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第七章生产中出现的问题及解决方法
7.1注塑机出现的问题接解决方法
7.2制品质量问题及解决方法
结束语２０
致谢２１
参考文献２２
绪论
（一）我国注塑机的发展简史：
塑料注射成型机，简称注塑机，是我国产量和应用量最大的塑料机品种。
我国自行生产的第一台注塑机诞生于20世纪50年代后期，经过50多年的发展，目前已能生产大部分机种。
尽管如此，我们的技术水平与世界先进国家相比还是有着不小的差距。
正如我国著名的塑机专家王兴天（北京化工大学教授）所说，塑机是整个塑料产业中最能体现核心技术价值的领域，但在这个领域，我们几乎不拥有重要的核心技术。
注塑机的控制技术是提升注塑机整体技术水平的关键技术之一。
注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程序控制器控制和计算机控制的发展过程。
注塑机由于使用了计算机控制技术，使智能控制注塑工艺过程各参数达到最佳成为可能，同时控制方式也发生了从开环到闭环的转变。
（二）注塑机的现状分析：
随着经济全球化的蔓延中国市场经济环境越来越好。
中国塑料工业经过长期的发展,已形成门类较多、品种齐全的工业体系,同钢材、水泥、木材等产业并驾齐驱成为基础材料产业。
21世纪以来塑料作为一种新型材料中国塑料工业在很多领域取得了令世人瞩目的成就实现了历史性的跨越。
作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业近几年增长速度一直保持在10%以上在保持较快发展速度的同时经济效益也有新的提高。
塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三实现产品销售率97.8%高于轻工行业平均水平。
从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。
（三）注塑机的发展趋势：
注塑机是注塑成型的主设备注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。
注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步为注塑制品的开发和应用创造条件。
在大型注塑的技术发展方面合模系统采用全液压式或液压-机械式即曲轴连杆型式两者在市场上均有竞争能力。
但不论哪种形式的注其发方向都必须向智能、低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修方向发展。
1.注塑机控制技术的进展
（1）传统控制方式传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，控制方式多为开环控制，即按照预先的设定值进行控制（预先设定好各参数值，由机器在生产过程中加以保持）。
这种控制方法结构简单，但抗干扰能力差，控制精度低。
（2）可编程序控制器控制方式20世纪60年代末发展起来的可编程序控制器（PLC）是一种较好的控制装置，它由中央处理单元（CPU）、输入输出（I/O）、存贮器、编程器等组成。
控制程序由用户输入到存贮器中，CPU以扫描工作方式按照程序判断输出状态，来实施对现场设备的控制。
我国对PLC控制装置来实施在注塑机中的应用大多是从对传统控制系统的改造开始，目前国内的注塑机大部分采用PLC控制系统。
采用PLC控制可以实现注塑机的自动化控制与调节，注射成型过程的工艺参数控制也能够得到基本保证。
PLC控制主要是利用位移传感器等进行动作程序和过程程序的切换，并能够实现比例压力和比例流量控制。
同时可以进行开关量逻辑控制，也可以兼有模拟量（如温度、压力、流量、转速等）的闭环控制。
借助键盘和液晶或数码显示，可设定或修改工艺过程参数，并设有预警系统和故障显示指示灯以监测生产过程，从而大大提高了整机性能。
由于PLC控制方式可使注塑机实现闭环控制，即按照在线测量值与设定值的偏差通过负反馈回路进行控制，因此当注射速
度、注射压力、模腔温度、模腔压力、熔体温度和油压等参数在生产过程中因干扰出现偏差
时，机器可通过自适应控制系统针对干扰自动进行修正。
从而使PLC控制方式较传统方式的抗干扰能力及控制精度有了很大程度的提高。
然而PLC控制方式也有其不足的地方，如它的抗干扰性、可靠性和温度控制精度在有些时候还显得不够理想。
对此，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心瞿金平教授等人采用了新型的PLC装置，即贝加莱可编程计算机控制器（PCC），使液压机械式大型注塑机得到成功的升级。
这是我国注塑机控制系统开发的一种新思路。
（3）计算机控制方式采用计算机进行控制是更为高级的控制方法，这是注塑机控制系统的发展趋势。
目前微机控制系统主要有单机系统和多机系统两大类型。
单机系统采用单板结构可将信息的采集、转换和处理融为一体，其结构由A/D、D/A、数字1/0以及比例放大器或外加比例放大器构成。
北京科技大学潘诚等人开发的一款结合了实现注塑机油压系统的闭环控制卡和与之配套的上位机监控软件的系统就属于这种单机系统，该系统在震雄集团（深圳）有限公司已投入试用，效果良好；
多机系统则采用多处理机结构和大板式设计，可将功能进行分配，由若干CPU独立完成相应的工作，如其中的一个CPU专门用于协调和传输有关指令，并经过并行口和串行口传输数据。
这两类控制器的结构各有特点，基本能够满足不同层次的需求。
值得一提的是，陕西科技大学徐元昌等人开发出了一个用于多台注塑机控制的群控系统方案，用PC机作为上位机并用其串行通讯口与下位机8098通讯控制注塑机，从而实现了主机指挥监督从属机的功能。
为便于操作，该系统还使用了PC机操作界面作为人机接口，从而实现了注塑机的顺机的顺序动作和温度、速度、压力等工艺参数的自动化控制。
2.注塑机控制技术发展趋势目前世界发达国家的注塑机控制技术比较先进、成熟，其特点是普遍采用实时闭环控制和CRT或LCD显示屏的过程监控，并通过多重处理将尽可能多的处理工作分配给外围装置完成，以提高注塑机内的通讯能力，减轻主控部分负荷。
这在一定程度上代表了注塑机控制技术的未来走向。
展望未来，相信随着控制技术的不断发展与完善，将使注塑机朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向发展。
如采用计算机数字化控制和程序化控制，使注塑机具有自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能；
控制系统实行模块化、集成化；
采用成组技术，实施多台注塑机的群控。
第1章亿利达EH120注塑机的组成及工作过程
1.1亿利达EH120注塑机概述
EH120注塑机是亿利达公司制造的EH直压高精注塑机的主要产品，由塑化系统、注射系统、合模系统和传动系统等组成的塑胶注射成型装置。
EH120注塑机为卧式螺杆注塑机，其合模力为120KG，开模行程为500mm，全电脑控制液压锁模，在制造成型精度高，形状复杂的产品上有许多独特的优势，适应塑胶工业的快速发展。
1.2亿利达EH120注塑机的组成一览表
1.3亿利达EH120注塑机工作过程
第2章亿利达EH120注塑机的原理组成系统及操作
2.1工作原理
注塑成型是利用塑料的热物理性质，把塑胶料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，再由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地塑化，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下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压，将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、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品从模具顶出落下，注塑成型是一个循环过程。
2.2注塑机的组成系统
2.2.1注塑系统
注塑系统的组成：
加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。
动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。
注塑系统作用：
在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。
注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。
2.2.2合模系统
合模系统的组成：
合模系统主要由合模装置、机绞、调模机构、顶出机构、前后固定模
板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。
合模系统的作用：
合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。
同时，在模具闭
合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。
2.2.3液压系统
液压系统的组成：
各自种液压阀和液压辅助阀所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。
液压系统的作用：
实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。
它主要由种液压阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。
2.2.4电器控制系统
电器控制系统组成：
各种电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成
电器控制系统的作用：
与液压系统配合正确实现注塑机的压力、温度、速度、时间等各工艺过程以及调模、手动、半自动、全自动等各程序动作的系统设备。
2.2.5加热冷却系统
加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。
热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；
冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。
另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。
2.2.6润滑系统
润滑系统组成：
油底壳、机油尺、吸油盘、机油泵、机油过滤器、压力表、油管等组成。
润滑系统作用：
减摩、清洗、防锈、密封、冷却。
2.2.7安全保护和监测系统
安全保护和监测系统组成：
主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，
注塑机的安全装置作用：
主要是用来保护人、机安全的装置。
实现电气——机械——液压的联锁保护。
监测系统作用：
主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。
2.3注塑机的操作规程
1.开机前必须要检查每日保养事项是否符合要求；
2.开马达时，若油温于20℃以下，必须马达空转半小时（无负载），使油温提升到25℃才能开始正常生产；
3.未关模完成严禁射座进，以免料管装模具撞坏；
4.料管温管未达设定温度时，严禁转动螺杆及射进、射退；
5.螺杆射出转加料时中间必须延迟0.5秒，否则减少螺杆使用寿命；
6.切勿使金属屑掉入料管内，以免料管受到在破坏；
7.冷却器必须要导入冷却水，确保成型条件正常；
8.严禁拆下任何安全护罩或是在安全开关失效情况下操作机台；
9.停机前必须将料管内之塑料完全射出，螺杆抽胶到加料位置；
10.停机前严禁将模具完全闭合，以免四支哥林柱（拉杆）拉伸疲劳、减少使用寿命；
11.停机前射座要退后，料管的喷嘴不可碰触模具；
第3章注塑机的性能参数
3.1合模力的计算
合模力是指注射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。
锁模力和公称注射量都能反应出机器所能塑制制品的大小，是重要的技术参数，我国采用最大锁模力作为注射机的规格标称。
3.2注射量计算
对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射成型系统所能达到的最大注出量。
3.3注射压力：
注射压力是指在注射时，螺杆或柱塞端面处作用于熔料单位面积上的力，其单位为bar。
对于一台注射机来说，能达到的最高注射压力是一定的，而注射时的实际注射压力是由克服熔料流经喷嘴、流到和模腔等处的阻力所决定的。
实际注射压力均小于所用注射机的最高注射压力。
成型周期或总周期:
完成一次注射模塑过程所需的时间
第4章注射装置
注射装置必须实现以下功能：
接受自由流动的粒料、加热和塑化粒料、把熔体注射
到成型模腔中并使模腔里熔体处在一定的压力下（保压）。
４.１注射部件：
常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式。
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。
４.２塑化部件
塑化部件有柱塞式和螺杆式两种。
一般多采用螺杆式。
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件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。
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。
4.３螺杆设计
螺杆的基本结构
注塑机螺杆分为：
渐变型螺杆、突变型螺杆、通用型螺杆。
注塑螺杆的基本型式及主要参数
一般螺杆分为三段即加料段L1，压缩段L2，均化段L3。
加料段——底径较小，主要作用是输送原料给后段，因此主要是输送能力问题，参数（L1，h1），h1=（0．12－0．14）D。
压缩段——底径变化，主要作用是压实、熔融物料，建立压力。
参数压缩比ε=h1／h3及L2。
准确应以渐变度A=（h1－h3）／L2。
均化段（计量段）——将压缩段已熔物料定量定温地挤到螺杆最前端、参数（L3，h3），h3=（0．05－0．07）D。
对整条螺杆而言，参数L／D－长径比L／D力臂：
L／D与转速n，是螺杆塑化能力及效果的重要因素，L／D大则物料在机筒里停留时间长，有利于塑化，同时压力流、漏流减少，提高了塑化能力，同时对温度分布要求较高的物料有利，但大之后，对制造装配使用上又有负面影响，一般L／D为（18～20），但目前有加大的趋势。
其它螺距S，螺旋升角φ=πDtgφ，一般D=S，则φ=17°
40′。
φ对塑化能力有影响，一般来说φ大一些则输送速度快一些，因此，物料形状不同，其φ也有变化。
粉料可取φ=25°
左右，圆柱料φ=17°
左右，方块料φ=15°
左右，但φ的不同，对加工而言，也比较困难，所以一般φ取17°
棱宽e，对粘度小的物料而言，e尽量取大一些，太小易漏流，但太大会增加动力消耗，易过热，e=（0.08～0.12）D。
总而言之，在目前情况下，因缺乏必要的试验手段，对螺杆的设计并没有完整的设计手段。
大部分都要根据不同的物料性质，凭经验制订参数以满足不同的需要。
5.1型腔结构
型腔即凹模，是构成塑件外部几何形状的零件。
1.完全整体式：
由整块材料加工而成。
优点：
（1）结构简单。
（2）强度、刚度较高，不易变形。
（3）塑件上不会产生拼缝痕迹。
缺点：
（1）切削量大，成本高。
（2）热处理和表面处理较难。
故适于形状简单的中小型模具。
2.整体组合式：
型腔由整块材料加工，而后嵌入到固定板中。
便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，再分别装入模板，易保证同 心度和尺寸精度，且便于热处理。
3.局部组合式：
型腔由整块材料制成，局部镶有成型嵌件。
图5-3用于型腔较深、形状较复杂、整体加工困难或局部需要淬硬的模具。
4.完全组合式：
由多个镶块组合而成的型腔。
特点：
便于机加工、抛光、研磨、局部热处理。
用于不易加工的型腔和大型型腔上。
完全组合式型腔由以下几种结构形式。
（1）嵌入式：
将型腔组合后嵌入到固定板中。
图a）.b）.c）。
（2）模框组合式：
镶拼的凹模块先嵌入模框，模框再嵌入到固定板中。
（3）瓣合式组合型腔：
用于整体需要侧抽芯的塑料模中。
由两瓣或多瓣组合成侧抽芯型腔。
5.2导向结构
挤压模的导向装置有导板、套筒、导柱导套导向。
精度要求高的挤压件，应用导柱导套导向。
导柱导套式挤压模应用广泛，一般将导导套用压配合压入上底板上。
受力大的挤压模，为了紧固导柱与导套，采用压板螺钉将导柱、导套固定在上下底板上如图所示，导柱、导套与底板之间采用基孔制配合。
导柱、导套的结构型式有两种：
（1）滑动导柱导套：
这种导向装置的导柱或导套内有油槽，以便保持良好的润滑。
导套内孔d1与导柱相配合，采用或滑配。
导套压入上底板的长度l1及导套处径D不得小于导柱直径d的1.5倍，导套导向长度应为导柱直径的2～3倍。
导柱直径d可根据模具结构、导柱强度、刚度来确定，一般导柱直径d≥30（毫米）。
导柱压入下底板长度l不得小于直径d的1.5倍，导柱的总长度L按模具闭合高度来确定，但要保证当凸模进入凹模之前，导柱就伸入导套15（毫米）以上，否则起不到导向作用。
图用压板紧固导柱与导套
（2）滚动导柱导套这种导向装置的导套内装有钢球保持圈，以保精确的导向。
导套内钢球保持圈内孔d1与导柱相配合，采用配合导套压入上底析的长l1及导套外径D不得小于导柱直径d的2倍，导套导向长度应为导柱直径的3～4倍。
导柱直径d应根据强度和刚度来确定通常d≥30（毫米），导柱压入下底板长度l不得小于直径d的2倍。
（３）导柱、导套的材料及热处理硬度：
由于导柱、导套是在相互摩擦的条件下工作，因此配合面要求硬而耐磨。
一般挤压件用的淬火模具，其导柱导套可采用20Cr钢、25号钢渗碳，渗碳层深度0.6～1.2（毫米），淬火硬度HRC=58～62，表面粗糙度为0.2。
5.3凸凹模的设计
1．落料：
设工件的尺寸为D０－△，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。
首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。
其计算公式如下：
Dd＝（Ｄmax－x△）＋δd0（2—1）
Dp＝（Ｄd－2cmin）－δp＝（Ｄmax－x△－2cmin）－δp（２—2）
2.冲孔：
设冲孔尺寸为d＋△0根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证
最小合理间隙2cmin。
凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距Ld按下式确定：
Ld＝（Lmin＋05△）±
0.125△（2—5）
式中Ｄd——落料凹模基本尺寸（mm）；
Ｄp——落料凸模基本尺寸（mm）；
Dmax——落料件最大极限尺寸（mm）；
dd——冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp——冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸（mm）；
Lmin——制件孔距最小极限尺寸（mm）；
△——制件公差（mm）；
2cmin——凸、凹模最小初始双面间隙（mm）；
δp——凸模下偏差，可按IT6选用（mm）；
δd——凹模上偏差，可按IT7选用（mm）；
x——系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表或按下列关系取值：
当制件公差为IT10以上，取x＝１当制件公差为IT11～１３，取x＝0．75当制件公差为IT14者，取x＝0．5。
6.1浇注系统组成
模具的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道，它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类型。
普通流道浇注系统包括主流道、分流道、冷料井和浇口组成。
6.2流道设计
主流道的设计
（1）定义：
主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。
一般地，要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合。
（2）设计原则：
热塑性塑料的主流道，一般由浇口套构成，它可分为两类：
两板模浇口套和三板模浇口套。
无论是哪一种浇口套，为了保证主流道内的凝料可顺利脱出,应满足:
D=d+（0.5~1）mmR1=R2+（1~2）mm
分流道的设计
圆形截面的优点是：
比表面积最小，热量不容易散失，阻力也小。
缺点是：
需同时开设在前、后模上，而且要互相吻合，故制造较困难。
UUUU形截面的流动效率低于圆形与正六边形截面，但加工容易，又比圆形和正方形截面流道容易脱模，所以，UUUU形截面分流道具有优良的综合性能。
以上两种截面形状的流道应优先采用，其次，采用梯形截面。
UUUU形截面和梯形截面两腰的斜度一般为5°
~10°
。
分流道的截面尺寸应根据胶件的大小、壁厚、形状与所用塑料的工艺性能、注射速率及分流道的长度等因素来确定。
对于我们现在常见（2.0~3.0）mm壁厚,采用的圆形分流道的直径一般在3.5~7.0mm之间变动，对于流动性能好的塑料，比如：
PE、PA、PP等，当分流道很短时，可小到Φ2.5mm。
对于流动性能差的塑料，比如：
HPVC、PC、PMMA等，分流道较长时，直径可Φ10~Φ13mm。
实验证明，对于多数塑料，分流道直径在5~6mm以下时，对流动影响最大。
但在Φ8.0mm以上时，再增大其直径，对改善流动的影响已经很小了。
一般说来，为了减少流道的阻力以及实现正常的保压，要求：
a.在流道不分支时，截面面积不应有很大的突变；
b.流道中的最小横断面面积大于浇口处的最小截面面积。
浇口
浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对胶件质量影响很大。
在多数情况下，浇口是整个浇注系统中断面尺寸最小的部分（除主流道型的直接浇口外）。
对于圆形流通截面，圆管两端的压力降为∆P，有以下关系式：
式中ηa------为熔融塑料的表观粘度L----圆形通道的长度
Q----熔融塑料单位时间的流量（cm3/sec）R----圆管半径对于模具中常见的窄缝形流
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