1.3　注塑機的注射裝置

1.3.1　注射裝置的功能

注塑機的注射裝置如圖1-9所示。其工作過程原理是，注料斗中加入塑料原料，塑料從料斗落到加料座進入料筒加料口，在液壓馬達旋轉力的帶動下螺桿轉動，不斷把熔融塑料推送到螺桿頭前端，后經注射油缸推動，螺桿前移，止退環受注塑力的反作用將止退環后退封住螺桿螺槽，阻止熔融塑料逆向流動，從而將熔融塑料推出噴嘴口射入模具。

1.3.2　注射裝置的典型結構

（1）單缸注射——液壓馬達直接驅動式

單缸注射——液壓馬達直接驅動螺桿的基本結構形式，如圖1-10所示。預塑時，液壓馬達5帶動塑化機構1中的螺桿旋轉，推動螺桿中的物料向螺桿頭部的儲料室內聚集，與此同時螺桿在物料的反力作用下向后退，所以螺桿做的是邊旋轉邊后退的復合運動（為了防止活塞隨之轉動，損害密封），在活塞和活塞桿之間裝有滾動軸承2注射時，注射油缸3的右腔進高壓油，推動注射活塞座通過推力軸承推動活塞桿注射。活塞桿一端與螺桿鍵連接，一端與油馬達主軸套鍵連接，在防涎時，注射油缸左腔進高壓油，通過位于活塞桿與螺桿尾端的卡環，拉動螺桿直線后移，從而降低螺桿頭部的熔體壓力，完成防涎動作。

此種結構特點是，在注射活塞與活塞桿之間布置有滾動軸承和徑向軸承，結構較復雜，由于螺桿、液壓馬達、注射油缸是一線式排列，導致軸向尺寸加大，注射座的尾部偏載因素加大，影響其穩定性。整移油缸4固定在注射座下部的機座上。現在許多注塑機常用兩個整移油缸平排對稱布置固定在前模板與注塑座之間，其活塞桿和缸體的自由端分別固定在前模板和注射座上，使噴嘴推力穩定可靠。

（2）單缸注射——伺服電機驅動式

單缸注射——伺服電機驅動螺桿注射裝置的基本結構形式，如圖1-11所示。此種裝置的特點是，預塑時螺桿由伺服電機通過減速箱驅動螺桿，其轉速可實現精確的數學控制，使螺桿塑化穩定，計量準確，從而提高了注射精度。伺服電機安裝在減速箱的高速軸上，更加節能，但結構復雜，軸向尺寸加長，造成懸臂或重量偏載。而采用高速高精度的齒輪減速箱，則需提高制造成本，否則會加劇噪聲。

（3）雙缸注射——液壓馬達直接驅動式

雙缸注射——液壓馬達直接驅動螺桿注射裝置的基本結構形式，如圖1-12所示。預塑時，在塑化機構1中的螺桿，通過液壓馬達5驅動主軸旋轉，主軸一端與螺桿鍵鏈接，另一端與液壓馬達軸鍵連接。螺桿旋轉時，塑化并將塑化好熔料推到螺桿前的儲料室中，與此同時，螺桿在其物料的反作用下后退，并通過推力軸承使推力座4后退，通過螺母拉動雙活塞桿直線后退，完成計量。注射時，注射油缸3的桿腔進油通過軸承推動活塞桿完成動作。活塞的桿腔進油推動活塞桿及螺桿完成注射動作。防涎時，油缸左腔進油推動活塞，通過調整螺母帶動固定在推力座上的主軸套及其與之用卡箍相連的螺桿一并后退，四個調整螺母另一個作用是調整螺桿位于料筒中的軸向極限位置，完成防涎動作。

此種塑化裝置的優點是軸向尺寸短，各部重量在注射座上的分配均衡，工作穩定，并便于液壓管路和閥板的布置，使之與油缸及液壓馬達接近，管路短，有利于提高控制精度、節能等。

（4）電動注射裝置

電動注射裝置如圖1-13所示。其工作原理是，預塑時，螺桿由伺服電機驅動主軸旋轉，主軸通過止推軸承固定在推力座上，與螺桿和帶輪相連接，注射時，另一獨立伺服電機通過同步帶減速，驅動固定在止推軸承上的滾珠螺母旋轉，使滾珠絲杠產生軸向運動，推動螺桿完成注射動作。防涎動作時，伺服電機帶動螺母反轉，螺桿直線后移，使螺桿頭部的熔體卸壓，完成防涎動作，如圖1-14所示。

1.3.3　注射裝置的關鍵部件——螺桿

螺桿是注射裝置的關鍵部件，主要功能是對塑料原料進行攪拌、剪切并將熔融的塑料熔體注入模具內。螺桿的基本結構如圖1-15所示，其幾何參數將直接影響塑料的塑化質量、注射效率、使用壽命，并將最終影響注塑機的注塑成型周期和制品質量。普通螺桿螺紋有效長度（L）通常分成加料段（輸送段，L1）、壓縮段（塑化段，L2）、均化段（計量段，L3）。

知識拓展

（1）螺桿的類型

根據塑料性質不同，可分為漸變型螺桿、突變型螺桿、通用型螺桿，如圖1-16所示。

①漸變型螺桿：壓縮段較長，塑化時能量轉換緩和，多用于聚氯乙烯等，軟化溫度較寬的、高黏度的非結晶型塑料。

②突變型螺桿：壓縮段較短，塑化時能量轉換較劇烈，多用于聚烯烴、聚酰胺類的結晶型塑料。

③通用型螺桿：適應性比較強的通用型螺桿，可適應多種塑料的加工，避免頻繁更換螺桿，有利于提高生產效率。

普通螺桿各段長度如下所列：

螺桿類型　　加料段（L1）　　壓縮段（L2）　　均化段（L3）

漸變型　　25％～30％　　50％　　15％～20％

突變型　　65％～70％　　15％～5％　　20％～25％

通用型　　45％～50％　　20％～30％　　20％～30％

（2）螺桿的壓縮比（ε）

壓縮比是指計量段螺槽深度（h1）與均化段螺槽深度（h3）之比。壓縮比大，會增強剪切效果，但會減弱塑化能力，但過大的壓縮比將可能對塑料原料造成過度的剪切導致原料老化、燒焦等不良現象。

通用型螺桿ε一般取2.3～2.6；對于結晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺以及復合塑料，ε一般取2.6～3.0；對高黏度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯與ABS共混，高沖擊聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸酯、有機玻璃、聚苯醚等，ε一般取1.8～2.3。

（3）螺桿材料與熱處理

目前，國內常用的材料為38CrMoAl，或者日本的SACM645。國內螺桿的熱處理，一般采取鍍鉻工藝，鍍鉻之前高頻淬火或氮化，然后鍍鉻，厚度0.03～0.05mm。此種螺桿適于阻燃性塑料，如透明PC、PMMA。但鍍鉻層容易脫落，耐蝕性差，所以多采用不銹鋼材料。

1.3.4　注射裝置的關鍵部件——螺桿頭

螺桿頭的結構如圖1-17所示，其作用是預塑時，能將塑化好的熔體放流到儲料室中，而在高壓注射時，又能有效地封閉螺桿頭前部的熔體，防止倒流。

螺桿頭分兩大類：帶止逆環的和不帶止逆環的。

①帶止逆環的螺桿頭。預塑時，螺桿均化段的熔體將止逆環推開，通過與螺桿頭形成的間隙，流入儲料室中；注射時，螺桿頭部的熔體壓力形成推力，將止逆環退回將流道封堵，防止回流。螺桿頭的止逆環要靈活、光潔，有的要求增強混煉效果等，因此，具體的結構又有多種形式，如圖1-18所示。

②對高黏度物料如PMMA、PC、AC或者熱穩定性差的物料如PVC，為減少剪切作用和物料的滯留時間，可不用止逆環。但此時在注射時會產生反流，會延長熔體的充模時間。

特別注意

為順利進行生產，螺桿頭應滿足如下技術要求：

①止逆環與料筒配合間隙要適宜，既要防止熔料回泄又要靈活；

②既有足夠的流通截面，又要保證止逆環端面有回程力，使在注射時快速封閉；

③止逆環屬易磨損件，應采用硬度高的耐磨、耐蝕合金材料制造；

④結構上應拆裝方便，便于清洗；

⑤螺桿頭的螺紋與螺桿的螺紋方向相反，防止預塑時螺桿頭松脫。

1.3.5　注射裝置的關鍵部件——料筒

料筒大多數采用整體結構，如圖1-19所示。料筒是塑化機構中的重要零件，內裝螺桿外裝加熱圈，承受復合應力和熱應力的作用。定位子口1與料筒前體徑向定位，并用端面封閉熔體，用多個螺釘旋入螺孔2內將前體與料筒壓緊。螺孔3裝熱電偶，要與熱電偶緊密接觸，防止虛浮，否則會影響溫度測量精度。

知識拓展

（1）料筒間隙

料筒間隙是指料筒內壁與螺桿外徑的單面間隙。此間隙太大塑化能力降低，注射回泄量增加，注射時間延長；如果太小，熱膨脹作用，使螺桿與料筒摩擦加劇，能耗加大，甚至卡死，此間隙Δ=（0.002～0.005）ds，如表1-1所列。

（2）料筒的加熱與冷卻

料筒加熱方式有電阻加熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，應根據使用場合和加工物料合理配置。常用的有電阻加熱和陶瓷加熱，后者較前者承載功率大。

①為根據注塑工藝要求，料筒需分段控制，小型機三段，大型機五段。控制長度為（3～5）ds，溫控精度±（1.5～2）℃。而對熱固性塑料或熱穩定性塑料，為±1℃。

②注塑機料筒內產生的剪切熱比擠出機要小，常規下，料筒不專設冷卻系統，靠自然冷卻，但是為了保證螺桿加料段的輸送效率和防止物料堵塞料口，在加料口處設置冷卻水套，并在料筒上開溝槽。

1.3.6　注射裝置的關鍵部件——噴嘴

噴嘴是連接注射裝置與模具流道之間的重要零部件。其主要功能包括：預塑時，在螺桿頭部建立背壓，阻止熔體從噴嘴流出；注射時，建立注射壓力，產生剪切效應，加速能量轉換，提高熔體溫度均化效果；保壓時，起保溫補縮作用。

噴嘴可分為敞開式噴嘴、鎖閉噴嘴、熱流道噴嘴和多流道噴嘴。其中敞開式噴嘴結構形式，如圖1-20所示。敞開式噴嘴結構簡單，制造容易，壓力損失小，但容易發生流涎。敞開式噴嘴又分為軸孔型和長錐型。軸孔型噴嘴，d=2～3mm，L=（10～15）d，適宜中低黏度、熱穩定性好，如PE、ABS、PS等薄壁制品；長錐型噴嘴，D=（3～5）d，適宜高黏度、熱穩定性差，如PMMA、PVC等厚壁制品。

自鎖型噴嘴的結構形式有多種，如圖1-21所示。此種結構主要用于加工某些低黏度的塑料，如尼龍（PA）類塑料，目的是防止預塑時發生流涎。

自鎖型噴嘴的具體結構有很多種，其中圖1-21（a）～（f）的自鎖原理基本相同，具體是在預塑時，靠彈簧力通過擋圈和導桿將頂針壓住，用其錐面將噴嘴孔封死；注射時，在高壓作用下，用熔體壓力在頂針錐面上所形成的軸向力，通過導桿、擋圈將彈簧壓縮，高壓熔體從噴嘴孔注入模具流道，此種噴嘴注射時壓力損失大，結構復雜，清洗不便，防流涎可靠性差，容易從配合面泄漏。

圖1-21（g）、（h）結構的動作原理是借助注射座的移動力將噴嘴打開或關閉：預塑時，噴嘴與模具主澆套脫開，熔料在背壓作用下，使噴嘴芯前移封閉進料斜孔；注射時，注射座前移，主澆套將噴嘴芯推后，斜孔打開，熔體注入模腔。

液壓控制式噴嘴的結構形式如圖1-22所示。噴嘴頂針在外力操縱下，在預塑時封死，注射時打開。此種噴嘴釘針的封口動作參加注塑機的控制程序，需設置噴嘴控制油缸。

此種結構噴嘴頂針和導套之間的密封十分重要，在較大的背壓作用下，熔體有泄漏可能，為此需與防涎程序配合。

知識拓展

噴嘴的選擇與安裝。

①噴嘴安裝：噴嘴頭與模具的澆套要同心，兩個球面應配合緊密，否則會溢料。一般要求兩個球面半徑名義尺寸相同，而取噴嘴球面為負公差，而其口徑略小于澆套口徑0.5～1mm為宜，二者同軸度公差≤0.25～0.3mm。

②噴嘴口徑：噴嘴口徑尺寸關系到壓力損失、剪切發熱以及補縮作用，與材料、注塑座及噴嘴結構形式有關，如表1-2所示。

對高黏度物料取（0.1～0.6）ds；低黏度物料取（0.05～0.07）ds（ds表示螺桿直徑）。