注射成型机的技术参数

二、注射成型机的技术参数

注射机的主要技术参数有注射量、注射压力、注射速率、注射速度、注射时间、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度及空循环时间等。这些参数是设计、制造、购置和使用注射成型机的依据。

1．注射量

注射量也称公称注射量。它是指对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。注射量在一定程度上反映了注射机的加工能力，因而是经常被用来表征注射机规格的参数。ZBG95003－87规定注射量有两种表示方法，一种是以聚苯乙烯为标准，用注射出熔料的质量(单位为g)表示，另一种是用注射出熔料的容积(单位为cm³)表示。我国注射机系列采用后一种表示方法。对注射机注射量曾规定有30、60、125、250、350、500、1000、2000、3000、4000、6000、8000、16000、24000、32000、48000、64000cm³等十余种规格。20世纪80年代以来，又增添了16、25、40、100、160、400、630、1600、2500、63000cm³等规格。

根据对注射机注射量的定义，公称注射量应为:

式中:V_c——公称注射量(cm³);

D_s——螺杆或柱塞的直径(cm);

s——螺杆或柱塞最大行程(cm)。

该式说明，理论上直径为D_s的螺杆移动s距离，应当射出V_c的注射量，但是在注射时有少部分熔料在压力作用下回流，并且为了保证塑化质量和在注射完毕后保压时进行补缩，实际注射量要小于理论注射量，为描述二者的差别，引入射出系数α:

式中:V——实际注射量(cm³);

α——射出系数。

影响射出系数的因素很多，如螺杆的结构和参数、注射压力和注射速度、背压的大小、模具的结构和制件的形状以及塑料的特性等。所以在实际使用中，射出系数并非是一个恒定的数值，而是通常在0．7～0．9之间变化。选择设备时，实际注射量应为注射机理论注射量的25%～70%。

2．注射压力

注射时为了克服熔料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，此压力称为注射压力。注射压力的大小与流动阻力、制件的形状、塑料的性能、塑化方式、塑化温度、模具结构、模具温度及对制件精度要求等因素有关。

注射压力的选取很重要。注射压力过高，制件可能产生毛边，脱模困难，影响制件的表面粗糙度，使制件产生较大的内应力，甚至成为废品，同时还会影响注射机的使用寿命。注射压力过低，则易产生物料充不满型腔，甚至根本不能成型等现象。目前国产注射机压力一般为105～150MPa。由于注射制件大量用作工程结构零件，并且这类制件结构复杂、形状多样、精度要求较高，所选材料多为中、高黏度，所以注射压力有提高的趋势。

注射压力的理论计算式为:

P₁=(D₀/D_s)²P₀

式中，P₁为注射压力，D₀为注射活塞内径，D_s为注射螺杆直径，P₀为注射缸的油压。

根据塑料的性能，目前对注射压力的使用情况可大致分为以下几类:

(1)注射压力小于70MPa，用于加工流动性好的塑料，且制件形状简单，壁厚较大。

(2)注射压力为70～100MPa，用于加工塑料黏度较低，形状、精度要求一般的制件。

(3)注射压力为100～140MPa，用于加工中、高黏度的塑料，制件的形状和精度要求一般。

(4)注射压力为140～180MPa，用于加工较高黏度的塑料，且制件壁薄或不均匀、流程长、精度要求较高。对于一些精密塑料制件的注射成型，注射压力可用到230～250MPa。

选择设备时，要考虑所需的注射压力是否在注射机的理论注射压力范围以内。

3．注射速度、注射速率与注射时间

注射时，为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速度。描述这一参数的量为注射速率、注射时间或注射速度。

注射速度与注射时间的关系为:

式中:v——注射速度(m/s);

s——注射行程(m);

τ——注射时间(s)。

也可用注射速率q，即单位时间内所射出的最大体积表示:

式中:q——注射速率(cm³/s);

V_c——公称注射量(cm³)。

可见，注射速率是指将公称注射量的熔料在注射时间内注射出去，单位时间内所能达到的体积流率;注射速度是指螺杆或柱塞的移动速度;而注射时间则是指螺杆(或柱塞)射出一次注射量所需要的时间。

注射速率、注射速度或注射时间的选定很重要，将直接影响到制件的质量和生产率。注射速率过低(即注射时间过长)，制件易形成冷接缝，不易充满复杂的模腔。合理地提高注射速率，能缩短生产周期，降低制件的尺寸公差，能在较低的模温下顺利地获得优良的制件，特别是在成型壁薄、长流程制件及低发泡制件时采用高的注射速率，能获得优良的制件。因此，目前有提高注射速率的趋势。1000cm³以下的中小型螺杆式注射机的注射时间通常在3～5s，大型或超大型注射机也很少超过10s。表5－1列出了目前常用的注射速率和注射时间，供参考。但是，注射速率也不可能过高，否则塑料高速流经喷嘴时，易产生大量的摩擦热，使物料发生热解和变色，模腔中的空气由于被急剧压缩而产生热量，在排气口上有可能出现制件烧伤现象。一般说来，注射速率应根据工艺要求、塑料的性能、制件的形状及壁厚、浇口设计以及模具的冷却情况来选定。

表5－1　目前常用注射速率和注射时间

为了提高注射制件的质量，尤其对形状复杂制件的成型，近年来发展出变速注射，即注射速度是变化的，其变化规律根据制件的结构形状和塑料的性能确定。

4．塑化能力

塑化能力是指单位时间内所能塑化的物料量。显然，注射机的塑化装置应该在规定的时间内，保证能够提供足够量的、塑化均匀的熔料。塑化能力应与注射机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循时间太长，则不能发挥塑化装置的能力;反之，则会加长成型周期。

5．锁模力

如前所述，注射时熔料进入模腔时仍有较大的压力，它促使模具从分型面处涨开。为了平衡熔料的压力、夹紧模具、保证制件的精度，注射机合模机构必须有足够的锁模力。锁模力同注射量一样，也在一定程度上反映出注射机所能注射出制件的大小，是一个重要参数，有的国家采用最大锁模力作为注射机的规格标称。

模腔压力由注射压力传递而来，它在模腔内不是均匀分布的。模腔压力约为注射压力的25%～50%。对于塑料流动性差、形状复杂、精度要求高的制件，需要较高的模腔压力。但是过高的模腔压力将对锁模力和模具强度提出较高的要求，且使制件脱模困难，残余应力增大，故一般不用过高的模腔压力。对于一般熔料黏度的制件，模腔压力为20～30MPa;对于熔料黏度较高、制件精度要求高的情况，模腔压力为30～40MPa。

最大成型面积的确定是从实际需要出发的，对于一般制件，根据塑料的性能以及对制件的强度或刚度要求，其最大成型面积A可用如下经验公式计算:

A=KV^2/3×10^－4

式中:A——最大成型面积(m²);

V——注射量(cm³);

K——经验系数，约为12～15，注射量大时取大值。

模腔压力和最大成型面积确定后，锁模力则可由下面公式计算:

F=cp_mA

式中:F——锁模力(N);

p_m——模腔平均压力(Pa);

A——最大成型面积(m²);

c——安全系数，一般为1．1～1．2。

6．合模装置的基本尺寸

合模装置的基本尺寸，主要包括模板尺寸、拉杆空间、模板最大开距、动模横行程、模具最大厚度和最小厚度等。这些参数规定了所用模具的尺寸范围、定位要求、相对运动程度及其安装条件。

(1)模板尺寸　图5－4为模具与模板及拉杆间距的尺寸关系，模板尺寸为V×H，拉杆间距为V₀×H₀，这两个尺寸参数表示了模具安装面积的大小，模具尺寸必须在模板尺寸及拉杆间距尺寸规定的范围之内。模板面积大约为注射机最大成型面积的4～10倍。

(2)模板最大开距　模板最大开距是动模开启时，动模板与定模板之间的最大距离(包括调模行程在内)，如图5－5所示。

图5－4　模具与模板及拉杆间距的尺寸关系

图5－5　模板最大开距

L=s+δ

式中:L——模板最大开距(mm);

s——动模板行程(mm);

δ——模具最大厚度(mm)。

为了使成型制件便于取出，一般最大开距L为成型制件最大高度的3～4倍。

(3)动模板行程　动模板行程是指动模能够移动的最大值。对曲肘式合模机构，其动模板行程是一定的;而直压式合模机构的动模板行程是可变的，它与所安装的模具厚度有关，当所安装的模具厚度为最小值时，动模板行程为最大值，反之为最小值。为便于取出制件，一般动模板行程要大于制件高度的2倍。

(4)模具最大厚度H_max和最小厚度H_min　模具最大厚度和最小厚度是指动模板闭合后达到规定锁模力时，动模板与定模板之间所达到的最大和最小距离，这两值之差就是调模机构的调模行程。这两个基本尺寸对模具安装尺寸的设计十分重要。若模具实际厚度小于注射机的模具最小厚度，则必须设置模厚调整块，使模具厚度尺寸大于H_min，否则就不能实现正常合模。若实际模具厚度大于模具最大厚度，则模具也不能正常合模，达不到规定的锁模力。这一点对曲肘式合模机构尤为突出。一般棋具厚度设定在H_max和H_min之间。

7．开合模速度

为使模具闭合时平稳以及开模、顶出制件时不使塑料制件损坏，要求模板慢行，但模板又不能在全行程中都慢速运行，这样会降低生产率。因此，在每一个成型周期中，模板的运行速度是变化的，一般注射机动模板运行速度是按慢—快—慢的节奏设计的。