射出加工螺桿技術(shù)數(shù)據(jù)

■ 型創(chuàng)科技/ 劉文斌 技術(shù)總監(jiān)

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決定射出加工機臺需求

Determining Injection Requirements A variety of injection requirements for a specific application can be determined mathematically. Some of these are addressed below.

 

塑化剪切速率(Shear Rate in Plasicizing)

螺桿塑化的剪切速率的定意是指在加熱料管中的塑料， 經(jīng)螺桿轉(zhuǎn)動塑化過程中，其在料管管壁上的表面速度除 以螺管螺牙溝槽的深度，此剪切速率的數(shù)值可以表示為 ft/min. 此剪切訴率的計算公式可以下式來表示： SR = (D x N) / h, 式中 SR = 剪切速率(Shear Rate) D =螺桿φ(screw diameter) N = 螺桿轉(zhuǎn)速(rate of screw rotation) h = 螺桿溝槽深度(depth of channel)
一般塑料的平均剪切速率(shearrate)值約為150ft/min (ab.760mm/s)，但是每種塑料都有一個特定的最大剪 切速率容許參考值，一旦作用在塑料上的剪切速率超過 此最大值，塑料就會比較容易產(chǎn)生裂化現(xiàn)象。例如對 于熱較敏感的PVC材料，其最大可容許的剪切速率值就較低，約為 100ft/min(ab.500mm/s)，而對熱不敏 感的塑料其最大可容許的剪切速率值約可達(dá)到175ft/ min(ab.890mm/s)或更高。
剪切速率數(shù)值對塑料的影響，可以直接反應(yīng)在材料 塑化時螺桿轉(zhuǎn)動的可允許轉(zhuǎn)速上。例如：一支標(biāo)準(zhǔn) 2inch( 約 φ50mm) 的螺桿，當(dāng)用來加工一平均剪 切速率為 150ft/min(ab.760mm/s) 的塑料時，則可 以利用上述公式來計算出，最大的螺管轉(zhuǎn)動速率為 230RPM。如果螺桿轉(zhuǎn)速高于此計算值，塑料就容易 造成會有過度剪切(overshearing)的現(xiàn)象，塑料也比 較容易發(fā)生劣化。

 

螺桿出料量(ScrewOutput)

射出加工機臺可加工塑化的材料量值可以單位時間 多少塑料重量值來表示，例如lbs./hr.或Kg/hr，此 射出機臺的可加工塑化量，是取決于射出機臺可驅(qū) 動螺桿轉(zhuǎn)動的馬達(dá)輸出馬力值大小來決定。例如一 根 2inch( 約 φ50mm)φ 的射出螺桿，通常可抵檔的 最高馬力值約為15馬力(horsepower)，一旦超過此 安全馬力值螺桿就容易有斷裂的危險。另外例如一 根 4.5inch( 約 φ115mm)φ 的射出螺桿，則通?？梢?nbsp;耐到150馬力而不會有斷裂危險。螺桿的可塑化量(screwoutput)的概略估算方法是當(dāng)每增加一馬力動 力時，可成形塑化材料則可增加約5到15lb/hr(約 2.3~6.8Kg/hr)。所以以一臺15馬力的2inchφ螺桿射 出機而言，其可塑化的射出量約為75到225lb/hr(約 35~102Kg/hr)的范圍。而實際可塑化量將會與材料種 類的黏度有關(guān)，同時塑料黏度性質(zhì)也會影響到作用的 剪切速率。

 

射出壓力(InjectionPressure)

一般的往復(fù)式螺桿射出機通常可以在加熱料管中產(chǎn)生 出約20,000psi(約140MPa)的射出壓力，此射出壓力 可以推擠使管中的熔融塑料，使其通過料管前端的噴 嘴(nozzle )而進入射出模具的模穴(cavity)內(nèi)。在射出加工制程中，一般的射出成形條件設(shè)定都是盡 量使用最大的射出壓力值，以及最快的射出速度值， 來使射出加工是在最短的時間內(nèi)完成，也就是成型周 期時間越短。針對不同塑料與不同設(shè)計形式的產(chǎn)品， 在射出充填時射出壓力值會依照流動的最高需求壓力 值來驅(qū)動。大部份射出件在充填階段的起始射出壓力 值約在 6,000psi( 約 40MPa) 到 8,000psi( 約 55MPa) 范圍，之后再依照不同產(chǎn)品的成形周期性與質(zhì)量需求 來增減后段的壓力變化。

 

射出螺桿的長徑比(L/DRatio)

射出螺管要能建立起可適用的射出壓力條件，其中一 項重要的設(shè)計參數(shù)則是螺桿的長徑比(L/D)。所謂螺桿 長徑比就是指射出螺桿的長度除以螺桿外徑的比值。 參考下列射出螺桿的圖示，螺桿的長度是指有螺牙區(qū) 域的總長度，而螺桿直徑φ則是指螺牙的最大外徑。 一般射出螺管的L/D最小值約為20:1，最常見的射出 螺管長徑比(L/D)值約為24:1。
上圖中射出螺桿長度尺寸符號”L”式表示螺桿上有螺 牙部份的全部長度，而螺桿直徑φ尺寸符號”D”則 是表示螺桿螺牙牙峰外徑的最大尺寸，以一般泛用型 射出螺桿的設(shè)計，螺牙旋轉(zhuǎn)一圈的徑向長度約等于螺 桿的外徑”D”，所以以L/D=20的螺桿長度就約等 于螺桿外徑D的20倍。因此一支2.5inchφ的射出螺 桿，其螺桿有螺牙部份的螺桿長度至少為50inch(L/D 至少為20:1)；較大L/D比值的螺桿會有較佳的塑化效 果，一般較常見的射出螺桿其L/D比值會到24倍， 所以 2.5inchφ 長徑比 (L/D) 等于 24 倍的射出螺桿， 其螺桿長度就等于60inch。然而長度較長的螺桿對于 材料的塑化將會有較高的剪切作用?！?/p>

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