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注塑基础知识21. 螺杆速度和行程的设定 在此节所讨论的螺杆旋转速度和行程的设定是指在塑化过程时利用螺杆的转动把塑料推向射料缸的前面，关于螺杆向前推进的速度（注射速度）则在较后章节论及。1.1 螺杆旋转速度 软 化 塑 料 所 需的热能，部份来自螺杆的转动，转动愈快，温度愈高，虽然螺杆的旋转速度可以达到一个很高的数值，但这并不表示着我们应该使用这样高的旋转速度。较好的做法是按照施工塑料和种类和生产周期的长短来调节螺杆的旋转速度。1.1.1 螺杆旋转速度的选择 螺杆的旋转速度显着地影响着注射成型过程的稳定程度和作用有塑料上的热量。当螺杆以高速旋转时，传送到塑料的磨擦（剪切）能量提高了塑化效率，但同时亦增加了熔料温 度 的 不 均匀度。这对生产的稳定要求来说是极不受欢迎的，因为它可能使熔料发生局部过热现象。而且采用高螺杆转速亦使能源（电能）的消耗增大，相反地螺杆的旋转速度愈低，熔料的温度均匀性愈好，原因是没有了局部的过热现象；而且从经济角度来考虑，产品制造所需的能源较少，由此可知要在到某一注塑过程的生产能力规定，正确地螺杆旋转速度的选择是何等重要，这被设定的数值必须能够顾及生产时各条件参数的天然变化。 当我们提及螺杆的旋转速度时，其实最重要的参数是螺杆表现的速度。不同的塑材所容许是最大螺杆表面速度亦不是一样（请参看表6.2）这速度的单位是毫米秒 (mm/s)、或是肥尺秒(m/s)或是英制的尺秒(ft/s)，由于螺杆的旋转速度(rpm)和它的表面速度一线性关系，所以不同的塑材，它们所容许的最大旋转速度亦是不相等。1.1.2 螺杆速度的计算 大型注塑机的螺杆旋转速度应较小型注塑机的为少，原因是在同等旋转速度来说大螺杆所产生的剪切热能比小螺杆的高很多，在数学上我们可以以下列公式表示螺杆的表面速度与螺杆的直径和螺杆每分钟的转速的关系；螺杆表面速度(mm/s)=螺杆直径(mm)螺杆转速(rpm)0.0524（这里0.0524是关于mm和rpm的转换常数）。各塑料最佳的及最大的螺杆表面速度详见表1.1。 表内最大的数值可以帮助注塑人员在决定生产问题是否源自螺杆转速。事实上很多注塑人员在注塑机调校时采用了过高的螺杆速度而不自觉，直至塑料发生了热降解现象才醒觉需要调低螺杆速度（塑料的热降解现象可从注件的缺点得知），当螺杆的转速是洽当时，熔料的温度较为稳定，注塑机的螺杆和射料缸装置的磨损程度较轻微。1.2 螺杆复位 螺杆的复位是指注塑周期的塑化过程完结后，螺杆向后移动至原先未注射时的位置，螺杆退后时的旋转速度是一预先设定的数值，同时亦有一预先设定的背压压力作用在螺杆上，螺杆之所以能够稳定地退后是由于射料缸内的塑料被推向前的速度也是稳定的，同时熔料在射料缸前部不断地增加的情况下产生了一压力作用在螺杆上，迫使它向后移动至原先的位置。1.2.1 螺杆精确复位的重要性 螺杆每周期的复位精确度是非重要的。这位置决定了在下一周期螺杆需要向前推动的实际距离（螺杆行程）以便模腔能在保压切换前能够得到充份的填充，这距离影响着其后的注射时间，螺丝垫料的长度以及注件的重量尤其是当保压转换的模式是行程决定或是时间决定时，所以螺杆复位的精度愈不准确，生产过程的不稳定性愈大。螺杆的复位变化 通 常 都 是 由 于 螺杆在退后时冲过设定的份量（计量位置）；理想的螺杆退后时应停在所设定的份量位置。可是事实 螺 杆 往 往退得后一点引致在螺杆前端的熔料容积发生弯化。螺杆的直径愈大，螺杆的越位程度更加需要控制，良好的注塑习惯是使越位的范围控制在0.4mm(0.16in)内，最好是控制在0.2mm(0.008in)内。表1.1 典型的螺丝速度(mm/s)最理想最大OPTIMUMMAXIMIMABS550650BDS700750GPPS800950HIPS850900LDPE700750NYLON1112400500NYLON66400500PC400500PEI400500PES/PSU150250PMMA350400POM(HO)100300PP/EPDM混合物550650PPS200300PSU150250PC/ABS混合物450550PC/PBT混合物350400ASA600650EVA500550GDPE750800HIPS(快周期)9501000LLDPE700750NYLON6400500PBT300350PEEK300400PETP250350PETG300400POM(CO)200500PP750850109PPO-M400500PPVC150200SAN400450UPVC150200TPU/PUR250400转换为ft/sec除以304.8i.e.300mm/s=0.98ft/s转换为m/sec除以1,000i.e 300mm/s=0.3m/sc1.2.2 螺杆复位时的减速 假使我们在螺杆的复位动作时能够采用快慢的双速方法 则 螺 杆 的 退 后 越 程 度 将 会 大 为 降低，可以控制在0.2mm(0.008in)的范围内，塑化过程便可以稳定下来了。 找出了施工塑料的最高许可杆速度后（请看表6.2），我们应从较低的最佳螺杆转速开始，先选用最佳速度作为第一速度，在大约还有15的复位行程时转用较慢的第二速度。第二速度大约是最佳速度6070，第二速度的选定是使复位 动 作 在模具冷却阶段完成前12秒先完成，倘若这样的快慢螺杆速度不能使复位动作在冷却阶段前完成，则需要稍为增大螺杆的前一段的后退速度，慕求螺杆可以在冷却阶段 完 毕 前 得 以 复 位（包括减压或螺杆复位的螺杆退后移动）。1.3 螺杆行程 螺杆行程是指螺杆直射注塑机射料缸内螺杆的线性移动距离，移动距离是从塑化过程完结后螺杆停顿的位置至保压压力的切换位置（模具保压）。 这模具填充阶段时注射入模腔的熔料容量很大程度上是决定于这螺杆的线性行程影响熔料容量的因素有： 1螺杆旋转速度（如上述）； 2螺杆复位完结时的退后移动； 3螺杆复位时所采用的背压数值。1.4 螺杆后退 在注塑周期内的螺杆后退，（常被称为“倒索”或“卸压”）的需要是基于数种原因，初时螺杆复位是用来防止射咀的熔料滴漏现象，避免了关闭式射咀的需要。现在螺杆复位的应用推广至生产过程稳定的改善，螺杆后缩的速度和距离城要准确控制以达到稳定生产过程的目的。1.4.1 螺杆后退的速度和距离 对传统的油压式注塑机来说；螺杆复位是油压气缸把螺杆 向 后 拉动一段预先设定的距离，对全电动式的注塑机来说，螺杆的后缩动作则是AC伺服马达的倒制转动。 和螺杆旋转速度一样，螺杆后退的速度是可以随意选择的，后退的速度愈快，后退距离的可控程度愈差。所以我们应使用螺杆可有的最快后退速度的2030。假使螺杆是以一个受控制的和较慢的速度向后退；则螺杆前端的止流阀丝套可以在每一注塑周期回复至同一位置，减少了螺丝垫料长度的变化。螺杆后缩的距离视乎螺杆的直径和止流阀丝套的设计移动范围。典型的数值是410mm(0.160-0.394in)。 在射胶速度要求很高的应用例子，螺杆复位和距离可以是1218mm(0. 472-0.709in)。某些塑料（例如聚烯烃）常常需要很长的螺杆复位距离以保证止流阀丝套能够回复至同一位置，可是螺杆复位距离过长可以形成吸氧现象（空气从射咀或进料口被吸进熔料内），表现在成品上的银丝或浇伤于痕。1.4.2 螺杆复位距离的最佳设定 为了设定螺杆复位距离的最佳行程，我们需要知道止流阀丝套实际的移动范围。不同的注塑机有着不同的止流阀设计。但是一般来说，止流阀丝套的设计行程大约是11.2倍螺杆注入区段的螺坑深度。 其次我们还需要知道螺杆后退时的越位距离，此越位距离必须是稳定的，然后我们才量度这距离的数值。正确的螺杆复位距离便是止流阀丝套的移动距离以及螺杆越位距离之和再加上0.5mm(0.020in)。 计算办法如下： 假若储料所设定的螺杆位置85mm(3.347in) 螺杆实际停止位置=86.2mm(3.394in) 即是螺杆越位距离=1.2mm(0.047in) 止流阀丝套移动距离=4.5mm(0.177in) 所以螺杆复位应选定的距离=86.2+4.5+0.5mm =91.2mm(3.591in) 很多时注塑人员设定螺杆的复位（倒索）位置时祗是随便地把储料的设定位置加上3mm(0.118in)便算了。他们都不知道螺杆是会发生越位现象的。在此情况政，生产过程必然不稳定，螺杆停止位置的变化范围亦算超过所规定的0.4mm(0. 016in)，引致螺丝垫料的长度变化也超过了0.4mm(0.016in)。表1.2说明了正确的和不正确的注塑机螺杆位置设定的分别。2. 背压 当螺杆在转动时，遇热软化（塑化）的塑料被推向前，经过止流阀而到达螺杆的前面。由于熔料不断地推送向前，在这区域便产生了压力，并作用在螺杆和止流阀上，把它们推后，以便有更多的空间容纳更多的熔料。螺杆退后时同时亦把相连接的油压气缸的活塞推后，在油压气缸后室的压力油便经由油管回流至注塑机的油缸。若我们控制着这压力油回流的速度，则油压气缸的后室将会产生一压力（此压力提供了螺杆的退后阻力），回流压力油的速度限制愈大，油压气缸内所产生的压力愈大；我们称这压力为背压。2.1 背压的种类 背 压 可 以 有两种，它们分别被称为油路背压和熔料背压，通常我们说的背压大都是指油路背压，它的应用对成品质素的维持是必须的（压力范围可以较校至最高油路压力的25）。油蹴背压产生自注射用的油压气缸，它在储料阶段时作用在螺杆上，减慢了螺杆后退速度。所以油路背地愈高螺杆的复位时间愈长，螺杆前面熔料所产生的压力必须大过油路背压才可以使螺杆向后移动。 在 射 料 缸前端不断增多的熔料产生了使螺杆后退的压力，被称为熔料背压，它与油路背压有着直接的关系；此关系和注塑机的构造有关（例如螺杆直径和注射油压气缸的活塞直径），一般的设计习惯是油路背压为所产生的熔料背压的十份之一。 大多数的注塑机都是油压作动力的，所以在储料过程时背压的调校十分容易，更可以在不同的螺杆位置采用不同背压数值，但对全电动的注塑机来说，背压的控制却是比较复杂，螺杆旋转时背压的设定（经由负载装置或转换器）在压力轴承上产生了阻力。此阻力的数值是AC伺服马达回转速度的函数，即是背压数值愈高，阻力愈大，伺服马达的回转速度 愈 低，对全电动注塑机来说，背压可称为阻力感应背压。表1.3 一致性与非一致性注塑前的螺杆位置一致性的螺杆非一致性的螺杆后退位置后退位置mminmmin70.62.78070.22.76470.62.78070.42.77270.62.78070.52.77670.62.78070.62.7870.62.78070.52.77670.72.78470.32.768表1.470.62.78070.22.76470.62.78070.62.78070.72.78470.52.77670.62.78070.62.78070.62.78070.42.77270.72.78470.32.76870.62.78070.52.77670.72.78470.62.78070.62.78170.42.7220.10.0040.40.0162.2 背压的功用 背压的应用可以保证螺杆在旋转复位时，能产生足够的机械能量把塑料熔化及混和，背压还有以下的用途； 1把挥发性气体，包括空气排出射料缸外； 2把附加剂（例如色粉、色种、防静电剂、滑石粉等）和熔料均匀地混合起不； 3使流经不同有助螺杆长度的熔料均匀化，和 4提供均匀稳定的塑化材料以获得精确的成品重量控制。 很多注塑人员在整个储料过程祗采用单一数值的背压，所选用的背压数值应是尽可能地低（例如415bar，或58 217.5psi），祗要熔料有适当的密度和均匀性，熔料内并没有气泡、挥发性气体和未完全塑化的胶粒便可以了。对于全电动注塑机的最大阻力感应背压的设定也是相当于油路背压的15bar(217.5psi)所选定的数值和作用在马达压力轴承的力量成正比例，为了方便转换熔料背压轴承的阻力，可以从图表查知。 背压的利用使注塑机的压力温度和熔料温度上升。上升的幅度和所设定背压数值有关。较大型的注塑机（螺杆直径超过70mm(2.75in)的油路背压可以高至2540bar(362.5-580psi)但需要注意太高的油路背压或是阻力感应背压引起熔料背压过高，亦表示在射料缸内的熔料温度过高，这情况对于热量敏感的塑料的生产是有破坏作用的。 而且太高的背压亦引起螺杆过大和不规则的越位情况，使射胶量极不稳定。越位的多少是受着塑料的黏弹性特性所影响；熔料所储藏的能量愈多，螺杆的越位距离愈大。这些储藏的能量使螺杆在停止旋转时，产生突然的向后跳动，一些热塑性塑料的跳动现象较其他的塑料厉害，例如LDPE、HDPE、PP、EVA、PP/EPDM 合 成 物 和PPVC，比 较 起）GPPS、HIPS、POM、PC、PPOM和PMM都比较易发生跳动现象。 为了获得最佳的生产条件，正确的背压设定至为重要，这样熔料可以得到适当的混合而螺杆的越位范围亦不会超过0.4mm(0.016in)。2.3 多次背压的应用 由于螺杆在储料阶段时向后移动，塑料经过螺杆的有效长度并不一样，这 表 示 作用在塑料上的剪切力能量亦不一样。所以螺杆行程愈长，螺杆的塑化有效长度变化愈大，所产生的不稳定作用亦愈大。假使我们在储料进行时，不断改变背压的数值，便可以抵消了螺杆塑化有效长度的变化了，对 螺 杆 的越位现象（有时称螺杆跳动现象）更有稳定的作用。 关于螺杆的塑化有效长度，这里作进一步说明，由于螺杆在储料阶段是一边旋转一边后退，我们可以想像得到螺杆从 端 部 至进料口处的长度在储料刚开始和完毕时都不是一样，储料刚开始时的螺杆长度最长，在储料完毕时最短，这意味着在不同时间跌进螺杆螺坑的塑料，它们制城要流经螺杆的长度都不相同，所吸收的剪切能量亦不一样。这现象引起了熔料温度（即黏度）的不均匀，所以获得的成品品质亦不稳定了。 在不同的螺杆后退位置使用不同的和递增的背压数值可以大大地降低了上述现象所引起的作用，使生产过程稳定下来。例如在储料行程最后的1015把背压增高和螺杆旋转速度降低，可以成功地控制螺杆的越距离在0.2mm(0.008in)内，当然螺杆的转速和背压的最佳配搭，需要经过一番的试验辰才可以获得。好象以下例子的螺杆参数设定； 1螺杆开始时以最佳的表面速度转动，熔料背压的数值是507bar(7521,015psi)相对某塑料的最佳螺杆表面速度可从表6.2查知。 2在螺杆储料行程完成25%和60时，熔料背压分别提升至100bar(2,450psi)和20bar(1,740psi)；螺杆的转速不变，以减少不同螺杆有效长度所引起的变化。 3在螺杆储料行程完成时85时，熔料背压再提升至150bar(2,175psi)；螺杆转速减半以便降低螺杆越位程度。 4螺杆停止转动时，把螺杆后退5mm(0.197in)（倒索或卸压）（请参看图6.4） 当施工的塑料是尼龙1112时，熔料背压的数值经常是11410bar(145psi)，并且在整个储料阶段都不变，事实上很多注塑手册都推荐这样的背压数值以便获得上述尼龙塑料的稳定生产。6.5.4 推荐的背压数值 以下是一些热塑性塑料的推荐熔料背压数值，可供一般参考用途；塑料推荐的熔料背压压力备注GPPS,ABS,HIPS100-200bar背压不足引起注件的BDS,ASA(1450-2,900psi)浇焦现象(成因是熔料内含有空气或其他气体)PA6,PA66,PBT10-19bar需要精确地设定背压以PA11/PA12,PETP(145-1,305psi)得正确的熔料均匀度PE-LD,PE-HD,PP100-300bar正确背压的设定可减少EVA,PP-EPDM(1450-4,350psi)成品重量的变化PMMA,SAN,MBS120-400bar背压过低时,熔料和成品CAB(1740-5,800psi)可能有气泡PVC,RTPU,CP,100-300bar需要小心设定背压数值,CPVC(1450-4,350psi)这些塑料对热量很敏感. 若在储料阶段时能够适当地利用不同的螺杆旋转速度和背压数值组合可以获得最稳定生产状态。6.6 开始模具填充阶段 为了在保压转换前得到最佳模腔填充状态，我们需要正确设定注射速度曲线上各点的数值和控制注射份量。 当 螺 杆 向 前推进塑料的实际注射容量被以下各点影响着： 1注射前螺杆停留的位置。 2螺杆储料后的越位距离。 3所使用的背压数值。 4螺杆旋转速度。 5所使用的螺杆行程。 6止流阀的操作情况。6.6.1 止流阀装置 在螺杆前端的止流阀亦称为回流阀，它的作用是在注射阶段前防止螺杆前端的熔料向后回流。 止流阀的关闭动作十分重要，必须是准确的和稳定的，同样重要是止流阀所需要的封闭时间，若这时间起着变化，则经止流阀向后回流的熔料量也是不稳定，引致每周期射胶量的不同。螺丝垫塑料的长度变化可以证明这一点。115 为了达到止流阀恒定的封闭，止流阀丝套必须在螺杆复位后停留在相同的位置，所以螺杆的倒索速度和行程，每周期须调校得宜，最佳的倒索行程应较止流阀实际关闭所需的行 程 长0.5mm (0.020in)，同 时 倒 索 速度亦应是最高速度的2030。6.6.2 模具填充速度 模具填充速度是熔料被注射进模腔的线性速度，在注塑的填充阶段我偿必须控制熔料进入要腔的速度以适合产品塑料和模具的特性。例如，注射速度的设定应在产品设计，壁厚设计和塑料特性容许情况下尽量快，薄壁注件将需要极快的注射速度以确保成品饱满；而壁壁注件则需要慢的注射速度以防止空穴和于痕的形成。无论使用什么数值的注射速度它应该是在可能范围内最大的数值，一般注射速度的设定都是依靠注塑人员的经验，并且通常祗有一个设定数值，例如120mm/s(4.724in/s)，但实际的注射速度在整个生产期间内并不是恒等不变的，其数值被不同的熔料的均匀度和压力油温度所影响。6.6.2.1 压力油的温度 引致模具填充变化的其中之一个成因是注塑机的压力油温度，它可以显着地影响注塑机的表现，所以注塑机的操作油温一般都是被推荐在4050，有些注塑机更设有加温装置，可以在生产前预先把油温提升至合适的操作温度，若温度还未达到设定值，注塑机是不能被开动的。6.6.2.2 注射压力和速度 为了确保注塑机的注射速度达到及保持所要求的数值，注