注塑机螺杆与料筒结构设计

塑料螺杆设计制造及螺杆与料筒间隙的确定与调整螺杆是塑料加工机械的塑化部件，螺杆结构的好坏会对塑料加工产生关键影响。

螺杆从外形看是有一定长度带螺纹的圆柱体，看似简单不复杂，但是塑料从整个塑化过程中发生在螺杆上的变化却是相当复杂的。

在塑料输送过程中还有压力的产生、能量的传递和转换以及塑料物态变化。

所以，螺杆的设计显得尤为重要。

通过本文介绍，就会对螺杆设计有深入了解。

三段长度、螺杆导程、螺棱宽度、进料段和出料段的螺槽深度以及压缩比确定，常规通用型的螺杆参数就设定完毕了。

但实际使用还要考虑到螺杆和机筒的配合，螺杆和机筒之间的间隙也是重要的参数。

间隙经验值（最小间隙～最大间隙）螺杆直径30：0.10 ～0.25螺杆直径45：0.15 ～0.30螺杆直径65：0.20 ～0.40螺杆直径90：0.30 ～0.50螺杆直径120：0.35 ～0.55螺杆直径150：0.40～0.60国产挤出机螺杆参数表（请横屏查看）特殊螺杆设计之分离型BM螺杆除了普通三段式经典螺杆设计外，为了一步提高混炼和塑化效果，常见的还有各种带混炼结构的螺杆设计。

这些混炼结构多位于压缩段和计量段头部。

其中分离型BM螺杆是最常见的类型之一。

分离型螺杆（英文名barrier screw或者barrier flight screw），是在普通三段式螺杆的基础上研发出来的新型螺杆，其基本机构与普通三段式螺杆相似。

不同点在于整根螺杆有两段螺纹组成，可以有导程不等的前螺纹和后螺纹组成，也可以导程相同的主螺纹和副螺纹组成。

由于固相熔融而形成的熔膜越过间隙进入液相螺槽中，未容固相留在固相槽，形成固液分离。

故名分离型螺杆。

分离型螺杆设计参数设定S1：主螺纹导程S2：副螺纹导程e：螺棱宽度θ：螺纹升角常见分离型螺杆主螺纹和副螺纹螺棱宽度一致，螺纹圈数相差一圈。

基于经过的长度相同得到如下等式：ZS1+(2e+2K)/cosθ=（Z+1）S2推导出设计参数设定公式：(S1-S2)Z=S2-(2e+2K)/cosθ其中Z=L/S1注：K是副螺纹起始时和主螺纹的间距，Z是主螺纹和副螺纹相交时主螺纹行程圈数，一般取整数然后推导出L数值分离型螺杆有如下特点：一、只有熔化了的塑料才能越过间隙进入液相螺槽，尚未完全塑化的小颗粒在通过间隙时在高剪切速率的作用下也能完全塑化。

第一章 注塑机工作原理及构造第一节 注塑机工作原理一、注塑机工作原理 注塑成型机简称注塑机，其机械部分主要由注塑部件和合模部件组成。

注塑部件主要由料筒和螺杆及注射油缸组成示意如图1-19所示。

注塑成型是用塑性 的热物理性质，把物料从料斗加入料筒内，料筒外由加热圈加热，使物料熔融。

在料筒内装有在外动力油马达作用下驱动旋转的螺杆。

物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实。

物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐的塑化、熔融和均化。

当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下把已熔融的物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用力作用下向后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程。

然后，螺杆在注射油缸活塞杆推力的作用下，以高速、高压，将储料室的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中。

型腔中的容料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制件从模具顶出落下。

塑料从固体料经料斗加入到料筒中，经过塑化熔融阶段，直到注射、保压、冷却、启模、顶出制品落下等过程，全是按着严格地自动化工作程序操作的，如图1-20所示。

1－模具 2－喷嘴 3－料筒 4－螺杆 5－加热圈6－料斗 7－油马达 8－注射油缸 9－储料室 10－制件 11－顶杆图1-19 注塑成型原理图注射座动作选择第二节 注塑机组成注塑机根据注塑成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注塑部件、合模部件、机身、液压系统、加热系统、冷却系统、电气控制系统、加料装置等组成，如图1-21所示。

第二节注 塑 机 结 构注塑机总体结构公司目前主力机型为HTFX 系列，该机型主要可分为注射部分（01注塑机注塑部件塑化装置 注射座 注射油缸 螺杆驱动装置 注射座油缸 螺杆 料筒 螺杆头 喷嘴合模部件合模装置 调模装置 制品顶出装置机身液压系统泵、油马达、阀蓄能器、冷却器、过滤装置 管路、压力表冷却系统 入料口冷却、模具冷却 润滑系统 润滑装置、分配器电器控制系统动作程序控制；料筒温度控制；泵电机控制安全保护；故障监测、报警；显示系统机械手加料装置图1-21 注塑机组成示图部分）、合模部分（02部分）、安全防护门（03部分）、液压传动部分（04部分）、润滑部分（05部分）、电器控制部分（06部分）和机身部分（07部分），括号内为公司内部简称。

塑料注塑机注射螺杆的设计方法及原则研究2009-02-21 下午 09:30随着人们对高分子化合物认识的不断深化，塑料注塑机注射螺杆有了很大发展。

由于塑料注塑机注射螺杆的技术性能是实现优良注射塑化性能的关键，因此对于注射螺杆的合理设计显得尤为重要。

本文分析了塑料注塑机注射螺杆主要技术参数及主要结构与技术性能之间的关系，提出了注射螺杆主要技术参数确定的原则，做了比较详细的分析与研究。

塑料注塑机注射螺杆长径比塑料注塑机注射螺杆长径比是螺杆的一个十分重要的参数,对于常用的通用螺杆而言，尤为重要。

通用螺杆的长径比由13~14，提高到18，现已提高到20~22，甚至达到26。

1、塑料注塑机注射螺杆长径比与注射行程塑料注塑机注射行程表达了注射量的大小，是一个重要的技术参数。

注射过程中螺杆填充的物料量基本上是一个很不确定的因素。

注射时，螺杆轴向前移，物料流入螺槽，但不能充满螺槽，因为注射时间不足以满足完全填满螺杆沟槽所需的时间。

由于物料填充稀疏，空气易被吸入，此时空气若不能及时排出，会使塑化品质降低。

通常，计量行程的大小是决定空气能否进入储料缸的主要因素。

多种物料的研究表明，计量行程若大于3D，止回环后面会有夹气产生。

此时如果螺杆长径比小于18（满足3D的计量行程的螺杆长径比），即加料段固体开始熔融的长度太短，则会使固体向压缩段熔体转变时残留在熔体中的固体大量增加，在严重的情况下，甚至可造成输送停止。

因此要想获得超过3D的计量行程，必须增加螺杆的有效长度，使固体料在加料过程中能够有足够的熔融路径进行熔融，以减少熔体中固体含量，使熔体体积的组成与压缩段的体积流组成相匹配，从而实现计量所要求的熔融体积大于螺杆螺槽中的熔融体积。

一般情况下，螺杆长径比达到20~25，可满足计量行程大于3D的要求。

另外为了能够解决由于螺杆长径比的增加而引起的加料夹气问题，在螺杆设计上必须满足塑化时固体塞的速度大于固体床的速度。

现在，随着螺杆设计及加工的进步，一般塑料注塑机的注射行程由3D增加到4.5D~5D，有的甚至达到6.5D，螺杆的长径比也由18增加到20~25，甚至更大，从而提高了塑化机构的经济性。

注塑机的组成结构分析注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种,主要由注射部件,合模部件,机身,液压系统,加热系统,控制系统,加料装置等组成.注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件、合模部件、机身、液压系统、加热系统、控制系统、加料装置等组成。

如图2所示。

图2 注塑机组成示意图（一）注塑部件的典型结构1．注射部件的组成目前，常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式，我厂注塑机都是双缸形式的，并且都是通过液压马达直接驱动螺杆注塑。

因不同的厂家、不同型号的机台其组成也不完全相同，下面就对我厂用的机台作具体分析。

立式机和卧式机注塑装置的组成图分别如图3和图4。

工作原理是：预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。

图3 卧式机双缸注射注塑装置示意图（a）是俯视图；? （b）为注射座与导杆支座间的平视图1-油压马达；2，6 -导杆支座；3-导杆；4-注射油缸；5-加料口；7-推力座；8-注射座；9-塑化部件；10-座移油缸用的角式注塑机的注射部件与卧式机注塑机也是一样的。

图4 立式注塑机注射装置示意图1.液压马达；2-推力座；3-注射油缸；4-注射座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上范本2．塑化部件塑化部件有柱塞式和螺杆式两种，下面就对螺杆式做一下介绍。

螺杆式塑化部件如图5所示,主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。

因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。

图5 螺杆式塑化部件结构图1-喷嘴；2-螺杆头；3-止逆环；4-料筒；5-螺杆；6-加热圈；7-冷却水圈螺杆式塑化部件的工作原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具。

注塑机---螺杆料筒与塑化相关部件介绍注射部分与塑化相关的部件主要有：螺杆、料筒、分流梭、止逆环、射咀、法兰、加料斗等。

下面分别就其在塑化过程中的作用与影响加以说明。

螺杆是注塑机的重要部件。

它的作用是对塑料进行输送、压实、熔化、搅拌和施压。

所有这些都是通过螺杆在料筒内的旋转来完成的。

在螺杆旋转时，塑料对于机筒内壁、螺杆螺槽底面、螺棱推进面以及塑料与塑料之间在都会产生摩擦及相互运动。

塑料的向前推进就是这种运动组合的结果，而摩擦产生的热量也被吸收用来提高塑料温度及熔化塑料。

螺杆的结构将直接影响到这些作用的程度。

普通注塑螺杆结构，也有为了提高塑化质量设计成分离型螺杆,屏障型螺杆或分流型螺杆。

料筒的结构其实就是一根中间开了下料口的圆管。

在塑料的塑化过程中，其前进和混合的动力都是来源于螺杆和料筒的相对旋转。

根据塑料在螺杆螺槽中的不同形态，一般把螺杆分为三段：固体输送段(也叫加料段)、熔融段(也叫压缩段)、均化段（也称计量段）。

在有关塑料塑化的教材上中，都把塑料在螺杆的固体输送段看成一个塑料颗粒间没有相互运动的固体床，然后通过固体床与料筒壁、与螺棱推进面以及与螺槽表面相互运动和摩擦的理想状态的计算，来确定塑料向前输送的速度。

这与实际情况有不少差距，也不能以此为依据来分析不同形状塑料颗粒的进料情况。

如果塑料的颗粒不大，它们在被料筒内壁拉动向前运动时会出现分层和翻滚，并逐步被压实形成固体塞。

当望料颗粒的直径与螺槽深度尺寸差不多时，它们的运动轨迹基本上是沿螺槽径向的直线运动加上转一个角度的直线运动。

由于颗粒大时塑料在螺槽中的排列很疏松，所以其输送速度也较慢。

当颗粒大到一定程度，在进入压缩段而其直径大于螺槽深度时，塑料就会卡在螺杆与机筒之间，如果向前拉动的力不足以克服压扁塑料颗粒所需的力，则塑料会卡在螺槽里不向前推进。

塑料在接近熔点温度时，、与料筒相接触的塑料已开始熔融而形成一层熔膜。

当熔膜厚度超过螺杆与料筒间的间隙时，螺棱顶部把熔膜从料筒内壁径向地刮向螺棱根部，从而逐渐在螺棱的推进面汇集成旋涡状的流动区——熔池。

1 目的：指导注塑机螺杆及熔胶筒的规范设计。

2 适用范围：本标准适用于注塑机螺杆和熔胶筒的开发设计计算。

3 具体内容：3.1 螺杆结构：螺杆是螺杆式注射装置塑化部件中的重要零件。

从塑料进入熔胶筒塑化过程来看，经过了固体加料和输送、压实和熔融、进一步塑化和均匀化并计量三个过程。

因此通常将螺杆设计成加料段、压缩段、均化段等三段。

为适应加工塑料性能方面（如软化温度范围、硬度、粘度、摩擦系数、比热、热稳定性、导热性等）的不同要求，通常将螺杆设计成渐变型、突变型和通用型三种螺杆，它们主要在分段和螺槽深度上有所不同。

3.1.1、渐变型螺杆：即长压缩段的螺杆。

特征是塑化时能量转换较缓和，主要用于加工硬聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、ABS等塑料（具有宽的软化温度范围，高粘度非结晶型塑料）。

3.1.2、突变型螺杆：即短压缩段的螺杆。

特征是塑化时能量转换较剧烈。

主要用于加工聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、尼龙、含氟塑料等（结晶型塑料）。

●突变型螺杆设计的出发点：认为塑料是在短压缩区内实现全部状态的转变。

●根据熔融理论和塑料在螺槽内的实际熔融过程，是一个逐渐熔融的过程，而且从工艺上也很难准确控制塑料在突变区内实现状态全部转变的位置点。

3.1.3、通用型螺杆：注塑机在实际生产过程中，经常需要更换塑料品种，拆换螺杆比较频繁，且比较费力和影响生产。

因此在实际使用过程中，一般不经常更换螺杆，而通过调整工艺参数（温度、螺杆转速、背压等）的办法，来满足不同塑料制品的加工要求，为此设计了一种通用型螺杆，其特征是压缩段的长度介于渐变型螺杆和突变型螺杆之间，约4～5个螺距。

●这样的分段，既考虑到一些非结晶型塑料，经受不了突变螺杆在压缩段高的剪切塑化作用；同时又注意到一些结晶型塑料未经足够的预热是不能软化熔融和难以压缩的特点。

●但是应当强调指出，这种适应性较强的通用型螺杆绝非是“万能”螺杆，所谓通用是相对而言。

上述三种螺杆的分段范围见下表：注：本表为L/D s =15～20范围内的分段情况。

1 绪论1.1 塑料工业及注塑机的发展随着塑料工业的迅速发展，塑料由于具有轻巧、便于加工成型及抗腐蚀能力强、优异的电气特性及化学稳定性、优良的吸震和消声隔离作用、能很好地与金属、玻璃、木材及其他材料相胶结等特点，从而成为继钢材、木材、水泥之后的四大支柱材料之一，塑料制品已经广泛应用于农业、建材、包装、机械电子、汽车、交通、家电、石油化工和国防等各个领域。

1998年我国塑料制品的年产量约为1500万吨，仅次于美国，居世界第二位。

根据中国塑料机械工业协会和机械工业塑料机械科技信息网连续十三年对塑机行业主要经济指标统计来看，我国塑料机械行业1987年总产值为2.1亿元，1998年为38亿元。

十年多时间翻了近20倍，塑机工业的年增长率在7%以上，远远高于其他机械行业。

塑料工业在我国有着非常广阔的发展前途。

1995年我国塑料制品产品为999.4万吨，目前为1500万吨，人均消费量为10千克，远远低于世界人均22千克的水平，而目前一些发达国家和地区的塑料消费水平达50至100千克的水平，这说明我国塑料机械潜在市场很大。

随着我国国民经济的持续发展、人民生活水平的不断提高和塑料应用领域的不断开拓，我国塑料工业有着非常广阔的发展前途。

2000年我国塑料制品产量可达1600万吨，是1995年的1.61倍，年平均增长率约为10%。

从塑料制品的市场分析来看，从2001年到2010年我国塑料制品产量以平均每年7%的速度增长。

塑料材料的来源非常丰富，预计到2010年，以重量计算的塑料产量将超过钢的产量。

注塑机工业是一门新兴的行业，注塑机是对热塑性（或热固性）塑料进行加工熔融后，以高压、高速注射入模腔，进而固化成型，生产出塑料制品的机械设备。

每年注塑机的产量占全部塑料加工机械的50%左右，全世界25~30%塑料制品出自于注射成型，成为塑料成型机械制造业中增长最快、产量最多的机种之一。

从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。