CN202225400U - 高转速注射螺杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种使用于注塑成型机上的注射螺杆，包括加料段、压缩段、计量段、混炼段和螺杆头五个功能段，该五个功能段依次排列。压缩段采用双头螺纹结构，混炼段包括其上带有数个凹槽的第一混炼部和其上带有数个凸齿的第二混炼部；螺杆的最大长度为螺杆外径的32倍。压缩段采用双头螺纹结构，增强了混合均化效果和熔融塑化效果，改善了物料在机筒加料段和压缩段的堵塞现象，提高了进料和塑化能力。混炼段采用凹槽型和凸齿型组合，螺杆的分布混合能力加强，提高了纵横方向上的均匀性、混炼效果好、分散性好，可以获得塑化质量好、计量准确的低温注塑。注射螺杆采取大的长径比，可以提高螺杆的转速，从而提高注射量。

Description

高转速注射螺杆

技术领域

本实用新型涉及一种塑料制品成型设备，尤其涉及一种包括加料段、压缩段、计量段的使用于注塑成型机上的注射螺杆。

背景技术

注塑成型是塑料制品的主要成型方法，注射螺杆是注塑机的关键零部件之一，它在注塑机的机筒内旋转，其生产过程为：先将粒状或粉状的固态塑料塑化，包括加热、压实、混炼过程，变成具有均匀的密度、粘度和组分的可塑性良好的塑料熔体，再通过施加一定的压力使该种塑料熔体具备一定流速而注射进入成型模具的型腔中，塑料熔体冷却定型后，便可得到和模具型腔形状一致的塑料制品。

现有注塑机的通用型注射螺杆，提高塑化能力和制品塑胶的适用性主要是采用两种方式，即：第一，改变螺杆配合的三小件结构，如螺杆头、止逆环及止逆环垫圈；第二，改变螺杆螺纹的结构和参数即几何形状和尺寸参数，如改变长径比、螺杆各段螺距、螺棱宽度、螺槽深度即压缩比来实现，因这些塑化螺杆均是常规三段(即入料段、压缩段、计量段)的单头或双头螺纹结构形式的螺杆。

图1示出了目前普遍使用的注射螺杆的部分结构。在塑化时，螺杆旋转将从料口落入槽中的物料连续向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传送给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆剪切双重作用下，达到塑化的熔融，与此同时，螺杆在物料的反作用力下后退，螺杆作的是边旋转边后退的复合运动。熔料流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移，完成对熔料的计量。注射时，螺杆起柱塞作用，将熔体的塑料压入模腔。为了防止模具型腔未填满的缺陷，注射完成后要保压一段时间，即螺杆停留一段时间，当保压完成后，螺杆边旋转边后退，准备下一次注射。

授权公告号为CN201619231U的中国实用新型专利，公开了一种塑机注塑螺杆结构，依整支螺杆的使用功能，分为入料段、压缩段及计量段，其中：于该螺杆的入料段和压缩段的至少其中一个功能段的杆身上设有若干凹陷部。该实用新型加快了入料速度，增强了下料能力；提高了混炼(染色、加填料)均匀，避免气泡和流纹的产生。

上述现有的注塑机之注射螺杆，实际使用时存在如下缺点：熔融效率低，塑化均匀程度较差，混炼(包括染色、加填料)不够均匀，尤其不能实现螺杆的高速转动，注射周期长，生产效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服以上现有技术的缺陷，提供一种熔融效率高、塑化均匀的高转速、高生产效率的注射螺杆，在不使用大直径的注射螺杆的情况下，可实现提高塑化量的效果，从而可有效缩短注塑件的成型周期，大幅度提高注塑件的生产效率，降低生产成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种高转速注射螺杆，包括：加料段、压缩段、计量段，混炼段和螺杆头五个功能段，该五个功能段依次排列；所述的压缩段采用双头螺纹结构，所述的混炼段包括其上带有数个凹槽的第一混炼部和其上带有数个凸齿的第二混炼部；所述螺杆的最大长度为螺杆外径的32倍。

作为本实用新型的一种优选方案，所述压缩段的一条螺槽与加料段螺槽相连，另一条螺槽与所述计量段螺槽相连；所述与加料段螺槽相连的螺槽宽度逐渐变小，直至为零，深度由所述加料段螺槽深度逐渐减小到附加螺纹的螺棱；所述与计量段螺槽相连的螺槽宽度由零逐渐增大到所述计量段螺槽宽度，深度由加料段螺槽深度减少到所述计量段螺槽深度；附加螺纹的螺棱高度比主螺纹螺棱高度低。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一混炼部上分布的数个凹槽是与所述螺杆轴向成一定角度的两组相互平行的斜槽，其中一组斜槽的槽口在螺杆头方向封闭，另一组斜槽的槽口在螺杆加料段方向封闭；所述两组斜槽相间分布，对应斜槽组成一对，所述一对斜槽共用的棱面高度比非共用棱面低。

所述凹槽或斜槽的形状具体可为半圆形、半椭圆形、U形、梯形或者矩形。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第二混炼部上分布的数个凸齿的排列方向与所述螺杆的轴向平行。

所述凸齿的具体形状可为矩形、方形、菱形、圆形或梯形。

作为本实用新型的一种优选方案，所述加料段螺距为螺杆外径，压缩段螺距为螺杆外径的1～4倍，计量段螺距为螺杆外径的1～4倍；所述加料段的螺槽深度为螺杆外径的0.09～0.16倍，计量段的螺槽深度为螺杆外径的0.03～0.09倍，螺杆的螺棱宽度为螺杆外径的0.07～0.13倍。

作为本实用新型的一种优选方案，所述螺杆头的形式包括锥形螺杆头、止回环螺杆头或止逆球螺杆头。

作为本实用新型的一种优选方案，所述螺杆的材质为38CrMoAlA，表面渗氮，渗氮层厚度为0.5～0.7mm；硬度为HV950～1050，表面粗糙度为0.2～0.4μm。

相对于现有技术，本实用新型具有明显的优点和有益效果，具体表现在：

双头螺纹结构的压缩段，增强了混合均化效果和熔融塑化效果，改善了物料在机筒加料段和压缩段的堵塞现象，提高了进料和塑化能力。在凹槽形的混炼段，螺棱阻挡一定大小的固相通过，使其留在进料槽内继续经受螺棱的剪切或加热，促使熔融；螺棱对越过螺棱的物料进行较强的剪切，物料又得到进一步的熔融或塑化；越过螺棱的物料在出料槽中产生涡流运动，物料又得到混合。在凸齿型的混炼段，凸齿将固体物料打碎，破坏熔体，打乱固体和液体的两相流动，并将料流反复地分开，改变料流在料筒与螺杆之间的方向和速度分布，使固相和液相充分混合，增大固相与液相之间的传热面积，并对物料产生一定阻力和摩擦剪切，使固相熔融；将物料进行多次分割、分流而增加对物料的混炼、均化和填加剂的分散性。这些剪切和混合将机械能转变为热能，从而加强物料的熔融均化。螺杆较大的长径比，使塑料在料筒中停留时间更长，并为提高螺杆的转速提供了条件；计量段长度增加，压力流和漏流减少，塑化得更充分更均匀。以上螺杆结构保证了高转速注射螺杆的制品质量可靠、计量精度高、混炼均匀、低温注塑和高产量。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明：

附图说明

图1是现有技术中普遍使用的注射螺杆的结构示意图；

图2是本实用新型高转速注射螺杆实施例的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的压缩段双头螺纹的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的混炼段中斜槽型段的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的混炼段中销钉型段的结构示意图。

在上述附图中：

1-加料段、2-压缩段、3-计量段、4-螺杆头、5-加料段、6-压缩段、7-计量段、8-混炼段、9-螺杆头、601-液相槽、602-固体槽、603-螺棱、81-斜槽型段、82-销钉型段、811-共用螺棱、812-进料槽、813-出料槽、814-非共用棱面、821-销钉。

具体实施方式

图2示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构，包括有加料段5、压缩段6、计量段7、混炼段8和螺杆头9，采用了五段式螺杆；各段之间的螺距不相等，加料段和计量段的螺槽深度设计得较深，在螺杆的压缩段采用双头螺纹结构，在螺杆的计量段后的混炼段设置斜槽型、销钉型等综合剪切混炼元件。

其中，该螺杆的最大长度为螺杆外径的32倍，材质采用优质耐磨氮化钢38CrMoAlA制造，螺杆的固体和熔体流道表面和螺棱表面渗氮，渗氮层厚度为0.5～0.7mm，硬度为HV950～1100，表面粗糙度为0.2～0.8μm，优选为0.4μm，使流道的内壁面光滑不容易磨损且使物料容易移动。螺杆头9的形式可为锥形螺杆头、止回环螺杆头或止逆球螺杆头等。

参见图3，螺杆的压缩段6采用双头螺纹设计，其中一条固体槽602与加料段4螺槽相连，另一条螺槽601与计量段7螺槽相连。与加料段4螺槽相连的固体槽602宽度逐渐变小，直到消失，固体槽602深度由加料段4螺槽深逐渐减小到附加螺纹的螺棱；与计量段7螺槽相连的液相槽601宽度由零逐渐增大到计量段7螺槽宽度，液相槽601的深度由加料段4螺槽深度减少到计量段7螺槽深度；附加螺纹的螺棱高度比主螺纹螺棱高度低0.5～1.2mm。主螺纹仍然起着推动固态塑料前进和促使固态塑料熔融的作用，而附加螺纹使已经熔化的熔体和固态塑料分开；附加螺纹的螺棱高度比主螺纹螺棱高度低0.3～1.2mm；通过理论和实验，优化了附加螺纹在螺杆的起始、结束位置。主螺纹的螺棱宽度为螺杆外径的0.08～0.12倍，附加螺纹的螺棱宽度为螺杆外径的0.05～0.10倍，即附加螺纹的螺棱宽度比主螺纹的螺棱宽度小，以减小物料的流动阻力。

如图2所示，螺杆的混炼段8由两部分构成，即斜槽型段81和销钉型段82。斜槽型段81设置在计量段7后。如图4所示，该段的圆柱面上等距地开了偶数个(6～32个)与轴成一定角度(10～25度)的凹槽812，其中一组进料槽812的槽口在螺杆头方向是封闭的，另一组出料槽813的槽口在螺杆加料段方向是封闭的；这两组槽隔一相间，两个槽作为一对，这个槽共用的棱面811高度比非共用棱面814低0.3～1.2mm，棱面宽度为4～10mm，槽的深度为螺杆外径的0.05～0.12倍，两组凹槽的截面形状可为半圆形、半椭圆形、U形、梯形或者矩形。

如图5所示，螺杆的混炼段8的另一段是销钉型段82。该段设置在斜槽型81后，该段的圆柱面上等距地开了数个与轴线平行的销钉821，在螺杆圆周上环形排列的个数为4～30个，在轴螺杆轴向上排列的排数为4～10列。销钉821的截面形状可为矩形、方形或梯形，这种形式便于加工，加工成本较低；销钉821的宽度或长度可为螺杆外径的0.05～0.1倍，销钉821高度可为螺杆外径的0.03～0.08倍。

下面结合上述结构详述本实施例的工作原理及工作过程：

物料从料斗进入螺杆的加料段5，在螺杆转速作用下，被逐渐推向螺杆头9并被压实，同时有螺杆和料筒的剪切和外部加热器作用下逐渐熔融。由于塑料是热的不良导体，是一个慢慢熔化的过程，这就导致了一部分塑料已经熔融，而另一部分还是固体，这样容易形成已经熔融的塑料把没有熔化的固体塑料包在里面，这样就降低了塑料的塑化速度，这使得塑料塑化不良。在螺杆的压缩段6，物料在输送过程中开始熔融，在螺杆的转动作用下，已经熔的物料越过螺棱603进入液相槽601，而未熔融的固体粒子被螺棱603螺棱挡住，仍然在固体槽602中，实现已经熔融的物料和未熔融的物料分离，在固体槽602的宽度为零的地方熔融完成。已经熔融的塑料和固体塑料被分开，一条螺纹槽就是固体塑料，另一条螺纹槽是熔融塑料。就使得已经熔融的塑料受到的剪切减小，而实现低温注射，这也为实现螺杆高的转速下运转提供了条件。随着螺杆的不断转动，塑料不断的向螺杆头9方向流动，塑料也逐渐熔融，达到计量段7后，塑料基本熔融完。熔融塑料流过计量段7后，到达斜槽型屏障段81。

在斜槽型段81，一方面共用螺棱811阻挡一定大小的固相通过，使其留在进料槽812内继续经受螺棱的剪切或加热，促使熔融；另一方面螺棱811对越过螺棱811的物料进行较强的剪切，物料又得到进一步的熔融或塑化；越过螺棱811的物料在出料槽813中产生涡流运动，物料又得到混合。这些剪切和混合将机械能转变为热能，而加强物料的熔融均化。剪切主要是物料流过螺棱811时，料流各层间具有较大的速度差，产生层间滑移而产生摩擦热，因而促进了物料的塑化；物料在进入进料槽812时，物料由带状层流被分割成若干股，在流出出料槽813时，物料由若干股和在一起，这样料流产生涡流，产生的料流方向改变、各部分物料重新分布的混合过程。

流动的物料继续前进，到达混炼段的销钉型段82位置，在此段，一方面是销钉821将固体物料打碎，破坏熔体，打乱固体和液体的两相流动，并将料流反复地分开，改变料流在料筒与螺杆之间的方向和速度分布，使固相和液相充分混合，增大固相与液相之间的传热面积，并对物料产生一定阻力和摩擦剪切，使固相熔融；另一方面是将物料进行多次分割、分流而增加对物料的混炼、均化和填加剂的分散性。

已经熔融、塑化、混合良好的物料在螺杆转动的作用下继续前进，到达螺杆头9，在此处，物料在一定温度和压力下停留一段时间后，在油缸的作用下推动螺杆下，以一定的速度和压力进入到模腔内，最后冷却定型制得产品。

该注射螺杆采取大的长径比，长径比增加后，塑料在料筒中停留时间长，塑化得更充分更均匀，故可以保证质量；在此前提下，可以提高螺杆的转速，从而提高注射量；计量段长度也增加，压力流和漏流都可减少，故也可以提高注射量。

综上所述，本实用新型的设计重点在于：首先，注射螺杆高速转动，塑化质量和产量大大提升，进而可有效缩短注塑件的成型周期，大大提高生产效率。其次，将已经熔融的塑料和固体塑料被分开，一条螺纹槽装固体塑料，另一条螺纹槽装熔融塑料。就使得已经熔融的塑料受到的剪切减小，避免熔融塑料受到高温而分解。再者，在屏障段，没有熔融的粒度较大的固相碎片不能通过屏障，使其留在螺槽内继续经受螺棱的剪切或加热，促使熔融；已经熔融的物料和粒度较小的固相碎片在通过屏障时，受到具有较为强烈的剪切作用和一定的剪切混合，物料得到进一步的熔融或塑化。最后，使塑料熔体温度稳定，防止塑料熔体之温度过高或者过低影响塑料件的成型质量，保证了注塑件无成型缺陷。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高转速注射螺杆，包括：加料段、压缩段、计量段，其特征在于：还包括混炼段和螺杆头，加料段、压缩段、计量段、混炼段和螺杆头五个功能段依次排列；所述的压缩段采用双头螺纹结构，所述的混炼段包括其上带有数个凹槽的第一混炼部和其上带有数个凸齿的第二混炼部；所述螺杆的最大长度为螺杆外径的32倍。

2.根据权利要求1所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述压缩段的一条螺槽与加料段螺槽相连，另一条螺槽与所述计量段螺槽相连；所述与加料段螺槽相连的螺槽宽度逐渐变小，直至为零，深度由所述加料段螺槽深度逐渐减小到附加螺纹的螺棱；所述与计量段螺槽相连的螺槽宽度由零逐渐增大到所述计量段螺槽宽度，深度由加料段螺槽深度减少到所述计量段螺槽深度；附加螺纹的螺棱高度比主螺纹螺棱高度低。

3.根据权利要求1所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述第一混炼部上分布的数个凹槽是与所述螺杆轴向成一定角度的两组相互平行的斜槽，其中一组斜槽的槽口在螺杆头方向封闭，另一组斜槽的槽口在螺杆加料段方向封闭；所述两组斜槽相间分布，对应斜槽组成一对，所述一对斜槽共用的棱面高度比非共用棱面低。

4.根据权利要求1或3所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述凹槽的截面形状包括半圆形、半椭圆形、U形、梯形或者矩形。

5.根据权利要求1所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述第二混炼部上分布的数个凸齿的排列方向与所述螺杆的轴向平行。

6.根据权利要求1或5所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述凸齿的截面形状包括矩形、方形、菱形、圆形或梯形。

7.根据权利要求1所述的高转速注射螺杆，其特征在于：所述加料段螺距为螺杆外径，压缩段螺距为螺杆外径的1～4倍，计量段螺距为螺杆外径的1～4倍；所述加料段的螺槽深度为螺杆外径的0.09～0.16倍，计量段的螺槽深度为螺杆外径的0.03～0.09倍，螺杆的螺棱宽度为螺杆外径的0.07～0.13倍。

8.根据权利要求1所述的高转速型注射螺杆，其特征在于：所述螺杆头的形式包括锥形螺杆头、止回环螺杆头或止逆球螺杆头。

9.根据权利要求1所述的高转速型注射螺杆，其特征在于：所述螺杆的材质为38CrMoAlA，表面渗氮，渗氮层厚度为0.5～0.7mm；硬度为HV950～1050，表面粗糙度为0.2～0.4μm。

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