如何提高注塑部件的性能.doc

如何提高注塑部件的综合性能概述注塑部件是注塑成型机最重要的部件之一，它直接决定熔体的注入速率，对某些精密成型来说，注塑部件及其控制精度起着关键的作用。近年来国内外对注塑螺杆的研究方兴未艾，虽然也出现了一些螺杆设计软件，但由于物料品种繁多，成型工艺也很难精确确定，为此大部分的设计工作还是靠不断积累的经验来定。评定一个塑化部件好坏的主要技术参数是：塑化质量、计量精度、注射速率、塑化速率。一个好的塑化部件不但要有好的塑化质量，即能得到尽可能均匀的熔体（包括密度、温度、粘度等性能），同时还要有高的塑化速率，这对于冷却时间短及高速注塑成型的机器来讲这一点显得尤为重要。近年来随着用户对相应锁模力的注塑机的注塑量要求的提高，即小机也要打大产品，这就要求设备能在成型工艺允许的范围内尽可能降低注射模腔压力从而降低相应锁模力，并提高熔体的熔融质量。如何对螺杆进行精确定位，严格控制影响熔料密度的工艺条件以提高计量精度来获得尺寸和重量精度高的制品，近年来一直成为塑料加工行业追求的目标。如何提高注塑部件的这些综合性能呢？1、 如何解决塑化质量与塑化速率之间的矛盾提高塑化质量往往又与提高塑化速率相矛盾，下面就螺杆设计的主要参数及主要结构讨论分析一下两者相互制约的原因及解决办法。1 1简单机理分析首先简单讨论一下往复螺杆式注塑机的分段机理以及物料在这几段中的状态机理，注塑螺杆一般分为三段，加料段L1，压缩段L2，均化段L3，其中加料段与计量段为等径段，压缩段为变径段。加料段的主要作用是固体料的输送，并为后段输送建立一定的压力，压缩段为固液共存段，它对固体料进行压实、熔融，在这一段固体料逐渐减少，熔融料逐渐增加，计量段的主要作用是对已熔融的料、进一步混合、均化。由于注塑螺杆时转时停的间歇式工作状态加上注射时物料的横流，改变了挤出螺槽中固体床逐渐变成熔膜，扩大为熔池的机理，固相料往往被熔料包围，大块固体料在熔池中熔解时需吸收大量的热量，因此注塑螺杆的塑化质量和能力将受到限制，计量段的螺槽基本上只能起到输送层流状流动熔体的作用，但从开始熔融到熔融基本结束的时间与位置各种物料都无法精确计算，因此绝对合理分段的注塑螺杆是没有的。为此我们采用了在不同位置加装混炼元件来弥补这一缺陷，混炼元件的主要作用是对压缩段还未熔融的固相料进一步破碎、搅拌、混合。同样与三段相对应的螺杆槽深的值因各物料的物理化学性能而异，也很难精确确定。通常螺杆设计就是确定计量段槽深h3及压缩比I（通过h3与I的值就可计算出加料段槽深h1）或压缩比率（h1-h3）/h2等参数。1.2存在矛盾分析Q=0.52D2sh3nsincosQ-螺杆塑化能力Ds-螺杆直径h3-计量段槽深-螺旋升角-修正系数根据以上公式以及注塑螺杆的输送理论可知:欲提高塑化速率必须加深计量段槽深h3,加长加料段L1的长度,减小压缩比率。但加深h3以及减小压缩比率大大降低了物料的剪切混合效果，从而影响了塑化质量，加长加料段L1长度和减小压缩比率将使L3大大减小，而L3的减小也降低了塑化能力以及影响了出料的稳定性。由于各物料的物理化学性能相差很大，有些粘度低、流动性好、热稳定性好的物料可对其进行强剪切高混合加工，一般都取小的h3、大的压缩比和增加高混合混炼元件来达到高质量的熔体，而有些物料粘度高、易热分解等则必须适当地减少剪彩切加工。一般都加大h3、缩小压缩比和不设混炼元件，如何解决这个矛盾，如何设计好一根通用性最好的螺杆呢？解决方案如下：（1） 合理设计螺杆参数，提高长径比。目前各厂家螺杆的长径比都比原来提高了很多，一般都达到或超出了20以上，其目的就是通过加长计量段L3的长度来提高塑化能力以及混合效果，同时还可适当减少h3以得到混合更均匀的熔料。同时由于长径比的加大，也可使压缩比率降低从而提高塑料化速率。但长径比不可过大，过大不但增加了加工的难度而且加长了机构的长度。以下是通用螺杆的参数图，仅供参考。（2） 设计不同功能的螺杆头。根据不同的物料安装不同功能的螺杆头来适应不同性能物料的加工。用高混合螺杆头更换标准螺杆头可以提高混合能力，因此不用更换螺杆就可取得同特殊螺杆相同的效果，这样用高混合螺杆头时能提高低粘度结晶型塑料加工的塑化质量，更换普通标准螺杆头时能使高粘度非结晶型塑料避免高剪切加工，同时也能提高部分塑料对塑化速率的要求。（3） 采用新型结构的螺杆设计，既能大大提高塑化质量，同时也能大大提高塑化速率，这是最佳的一种解决方案：A、波状螺杆，螺槽深度沿轴向呈波浪形周期性变化。B、分离型螺杆，这种螺杆的特点是在压缩段增加一条副螺纹。（4） 选择变量液压马达驱动及选择合适的转矩和转速，克服塑化速率随转速降低而降低。高粘度塑料往往需要大扭矩而转速要求不高，而一般塑料却相反，转速高而扭矩小。（5） 根据固体输送理论，固体料塞与料筒内壁的摩擦系数越大，与螺杆底面摩擦系数越小则压力损失越小，力的传递效率越高，因此在料筒的加料段应设带有轴向沟槽的衬套或直接在料筒的加料段处开纵向沟槽来增加固体料与料筒的摩擦力。加工螺杆时对螺杆沟槽尽可能的抛光来提高表面的光洁度来减小物料与螺杆的摩擦力。另外还可以改进料筒加料口结构来达到高速喂料的目的。（6） 对加料段的冷却温控也很重要，这也能提高固体段的长度从而提高塑化速率。根据以上机理分析，压缩段也就是熔融段的主要任务是熔融，由于熔融段的固液共存再加上固体床被熔池包围，因此在这一段需要吸收大量的热，为加速熔融这一段宜采用强加热。2、 如何提高计量精度以及如何得到尺寸、重量等精度高的产品（1） 由于计量定位精度取决于螺杆转速及相对运动的摩擦阻力以及背压控制等。因此采用二级转速及二级背压程控，在塑化结束时转速降低，背压卸荷。一方面减少螺杆转动惯量以提高定位精度，同时背压卸荷引起螺杆回退降低了螺杆前端熔体的压力，避免了熔料从喷嘴流出，起到了防涎的作用。（2） 止逆环与料筒的配合，料筒与螺杆的间隙要合适，间隙大了将会使熔料回泄从而影响制品的容量。对低粘度塑料如尼龙，间隙控制更加严格。为了减小功率消耗，常常将螺杆与料筒间隙从加料段到计量段逐步减小。（3） 调整合适的余料垫厚度来提高注射量的重复精度，以达到稳定成型的目的，合适的余料垫能起到保压补缩的目的。（4） 设定合适的保压压力及注射至保压的切换位置，特别是切换点位置，太早容易出现充填不足，太晚又过分充填，制品 不密实。保压压力及保压时间不够都无法成型密实的制品。3、料筒温控方案分析由于注塑机料筒温度及控制效果直接影响注塑制品的质量，例如制品表面残余应力，收缩率以及制品的密度等，因此料筒温控已成为精密注塑成型的关键，目前广泛采用的基于继电器型开关控制的注塑机料筒加温系统，其料筒采用前、中、后三段加热方式，其超调量、过渡过程时间及稳定偏差等性能指标都不理想，再加上电源电压波动等环境因素的影响，往往难以获得理想的品质因素。为解决这个控制方面的问题，通常料筒加热采用PID控制，另一种为在线PID控制，它的工作原理是从运转中的加热操作量和温度自动求得工艺过程的传递函数，由于该控制装置在求PID常数时不需要特别操作及耗费时间，所以能以最快速率使温度稳定在某一设定的工艺温度。4、能量的合理利用注射和预塑的能量消耗约占注塑机能量消耗的70%以上，因此分析这两工段的能量消耗很重要，预塑时物料的内能来自外部加热与自身的剪切热，适当比例分段调节好耗热与