第二章 塑料的注射成型設備

第一節 熱塑性塑料注射成型機

一、注射機的種類和組成

（一）注射機的種類

隨著塑料機械制造業的發展，注射機的種類日益增多，分類方法也日漸多樣。按注射機加工能力區分，有微型、小型、中型、大型和超大型注射機；按注射機鎖模方式區分，有液壓式、肘桿式、液壓/機械式、電動式、液電混合式注射機；按物料塑化方式區分，有柱塞式、螺桿式注射機；按外形特征區分，有臥式、立式、角式、多工位轉盤式注射機等。

本章按最常用分類方法，將注射機分為柱塞式注射機和螺桿式注射機，并重點介紹螺桿式注射機。

1. 柱塞式注射機 通過柱塞在機筒內依次往復運動，將進入機筒內的塑料顆粒（或粉末），推向機筒前端塑化室，物料依靠機筒外加熱裝置提供的熱量，熔融塑化。然后，塑化后的熔體在一定壓力下，被柱塞通過分流梭及噴嘴，注入模具型腔。

柱塞式注射機是早期出現的注射機，經改進后，現在仍在使用。由于機筒中的塑料，主要依靠機筒加熱裝置加熱塑化，而塑料的導熱性又較差。因此，其塑化效率較低，內外層物料塑化不易均勻，不宜成型流動性差或熱敏性塑料，以及大注射量的塑料制件。圖2-1所示為柱塞式注射機結構示意圖。

2. 螺桿式注射機 通過螺桿在機筒內不斷旋轉，并同時依次往復運動，以及機筒外加熱裝置提供的熱量，使物料熔融塑化，向前推進、壓實、傳壓。而后，螺桿向塑化熔體施加壓力，通過噴嘴注入模具型腔。

圖2-2所示為往復式螺桿注射機結構示意圖。螺桿式注射機是目前產量最大，應用最廣泛的一類注射機。

（二）注射機的型號

塑料注射機有很多種類和規格。注射機制造廠商眾多，其產品型號表示方法也不盡相同。近年來，我國引進了不少國外先進塑料注射機，使國內市場出現了多種塑料注射機型號表示方法。

1. 國產塑料注射機的型號表示方法GB/T 12783—2000《塑料注射機型號編制方法》推薦了塑料注射機的型號表示方法。產品型號由產品代號、規格參數（代號）、設計代號三部分組成。

目前，立式、特殊專用塑料注射機，基本參照GB/T 12783—2000標準編制產品的型號。

許多塑料注射機制造商，為與國外設備取得一致，采用了一種新的型號命名方法。其型號次序為廠商或商標（代號）、系列（代號）規格、配置。

2. 歐洲塑料橡膠工業機械制造協會（EUROMAP）的型號表示方法EU-ROMAP標準的型號表示方法，除了使用制造廠商，系列代號外，其規格用鎖模系統參數及注射系統參數表示，如AAA-BBB等。

AAA為鎖模系統的鎖模力，單位為kN。

BBB為注射系統的參數，即注射壓力（單位為kbar，1bar=10⁵Pa）和注射容積（單位為cm³）的乘積。一般對于確定的注射機，當螺桿直徑選定之后，BBB值為一常數；若注射系統不同，BBB值也不同，其數值越大，表明注射機的能力越大。

3. 國際標準型號 國際標準的注射機型號，除了使用制造廠商、系列（代號）外，其規格、標注單位和位置與EUROMAP不同，用注射系統參數及鎖模系統參數表示，如bbb-aaa。

bbb為注射系統的注射壓力（單位為kgf/cm²或bar）和注射容積（單位為cm³）的乘積除以1000后的數值；aaa為鎖模系統的鎖模力（單位為tf或10kN）。

（三）注射機的組成

注射機主要由注射系統、鎖模系統、液壓控制系統、電氣控制系統等組成。此外，還包括加熱及冷卻系統、潤滑系統、安保及監測系統等，如圖2-3所示。

1. 注射系統 注射系統主要包括預塑裝置及注射裝置，故也稱為預塑、注射系統（見圖2-3）。其主要作用有：①均勻加熱，并在規定時間內將一定數量的塑料熔融塑化；②在一定壓力和速度下，將定量的熔體注射到模具型腔內；③在注射結束后，對模腔內的熔體進行保壓。

2. 鎖模系統 鎖模系統主要包括鎖模裝置、調模裝置及制品頂出裝置。圖2-4所示為一種鎖模系統的結構示意圖。鎖模系統主要有機械式、液壓式、液壓-機械式等類型。

鎖模系統的主要作用有：①保證模具能快速、靈活、準確、安全地實現閉合、開啟及頂出制品；②模具閉合時，能提供足夠的鎖模力，抵抗注射熔體產生的模腔壓力，防止模具脹開。

3. 液壓控制系統 注射機的液壓控制系統主要由各種液壓元件、回路、液壓輔助元件組成。其主要作用是保證注射機能按預先設定的工藝條件及動作程序進行準確而有效的工作。

4. 電氣控制系統 電氣控制系統主要由各種電氣和電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成。其主要作用有：①與液壓系統配合，準確地實現預先設定的工藝要求；②為實現各動作程序提供動力。

5. 加熱、冷卻系統 注射機的加熱系統，主要用于機筒及噴嘴的加熱；冷卻系統主要用于模具、液壓油、機筒的加料段的冷卻。

6. 潤滑系統 潤滑系統是為注射機有相對運動的部位，如調模板、調模裝置、連桿鉸鏈等處提供潤滑條件的回路。

7. 安保與監測系統 注射機的安全保護裝置，主要由安全門、行程閥、限位開關、光電檢測元件、機械保護桿等組成。其主要作用是保護操作工人身安全及設備運行安全，實現電氣—機械—液壓的連鎖保護。

注射機的監測系統主要由各種儀器儀表組成。其主要作用是當注射機系統超載、油溫或料溫失控，設備發生故障等異常情況時，進行指示或報警。

二、注射機的工作過程

塑料注射成型是一個循環過程。注射機每完成一次注射循環周期，其預塑、注射系統和鎖模系統也分別完成一個工作循環。注射成型的循環過程如下：

以螺桿式注射機為例（見圖2-5），其注射成型的動作程序包括鎖模、注射/保壓、冷卻定型、開模/制品脫模及預塑。

三、注射機的主要技術參數

注射機的技術參數是描述注射成型設備性能的主要技術數據。它主要由機械制造廠提供，作為用戶選擇（購置）注射機，制品生產時選擇注射機時的主要技術依據。注射機技術參數可分為可量化參數、選擇性參數、參考參數等。典型的國產注射機主要技術參數見表2-1。

（一）可量化參數

可量化參數可從機械制造商提供的注射機性能參數表中查得。這些參數大部分是按照注射機的最大能力標注。可量化參數主要包括射膠量（注射質量）、鎖模力、螺桿直徑、螺桿長徑比、注射壓力、射程、注射容積、注射速度、注射速率、螺桿轉速、螺桿扭矩、塑化能力、開模行程、最大模（具）高度、最小模（具）高度、最大開距、拉桿間距、模板厚度、頂出行程、頂出力、機座行程、機座頂緊力、空循環周期、電動機額定功率、電加熱額定功率、總功率、加熱區數量、系統壓力、機器尺寸、機械總質量等。下面對一些可量化參數進行簡單介紹。

1. 射膠量 射膠量也稱為注射質量，是指注射機一次對空注射時實測的注射量。其單位為g（或oz）。實測時是選用密度為1.05g/cm³的聚苯乙烯作為標準進行標注。從理論上來說，射膠量是注射容積與材料密度的乘積。但在實際注射過程，熔體會沿螺桿與機筒間隙產生漏流，射膠量小于注射容積與材料密度的乘積。

在選擇注射機時應注意，當使用的材料不是聚苯乙烯時，實際射膠量應按下式進行換算：

式中 ρ——實際使用材料的密度；

b——標稱射膠量。

選擇注射機的射膠量，還應遵從75%或85%法則。一般，目標制品（包括料柄）的射膠量，應為注射機標稱射膠量工作范圍的35%～85%。應盡量避免用大機器生產小制品（多模腔制品除外）。在閱看參數表時，應注意一些廠家使用注射容積而不是實測值表示注射機的射膠量，選擇注射機時，可按注射容積的20%～80%（制品品質要求低時）或注射容積的40%～60%（制品品質要求高時）來選擇。

2. 鎖模力 鎖模力是注射機鎖模系統的重要參數，常用來標注注射機的型號。鎖模力是注射過程中，保證模具型腔緊閉的最大力，其單位為tf（1 tf =9.81kN）或N（也可用kN或MN）。成型時，鎖模力不足，會導致模具脹模，熔體從模具分型面漏出。因此，選購注射機時，應選用鎖模力較高的機器。目標制品所需的鎖模力估算，可用模具型腔正投影面積乘一個常數得到；也可通過計算流道長度并考慮到制品壁厚得到；有時，更多地取決于企業決策者的生產實際經驗。

3. 螺桿直徑與長徑比 標準型的螺桿注射機其注射系統的螺桿長度是固定的，螺桿直徑可選擇，因而螺桿的長徑比（L/D）是變化的。

（1）中等要求的制品，其長徑比一般為20:1。

（2）要求較高的制品，其長徑比約為22:1。長徑比大，其螺桿直徑減小，注射機的注射壓力增加，射膠量或注射容積降低。高長徑比的螺桿，可以得到較好的混煉效果，熔體的熱量分布均勻。

（3）要求較低的制品，其長徑比約為18:1。這樣，可獲得較大注射量，但其注射壓力相應降低。

4. 注射壓力 注射壓力是注射機注射系統的螺桿對熔體施加的最大壓力，并不是液壓系統的最大壓力，其單位為MPa。由于注射液壓缸施加給螺桿的最大推力是一定的，它們與螺桿及機筒的橫截面積的比值相關。對于一定的注射系統，小直徑螺桿可獲得較高的注射壓力。通常，注射壓力大約是液壓系統壓力的10倍。注射壓力必須大于制品成型所需要的壓力。

一般，熔體粘度低，熔體流動速率高的材料或成型形狀簡單，壁厚大的制品，可選用低的注射壓力；高的注射壓力，有利于熔體粘度高的工程塑料或形狀復雜，壁厚較薄的制品成型。但是，注射壓力高，易使制品產生內應力。

5. 注射速度與注射速率 注射速度是注射機的注射系統在注射過程中，螺桿能夠達到的最大的速度，其單位為cm/s。注射速率是注射系統在注射過程中，單位時間射出的最大容積熔體，其單位為cm³/s。注射速度的大小，直接影響注射時間，與螺桿直徑無關；注射速率的大小，與螺桿的直徑有關。注射速度與注射速率的關系，可以表示為

在成型壁厚較薄的制品時，要求注射機有較高的注射速度，有些廠家提供蓄能器或可增大的電動機或液壓泵規格，以增大注射機的速度。成型時，理論上總要求熔體前端在模腔內以恒定速度流動，而實際上模腔內截面積在不斷變化，這就要求注射過程中，螺桿注射速度可調，有些廠家的注射機可提供10種注射速度。

6. 塑化能力 塑化能力是指注射機在最大螺桿轉速，零背壓時，每小時內能均勻塑化熔體（PS）的量，或能將物料均勻地加熱到某一成型溫度的量，其單位為kg/h。注射機的塑化能力，可通過每次成型的射膠量（制品與澆口量）與螺桿轉動時間之比進行測算，計算式為

式中 W——射膠量（g）；

t——螺桿轉動時間（s）。

按式（2-3）計算的結果必須小于注射機的實際塑化能力。由于注射機的循環周期比注射機進行一次注射時螺桿塑化（相當于射膠量）物量所需的時間長，因此注射機的射膠量和塑化能力決定了循環周期時間的下限。提高注射機的塑化能力，可通過選用較大的電動機和液壓泵實現。

7. 開模行程 開模行程是指，注射機鎖模系統的模板從閉模到開模過程中的位移量，其單位為mm。注射機的開模行程必須大于等于所能成型模具的最大厚度或模具最小開距：

開模行程≥2H+L

式中 H——成型制件的最大厚度（mm）；

L——成型制件的澆口長度（mm），若為熱流道模具，L=0。

8. 模具厚度 模具厚度是指臥式注射機鎖模系統在動模板閉合后，達到規定的鎖模力時，動模板和定模板之間所能保持的最大和最小距離，也就是鎖模系統所提供的夾緊模具最小厚度和最大厚度范圍。若實際的模具厚度大于注射機的最小模具厚度，成型模具可以安裝在鎖模系統內，能夠實現閉模并鎖緊。否則，就需要選擇模具厚度較小的注射機。若實際模具厚度大于注射機的最大模具厚度，注射機不能安裝該模具，需要選擇模具厚度較大的注射機。

對于直壓式液壓注射機，模具厚度用注射機所能成型的最小模具厚度表示；對于曲肘式注射機，由于模具厚度可調，它用所能成型的最小模具厚度到最大模具厚度范圍表示。最大模具厚度和最小模具厚度之差，為調模裝置的最大可調行程。

9. 空循環周期 空循環周期也稱為空循環時間，是指注射機在沒有塑化、注射、保壓、冷卻及取出制品等動作的情況下，完成一次循環所需的時間。它也是閉模時間、開模時間和閑置時間的總和，是沒有冷卻時的極限周期，單位為min或s。

空循環周期可表征注射機的綜合性能，衡量注射機的生產能力。這個綜合性能，也可用循環速率表示，即在每分鐘內的循環次數。由于注射機制造技術水平的提高，大量先進技術的應用，新型號的注射機，其空循環周期已比從前大大地縮短。

（二）選擇性參數

注射機的一些性能參數是根據使用者的實際需要進行選擇的，如螺桿的表面處理，螺桿的材質、機筒的材質、拉桿的表面處理、冷起動自鎖、低壓模具保護、噴嘴形式、注射速度的大小，注射壓力的大小、保壓壓力的大小、溫控器的控制形式，閉環控制、位置控制、注射速度控制、螺桿速度控制、油壓控制、背壓控制、模腔壓力控制、拉桿張力測量、油溫控制、油位控制、油質控制等。

1. 螺桿和機筒的材質和表面處理 有些注射制品的生產，如PVC及醋酸纖維制品、玻璃纖維增強塑料制品等，會加快螺桿和機筒的磨損、腐蝕，需要采取特殊的技術措施。

這些技術措施包括：螺桿和機筒的滲氮處理、螺桿表面鍍硬鉻、選用雙金屬螺桿和機筒、選用鉻鉬合金鋼螺桿等。

2. 冷起動自鎖 在注射機注射系統的機筒加熱溫度未達到預設溫度時，若起動注射機，由于機筒內物料尚未塑化，過載的負荷會造成注射系統損壞。選擇安裝冷起動自鎖裝置的注射機，能防止冷起動違規操作造成的損壞。

3. 螺桿頭部的形式 注射機螺桿頭部，一般為尖形，主要是為了減小熔體注射時的阻力，防止熔體滯留在螺桿前部。常見的螺桿頭部形式有錐形螺桿頭、止逆閥螺桿頭。

（1）錐形螺桿頭，其結構形式如圖2-6所示，其錐形角度一般為15°～20°，主要適用于熔體粘度較高的塑料注射成型。錐形螺桿頭又分為尖角形及帶螺紋錐形兩種。

尖角形螺桿頭適用于高粘度或熱敏性塑料的注射；帶螺紋錐形螺桿頭便于物料的清洗。

（2）止逆閥螺桿頭，其結構形式如圖2-7所示，主要適用于中等或低等粘度的塑料注射成型。止逆閥螺桿頭能防止或減少熔體回流，提高注射效率。止逆閥螺桿頭的種類比較多，常用的有環形止逆閥螺桿頭、球形止逆閥螺桿頭。

4. 噴嘴的形式 噴嘴緊密連接機筒及模具襯套口，用于向模具注射熔料及補充熔料。考慮到注射時，熔體經過噴嘴產生壓力損失、料溫升高、射程變化及注射后是否有熔料流涎等因素，使用不同塑料注射成型時，應相應更換噴嘴。因此，注射機一般都需要配備多種結構形式的噴嘴。常見的噴嘴有直通式、關閉式及專用式等。

（1）直通式噴嘴。圖2-8所示為三種不同形式的直通噴嘴。它們具有結構簡單、制造方便、壓力損失小、成型冷卻硬化時的補縮量大、熔料不易滯留等特點，但熔料注射后有流涎現象。

（2）關閉式噴嘴。圖2-9所示為兩種典型的關閉式噴嘴。它們可以克服直通噴嘴的熔料流涎缺陷。

5. 注射速度、注射壓力、保壓壓力的數量及控制 注射速度和壓力是注射成型的重要參數。在注射成型過程中，若能提供多種速度、壓力，適應模具型腔截面的變化，使熔體流動實現更精確控制，注射機就具有更強的功能。

多種注射速度可使熔體前端在充模過程保持速度穩定。注射速度還可選用開環、半閉環、閉環控制。開環控制使用普通比例流量閥；半閉環控制使用閉環比例流量閥；閉環控制使用線性螺桿速度，需要較多的控制器件。

多種注射壓力可確保熔體在充模過程中消除流動阻力變化對成型的影響。注射壓力可選用閉環壓力控制。

在保壓過程中，隨熔體因冷卻收縮，模腔壓力逐步降低。采用多種保壓壓力，可相應降低保壓壓力，適應保壓過程不同階段的需要。模腔壓力可用壓力傳感器測量。壓力傳感器還可實現熔體充填、加壓、保壓的精確控制。

6. 溫度控制 注射機的溫度采用溫度控制器控制。溫度控制器有多種形式，如通斷、正比例、PD、PID、模糊控制等。精確的溫度控制器可使機筒、噴嘴溫度更接近熔體所需溫度。

7. 液壓油壓力控制 液壓油壓力可采用閉環控制。從壓力傳感器反饋回來的信號，可通過調整比例壓力閥流量控制，調整實際壓力的偏差。油壓的閉環控制可實現注射壓力、保壓壓力和背壓在每個循環過程中保持一致。但是，油壓控制不能代替熔體壓力控制或型腔壓力控制。

液壓油溫度可通過控制冷卻水的流量和流速實現。使油的溫度保持在40～50℃。液壓油溫也可采用閉環控制。

雜質或液壓缸、柱塞磨損產生的粉末會使液壓油臟污。可在液壓泵的入口及回油處安裝過濾裝置，并在濾網上安裝差分壓力傳感器，監測油的臟污程度。

8. 位置控制 注射機需要在許多部位進行位置測量及控制，如螺桿位置、模具位置、頂出位置、模厚調整位置等。螺桿位置的測量是為了設定不同速度及壓力時的注射行程，測定加料和減壓過程中的射膠量；模具位置的測量是為了確定模具在啟閉過程中，其運動的慢—快—慢行程，也可以用于低壓模具保護；頂出位置的測量是為了縮短頂出行程，特別是對多位置的頂出行程。

位置控制可采用限位開關、接近開關，但它們只能提供某一固定位置或幾個位置的間斷測量。若采用電位計控制位置，則可以測量整個行程的位置，精度可達到0.01mm，電位計的精度又取決于A/D轉換器的轉換精度。

9. 拉桿張力 為控制鎖模力并防止拉桿損壞，可設置拉桿張力傳感器來測量拉桿張力。測量拉桿張力對曲肘式注射機特別重要。因為曲肘對鎖模力有放大作用，而應變片有一定的拉伸范圍，要注意拉桿的過度拉伸對測量造成的影響。

（三）非定量參數

非定量參數是一些很難用數據描述，卻又是選擇注射機時很重要的參數，它往往需要使用者通過市場調查，長期使用才能得到。

1. 噪聲和振動 高噪聲和強振動，不僅影響機器壽命和制品質量，而且影響到操作人員和環境。

注射機鎖模系統在開閉模過程中，加速及減速的慣性很大，若速度控制不佳，就會使機器產生噪聲和振動。尤其是在開模時，拉桿內儲存的彈性勢能，在曲肘和模具突然釋放時，就會產生劇烈振動。綜合性能好的注射機，有吸收沖擊的設計，使噪聲和振動降低到最低程度。

2. 可靠性 可靠性是指注射機在正常使用過程的整機可靠性，它是非定量參數中最重要的一個。正常運轉的注射機，若發生拉桿斷裂、模板損壞（開裂）、曲肘失效等重大事故，對購機者是重大損失。它在購機時無法用定量數據描述，而使用者又往往要在較長的使用時間后才能得知。建議購機者在購置合同中，用整機的失效時間或機器正常運轉的百分數，對注射機的可靠性給以制約。

3. 可選備件 可選備件涉及到注射機的技術水平、價格、便利性等因素，具有很大的彈性。比如，液壓安全自鎖裝置、冷卻水流量計、模厚自動調節裝置、蓄能器、型芯拉出器、氣動頂出裝置等。其中一些裝置，有些廠商作為標準配置，有些廠商則作為可選備件。因此，購機者需要仔細比較，并在合同中加以注明。

四、注射機的注射系統

注射機的注射系統主要用來完成物料輸送、熔融塑化、熔料注射（保壓）。

注射機的注射系統有多種結構形式，如柱塞式、往復螺桿預塑式、螺桿復合式、斜角螺桿式、平角螺桿式、直角螺桿式、三階螺桿式、多極螺桿式等。其中，最常用的形式為柱塞式和往復螺桿式。

（一）注射機柱塞式注射系統

柱塞式注射系統如圖2-10所示。柱塞式注射系統的工作過程如下：

料斗中的物料經計量進入機筒內柱塞的頭部，在溫度和柱塞的推力作用下，依次進入至分流梭部位并熔融塑化成熔體，當注射機進入注射程序時，注射液壓缸推動注射活塞前移，把熔體經由噴嘴注入成型模具型腔，保壓后冷卻定型成制品。

柱塞式注射系統對物料的熔融塑化，主要依靠機筒外加熱裝置傳導的熱量。由于物料在機筒內不能旋轉前移，常導致機筒內的物料受熱不均、塑化不勻、塑化能力低、注射壓力損失大等缺陷。柱塞式注射機特別不宜加工熱敏性塑料。

（二）注射機往復螺桿式注射系統

往復螺桿式注射系統是注射機最常用的注射系統，其結構如圖2-11所示。

1. 往復螺桿式注射系統的工作過程 當注射系統開始工作時，機筒內螺桿開始不斷旋轉，料斗中物料連續不斷進入機筒，落入螺桿的螺槽，進入機筒的物料被旋轉的螺桿推向機筒前方，并同時受到螺桿的壓縮和機筒外加熱裝置的熱量作用。此外，物料在機筒內，還不斷受到機筒和螺桿之間的剪切和摩擦作用。這時，物料被逐漸熔融塑化并向前移動，物料越向前移動，受到的阻力越大，同時反阻力也逐漸加大。當反阻力超過注射液壓缸活塞退回的阻力時，螺桿開始后退，并在螺桿前端形成已塑化料的儲料室。當儲料室的熔料達到設定的注射量時，螺桿停止轉動。然后，注射液壓缸加壓，注射活塞推動螺桿以一定壓力和速度向前移動，把熔料通過噴嘴注入成型模具型腔，保壓后冷卻定型成制品。

往復螺桿式注射系統通過單螺桿的旋轉塑化，前后往復運動，完成熔料的注射。具有物料塑化均勻、塑化能力強、注射壓力均勻、注射速度快、功率消耗小等特點，適應于熱敏性塑料、工程塑料等多種塑料的成型，也適應于大型塑料制品，結構復雜的塑料制品的加工。雖然往復螺桿式注射系統比柱塞式注射系統結構復雜，但其工作效率高，設備維修、清理比較方便，一直被廣泛應用著。而且在此基礎上，還研發出了多種形式的新型注射機。

2. 往復式螺桿注射系統的主要零部件 往復式螺桿注射系統主要包括螺桿、機筒、加熱裝置、注射液壓缸、傳動裝置等。

（1）螺桿。螺桿是注射系統的關鍵零件。螺桿的形式，一般分為通用型和專用兩類。通用型注射螺桿的幾何形狀如圖2-12所示。

注射機用螺桿與擠出機用螺桿相比，具有如下特點：

1）注射用螺桿的長徑比（L/D）較小。

2）注射用螺桿的壓縮比較小，但計量段螺紋深度較深。

3）注射用螺桿一般為尖頭圓錐形，其頭部結構特殊（如帶螺紋、帶止逆環結構），而擠出用螺桿頭為尖頭、平頭或圓錐狀等。

4）注射用螺桿的加料段較長，計量段相對地較短。

注射用螺桿的長徑比（L/D）一般為18～25；壓縮比（h₁/h₃）約為2.4～3.2，計量段螺紋深度（h₃）約為0.04～0.07D；螺紋棱寬（e）約為0.08～0.12D；螺距（S）一般是螺桿有效長度內的螺距相等，螺紋外徑與螺桿直徑（D）相等；螺桿尖頭錐角約為15°～30°；結晶型塑料一般使用突變型螺桿，非結晶型塑料使用漸變型螺桿。

（2）注射液壓缸。注射液壓缸主要是為推動螺桿提供動力，將螺桿前部儲料室內的已塑化熔料，快速注入模具型腔。注射液壓缸一般左右對稱，有兩個，但也有單注射液壓缸的。

（3）注射座移動液壓缸。注射座液壓缸安裝在注射座與前模板之間，可帶動注射座上所有部件沿導軌（或導柱）往復運動，從而能使噴嘴緊貼模具及噴嘴后退；還可使注射座回轉，便于拆換，清洗螺桿或機筒。

（4）螺桿驅動裝置。螺桿驅動裝置用來帶動螺桿旋轉和調整螺桿轉速。該驅動裝置的特點是：能在有負載的條件下間歇地頻繁起動；螺桿轉動應平穩低噪聲；有過載保護功能；有背壓調整功能。螺桿驅動有多種方式，最常用的是電動機和液壓馬達驅動螺桿轉動的方式。

電動機驅動裝置如圖2-13所示。液壓馬達驅動裝置如圖2-14所示。

電動機驅動裝置由電動機驅動、液壓離合器連接，經齒輪減速箱減速、帶動螺桿轉動，是目前應用最多的傳動形式。液壓離合器能對頻繁起動的電動機及螺桿工作過載時，起到保護作用。此外，采用背壓閥調節螺桿計量時的背壓，可根據不同塑料的塑化情況，設定不同的背壓。該裝置還具有工作壽命長、維修方便等特點。

液壓馬達驅動裝置采用液壓馬達直接驅動螺桿轉動，并對螺桿進行無級調速，是中小型注射機的常用傳動形式。

五、注射機的鎖模系統

注射機鎖模系統的主要作用是安裝模具、啟閉并夾緊模具、制品脫模等。由于在該裝置內完成注射、保壓、冷卻定型，頂出制品等工藝步驟，因此它應具有如下特征：

1）根據注射機射膠量的大小，具有相適應的模板面積、模板行程、最小和最大距離。

2）具有足夠的鎖模力，保證在注射成型過程中模具不脹模。

3）閉模速度快并且平穩，模板移動速度可以變換。

4）頂出裝置有多點頂出，頂出力平穩。

5）有安全保護裝置，操作安全。

注射機的鎖模系統有多種形式，包括液壓式、液壓-機械式、機械式等。鎖模系統包括鎖模裝置、頂出裝置、調模裝置、安全保護裝置、潤滑裝置等。

（一）液壓式鎖模裝置

1. 液壓式鎖模裝置的特性 液壓式鎖模裝置是通過液體的壓力，保證模具工作時的緊密結合，若取消液體壓力，其鎖緊力也消失。它具有下述特性：

1）模具鎖模力，可通過調節液壓油壓力方便地調節，運行時設備噪聲低。

2）模板行程距離調節方便。

3）模板移動行程開距大，可在較大范圍選用模具的厚度。

4）液壓工作穩定性欠佳，液壓油易泄漏，會因鎖緊力不足而產生制品溢料（飛邊）缺陷。

2. 液壓式鎖模裝置的形式液壓式鎖模裝置有如下幾種形式。

1）直壓式鎖模裝置如圖2-15所示。

2）充液穩壓式鎖模裝置如圖2-16所示。

3）閘板穩壓式鎖模裝置如圖2-17所示。

4）充液增壓式鎖模裝置如圖2-18所示。

5）擺臂卡檔液壓鎖模裝置如圖2-19所示。

6）轉盤穩壓式鎖模裝置如圖2-20所示。

（二）液壓-機械式鎖模裝置

液壓-機械式鎖模裝置由液壓及機械兩部分組成，它兼有液壓式和機械式鎖模裝置的優點，具有閉模速度快、自鎖、節能等特點。液壓機械式鎖模裝置有如下幾種形式：

1）液壓單曲肘式鎖模裝置如圖2-21所示。

2）液壓雙曲肘撐板式鎖模裝置如圖2-22所示。

3）液壓雙曲肘撐板式鎖模裝置如圖2-23所示。

（三）機械式鎖模裝置

機械式鎖模裝置是指注射機從啟閉模動作到鎖模力的產生和保持，均由機械傳動完成的鎖模裝置。

早期的鎖模裝置由于鎖模力與速度的調整復雜，慣性和噪聲大，制造維修困難，已很少有廠家使用。近年來，有一些較新的機械鎖模裝置采用伺服電動機、撓性齒形帶、大螺距絲杠、曲肘機構傳動，配以微機控制，如圖2-24所示。它具有省能、低噪聲、清潔、易操作維修等特點。

（四）調模裝置

在注射機上安裝模具時，可采用調模裝置（特別是液壓-機械式鎖模裝置），在注射機最小和最大模厚范圍內，對不同厚度的模具，調節模板間距離。調模裝置除要求操作方便外，其軸向位移應準確靈活，保持同步；調節行程應有限位及過載保護。此外，鎖模力的大小也靠調模裝置的精細調整實現。

一般，小型注射機用手動調節，大中型注射機采用電動或液壓傳動調節。常用的調模裝置有如下幾種：

1）后調模裝置如圖2-25所示。

2）連桿調模裝置如圖2-26所示。

（五）頂出裝置

頂出裝置的主要作用是在制品定型后，在開模的同時頂出模具型腔內的制品。因此，要求頂出裝置具有足夠的頂出力，以及頂出力要均勻；可控的頂出次數、頂出速度，并且與模板啟閉速度協調；有足夠的頂出行程并能根據模具的厚度尺寸調節；若模具具有多點頂出時，各頂針（桿）的頂出力均勻，頂出針（桿）的長度應相等。

頂出裝置一般分為液壓頂出、機械頂出、氣動頂出等形式。

1. 液壓頂出 如圖2-23的件9（頂出桿）、件10（頂出液壓缸），它們安裝在移動模板的后面。開模時，模板后移，頂出液壓缸推動頂出桿伸出，頂出桿的長度是可調節的。

2. 機械頂出 如圖2-22的件5（頂出裝置）、件6（頂出桿）。頂出桿固定在機架上。開模時，移動模板后退，頂出桿穿過移動模板中心孔而推動模具頂板，頂板將模腔內制品頂出，頂出桿長度可通過螺桿調節。

許多注射機都使用液壓頂出裝置，機械頂出裝置一般在小型注射機上使用。而在大型注射機上，往往同時設置機械頂出裝置和液壓頂出裝置。

3. 氣動頂出 氣動頂出使用壓縮空氣，通過模具預設小孔，在開模時，將制品直接吹出。由于氣動頂出對壓縮空氣有一定要求，并需增設相關的氣路裝置，目前使用得較少。

（六）安全保護裝置

安全保護裝置的主要作用是保護操作者的安全、機器及模具的安全。因此，安全保護裝置應該安全可靠，無誤動作，調整方便準確。操作者也必須經常檢查安全保護裝置的完好情況。常用的安全保護裝置有如下幾種：

1）機械式安全裝置如圖2-27所示。

2）機械-液壓-電氣保護裝置。大中型注射機為保護操作的絕對安全，常采用機械、液壓、電氣多路保護裝置。如安全門打開時，立即切斷鎖模油路，使機器無法閉模；當安全門中任何一扇門打開時，電氣開關斷開，注射機的所有動作停止。

3）模具低壓保護裝置如圖2-28所示。注射機在閉模前，移模動作處于低速低壓狀態。這時，只要在模具分型面或型腔留有異物，它們所產生的阻力都能終止動模板的動作，并使高壓鎖模程序中斷。

六、注射機的液壓系統

液壓系統是注射機的一個重要控制系統。液壓系統利用油液作為傳遞運動能量的介質，并控制其壓力及流量，從而控制注射機各系統的運動方向、速度及力的大小。

（一）注射機液壓系統的組成

注射機的液壓系統包括動力裝置、執行裝置、控制裝置、輔助裝置、傳動介質（液壓油）等。

1. 動力裝置 把電動機輸出的機械能轉換成液體的壓力能的裝置。它包括電動機、液壓泵及其附件。

2. 執行裝置 把液體的壓力能再轉換為機械能，帶動工作機構動作、向外運動的裝置。它包括各種液壓缸和液壓馬達（合模液壓缸、頂出液壓缸、整體移動液壓缸、注射液壓缸、傳動液壓馬達等）。

3. 控制裝置 控制液壓油的壓力、流量和流向，保證工作機構按一定要求進行運動的裝置。它包括壓力控制閥（溢流閥、減壓閥、背壓閥等）、流量控制閥（節流閥、單向節流閥、調速閥等）、方向控制閥（單向閥、換向閥）、比例控制閥（比例壓力閥、比例流量閥）等控制閥件。

4. 輔助裝置 輔助液壓系統各裝置完成各種功能并保證系統的安全運行的裝置。它包括油箱、過濾器、堵塞指示器、蓄能器、壓力繼電器、熱交換器、管道、接頭、壓力表等。

5. 傳動介質 用來進行能量的轉換、傳遞和控制的介質，主要是各種液壓油。注射機常用液壓元件的符號見表2-2。

（二）注射機對液壓系統的工作要求

1. 注射機注射系統的要求 主要體現在如下幾方面：

1）注射液壓缸能提供足夠的，可以調節的注射壓力和注射速度。

2）注射完成，要有保壓壓力。

3）能適應不同塑料，在預塑化時能調節螺桿轉速和背壓。

4）注射座整體移動液壓缸要有足夠的推力，使注射座能及時動作（前移或后退）。能保證噴嘴與模具澆口緊密牢靠貼合。能滿足注射機預塑化時的固定加料，前加料和后加料要求。

2. 注射機鎖模系統的要求 主要體現在如下幾方面：

1）在注射成型時，鎖模系統的閉模液壓缸，應有足夠的鎖模力，避免成型模具因高壓注射而脹模。

2）閉模液壓缸應能滿足模具啟閉時的速度要求。閉模液壓缸的工作速度，在啟模時為慢—快—慢；閉模時為快—慢。

3）鎖模系統啟閉模的快—慢速度比值較大，可采用雙泵并聯、多泵分級控制、節流調速等方法，保證啟閉模速度的調節。

4）鎖模系統的頂出裝置有足夠的頂出力。若為多點頂出時，各支點頂出桿要頂出力均勻，頂出長度相同，頂出速度平穩可調。

3. 液壓系統對液壓油的要求 主要體現在如下幾方面：

1）液壓油抗氧化、耐磨損、防腐蝕、泡沫少、化學性能穩定、潤滑性能好。

2）隨季節變化，更換不同粘度的液壓油。夏季使用粘度值高的液壓油；冬季使用粘度值小的液壓油。在工作溫度變化范圍內，其粘度值變化要小。

3）液壓油的燃點（閃點）高，凝固點低，以適應不同溫度環境。

4）液壓油要清潔，不得含有蒸汽、空氣及其他易產生氣體的雜質，水分含量不能超過0.025%（質量分數），無油泥、金屬屑和銹屑。

（三）典型的液壓傳動線路

HTF80注射機是目前常用的注射機，其液壓回路原理如圖2-29所示。

（四）注射機液壓系統的維護及常見故障的排除

1. 液壓系統的維護 對液壓系統的維護，主要做好如下工作：

（1）液壓管路的防滲漏。在安裝液壓管路時，液壓元件的連接螺紋或法蘭端面要清潔平整；緊固各元件的螺釘時，用力要均勻；管接口的防漏膠布不能暴露于管道中。在置放密封圈時，密封圈及密封圈溝槽必須清潔無毛刺；與密封圈配合的磨合面要平整光滑；密封介質必須清潔。

在生產過程，需經常（長期）檢查管路及液壓元件的連接處是否密封，一旦發現滲漏，及時排除漏油點。

（2）液壓油的防污染。液壓油箱的周圍環境要清潔；油箱蓋要密封蓋好，并設有通氣孔；箱內壁不得涂刷油漆。

液壓油的工作溫度應保持45～55℃（不能超過60℃）；工作時，油箱應保持足夠數量的液壓油；液壓油一般1.0～1.5年更換一次；必要時，對油進行過濾及加熱除去水分。保持液壓元件的清潔，拆洗液壓件和油路板時，要避免棉紗粘附在元件上；不可用壓縮空氣或用嘴吹拭元件，防止空氣進入油內產生空化；經常清洗或更換過濾器的濾芯。

（3）安裝液壓系統的安全報警裝置。液壓油不足報警裝置，可防止吸油量不足；油溫過高報警裝置，可防止損壞液壓元件；吸油過濾器供油不足報警裝置，可防止空氣混入液壓油中；潤滑油不足報警裝置，可保證各配合滑動部位的良好潤滑。

2. 液壓系統常見故障的排除 注射機液壓系統常見故障的排除見表2-3。

七、注射機的電氣控制系統

注射機的電氣控制系統，由三個部分組成：加熱控制部分、電動機及其控制部分、順序控制器部分等。

注射機的電氣控制系統，包括以下裝置：

（1）單片機。單片機由操作面板和輸入輸出接口板組成。它通過內部的用戶程序，控制整個注射機運行。

（2）壓力控制裝置。用壓力傳感器進行液壓系統的壓力檢測，用單片機和流量比例閥控制和修正液壓系統的壓力。

（3）溫度控制裝置。用熱電偶檢測溫度，通過單片機形成閉環控制，為注射機各加熱段提供精確的溫度。

（4）位置控制裝置。用解碼檢測注射、鎖模、頂出的位置；通過調模位移傳感器檢測調模位移量，再經由處理器精確控制其位移量。

（5）其他檢測及控制裝置。

圖2-30、圖2-31所示分別為HTF80型注射機主回路電氣原理圖和控制回路電氣原理圖。

八、注射機的操作

注射機操作是實際動手的技能，是學習塑料注射成型技術的第一步，也是培訓新員工掌握塑料注射成型技術的第一步。只有在熟練掌握了注射機操作技能的基礎上，上述各章的成型技術內容才能融會貫通。

（一）注射機操作的相關信息

在注射機操作前，必須掌握以下相關信息。

1. 注射機的操作指南和產品說明書 注射機制造廠商會為每臺注射機提供產品說明書、操作指南等基本信息，必須仔細閱讀。一次閱讀是不夠的，應該根據員工操作注射機的熟練程度，反復多次地閱讀操作指南、主要技術參數、一般故障的排除等。

2. 注射機生產作業指導書（操作規程）塑料制品的注射成型原理是基本相同的，但不同的機型、不同的塑料制品，其操作方式會有差異。因此，要仔細閱讀注射機生產作業指導書（操作規程），防止在注射成型生產過程出現人身、設備、模具等方面的安全事故。

3. 注射機的操作方式 塑料注射成型是一個按規定程序周期性地循環進行的生產過程。完成一個循環周期有點動、手動、半自動、自動等四種操作方式。

（1）點動。注射機的所有動作是在按住相應的按鈕時才能慢速進行的，手離開按鈕，動作即停止。主要是為模具的安裝調試，檢查某一部位的工作狀態，檢修機器而設置。

（2）手動。按住某一按鈕，其相應控制的某一動作開始運動，直到完成動作停止；不按住按鈕，動作便不進行。主要是為檢查模具裝配的狀態，觀察機器運行狀態，特殊情況下的生產等而設置。

（3）半自動。注射機關閉安全門后，即按預先設定的工作程序完成一次注射成型周期。開安全門取出制品，再關閉安全門，又可進行下一次注射成型周期。這是一種常用的操作方式，主要在需手工脫模、手工安裝嵌件時使用。

（4）自動。關閉安全門后，一次完全部注射任務。

4. 注射機的加料方式 注射機根據注射座移動情況，有三種加料方式：固定加料、前加料、后加料等。

（1）固定加料。注射機在每個循環周期中，注射座固定不動。它可縮短循環周期時間，提高生產效率，適用于PS、PE等成型溫度范圍寬的塑料。

（2）前加料。在螺桿完成預塑化之后，注射座退回，也稱為加料退回。它可提高塑化效果，減少噴嘴流涎現象，適用于PA、PC等熔體粘度低的工程塑料。

（3）后加料。在每次循環周期中，注射座退回后，才開始螺桿預塑化，也稱為退回加料。它可防止噴嘴形成冷料，保證模具同步冷卻，適用于PE、PP、POM等結晶型塑料。

（二）依屏幕顯示的界面進行操作

每臺注射機都會有操作面板，打開顯示屏后，就可按操作指南或屏幕顯示的界面提示，進入注射機操作。

下面以某型號的注射機為例，說明其中幾項主要操作的步驟及技術參數的設定。

1. 顯示界面介紹 圖2-32所示為某注射機的狀態顯示界面。

當打開注射機屏幕后，就會顯示一幅相似的顯示界面（以下同），界面列出了當前注射機的工作狀態。操作者就可依照畫面的提示進入操作。該界面顯示的信息分成兩部分：一部分是通用界面；一部分是狀態顯示界面。

（1）通用界面包括上、下兩部分：上部分第一行為標題欄，第二行為動作欄；下部分第一行為說明欄；第二行為功能鍵欄。

（2）狀態顯示及操作設定界面：按F1鍵所顯示的中間部分界面包括如下六個部分：

1）第1縱列顯示注射機正在動作的壓力、流量（速度）、操作時間。

2）第2縱列顯示注射機當前移動模板、托模、射座臺的位置值。

3）第3縱列顯示注射機射出位置、射出開始時的位置、射出結束時的位置。

射出監測點是判斷該模成品是否完好的依據，是指整個行程結束，在轉為儲料的一瞬間，射出結束時的位置。

4）第4縱列顯示射出轉保壓的位置、保壓時間、儲料時的螺桿轉速。

5）料管溫度是指注射機機筒各段的現在溫度。

6）注射機的動作顯示。

2. 開關模操作 圖2-33所示為某注射機開關模操作設定界面。

按F2鍵進入開關模設定界面，在這里可進行如下操作：

（1）根據模具和產品（包括料桿）尺寸，輸入開模行程數據。

（2）輸入三段關模（快速、低壓、高壓）的壓力、速度、終止位置。

（3）輸入三段開模（一慢、快速、二慢）的壓力、速度、終止位置。

（4）手動按開關模鍵，進行開關模操作。

（5）再次循環暫停（延遲）時間的設定。

（6）在開模的同時，托模或中子連動功能。

3. 頂出操作 圖2-34所示為某注射機進行頂出操作時的托模吸吹氣界面。

按F4鍵進入托模及吸氣界面，在這里可進行如下操作：

（1）選擇托模的種類。

1）停留為半自動操作，全自動鍵無效，頂針頂出后即停止，只有取出制品，關上安全門后，才做頂退動作。

2）定次——頂針按設定次數做頂出頂退動作，即計數脫模。

3）震動——頂針按設定次數在托進終止處，作短時間震動。

（2）設定頂針托模的次數。

（3）設定托模進和托模退的延遲時間、壓力、速度和終止位置。

（4）選用吹氣脫模時，可對凸模和凹模分別吹氣，以位置控制動作點，按設定時間吹氣，或托模動作已完成，必須待吹氣動作完成后再閉模。

4. 中子操作 圖2-35所示為某注射機的中子操作界面。

中子（包括兩組絞牙）為某些注射機使用的術語，是指模具的抽芯機構。按F5鍵進入中子操作界面，在這里可進行如下操作：

（1）設定中子A的功能和控制方式。

（2）設定中子A的壓力、速度、時間或計數、動作位置。

（3）依中子A的方式，設定中子B、中子C（設定中子C時，需再按一次F5鍵）。

（4）設定結束，按中子A進鍵和中子B進鍵，手動操作中子，并根據動作位置，按開關模鍵，以達到中子動作的要求。

5. 機筒溫度的設定 圖2-36所示為某注射機的機筒溫度設定界面。

按F7鍵進入機筒溫度設定界面，在這里可進行如下操作：

（1）輸入設定的溫度值（最多有7段）。

（2）若屏幕顯示“*”時，表明電熱正在加熱，但實際溫度在設定溫度區內，可進行射出動作。

（3）半溫控制，指實際溫度被控制在設定值的一半。可用于臨時停機時，降低溫度，防止塑料分解。

6. 注射座（射臺）調整 圖2-37所示為某注射機的射臺/調模界面。

按F6鍵進入射臺/調模界面，在這里可進行如下操作：

（1）設定射臺前進和后退以及調模前進和后退的壓力和速度，前進終止位置即是噴嘴與模具接觸位置，即“全自動”時注射開始的位置。

（2）按射臺前進或射臺后退鍵，調整注射座位置。

7. 儲料和防流涎操作 圖2-38所示為某注射機的儲料射退資料界面。

按幾次F3鍵進入儲料射退資料界面，在這里可進行如下操作：

（1）設定儲料和射退的壓力、速度、終止位置或動作時間。

（2）設定儲料時的背壓壓力。

（3）按儲料鍵一次即開始做儲料動作，到達三段終止位置后自動做射退動作；射退可選擇使用位置值或使用時間值來控制。

（4）冷卻用于防止噴嘴流涎，只在“半自動”狀態下進行。冷卻時間從保壓結束開始計時，時間到后開模。若儲料時間大于冷卻時間，則開模在儲料結束后；在保壓結束后，先計儲料前冷卻時間，再做儲料動作。

8. 注射和保壓操作畫面 圖2-39所示為某注射機的射出資料界面。

按F3鍵進入射出資料界面，在這里可進行如下操作：

（1）選擇由注射轉保壓的控制方式。

（2）輸入上限時間，若選擇上限時間達到，自動轉為保壓。

（3）輸入射出的壓力、速度和終止位置，若選擇射出終止位置（六段）達到，轉為保壓。

（4）輸入保壓（一至四段）的壓力、速度和保壓時間。

（5）按射出鍵開始注射動作。

九、注射機的維護和故障排除

（一）注射機的維護

1. 注射機的日檢查 主要包括以下項目：

1）確保液壓油箱內的液壓油到達油位線中線以上或注滿。

2）擰緊模具和各個移動部件上的螺栓。

3）擰緊熱電偶接頭，并確保導管完好。

4）檢查各加熱器的線路，并觀察其加熱升溫時間達到設定溫度（不能過短或過長）。

5）檢查各安全裝置（安全門及安全門行程開關、鎖模安全裝置、緊急制動按鈕等）是否正確固定，狀態是否完好。

6）檢查油冷卻器及有流量檢測器的裝置，視察水進、出口，流量調節狀況，并使其無泄漏，狀態正常。

7）在各滑動表面施加潤滑油，并檢查注油器或注油杯，潤滑裝置是否狀態正常。

8）察聽機器運轉時是否有異常噪聲及異常現象。

9）檢查并記錄機器的泄漏及泄漏點數量。

10）檢查各成型條件（溫度、壓力、速度、次數、各動作切換位置）是否有誤。

2. 注射機的周檢查 主要包括以下項目：

1）檢查各個行程開關的螺釘和螺栓，如松動或失落，應擰緊補足。

2）檢查各個電熱圈的外部，如發現粘附有樹脂、螺栓松動、線路接頭松動或損壞，應及時修復。

3）檢查各液壓元件的工作狀態，并使其保持正常。

4）第一個月應每周清洗過濾器一次，以后每三個月清洗一次。

5）清洗注射機各部位，保持干凈、清潔。

3. 注射機的月檢查 主要包括以下項目：

1）清洗油冷卻器（熱交換器）的熱交換管，如果水質較好，可視檢測情況決定是否清洗。

2）清洗油箱通氣裝置（帶有元件）。

3）觀察液壓油是否臟或有氣泡，決定是否過濾。

4. 注射機的季檢查 主要包括以下項目：

1）檢查液壓油，若非常臟，應（根據使用季節）更換適當型號的液壓油。

2）清洗過濾器。

3）修復松動或裸露的線路。

4）檢查電氣控制箱內的塊狀空氣過濾器，若非常臟，應清洗。

5. 注射機的年檢查 主要包括以下項目：

1）檢查并擰緊機器上所有螺栓。

2）檢查并更換所有熔絲。

3）注射機的移動部分如有損壞，用磨石仔細地修整。

4）檢查并更換液壓油，檢測并清洗其空氣過濾器。

5）請專業人士對機器進行絕緣測試，檢測泵、驅動液壓馬達等。

（二）注射機故障警報及排除

按表2-4排除常見的故障警報。

（三）注射機常見故障的排除

注射機在運轉過程中可能出現故障，其常見故障及排除方法可參閱表2-5。