CN106142486A - 射出成型机及其注射螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射出成型机及其注射螺杆，注射螺杆的螺纹部分包括进料段、压缩段和均化段。均化段由大导程的螺旋槽和螺旋波峰构成。波峰与料筒内壁间隙小，当马达驱动螺杆旋转开始塑化原料，所有熔胶需要越过这个间隙获得合适的剪切。而塑化后的熔胶进入大导程螺旋槽，以相对小的阻尼和高的效率输送进入料筒储料空间。当熔胶越过波峰进入较深的螺旋槽时，形成涡流，产生沿螺槽深度的涡卷流，不仅对塑胶熔体产生均匀混沌的混合，还能使熔体与料筒的热交换更充份，产生均匀温度的高质熔体。本发明实现以较低的剪切量，较高的塑化效率，充份塑化原料。防止熔胶过程中容易产生的温度非受控升高、螺杆打滑、吃料慢等缺陷。

Description

射出成型机及其注射螺杆

技术领域

本发明涉及成型设备，尤其涉及一种射出成型机及其注射螺杆。

背景技术

目前，常用的注射螺杆为传统的三段式单螺纹螺杆，通用型变距螺杆，屏障型高混炼螺杆，分离型双螺纹螺杆。

如图1所示，其为传统的三段式单螺纹螺杆。该三段式单螺纹螺杆包括螺纹部分和联接部分，螺纹部分包括进料段L1＇、压缩段L2＇和均化段L3＇。进料段L1＇由深为H11的平直牙底外螺纹构成，压缩段L2由倾斜牙底的外螺纹构成，均化段L3＇由深为H12的平直牙底外螺纹构成。其工作原理是：塑料原料通过料筒入口进入进料段L1＇，螺杆受马达驱动旋转，使原料由螺旋输送。输送过程中受料筒壁预热，经压缩段L2＇因牙底变浅影响而受到强烈挤压塑化(注：不同的塑料受到不同的压缩比限制，压缩比等于H11/H12)。塑化的塑料熔体进入均化段进一步熔融。为了保证产量需要增大H12和缩短均化段L3＇，这往往导致熔融塑化不彻底而含有未熔融的固相，削弱了均化段的职能。尤其在螺杆提高转速之后更加明显。为了充份熔融和提高混合效果，必须减小H12和增大均化段L3＇，但其结果剪切速率增大，熔体温升提高，产量减小和能量消耗增大。高温的熔体对于热敏性塑料有可能造成热分解。所以传统的三段式单螺纹螺杆，塑化效果较差，为提高塑化效果会剧烈降低塑化效率。

如图2所示为通用型变距螺杆。变距螺杆在压缩段L2＇起始和收尾采用了螺纹牙变距结构，包括第一牙距变化段L21＇和第二牙距变化段L22＇。这种螺杆均化段L3＇牙距以熔体输送最佳升角(接近30°)确定，通常是进料段L1＇牙距的1.5倍。变化的牙距解决了两个问题：相同的压缩比可以把均化段L3＇深度做小，增大剪切提高塑化效果，同时把进料段L1＇深度H11做大，能提高塑化效率；当熔料自进料段L1＇末进入压缩段，受变距作用会减小压缩比例，使熔料有一个平缓的压缩切换点，压缩过程也可以通过变距平缓吸收剪切热能，防止温升。所以变距螺杆比传统螺杆提高了塑化效果的 同时也可以提高塑化效率。但变距螺杆减小了均化段的有效牙数，实践中对一些难熔或混色要求较高生产情况不能满足。

如图3所示，其为屏障型高混炼螺杆。该屏障型高混炼螺杆与传统的三段式单螺纹螺杆相比，多了一个屏障段L4＇。在L4的外径上交替开出数量相等的进、出料槽。按螺杆转动方向，进入出料槽前面的凸棱比螺杆外半径小一径向间隙值，这是每一对进、出料槽的唯一通道。这条凸棱称为屏障棱。当物料从压缩段进入均化段后，含有未熔融固体颗粒的熔料流到达屏障型混炼段时，被分成若干股料流进入屏障段的进料槽，熔料和粒度小于屏障间隙的固态小颗粒料越过屏障棱进入出料槽。未塑化的小颗粒料在屏障间隙受到了剪切作用，大量的机械能转变为热能，使小颗粒料熔融。屏障型螺杆解决了普通螺杆塑化品质难提高的问题，其熔体温度相对均匀，相同产量下熔体质量高。但是屏障型螺杆产量与屏障间隙值的3次方成正比，因此小的屏障间隙值也使螺杆产量降低。

如图4所示为屏障螺杆的一个变种，屏障段L4为三角槽型的混炼段，进料槽宽度从宽变窄，出料槽从窄变宽。对进入的物料起压缩作用，越过屏障棱之后起膨胀作用，有利于混合和塑化。此变种还增加了由螺旋短齿构成的混合段。这种屏障螺杆不仅提高了熔融品质，还提高了对色粉的混合能力。但是这种螺杆也受屏障间隙值限制，产量相对受限。

如图5所示为屏障螺杆的另一个变种，在传统三段式螺杆均化段L3增加了一段副螺纹，副螺纹与主螺纹有屏障间隙，作用及优缺点与进、出料槽屏障相同。

如图6所示为目前应用广泛的分离型双螺纹螺杆。双螺纹螺杆主要在压缩段自进料段L1＇末设置一条起屏障作用的副螺纹，将熔融段的螺槽分开为固相槽和液相槽。设置的副螺纹外径小于主螺纹，副螺纹与料筒内壁有间隙。当进料段L1＇末端的料筒内壁开始出现熔膜，螺棱推进面也开始出现熔料时，固体床迫使熔池中的熔料通过副螺纹顶端的间隙进入液相槽。双螺纹螺杆因为固液两相分开，已熔融的熔体及时从固相槽通过副螺棱间隙流入液相槽，新熔化的熔体和未完全塑化的小颗粒在副螺棱间隙中受到剪切作用而塑化。固相槽末端被封死，液相槽中没有残留固相，因而塑化品质比普通螺杆高、稳定。但是双螺纹螺杆固相槽的宽度越来越窄，固相与料筒壁接触面 越来越来越小，即热交换面积越来越小，不利于熔融；而液相槽的宽度越来越宽，熔料反而与机筒内壁的热交换面积越来越大，不利于降低熔料温度。所以一些对温度敏感材料如PC、PVC等适用性不好。

以上六种不同结构的注射螺杆，虽然可以在提高塑化品质或者提高塑化效率或者提高混合能力方面有片面的优势，但均未完整、很好地解决生产效率、剪切塑化效果、混色能力、防止温升缺陷的综合特性优势。

发明内容

本发明提出一种射出成型机及其注射螺杆，解决现有技术中因传统的单螺纹注射螺杆及常用的几款或变距或屏障或分离型螺杆不能完整解决生产效率、塑化效果及温升等性能，以及不能获得优良综合性能的问题，使得本发明射出成形机的注射螺杆具有更广泛的适应性。

为解决上述技术问题，本发明提出一种注射螺杆，用以将塑料在射出成型机中塑化为熔体的部件，所述注射螺杆包括相互连接的螺纹部分和联接部分，所述螺纹部分上设有外螺纹，所述螺纹部分上的外螺纹牙距和外螺纹牙宽保持不变，所述螺纹部分沿所述外螺纹螺旋方向依次包括进料段、压缩段和均化段，所述均化段上的外螺纹槽设有一双螺旋结构，所述双螺旋结构由螺旋槽和螺旋波峰组成，其中，所述螺旋波峰由所述螺旋槽切割所述外螺纹槽的底面形成。

进一步地，所述螺旋槽的宽度为所述螺杆直径的0.5～0.7倍。

进一步地，所述螺旋波峰的导程大于所述螺杆直径，所述螺旋槽的底侧边呈弧形圆角，所述螺旋槽的螺旋升角为30°±10°。

进一步地，所述螺旋波峰的导程为所述螺杆直径的1.814倍。

进一步地，所述螺旋槽的深度符合公式：

其中，所述螺旋槽的深度为H₃₃，所述螺杆直径为D。

所述螺旋波峰至所述外螺纹的牙顶距离符合公式：

其中，所述螺旋波峰至所述外螺纹的牙顶距离为H₃₂。

进一步地，所述均化段的长度为所述螺杆直径的5～7倍，所述螺旋槽分布在所述均化段的长度为所述螺杆直径的4～6倍。

进一步地，所述均化段的开始端位置包括第一螺旋波峰渐变段，所述均 化段的结尾端位置包括第二螺旋波峰渐变段。

进一步地，所述螺纹部分上的外螺纹牙距大致与螺杆直径相等，所述螺纹部分上的外螺纹牙宽大致与所述螺杆直径的0.1倍相等。

进一步地，所述进料段的外螺纹牙底的深度保持不变。

本发明还提供一种射出成型机，包括如上所述的注射螺杆。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：本发明射出成型机的注射螺杆在熔胶时均化段的双螺旋结构不仅对塑胶熔体产生均匀混沌的混合，还能使熔体与料筒的热交换更充份，产生均匀温度的高质熔体。通过合理确定螺旋波峰与料筒间隙，合理确定螺旋槽的深度和螺旋升角，可以实现以较低的剪切量，较高的塑化效率，充份塑化原料。防止熔胶过程中容易产生的温度非受控升高、螺杆打滑、吃料慢等缺陷。

附图说明

图1是现有技术的三段式单螺纹普通螺杆结构示意图。

图2是现有技术的变距螺杆结构示意图。

图3是现有技术的屏障型高混炼螺杆结构示意图。

图4是现有技术的屏障型高混炼螺杆一种变化结构示意图。

图5是现有技术的屏障型高混炼螺杆另一种变化结构示意图。

图6是现有技术的分离型双螺纹螺杆结构示意图。

图7是本发明射出成型机的结构示意图。

图8是本发明射出成型机射胶部件的结构示意图。

图9是本发明实施例中注射螺杆的结构示意图。

图10是本发明实施例中射胶部件的剖视图。

图11是本发明实施例中注射螺杆分段及均化段沿柱面展开结构示意图。

图12是本发明实施例中注射螺杆各段深度变化示意图。

其中，附图标记说明如下：100、射出成型机；1、射胶部件；2、料管组；3、注射螺杆；4、螺杆头；5、止逆环；6、止推垫圈；7、料筒；8、驱动马达；9、传动部件；10、联接键；11、联接槽；31、螺纹部分；32、联接部分；311、外螺纹；312、进料段；313、压缩段；314、均化段；3141、螺旋槽；3142、螺旋波峰。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参阅图7至图12，本发明提供一种射出成型机100，其包括一射胶部件1，该射胶部件1包括一料管组2，该料管组2包括一注射螺杆3，该注射螺杆3用以将塑料在射出成型机100中塑化为熔体。注射螺杆3的一端通过传动部件9与驱动马达8连接，另一端安装有止逆阀三小件，止逆阀三小件包括螺杆头4、止逆环5和止推垫圈6。

注射螺杆3包括相互连接的螺纹部分31和联接部分32。该联接部分32包括联接键10、联接槽11、轴颈(图中未标出)和定位安装孔(图中未标出)。

螺纹部分31为注射螺杆3的主体部分，其上设有外螺纹311，外螺纹牙距P和外螺纹牙宽B保持不变，外螺纹311为右旋或左旋的螺纹，其中，外螺纹牙距P大致与螺杆直径D相等，外螺纹牙宽B大致等于螺杆直径的0.1倍。

螺纹部分31包括进料段312、压缩段313和均化段314。

进料段长度L1由注射螺杆长径比I决定。注射螺杆长径比I由射出成型机100的机器参数决定，通常注射螺杆长径比I在18～25范围之间。进料段长度L1符合公式：L1＝(I-(11～13))×D。通常情况下，进料段长度L1在7～12倍螺杆直径D之间，大长径比的注射螺杆的进料段长度L1取大值；小长径比的注射螺杆的进料段长度L1取小值。

进料段312的外螺纹牙底的深度H₁保持不变。优选地，进料段312的外螺纹牙底呈平直牙底，即平面的牙底结构。

对通用型注射螺杆，压缩段长度L2也是由注射螺杆的长径比I决定的，具体符合公式：L2＝(I-(5～7))×D-L1。

压缩段313的外螺纹牙底的深度呈逐渐变浅的结构，其中，压缩段313的外螺纹牙底的初始深度与进料段312的外螺纹牙底的深度H₁相同，压缩段313的外螺纹牙底的结尾深度H₃符合公式：

$H_3\≈5\×\sqrt{\frac{D}{83}}$

其中，进料段312的外螺纹牙底的深度H₁与压缩段313的外螺纹牙底的 结尾深度H₃的比值为压缩比i。一般来说，对于通用型注射螺杆，压缩比i大致等于2.5。

均化段长度L3是螺杆直径D的5～7倍，均化段314的起始端和末端的牙底深度与压缩段313的外螺纹牙底的结尾深度H₃相同。均化段314的中部是大导程的双螺旋结构，该双螺旋结构由螺旋槽3141和螺旋波峰3142组成，本实施例中，螺旋槽3141为双头螺旋槽，螺旋波峰3142为双螺旋波峰，螺旋槽3141被外螺纹牙分隔为多段。其中，螺旋波峰3142由螺旋槽3141切割外螺纹槽的底面形成。在本实施例中，螺旋槽3141起始于压缩段313上的结尾位置，螺旋槽开始段长度L21大致为螺杆直径D的0.25倍。螺旋槽3141的长度为螺杆直径D的4～6倍，螺旋槽3141的宽度W是螺杆直径D的0.5～0.7倍。螺旋槽3141的深度H₃₃符合公式：

$H_{33}\≈9\×\sqrt{\frac{D}{150}}.$

螺旋波峰3142至外螺纹311的牙顶距离H₃₂符合公式：

$H_{32}=4\sqrt{\frac{D}{150}}.$

参见图11，图11是本发明实施例中注射螺杆分段及均化段沿柱面展开结构示意图。在均化段314展开图中，螺旋槽3141为沿圆周分布的双头螺旋，其分布位置决定了螺旋波峰宽度b大致等于螺杆直径D的0.25～0.5倍。螺旋槽3141的螺旋升角为30°±10°，从熔体得到最大输送能力考虑，螺旋槽3141的螺旋升角取30°。

进一步地，均化段314的起始端位置包括第一螺旋波峰渐变段L34，均化段314的末端位置包括第二螺旋波峰渐变段L32，其中，第一螺旋波峰渐变段L34的波峰呈逐渐变高的结构，第二螺旋波峰渐变段L32的波峰呈逐渐变低的结构。在本实施例中，均化段314的末端还包括一个结尾段L31，该结尾段L31上双螺旋结构已消失，且结尾段L31的牙底深度与压缩段313的外螺纹牙底的结尾深度H₃相同。同样地，螺旋槽3141的起始和收尾深度也是渐变的，螺旋槽3141底侧边呈弧形圆角，起到平滑过渡的作用。这种结构有助于熔料顺畅流动与压力传递，也提升塑化效率，防止熔体滞留降解。

请参见图9和图10，本发明实施例中的射出成型机100工作时，当驱动马达8经传动部件9驱动注射螺杆3旋转，塑料原料自注射螺杆3的进料段 312入外螺纹311的螺纹槽，受螺纹的旋转输送作用，向注射螺杆3的螺杆头4移动。在这个过程中，塑料原料受料管传递热量预热。塑料原料到达压缩段313，受该段牙底深度的变化由压缩段313的外螺纹牙底的初始深度H₁渐变为压缩段313的外螺纹牙底的结尾深度H₃，及与料筒7的筒壁旋转摩擦的影响，受到强列压缩和剪切，释放大量热能，开始熔化原料。原料经压缩段313转化成粘度不均匀熔体，甚至高转速下会有固相颗粒进入均化段314。均化段螺旋槽对进入均化段的熔体产生如下有益效果：

第一，是大导程螺旋槽以最优的螺旋升角和较深的通道快速输送熔体。

第二，是所有熔体必须越过螺旋波峰间隙H₃₂，获得合适的剪切，熔化未熔固相颗粒。

第三，是越过螺旋波峰的熔体，再次进入较深的螺旋槽，在螺旋槽内产生沿深度方向的涡卷流。经过几段螺旋波峰和螺旋槽的反复，熔体与料筒壁的接触换热更充份和均匀，熔体也得到浑沌的混合，产生均匀温度的高质熔体。之后，高质熔体经过安装于注射螺杆端部的止推垫圈、止逆环、螺杆头三小件组成的阀门进入料筒熔池，为下一次注射做好准备。

此外，当本发明射出成型机的注射螺杆专门应用于某一类塑料时，可以调整螺旋波峰高度、螺旋波峰的宽度和均化段的长度，使均化段提供最适于这一类塑料的剪切量和塑化效率。例如，当作为尼龙专用注射螺杆时，可以将螺旋波峰高度做到近似屏障螺杆的屏障间隙值，以获得充分的塑化效果。

本发明射出成型机及其注射螺杆具有如下技术效果：

1、通过在注射螺杆的均化段加设大导程螺旋槽以最优的螺旋升角和较深的通道快速输送熔体，减少熔胶驻留时间，提高塑化能力。

2、在均化段的螺旋波峰结构，使所有熔体必须越过波峰间隙，获得合适的剪切，充份熔化未熔固相颗粒。

3、在均化段有数段螺旋槽与螺旋波峰，越过螺旋波峰的熔体，再次进入较深的螺旋槽，在螺旋槽内产生沿深度方向的涡卷流。经过几段波峰螺槽反复，熔体与料筒壁的接触换热更充份和均匀，熔体也得到浑沌的混合，产生均匀温度的高质熔体。

4、能够实现塑化能力与熔体质量双提高，避免了传统螺杆中塑化品质、塑化效率与螺杆通用性三项指标不可兼得的缺陷，有效克服熔胶过程中容易 产生的温度非受控升高、螺杆打滑、吃料慢等缺点。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种注射螺杆，用以将塑料在射出成型机中塑化为熔体的部件，所述注射螺杆包括相互连接的螺纹部分和联接部分，所述螺纹部分上设有外螺纹，所述螺纹部分的外螺纹牙距和外螺纹牙宽保持不变，所述螺纹部分沿所述外螺纹螺旋方向依次包括进料段、压缩段和均化段，其特征在于，所述均化段上的外螺纹槽设有一双螺旋结构，所述双螺旋结构由沿螺杆圆周均布的螺旋槽和螺旋波峰组成，所述螺旋槽为双螺旋槽，所述螺旋波峰为双螺旋波峰，其中，所述螺旋波峰由所述螺旋槽切割所述外螺纹槽的底面形成，所述螺旋槽被外螺纹牙分隔为多段。

2.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋槽的宽度为所述螺杆直径的0.5～0.7倍。

3.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋波峰的导程大于所述螺杆直径，所述螺旋槽的螺旋升角为30°±10°。

4.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋槽的底侧边呈弧形圆角。

5.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋槽的深度符合公式：

$H_{33}\≈9\×\sqrt{\frac{D}{150}},$

其中，所述螺旋槽的深度为H₃₃，所述螺杆直径为D。

6.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋波峰至所述外螺纹的牙顶距离符合公式：

$H_{32}=4\sqrt{\frac{D}{150}},$

其中，所述螺旋波峰至所述外螺纹的牙顶距离为H₃₂，，所述螺杆直径为D。

7.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述均化段的长度为所述螺杆直径的5～7倍。

8.根据权利要求7所述的注射螺杆，其特征在于，所述螺旋槽分布在所述均化段的长度为所述螺杆直径的4～6倍。

9.根据权利要求1所述的注射螺杆，其特征在于，所述均化段的开始端位置包括第一螺旋波峰渐变段，所述均化段的结尾端位置包括第二螺旋波峰渐变段。

10.一种射出成型机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的注射螺杆。