4.3 注塑机的基本参数

注塑机的主要参数有公称注塑量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。

这些参数是设计、制造、购置和使用注塑机的主要依据。

1.公称注塑量

公称注塑量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注塑量。公称注塑量在一定程度上反映了注塑机的加工能力，标志着能成型的最大塑料制件，因而经常被用来表征机器规格。注塑量一般有两种表示方法：一种是以聚苯乙烯为标准，用注射出熔料的质量（单位：g）表示；另一种是用注射出熔料的容量（单位：cm³）表示。我国注塑机系列标准采用后一种表示方法。系列标准规定有30cm³、60cm³、125cm³、250cm³、350cm³、500cm³、1000cm³、2000cm³、3000cm³、4000cm³、6000cm³、8000cm³、12000cm³、16000cm³、24000cm³、32000cm³、48000cm³、64000cm³等规格的注塑机。我国注塑机的表示方法：如XS-ZY-500，即表示公称注塑量为500cm³的螺杆式（Y）塑料（S）注塑成型（X）机。

公称注塑量即实际最大注塑量。还有一个理论最大注塑量，其表达式为

式中 Q_理——理论最大注塑量（cm³）；

D——螺杆或柱塞的直径（cm）；

S——螺杆或柱塞的最大行程（cm）。

该式说明，理论上直径为D的螺杆移动S，应当射出Q_理的注塑量。但是，在注射时有少部分熔料在压力作用下回流，以及为了保证塑化质量和在注射完毕后保压时补缩的需要，故实际注塑量要小于理论注塑量。为描述二者的差别，引入射出系数α，即

影响射出系数的因素很多，如螺杆的结构和参数、注射压力和注射速度、背压的大小、模具的结构、制件的形状和塑料的特性等。对采用止回环的螺杆头，射出系数α一般在0.75～0.85之间。对那些热扩散系数小的塑料，α取小值；反之取大值。通常取0.8。

2.注射压力

为了克服熔料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力。注射压力的大小与流动阻力、制件的形状、塑料的性能、塑化方式、塑化温度、模具温度及对制件精度要求等因素有关。

注射压力的选取很重要。注射压力过高，制件可能产生飞边，脱模困难，影响制件的表面粗糙度，使制件产生较大的内应力，甚至成为废品，同时还会影响到注射装置及传动系统的设计。注射压力过低，则易产生物料充不满型腔，甚至根本不能成型等现象。注射压力的大小要根据实际情况选用。例如，加工黏度低、流动性好的低密度聚乙烯、聚酰胺之类的塑料，其注射压力可选用35～55MPa；加工中等黏度的塑料（如改性聚苯乙烯、聚碳酸酯等），形状一般，但有一定的精度要求的制件，注射压力可选100～140MPa；对聚砜、聚苯醚之类高黏度工程塑料的注射成型，又属于薄壁长流程、厚度不均和精度要求严格的制件，其注射压力大约选在140～170MPa范围内；加工优质精密微型制件时，注射压力可用到230～250MPa以上。

为了满足加工不同塑料对注射压力的要求，一般注塑机都配备三种不同直径的螺杆（或用一根螺杆而更换螺杆头）。采用中间直径的螺杆，其注射压力范围在100～130MPa；采用大直径的螺杆，注射压力在65～90MPa范围内；采用小直径的螺杆，其注射压力在120～180MPa的范围内。

注射压力的计算如下：

式中 p₀——油压（MPa）；

D₀——注射液压缸内径（cm）；

D——螺杆（柱塞）外径（cm）。

由于注射液压缸活塞施加给螺杆的最大推力是一定的，故改变螺杆直径时，便可相应改变注射压力。不同直径的螺杆和注射压力的关系为

式中 D₁——第一根螺杆的直径（一般指中间螺杆即加工聚苯乙烯的螺杆的直径）（mm）；

p₁——^第一根螺杆的注射压力（MPa）；

p_n——所换用螺杆取用的注射压力（MPa）；

D_n——所换用螺杆的直径（mm）。

3.注射速率（注射时间、注射速度）

注射时，为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速度。描述这一参数可用注射速率、注射时间或注射速度。

所谓注射速率、注射速度、注射时间可用下面二式定义

式中 q_注——注射速率（cm³/s）；

Q_公称——公称注塑量（cm³）；

τ_注——注射时间（s）；

v_注——注射速度（mm/s）；

S——注射行程，即螺杆移动距离（mm）。

可见，注射速率是将公称注塑量的熔料在注射时间内注射出去，单位时间内所达到的体积流率；注射速度是指螺杆或柱塞的移动速度；而注射时间，即螺杆（或柱塞）射出一次公称注塑量所需要的时间。

注射速率、注射速度或注射时间的选定很重要，直接影响到制件的质量和生产率。注射速率过低（即注射时间过长），制件易形成冷接缝，不易充满复杂的型腔。合理地提高注射速率，能缩短生产周期，减小制件的尺寸偏差，能在较低的模温下顺利地获得优良的制件。特别是在成型薄壁、长流程制件及低发泡制件时，采用高的注射速率，能获得优良的制件。因此，目前有提高注射速率的趋势。1000cm³以下的中小型螺杆式注塑机注射时间通常在3～5s，大型或超大型注射机也很少超过10s。表4-12列出了目前注射速率的数值，供参考。但是，注射速率也不能过高，否则塑料高速流经喷嘴时，易产生大量的摩擦热，使物料发生热解和变色，型腔中的空气由于被急剧压缩产生热量，在排气口处有可能出现制件烧伤现象。一般说来，注射速率应根据工艺要求、塑料的性能、制件的形状及壁厚、浇口设计以及模具的冷却情况来选定。

表4-12 目前常用的注射速率

为了提高注射制件的质量，尤其对形状复杂制件的成型，近年来发展了变速注射，即注射速度是变化的，其变化规律根据制件的结构形状和塑料的性能决定。

4.塑化能力

塑化能力是指单位时间内所能塑化的物料量。显然，注塑机的塑化装置应该在规定的时间内，保证能够提供足够量的塑化均匀的熔料。塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调。若塑化能力高而机器的空循环时间太长，则不能发挥塑化装置的能力；反之，则会加长成型周期。目前注塑机的塑化能力有了较大的提高。

由挤出理论可知，提高螺杆转速、增大驱动功率、改进螺杆的结构形式等都可以提高塑化能力和改进塑化质量。

螺杆预塑式塑化装置的塑化能力，可用挤出理论中所介绍的熔体输送量的计算公式计算，亦可用经验公式估算。

5.锁模力

锁模力是指注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。在此力的作用下，模具不应被熔融的塑料所顶开。锁模力同公称注塑量一样，也在一定程度上反映出机器所能加工制件的大小，是一个重要参数，所以有的国家采用最大锁模力作为注塑机的规格标称。

为使注射时模具不被熔融的塑料顶开，锁模力（见图4-10）应为

F＞KpA（4-7）

式中 F——锁模力（N）；

p——注射压力（MPa）；

A——制件在模具分型面上的投影面积（cm²）；

K——考虑到压力损失的折算系数，一般在0.4～0.7之间选取。对黏度小的塑料（如尼龙），取0.7；对黏度大的塑料（如聚氯乙烯），取0.4。模具温度高时取大值，模具温度低时取小值。

图4-10 型腔压力和锁模力

有的资料把上式中p理解为模具型腔内熔料的平均压力，它是由实验测得的型腔内熔料总的作用力和制件在模具分型面上投影面积的比值，而把K称为安全系数，一般取1～2。

型腔内熔料的平均压力是一个比较难取的数值，这是因为它受各种因素的影响。这些因素包括注射压力、塑料黏度、成型工艺条件、制件形状和精度要求、喷嘴和流道形式，以及模具的温度等。

对一般用途的螺杆式注射机，平均型腔压力为20MPa左右，柱塞式注塑机要高些。加工黏度高的塑料、精度要求高的制件，型腔压力可达30～45MPa。表4-13列出了加工不同制件、不同塑料时，通常所选用的平均型腔压力的数值，供参考。

平均型腔压力的大小，涉及对锁模力的要求，也影响合模机构的设计。我国注塑机系列标准是根据平均型腔压力为25MPa确定锁模力的。

表4-13 通常所选用的平均型腔压力

近年来国外注塑机的锁模力有普遍降低的趋势，这是由于改进了注射螺杆的结构设计从而提高了塑化质量，对注塑量施行了精确控制，改善了注射速度并对其实现了程序控制，改进了合模装置，改善了螺杆和模具的制造精度和表面粗糙度等。

6.合模装置的基本尺寸

合模装置的基本尺寸包括模板尺寸、拉杆空间、模板间最大开距、动模板的行程、模具最大厚度与最小厚度等。这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围，亦是衡量合模装置好坏的参数。

（1）模板尺寸及拉杆间距 我国注塑机系列标准规定以装模方向的拉杆中心距代表模板的尺寸，而规定垂直方向两拉杆之间的距离与水平方向两拉杆之间的距离为拉杆间距。显然这两个尺寸都涉及到所用模具的大小。因此，模板尺寸及拉杆间距应满足机器规格范围内常用模具尺寸的要求。模板尺寸与成型面积有关。

目前有增大模板面积的趋势（特别是中小型机器），以适应加工投影面积较大的制件及自动化模具的安装要求。

（2）模板间最大开距 模板间最大开距是指定模板与动模板之间能达到的最大距离（包括调模行程在内），如图4-11所示。为使成型后的制件顺利取出，模板最大开距L一般为成型制件最大高度h的3～4倍。据统计，模板最大开距L（cm）与公称注射量Q_公称（cm³）常有如下关系：

（3）动模板行程 动模板行程是指动模板行程的最大值，一般用S表示（见图4-11）。为了便于取出制件，S一般大于制件最大高度h的两倍，即

S＞2h而 L＞（1.5～2）S

为了减少机械磨损和动力消耗，成型时尽量使用最短的模板行程。

（4）模具最小厚度与最大厚度 模具最小厚度δ_min和模具最大厚度δ_max系指动模板闭合后，达到规定锁模力时动模板和定模板间的最小和最大距离（见图4-11）。如果模具的厚度小于规定的δ_min，装模时应加垫板，否则会不能实现最大锁模力，或损坏机件；如果模具的厚度大于δ_max，装模具后也不可能达到最大的锁模力。

图4-11 模板间最大开距

1—动模板 2—凸模 3—制件 4—凹模 5—定模板

δ_max和δ_min之差即调模装置的最大可调行程。

7.开合模速度

为使模具闭合时平稳，以及开模、推出制件时不使塑料制件损坏，要求模板慢行，但模板又不能在全行程中都慢速运行，这样会降低生产率。因此，在每一个成型周期中，模板的运行速度是变化的。即在合模时从快到慢，开模时则由慢到快再慢。

目前国产注塑机的动模板移动速度，高速为12～22m/min，低速为0.24～3m/min。随着生产的高速化，动模板的移动速度，高速已达25～35m/min，有的甚至可达60～90m/min。

8.空循环时间

空循环时间是在没有塑化、注射保压、冷却、取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需要的时间（s）。它由合模、注射座前进和后退、开模以及动作间的切换时间所组成。

空循环时间是表征机器综合性能的参数，它反映了注塑机机械结构的好坏、动作灵敏度、液压系统和电气系统性能的优劣（如灵敏度、重复性、稳定性等）。空循环时间也是衡量注塑机生产能力的指标。

近年来，由于注射、移模速度的提高和采用了先进的液压电气系统，空循环时间已大为缩短，即空循环次数大为提高。

以上简要地介绍了注塑机的基本参数。注射的其他技术参数，如注塑机的功率、开模力、注射座推力、液压马达最大转矩等，就不一一介绍了。