摘要: 注射塑化性能是衡量注塑机性能的重要指标。本文从理论和实践上，分析了注射塑化主要性能—计量重复精度的特征及其影响的诸因素，研究了塑化螺杆的主要结构及主要技术参数与塑化质量和计量重复精度的关系，提出了注射螺杆主要技术参数设计原则，较为详细分析机筒加热功率确定的原则，并举例进一步加以说明。本文还介绍了新的塑化理念的IMC注射塑化系统，供有关人士开发新颖注塑系统作参考。 关键词: 注塑机 注射塑化 设计研究
注射塑化部件是注塑机的四大部件之一，而螺杆与机筒及相关件设计的合理与否直接关系到塑化部件的性能。随着塑料制品的科技进步，对塑化部件性能的要求，也越来越高。衡量一个塑化部件主要技术性能是，塑化质量、计量精度，其次是注射速率、塑化速率及能耗等。本文从如何提高注塑部件的塑化均一性及计量精度出发，分析了注射塑化计量重复精度的特征及其影响的诸因素，研究了塑化螺杆的主要结构及主要技术参数与塑化质量和及量精度的关系，提出了注射螺杆主要技术参数及机筒加热功率确定的原则，结合作者的设计实际,从理论和实践上作了比较具体的分析研究，作一些探讨。介绍了新的塑化理念的IMC注射塑化系统。供有关人士参考。
1 注射螺杆计量重复精度性能分析研究
提高计量重复精度是注射成型科技进步的努力重要目标，计量重复精度反映了注塑机注射螺杆的主要技术性能。计量精度，对工程塑料的注射成形，特别是对精密注射成型，超精密注射成形，尤为重要。计量重复精度包涵两个方面：塑化计量与注射计量。两者之间互相，各自有一定的区别。
1.1 塑化计量的特征
塑化计量是指每一次塑化后,螺杆前端机筒腔熔融体积。塑化计量与熔料密度有直接关系。塑料是是一种高分子化合物，熔料密度随温度和压力而变化，不成比例关系。根据塑料的P（压力）-V（比容）-T（温度）曲线，可知，温度对熔料密度的影响佷大。熔料密度与冷却成型后的制品密度两者之间是不同的，不同的塑料，其两者之间也不同，两者之间的关系可从有关手册上查阅。同一种塑料的熔料密度在加工温度下，熔料密度波动幅度不大；不同的塑料，其熔料密度波动幅度也不同。
注射量的计算公式：
W=Q·ρ·η g （1-1）
式中：
Q：理论注射容量 cm3
Q = （S·D2·π）/4 （1-2）
式中：
S：注射行程 mm；
D：螺杆直径 mm；
ρ：在0.1MPa压力下的熔料密度 g/cm3;
η：加工温度下塑料体积膨胀率校正系数，无定形塑料η=0.95, 结晶性塑料η=0.85。
下表是一些常用的热塑性塑料的在加工温度下熔料密度及常温下密度的数据，供参考：
塑料类别 常温下密度g/cm3 加工温度0C 熔料密度g/cm3
PS 1.05 240 0.95
SB 1.04 240 0.95
SAN 1.08 240 0.99
ABS 1.05 240 0.95
CA 1.29 200 1.10
CAB 1.19 200 1.08
PMMA 1.18 230 1.09
PC 1.22 300 1.08
HDPE 0.95 260 0.74
LDPE 0.92 240 0.74
PP 0.91 260 0.73
PA6 1.14 240 0.98
PA66 1.14 280 0.99
POM 1.42 220 1.16
1.1.1 影响塑化计量重复精度诸因素的分析研究
注射质量重复精度反映出了注射塑化装置的性能。 塑化计量重复精度是保证注射计量重复精度的前提。要保证塑化计量重复精度，主要减少对影响塑化量重复精度因素的干扰。
1.1.2 塑化位移对塑化计量重复精度的影响
塑化位移（行程） 重复精度在一定程度上反映了注射重复精度。现在，大多数注塑机的注射位移采用了电子尺（位移传感器），比传统的限位开关提高了位移精度，在其它因素达到理想条件下，一般使用电子尺的重复精度为0.10mm，确实能起到提高注射量重复精度。但是，注射位移采用了电子尺对目前注塑机来讲并不是提高塑化计量重复精度的重要方面。对目前注塑机来讲，注射位移采用了电子尺，主要起到对注射的压力和速度的调节，提供了更方便的手段，并不从根本上解决了塑化计量重复精度。
1.1.3 背压对塑化计量重复精度的影响
背压对塑化计量重复精度具有较大的影响。塑料在预塑过程中，熔融料在螺杆输送和背压下流动至螺杆前端机筒腔，背压大，螺杆后退速度慢，塑化重量大；背压小，螺杆后退速度快塑化重量小。由于塑料中分子并不是排列得那么紧密，其间存在很多微小间隙，在受到不同背压作用下，熔融料的密度也不同，熔融体内温度差异大。如果塑化背压不稳定，则每次塑化的重量也不同。对背压的控制质量，主要是背压阀的形式和质量。有的企业为降低成本，采用节流阀强制节流达到降压取得背压，节流阀本身的强制节流的不稳定性能决定了其控制背压的不稳定性，在塑化过程中，背压波动幅度大，导至塑化量重复精度差。也有的企业采用直动溢流阀作为背压阀，控制背压的性能比节流阀控制背压的性能有所提高，但直动溢流阀容易受到油温的干扰，控制精度不高。较为理想的是采用先导溢流阀，达到控制背压。如要更地控制背压，比如精密注射，则应采用闭路反馈控制背压。
1.1.4 塑化转速对塑化计量重复精度的影响
塑化转速的稳定性对塑化计量重复精度具有较大的的影响。塑化转速的稳定性直接关系到剪切速度的稳定性，而剪切速度对塑料的表观粘度有直接的影响，表观粘度与熔体的密度有直接关系。当剪切速度增加时，大多数塑料熔体的的表观粘度下降，不同种类的塑料对剪切速度的敏感性有差别，其表观粘度的变化也不同。表观粘度衡定，熔体的密度也衡定。要使表观粘度衡定，必须使塑化转速衡定及重复精度衡定。如果塑化转速的波动大，引起塑料表观粘度的波动，从而产生塑化量的波动，降低了塑化计量的重复精度。现在绝大多数国产的注塑机对塑化转速的控制其本上都用节流阀控制流量，由于其节流阀本身抗干扰性差的特性不能对流量进行的控制，所以其控制塑化转速的衡定性和重复精度的性能差。
1.1.5 温度对塑化计量重复精度的影响
塑化质量重复精度是保证塑化计量重复精度的前提，塑化质量重复精度即塑化熔融料温度的均一性重复精度。塑化熔融料温度的均一性与熔体粘度两者之间直接。，塑料熔体粘度不稳定必然导至其密度不稳定。热塑性塑料熔体的粘度随温度升高而呈指数涵数的方式降低。粘度对温度的依赖关系可用下式表示[1]：
lnη = lnA + Eη/RT （1-3）
式中：η：粘度：Eη：粘流活化能；R：气体常数；A：温度T→∞时的 粘度常数。
在给定的条件下，由于A、R 、Eη均为常数，故粘度η仅与温度有关，而粘度变化与熔体密度变化直接有关。温度对塑料粘度的影响比剪切速率对塑料粘度的影响要大。提高温度控制精度能有效地控制粘度，也就是能有效地控制塑化重量的稳定性。不同的塑料粘度对温度敏感性不同，PS、PC、聚甲基丙稀酸甲酯、醋酸钎维比PE、PP、POM等对温度更为敏感，例如，PS温度从190 0C上升至2250C，粘度从4.5×103泊下降2×103泊; PP温度从190 0C上升至2250C，粘度从1.1×102泊下降0.9×102泊。
1.1.6 螺杆对塑化计量及塑化质量的重复精度影响
螺杆对塑化量及塑化质量具有重大影响，在一定程度上说，塑化量及塑化质量的重复精度，主要取决于螺杆的设计。现在，一般注塑机上都为三段式通用螺杆，能适应绝大多数塑料的加工，但对塑化量及塑化质量的重复精度，还有一段距离，一般塑化量2%的重复精度已不能满足要求，用户对螺杆的塑化性能提出了更高的要求。螺杆对塑化计量及塑化质量的重复精度影响，在第二节中，作进一步阐述。
1.1.7 塑料原料
塑料原料的组成成份的均一性是确保计量重量重复精度稳定性的基础。有的用户使用的原料成份很杂，所以根本谈不上塑化计量的重复精度。
1.1.8 影响塑化计量重复精度的其它因素
液压系统的性能。 控制流量及压力变化的重复精度，控制油温的性能。为使储料区的熔体温度更均匀，在整个塑化过程中对背压和螺杆转速进行闭环控制。控制系统性能。现在,注塑机基本上都用PLC（电脑）控制,市场上PLC品种较多，温度控制精度差别较大。根据计量精度要求采用合适温控精度的控制器。
