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        注射行程与螺杆长度

        日期:2011年12月22日 10:45

        注射行程与螺杆长度

        达明科技有限公司

        2003年8月

         

        前言

          注塑机的螺杆长度与注射行程,骤眼看起来是两回事,其实两者存在微妙的成品“质与量”的关系。文中推论出它们的比率是个质的尺度。

        问题1

          在比较注塑机规格时,会发觉两台相同螺杆直径的注塑机,注射容量不相同。原因是它们的注射行程不相同。

        注射行程大是优点吗?为何另一台注塑机的注射行程不设计大一点?

        问题2

          有客户注塑成品时觉得不满意,但转用大一级注塑机后便满意,原因何在?

        问题3

          课本推荐只用注射容量/重量的80%,何解?

        长径比

          螺杆的长度,一般不用绝对长度,而用相对于直径的长度来衡量。这样,不同直径的螺杆亦可比较长度。这个长度叫长径比,以L/D代表(L=Length, D=Diameter)。

          螺杆长度当然只算有螺纹的部分。更准确的算法是算到料斗的中线,称之为有效长度或有效长径比。

          一台注塑机通常有三条螺杆可选,称为A、B、C螺杆,直径分别为小、中(标准)、大。它们的长径比为22,20,18左右。

        温度不均

          已塑化的塑料叫熔融,储在螺杆的顶端,准备下次注射使用。理想的熔融是温度均匀的。但事实并非如此。


          由于加热瓦不是360°包围着料筒,而是有个缺口,环向温度不均匀。加热瓦的热量由外传内,加上熔融传热不良,径向温度不均匀。


          塑化时,螺杆随着后退。有效长度因此逐渐降低。加料行程(=注射行程)越大,有效长度变化越大,轴向的温度亦不均匀。
          熟悉挤出机的读者都知道挤出螺杆是不后退的。因此挤出的熔融是没有轴向温差的。若熔融温度相差15℃,成品的外观,机械性能等都不会均匀。多腔的模具更会产生腔与腔之间的成品差异,甚至一腔不满,一腔飞边,况且此情况没有规律。

        注射行程

          较保守的设计,注射行程设计为B螺杆直径的4倍。有效长径比的变化亦因此为4。这样的话,注射行程便是A螺杆直径的4.4倍,亦是C螺杆直径的3.7倍。轴向温差以A螺杆最大,C螺杆最小。

        增加长径比

          增加长径比会降低轴向温差。原因有二。

        螺杆长了,塑料要多转几圈才跑到螺杆的末端。搅拌多了,温度便更均匀。在注射行程不变的情况下,螺杆越长,“注射行程÷螺杆长度”下降,故轴向温差亦下降。B螺杆若能有22的长径比,当然比20的长径比佳。

        行程直径比

          与长径比同出一辙,行程直径比能使不同直径的螺杆比较注射行程。行程直径比以S/D代表,(S=Stroke, D=Diameter)。

        行程长度比

          从降低轴向温差的观点,行程要短,螺杆要长。故提议了行程长度比,以S/L代表。S/L越低,轴向温差亦越低,故质越高。

          注意,S/L=S/D÷L/D =行程直径比÷长(度)(直)径比

        例子

          以ME125及TME110注塑机为例,那一台的B螺杆设计得更好?


          ME125的注射行程是螺杆直径的4.62倍,而TME110的则是4.07倍。在ME125,这个比率是长径比的23.1%,但在TME110,则只是18.5%,就是有效长径比分别会有23.1%及18.5%的变化。

          若ME125的螺杆加长,使长径比升为22,虽然S/D不变,但S/L下降到21%。

          TME110的注射行程短,长径比高,故S/L低,是三者中较好的设计。

        答案1

          大的注射行程便有大的注射容量/重量,但轴向温差亦大。设计短的注射行程便限制了轴向温差。

        答案2

          用大一级注塑机时,所需的注射行程降低,轴向温差亦降低。

        答案3

          只用注射行程的80%,轴向温差便降低。

        重量不重质

          注射行程大及或螺杆长径比短的设计,注射重量会大,但熔融轴向温度不均匀,只适合要求不高的单腔制品用。

        重质不重量

          限制了注射行程及或螺杆长径比大的设计,保障了多腔制品的质量。TME系列注塑机的设计,B螺杆设计为L/D=22,S/D=4,故S/L=18.2%,是个重质设计。

        S/L守恒

        一台注塑机的A、B、C螺杆,通常设计为不同的L/D,如分别为22、20、18。这种设计的S/L,三条螺杆是相同的。

          以S/L量质的话,三条螺杆的质量是相同的。

        重温问题3

          课本推荐只用注射行程的80%,对S/L守恒的螺杆设计,三条螺杆都适用。取以上例子,三条螺杆的S/L×80%都是14.8%。

        S/L不守恒

          亦有注塑机的A、B、C螺杆设计为相同的L/D,如都是20。这种设计的S/L,以C螺杆最低,质亦是最好

        国际标准型号

          注射装置的国际标准型号,有一个算法是注射力×注射行程。在同样的注射力下,注射行程大,国际标准型号便高。国际标准型号只是个量的指标,没有显示质出来。

        重视直径

          在足够注射压力的情况下,比较两台注塑机的螺杆直径胜于比较它们的注射容量/重量。简单地说,只用一个参数来衡量注塑机的(注塑装置)大小时,直径比注射容量可靠。有个别注塑机厂商更用螺杆直径作为注塑机的型号。

        PET瓶坯专用机,重质又重量

          由于PET瓶坯模具要多腔才能符合经济效益,加上PET瓶坯是厚壁(约3mm)产品,故此注射压力不需大,但注射容量/重量则要大。因此,PET瓶坯专用机的螺杆都是大直径的。

          为了提高质量,螺杆的长径比有设计为26的。注射行程用直径的3倍。故长径比只有3/26=11.5%变动。

        选机标准

          S/L作为一个质的尺度,可以用来作选择注塑机的标准。以下比较一台PET瓶坯专用机及一台使用C螺杆的通用注塑机的S/L。

         由于C螺杆的长径比短而注射行程长,其S/L较大,而专用机的S/L则相对较低,故质较高。相反,由于直径相同,但通用机的行程长,通用机的量较高。

         

        相同“质”的“量”

          如通用机的“质”要与专用机的“质”相同,便要限制注射行程,来提高S/L。这时候的“量”还剩下多少呢?

          要S/L=13.9%,通用机的注射行程便要是13.9%×L=13.9%×60×18=150 mm。

          相同“质”的通用机,“量”比专用机的小。

          反过来看,与通用机的注射行程限在80%时的“质”相同,专用机的注射行程应限制在多少%呢?

          通用机的S/L×80%=230/(60×18)×80%=17.0%。由于专用机的S/L已是低至13.9%,故不用限制,可以用到100%!

                                                                                                                              

                从上表得出,专用机的“质”与“量”都有比通用机高。

         

        总结

          在相同的螺杆直径下,注射行程越长,“量”便越大,但“质”便越小。

        在相同的情况下,螺杆越长,“质”越高。

          注射长度比S/L是个“质”的指标。其值越小,成品的“质”越高。

         

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