第七章新型、專用注射機

7.1雙（多）色注射機

7.2全電動注射機

7.3反應注射機

7.4高速、精密注射機

7.5熱固性塑料注射機

7.6排氣式注射機

7.7發泡注射機7.1雙（多）色注射機雙（多）色注射成型特點：在一個生產周期內可完成雙（多）色或不同種塑料復合制品的生產；可縮短制品生產周期；減少裝配工序和簡化制品結構，降低生產成本。應用：常見制品有鍵碼、汽車車燈、便攜式電子產品、手機殼、各種把手、日用品等。分類：有“混色”注射、“清色”注射和夾芯注射三種。7.1.1雙（多）色注射機分類與主要技術參數分類：按塑料注射裝置（塑化料筒）的排布方式不同分為V型、L型、P型、R型等。7.1.1雙（多）色注射機分類與主要技術參數主要技術參數（見表7-1）7.1.2雙（多）色注射機結構組成結構組成：其基本結構與臥式注射機相似，區別在于增設了副注射裝置，且副注射裝置安放的位置依不同類型結構有所不同。7.1.2雙（多）色注射機結構組成7.1.2雙（多）色注射機結構組成7.1.2雙（多）色注射機結構組成模具換位裝置：它是將制品或半成品轉移到下一工位的機構；換位裝置類型：托芯轉盤或平面轉盤（參見圖7-5）；未配置模具換位裝置的雙色注射機可以在模具上設置換位機構，或者另配移位機械手來實現第一次注料后塑件的移位。7.1.3雙（多）色注射成型工藝輔助裝置1.公用噴嘴對于混色和夾芯塑料制品注射成型均需要使用一個公用注射噴嘴，注料控制由公用噴嘴的分配閥加以控制。結構如圖7-32.分流閥裝置雙清色制品注射成型方法：分流閥技術：動模無需轉換位置，模腔分為第一色模腔和第二色模腔兩部分，兩部分模腔分別與兩個注射裝置的流道系統相連，兩模腔之間由分流閥相隔。采用先后注射的方式成型，該工藝適宜成型雙色料以截面為分界，不宜成型雙色料沿壁厚方向分層的制品。（圖7-4）移模技術：3.移模裝置圖7-5a）為托芯轉盤結構示意圖。模具可轉位型芯的回轉方向首次為順時針旋轉，第二次為逆時針旋轉，如此反復進行。圖7-6為托芯轉盤移模裝置工作原理圖，其注射成型過程為合模—注射—保壓—冷卻—開模—型芯（連同塑件）移出動模—型芯旋轉180°—塑件（已成型件）脫模—型芯復位—合模，進入下一循環。3.移模裝置圖7-5b）為平面轉盤結構，采用的是齒輪傳動機構，雙色注射模動模換位時，由換位液壓馬達驅動齒輪機構運動換位，換位過程由平面轉盤上的位置檢測裝置監控。圖7-7為注射機配有平面轉盤時雙色注射的原理圖。其注射成型過程為合模—兩色料同時注射—保壓—冷卻—開模—換位（動模旋轉180°）—頂出—合模，如此循環。塑件若要求先頂出再進行模具換位，則注射機頂出機構的頂桿位置應與圖7-7所示位置對調才行。3.移模裝置三色和四色注射機：塑化注射裝置數量增多，設備結構較為龐大和復雜，控制系統功能也要增強。模具換位裝置每次旋轉的角度不再是180°，且旋轉方式不再是順、逆時針往復轉動，而是沿同一個方向旋轉。模具的冷卻系統進水方式需要隨之改變。7.2全電動注射機7.2.1全電動注射機的特點與應用定義：指使用伺服電動機為動力源，配以滾珠絲杠，齒形帶以及齒輪等元器件來驅動設備的各個機構，完成塑料注射成型各種動作要求的注射機。特點：節能、節材、環保、高效、精密、高速（標準規格的注射速度為300mm/s，高速達到700~750mm/s）等，最為突出是控制系統采用了全閉環控制，可實現塑件的精密注射成型。7.2.1全電動注射機的特點與應用與液壓系統驅動的注射機相比，具有以下特點：高精度：運動精度不受液壓油粘度變化影響，工藝參數穩定性好，設備整體精度和制品成型精度均比液壓驅動注射機高得多。伺服電機本身可保證提供高精度的位置、速度控制，滾珠絲桿的精度能達到微米級（0.01mm。低能耗：可節省能源50~70%高重復定位精度：伺服電機驅動滾珠絲杠，再加上數字化全閉環回路控制系統，使運動部件的運動精度得到補償修正，從而提高了重復定位精度，它的重復精度誤差約為0.01%。低噪音：其運行噪音值低于70分貝，約為液壓驅動注塑機噪音值的2/3。7.2.1全電動注射機的特點與應用與液壓系統驅動的注射機相比，具有以下特點：精密的注射控制：塑化螺桿位置由數字精密控制，原料的注入量與制品非常接近。生產周期短：日本ES200全電動注塑機，產品生產周期可縮短至0.63秒，合模時間0.1秒，開模0.13秒，注射0.05秒，塑化時間0.25秒，整個生產周期全自動連續進行。但全電動伺服電機及其驅動器每個生產廠家都不盡相同，設備的自我維修困難，維修費用高。應用：微型件、精密件、光學部件、記錄數據的介質等產品生產，它在醫療器械、信息、電子、精密儀器、計算機與汽車等產品制造領域取得廣泛的應用。7.2.2全電動注射機的結構結構組成：注射裝置、鎖模裝置、床身、伺服電機及其驅動系統、數字式閉環伺服控制系統。鎖模、注射、預塑和頂出四個動作，分別由四個伺服電機驅動；注射座的前移和后退由交流電機驅動。傳動方式：伺服電機通過齒形帶傳動或直接傳動來驅動滾珠絲杠的螺母轉動，再由滾珠絲杠傳動副轉換為直線運動，以替代液壓缸工作。預塑則由伺服電機直接驅動，所需的螺桿轉速及塑化量均由伺服控制系統輸出給預塑伺服電機的指令來控制，實現精確計量。1.伺服電機伺服系統：是使物體的位置、方位、狀態等輸出量能夠跟隨輸入目標（或給定值）任意變化的自動控制系統。伺服任務：是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置進行靈活方便的控制。伺服電機：是自動控制系統的執行元件，它將控制系統的電信號轉換成伺服電機軸上的角位移或角速度輸出。工作特點：信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨轉矩增加勻速下降，具有大扭力、控制簡單、裝配靈活等優點。1.伺服電機伺服電機組成：內部包含一個直流電機、一組變速齒輪組、一個反饋可調電位器及一塊電子控制線路板。工作原理：是一個典型閉環反饋系統，電機輸出端帶動一個線性比例電位器作位置檢測，反饋電壓與輸入的控制脈沖信號比較，產生糾正脈沖，并驅動伺服電機的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于零，從而達到精確定位的目的。2.智能數字伺服控制系統圖7-8為全電動注射機的伺服控制系統框圖，系統組成：由伺服電機、數字伺服驅動器、工業控制計算機（簡稱工控機）、帶有串行實時通訊系統（SERCOS）接口的I/O模塊及信號輸入輸出器件等組成。2.智能數字伺服控制系統工控機：是伺服控制系統的核心，它由硬件和軟件兩部分組成。硬件：包含處理器（PLC）、顯示單元、輸入單元（觸摸屏）、通訊接口、數據存貯單元、變頻器、直流調速器等。軟件：一般分為兩部分，即運行于人機界面（HMI）硬件中的系統軟件和運行于PC機Windows操作系統下的畫面組態軟件。控制系統功能：完成設定控制參數和目標、顯示控制結果、協調機器各環節的動作順序三大功能。2.智能數字伺服控制系統串行實時通訊系統接口SERCOS：是目前世界上唯一一個用于控制系統與驅動器之間通訊的標準化的（IEC61491和EN61491）數字接口，它使用一個環型光纖網絡作為傳輸介質。它使用了最新SERCON816ASIC芯片的接口，其最大傳輸速率可達2、4、8或16MB/s，具體數值取決于設備的設計。通過這個接口可實現額定位置、額定速度和額定轉矩的傳輸，它允許所有的驅動器內部數據、參數和診斷數據通過一個SERCOS兼容的CNC來顯示和輸入。SERCOS接口被廣泛用于CNC和數字驅動器控制單元之間的通訊。7.3反應注射機背景：通常熱塑性塑料制品成型主要是物理變化過程，但熱固性塑料和彈性體樹脂的成型卻伴隨著化學反應，針對這類制品開發了反應塑料注射機，目前反應注射主要應用于聚胺脂結構泡沫塑料制品生產。圖7-9所示為反應注射過程原理圖7.3反應注射機與普通注射機相比，存在差異：反應注射裝置與鎖模裝置為分體式結構，二者由輸送管道連接。它不使用螺桿，而用柱塞將混合后的原料從混合注射器注入模具型腔。反應注射裝置：由兩個獨立工作的原料供給系統和混合注射器組成。每個原料供給系統由原料罐、攪拌器、計量泵、溫度調節機及液壓元器件組成。反應注射機重要部件：混合注射器和鎖模裝置。7.3反應注射機1.混合注射器作用：用沖擊方法使反應物相互混合；產生所需壓力，以保證反應料能充分進行混合；在反復循環反應物之間噴射；利用活塞的移動從混合注射器腔中自動清除反應物。1.混合注射器混合注射器工作原理：圖7-10a：反應物反復循環位置，此時反應物互不接觸，只在自己的循環系統中流動，避免發生化學反應；圖7-10b：反應物噴射、澆注位置，此時反應互相沖擊混合，用柱塞將反應物注入模腔。2.鎖模裝置肯儂PH系列鎖模裝置：為反應注射成型專用的長行程液壓控制開合模裝置。兩只液壓缸驅動上、下座板可同時移動。整個框架可繞中心軸線360°旋轉，沿水平軸可作90°翻轉。也適用于成型形狀較深的高密度硬性聚氨酯發泡塑件。7.4高速、精密注射機精密注射機主要結構與普通注射機相似，但精密注射成型工藝要求注射壓力高（約180~250MPa，最高達415MPa），注射速度快（達0.3~0.5m/s），溫度控制嚴格等，為此要求精密注射機應具備大注射功率、控制精度高、液壓系統反應速度快、合模裝置剛度大等特點。1.注射裝置注射裝置具有相當高的注射壓力和注射速度。使用高壓高速注射成型，塑料的收縮極小，有利于控制制品精度，保證熔料快速充模，增加熔料流程，但制品易產和內應力。與普通注射機的區別：加大了螺桿的長徑比；提高了螺桿轉速、背壓的控制；采用帶混煉效果的螺桿，提高塑化效率和塑化質量；螺桿頭部設有止逆結構，防止高壓下熔料的回泄，實現精確計量。2.合模裝置精密注射機一般采用全液壓合模裝置，動、定模板及拉桿結構需耐高壓、耐沖擊，并且具有較高精度和剛性。設計合模裝置時應使模板具有若干自由度，在施加合模力的狀態下，其平行度可隨模具的情況變化。動、定模板的平行度在0.05~0.08mm之間。合模裝置還安裝了低壓試合模保護裝置，保護高精度模具。3.液壓系統精密注射機為提高必要的重復精度和增大從高速到低速的調整幅度，通常采用復式泵和大容量儲能器作動力源。注射和合模油路分別控制，有利于減少油路之間的相互干擾，提高液壓系統剛性，保證油流動的速度和壓力穩定。液壓元件普遍使用帶有比例壓力閥、比例流量閥，伺服變量泵的比例系統，節省能源和提高控制精度與靈敏度。為了使工作油溫變化適應粘度變化，工作油設有專門的油溫控制器，避免因油溫的變化引起液壓系統的壓力與流量變化，影響工作的穩定性。4.控制系統采用計算機系統或微處理器的閉環控制系統，保證工藝參數穩定的再現性，實現對工藝參數多級反饋控制與調節。對料筒、噴嘴的溫度采用PID控制，使溫控精度保持在±0.5℃。7.5熱固性塑料注射機熱固性塑料優點：具有優異的耐熱性、耐蝕性、抗熱變形以及絕緣等電性能。傳統成型方法：采用壓縮模塑成型，該法生產效率低、勞動強度大，工作環境惡劣，制品質量也不易穩定等。熱固性注射成型工藝和專用注射機的出現，為熱固性塑料制品的生產開辟了一個新途徑。熱固性塑料制品成型過程：將粉狀樹脂在料筒中進行預熱塑化（溫度在90℃左右），使之呈稠膠狀，然后用螺桿（或柱塞）在較高的注射壓力下將其注入到熱模腔內（模具溫度170~180℃），經過一定時間的固化即可開模取出制品。7.5熱固性塑料注射機螺桿：長徑比和壓縮比較小（L/D=14~16；ε=0.8~1.2），螺槽深度相對較深，以減小剪切作用。螺桿結構形式：分為壓縮型、無壓縮型和變深型。無壓縮型：剪切塑化和輸送能力良好，用于一般情況；變深型：輸送能力較強，用于加工易于交聯或玻璃纖維增強塑料。7.5熱固性塑料注射機為防止注射時塑料的倒流，宜采用帶止逆結構的螺桿（見圖7-13）。熱塑性塑料使用的各種止逆結構在此禁忌使用。螺桿的驅動通常用液壓馬達，若物料在料筒內固化，不致扭斷螺桿。7.5熱固性塑料注射機噴嘴采用直通式噴嘴，孔徑較小；在保壓階段，因模溫較高，噴嘴必須離開模具，以免熔料在噴嘴口固化堵塞。料筒的加熱控制料筒加熱一般采用恒溫控制的介質（水或油）加熱系統。電加熱器不直接加熱料筒，而是加熱介質（水或油），再由夾套內的介質加熱料筒，可使料筒加熱均勻、穩定，且易于控制。介質由單獨的熱水（油）循環系統供給料筒外的夾套，當介質溫度偏高時，恒溫控制系統能自動排出部分高溫介質，吸入定量的低溫介質，實現溫度的恒溫控制。7.5熱固性塑料注射機合模裝置熱固性塑料在固化時有氣體排出，其合模裝置必須有排氣動作，一般采用增壓式液壓合模裝置易于實現。熱固性塑料注射成型與壓縮成型相比：生產能力可提高10~20倍，制品質量和勞動強度得到改善，但設備和模具的成本較高，宜于大批量的制品生產。7.6排氣式注射機應用場合：充填塑料的注射成型：塑料中因有較多的CaCO3和木粉等而帶入大量氣體，成型時需將料筒內的氣體排出；注射成型對水分及揮發物含量要求高的塑料：如聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸纖維素、ABS、AS等