑料xx融化即开始进入此区段,而结束于螺杆最末端,保持熔胶均匀温度及稳定熔融塑料之流量。
三、塑化过程及影响因素
螺杆式注射装置的塑化过程是从料斗落入料筒中的塑料,随着螺杆的转动向前输送,在输送的过程中塑料原料被逐渐压实,原料中的气体由加料排除。在料筒外电加热和螺杆转动时剪切热的作用下,原料变为粘流态,并在螺杆的前部形成一定的压力。当螺杆头部熔料的压力大于螺杆的背压时,螺杆便开始后退,这时螺杆头部的熔料逐渐增多,增至所需的注射量(即螺杆退回一定距离)时,计量装置撞击限位开关,螺杆即停止转动和后退。
影响塑化过程的主要因素是螺杆的转速、螺杆的背压和料筒的温度。调节螺杆的转速,可以改变原料在料筒中的停留时间;塑料被剪切的程度也随着改变。对热敏性或高粘度的塑料,螺杆转速应降低。有时为了在规定的冷却时间内塑化出足够的熔融塑料,则需要加快螺杆的转速。螺杆的背压增大,螺杆退回的时间增长,即增加了塑化时间,这样,熔融状态塑料的体积质量加大,塑化更xx。料筒温度对塑料塑化品质的影响很大,应调节螺杆的背压,使塑料的塑化压力得到合理的控制。
四、塑料注射剂的发展前景
目前,塑料注射成型机的总体水平有了较大的提高,这与两个因素是分不开的,即社会需求增长和技术上能够实现。一方面,进入八十年代以来,工程塑料的迅速发展和应用领域不断扩大,注塑机需求量日益增长,同时对塑料机提出了更高的要求,电子、电器工业迅猛发展,汽车工业从节能角度出发,要求车体轻量化,大量需要微型、精密制件或大型制件;另一方面,采用现代设计方法和先进的加工手段,新型实用传感器件、执行元件的出现,微电子学、微机技术的普及应用,电液技术的有机结合,无疑为注塑机实现连续、高效、自动化提供了技术上的保障。据分析,自从五十年代以来,注塑机的机械结构已经基本定型,无实质性变化,改进的重点在于控制部分,包括液压及电气控制,尤其是通过广泛采用比例技术,将比例阀、微电子和微机等结合于一体,实施注塑机过程控制,来提高注塑机性能和档次,满足用户高质量的要求,增强市场竞争力。中小型注塑机上多采用电液比例控制技术,中大型注塑机还用到了插装技术,精密注塑机仍需要采用电液伺服控制技术。
但从现今国内塑料注射成型机的结构和性能指标上看,与国外还是有一定差距。所以对于国内的注射机还是有很大的发展空间,从改善结构,改变模板形式,缩短管路长度减小压力损失,合理加长导向部分的长度,到提高注射速度、塑化能力、螺杆转速、模板移动速度、启闭模速度以及加长开模行程和拉杆间距。使国内的塑料制件朝着高质量、低成本的方向发展。当前,国内正在研制国际现今水品的高速精密注塑机,这会使中国塑料工业迎来精密成型时代,相信对提高国内注塑机的普遍水品会有很大的帮助。