摘要：微注塑机具有许多优点，满足精密微型塑件成型的要求，符合高效、精确、节能目标，符合塑料机械的发展潮流。目前我国微注塑机基本上依赖于进口。为了有助于研究废旧塑料回收配方工艺及再利用，同时也为大大降低生产研制成本，对传统注塑设备进行改造和再设计，使其能够满足于实验室科研小型化使用是非常必要和迫切的。
关键词：注塑机；注射成型；零件设计；模块
0引言
近年来，随着注塑成型技术的高速发展，塑料制品已经应用到了国民经济的各个领域。目前，微细塑料制品的需求不断增大，而且成型精度要求越来越高，传统注塑成型设备已经很难满足微注塑成型的工艺要求。因此，国外学者纷纷致力于微注塑成型工艺和装备的研究，也取得了不错的进展。然而，国内在微注塑成型方面的研究成果远远落后于国外。随着塑料产量的增加，废弃材料数量也在不断增加，全球废弃塑料量已达到四千万吨，成为全世界的“白色污染”，这是环境保护的一大公害。根据传统注塑机的特点，开发了实验室专用注塑成型机，该机仅需注入约1.5kg的原料，同时根据注射量来计算螺杆的尺寸大小，进而来设计其他的主要零部件尺寸，并用AUTOCAD完成零部件的绘制；另一方面，根据部分零部件的功能与要求选择了材质。改进后的注塑机节约原料，缩短成型周期，提高了材料的利用率，注射成型稳定，充填性好，减少一模型制作费用，设备价格低廉，大大节约了资源和时间。
1 通用注塑机的整体构成
一台通用的注塑机主要由注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统四部分组成。 （1）注射装置的作用是将塑料均匀地塑化和熔融，并在高压和高速下将熔体注入模具型腔中，它由塑化部件（螺杆、料桶、加热装置、喷嘴）、料斗、计量装置、传动装置、注射油缸、移动油缸等组成。（2）合模装置是固定装置，使动模板作启闭模运动，能锁紧模具。锁模装置主要由动模板、定模板、拉杆、锁模机构（包括合模油缸）、制品顶出装置和安全门等组成。由于高速注入模腔中的熔料具有一定的压力，只有在锁模装置给予了模具足够的锁模力情况下，才能防止因熔料的压力作用致使模具被打开，造成制品出现飞边，精度下降等缺陷。因此，要求锁模装置必须能够保证模具可靠地闭合，并实现模具启闭和制品顶出等。（3）液压系统。注塑成型机是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出制品等工序所组成的连续生产过程，液压和电气则是为了保证注塑机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间和位置）和动作程序，准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统，液压部分主要有动力油泵、比例压力阀（控制压力变化）、比例流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱等。（4）控制系统。控制系统控制注塑周期的顺序及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。
2 微型注塑机主要零部件的改进设计
2.1 螺杆的改进设计
塑料塑化杆是注塑成型机的核心组件，负责原料的输送、熔融、混炼、计量等作用，故塑料塑化螺杆与成品的品质息息相关。
2.1.1 螺杆材质的改进
目前国内螺杆常用的材料为38CrMoAl，这种材料要对其进行镀铬工艺，镀铬层容易脱落，防腐蚀性差，为此我们建议采用钴基碳化钨螺杆，它的主要组成为：CO：12%，WC：88%。之所以选择碳化钨螺杆是因为其硬度高达HRC70～75，而表面合金厚度标准值0.5～0.6mm，属于高耐磨，耐强腐蚀型，适用各类添加40%以上玻璃纤维，矿纤维及PPA、PPS、PA66、LCP、VO防火料、铁粉、磁粉等特殊性工程材料，能够完全满足实验室的科研使用。同时碳化钨螺杆具有超强耐高温、耐腐蚀、超耐磨等特点。采用目前最先进高温高压高速离心双金属喷射炉加工而成，它的致密性比热喷涂高数倍，皮膜密度可达98%～99%。
2.1.2 螺杆尺寸的设计
根据美国标准（SPI）定义螺杆的总长度为，离螺杆最后的第一个螺纹的起始点到螺杆最前端的距离。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此按照国家相关标准选取实验需要制作5个样品来测试各种性能，以此来推算螺杆的长度。以一个样品约250g来计算，则一次成品质量为1250g，由此可以根据这个数据加上螺杆内预留量（由螺杆决定）来计算螺杆理论注射容积Vi（cm3），根据公式Vi=π4Ds2S（1）式中 Ds为螺杆直径，S为螺杆注射行程，Vi为理论注塑容积。理论注射量W为W=Vcαρ（2）式中 ρ为塑料熔体密度，一般取PS为熔体密度ρ=0.91g/cm3；α为考虑与螺杆结构、间隙、回流等因素的系数，α=0.7～0.9。将数据代入式（2），选择去回流因素最大值得Vc=305.3cm3，又由公式（1），得到Ds=46mm，所以螺杆直径选择46mm；又螺杆长度与直径比为19～23，考虑到实验室用体积受限，选择最小值19，所以螺杆长度为874mm。螺杆包括固体输送段（加料段l1）、塑化段（压缩段l2）、熔体输送段（均化段l3），各段的长度分别为l1=9.5ds，l2=6ds，l3=3.48d。设计螺杆时结合注塑材料工艺参数，螺杆计量只根据工艺条件所要求的注射量，考虑到节能，将螺杆转速设置为较低值35r/min。
2.2 绝热喷嘴的改进
喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要组件。喷嘴有多种功能：预塑时，在螺杆头部建立背压，阻止熔体从喷嘴流出；注射时，建立注射压力，产生剪切效应，加速能量转换，提高熔体温度均化效果；保压时，起保温补缩作用。绝热喷嘴的特点是在浇套和压环与喷嘴之间形成一个熔料空间，首次注射后被熔料充满，在较大的热容量作用下保持喷嘴流道的温度使之不被封堵，可连续注射。喷嘴体的材料应选择导热性好、又有一定强度的材料，比较理想的材料是铍青铜，也可以是铬钢，经热处理硬度为HRC45～50，效果很好。
2.3 螺杆式塑化部件的改进
螺杆式塑化部件能够实现塑化和注射良好统一，结构简单、紧凑。在装配时要考虑料筒与螺杆的间隙，这直接决定了该注塑机的注射量。料筒间隙由螺杆的直径来决定。
2.4 电动连杆式结构的改进设计
电动机械式合模机构主要运用于全电动式注塑机，在控制部分采用伺服电机，代替原来的液压装置。国际上，日本株式会社名机制作所首先成功研制出了注塑机专用伺服电机，从而为发展全电子机械合模机构开辟了道路。合模装置中采用了滚珠丝杆和伺服电机，包括动横板、后模板拉杆及传动齿轮等零部件。另外，还有以电机驱动为主、液压驱动为辅的电动机械合模机构。这种机构的特点是节能、低噪音、绿色环保。连杆在这个过程中的要求不高，只要硬度达到HRC45就可以了。
2.5 推力座尺寸的改进
推力座的作用是在制品完成一个循环后拖动螺杆后退到一定位置，使得螺杆离开喷嘴停止注塑，所以推力座夹具的半径比螺杆的半径形成过盈配合，防止螺杆脱落。推力座其他部分的尺寸则根据该尺寸的变化做相应的调整。在保证夹具强度的前提下来改变推力座各个部分的厚度。
2.6 顶出装置的改进
顶出装置的作用是在制品成型冷却后，使制品从模具中脱落，施与一个外力。顶出装置的材质强度没有太高的要求，达到HRC45就可以，所以选择45钢，表层要进行镀铬工艺防止生锈而接触制品影响制品外观和性能。
3 结束语
随着高分子材料工业的发展，塑料制品的应用也日益广泛，已成为人们日常工作、生活中不可缺少的重要组成部分。本文在分析通用注塑机结构的基础上，结合科研实验设备的要求，根据理论公式，得出一套合适的尺寸，设计出了适合实验室要求的微型成型设备的机械部分并用Autocad完成了注塑机整体和螺杆、绝热喷嘴、塑化部件、电动连杆、推力座、顶出装置等零部件的绘制。改进后的注塑机提高了原材料的利用率，注射成型稳定，充填性好，节约了资源和时间。
参考文献：
[1]钟汉如编著.注塑机控制系统[M].北京：化学工业出版社，2004，15-46.
[2]王珉玟.浅谈超高速射出成型机技术[J].机械工业（中国台湾），2000，107（6）：106-113.
论文作者:何爱菲
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/7
标签：螺杆论文; 装置论文; 注塑论文; 喷嘴论文; 注塑机论文; 塑化论文; 推力论文; 《基层建设》2017年第19期论文;