注射成型设备及模具结构解析

注射机是注射成型的主要设备。注射机的类型和规格很多，目前其规格已经统一，以用注射机一次所能注射出的聚苯乙烯最大重量，“克”为标准；但对其分类，还没有统一，目前多采用按结构特征来分类的方法，通常分为柱塞式和螺杆式两类，图10-37和图10-38分别为柱塞式和螺杆式注射机的结构示意。

图10-37　柱塞式注射机结构示意图

图10-38　螺杆式注射机结构示意图

（一）注射系统

注射系统是注塑机的主要部分，其作用是使物料均匀地塑化并达到流动状态，在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆或柱塞的推挤注射入模。注射系统包括：加料装置，料筒，螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等部件。

1.加料装置注射机上设有加料斗，常为圆锥形或锥形，其容量可供注射机1～2h之用。很多注射机的加料装置中有计量器，以便定量加料，有时还有加热或干燥装置。

2.料筒与挤出机的料筒相似，但注射机的料筒内壁要求尽可能光滑，呈流线型，避免缝隙、死角或不平整处；各部分机械配合要精密。料筒大小决定于注射机最大注射量。柱塞式注射机的料筒容量常为最大注射量的4～8倍；螺杆式注射机因有螺杆在料筒内对塑料进行搅拌和推挤作用，传热效率高，混合塑化效果好，因而料筒容量一般仅为最大注射量的2～3倍。料筒外部有加热元件，可分段加热，通过热电偶显示温度，并通过感温元件控制温度。

3.分流梭及柱塞分流梭和柱塞都是柱塞式注射机料筒内的主要部件。分流梭是装在料筒靠前端的中心部分，形状似鱼雷的金属部件，故又称为鱼雷芯，其种类很多，图10-39为常见的一种。其表面常有4～8个呈流线型的凹槽，槽深随注射机的容量而变化，一般为2～10mm。分流梭上有几条凸出筋，将其支承于料筒上，起定位和传热作用。分流梭的作用是将料筒内流经该处的物料分成薄层，使物料产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，加快热传递，有利于减少和避免接近料筒壁面处物料过热引起的热分解现象。同时熔体分流后，在分流梭表面流速增加，剪切速率加大，从而产生较大的摩擦热，使料温升高，黏度下降，从而得到进一步混合和塑化，这有效地提高了柱塞式注射机的生产率和制品的质量。螺杆式注射机通常不需分流梭，因螺杆均化段已具备上述效果。

柱塞是一根坚实的表面硬度极高的金属圆杆，直径通常为20～100mm，只在料筒内作往复运动；它的作用是传递注射油缸压力并施加在物料上，使熔融物料注射入模具。

4.螺杆螺杆的作用是送料、压实、塑化、传压。当螺杆在料筒内旋转时，将从料斗来的物料卷入，并逐步将其压实、排气和塑化，熔化物料不断由螺杆推向前端，并逐渐积存在顶部与喷嘴之间，螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退，当积存熔体达到一次注射量时，螺杆停止转动，并传递液压或机械力将熔体注射入模。螺杆的形状和结构与挤出机螺杆相似，但注射螺杆的长径比L/D较小，在10～15之间，压缩比较小，约为2～2.5；与挤出机螺杆比较，注射螺杆的均化段长度较短，螺槽较深（深15%～25%），但螺杆加料段长度则较长，同时螺杆头部呈尖头形（挤出螺杆为圆头或鱼雷头形）。与挤出螺杆的作用相比，注射螺杆对塑化能力、压力稳定以及操作连续性和稳定性等的要求没有挤出机螺杆那么严格，但注射螺杆既可旋转又能前后移动，从而能完成对物料的塑化、混合和注射作用。

图10-39　分流梭的结构示意图

推动螺杆或柱塞对熔融物料施加的压力主要来源于液压力或机械力，由于液压具有传动平稳、保压好、可调节等优点，故绝大多数注射机都采用液压传动。(www.xing528.com)

5.喷嘴喷嘴是连接料筒和模具的重要桥梁。主要作用是注射时引导物料从料筒进入模具，并具有一定射程。所以喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密配合。由于喷嘴内径不大，当物料流过时速度增大，剪切速率增加，能进一步混合塑化。

喷嘴的类型很多，结构各异，使用较普遍的有通用式和延伸式，如图10-40所示。喷嘴的选择应根据所加工物料的性能及成型制品的特点来考虑。

图10-40　喷嘴结构示意

1-喇叭口　2-电热圈

（二）锁模系统

在注射成型时，熔融物料通常是以40～200MPa的高压注入模具，但由于注射系统（喷嘴、流道、模腔壁等）的阻力，使压力损失，实际施于模腔内熔体的压力远小于注射压力，因此所需的锁模压力比注射压力要小，但应大于或等于模腔内的压力才不致在注射时引起模具离缝而产生溢边现象。锁模系统的主要作用是在注射过程中锁紧模具，而在取出制件时能方便打开模具，总之要开启灵活，闭锁紧密。锁模系统的夹持力大小及稳定程度对制品尺寸的准确程度和质量都有很大影响。

（三）模具

利用本身特定形状，使塑料成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具称模具。模具的作用在于：在塑料的成型加工过程中，赋予塑料以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不能完成的工作，使它成为有用的型材。

用于注射成型的模具，由于制品结构、成型设备及原材料性质的不同，其具体结构可以千变万化，然而其基本结构都是一致的。注射模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成。浇注系统是指塑料熔体从喷嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、分流道、浇口等；成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动、定模型腔，型芯，排气孔等；结构零件是指构成模具结构的各种零件，包括执行导向、脱模等动作的各种零件。图10-41是典型的双腔注射模具结构图。为了成型高质量的制品，模具还应能进行加热和冷却。因为模温对制品的冷却速度影响很大，从而对制品中的内应力，结晶与取向带来影响，进而影响制品的性能。一般采用自然冷却，也采用冷却介质（通常为水）通入模具的专用管道中以冷却模具。只有对熔融温度高的塑料才对模具加热，以使熔融物料缓慢冷却。加热模具可用热油或热水等，但常常是直接用电热方法（电热圈、电热棒、电热板等）加热，可根据模具结构、制品、加热温度等加以选择。

图10-41　双腔注射模具结构图