1．螺桿作用與分類

    螺桿是塑化部件中的關(guān)鍵部件，和塑料直接接觸，塑料通過(guò)螺槽的有效長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的熱歷程，要經(jīng)過(guò)三態(tài)（玻璃態(tài)、粘彈態(tài)、粘流態(tài)）的轉(zhuǎn)變，螺桿各功能段的長(zhǎng)度，幾何形狀，幾何參數(shù)將直接影響塑料的輸送效率和塑化質(zhì)量，將最終影響注塑成型周期和制品質(zhì)量。

注塑螺桿按其對(duì)塑料的適應(yīng)性，可分通用螺桿和特殊螺桿。通用螺桿又稱常規(guī)螺桿可加工大部分具有低、中粘度的熱塑性塑料，結(jié)晶型和非結(jié)晶型的民用塑料和工程塑料，是螺桿最基本的形式。

與其相應(yīng)的還有特殊螺桿，是用來(lái)加工用普通螺桿難以加工加工的塑料，例如熱固性塑料、聚氯乙烯、高粘度的PMMA的螺桿，按螺桿結(jié)構(gòu)及其幾何形狀的特征，可分為常規(guī)螺桿和新型螺桿。

常規(guī)螺桿又稱三段式螺桿，是螺桿的基本形式。新型螺桿形式很多，主要有分離型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿、橫紋螺桿、無(wú)計(jì)量段螺桿、兩段式排氯螺桿、強(qiáng)混煉型螺桿等等。

2．螺桿的基本形式及幾何參數(shù)

螺桿主要由有效螺紋長(zhǎng)度L和尾部的連接部分組成。螺桿頭部設(shè)有裝螺桿頭的反向螺紋。

（1）ds ——螺桿外徑。螺桿直徑大小直接影響著塑化能力的大小，也就直接影響到理論注射容積的大小。因此，理論注射容積大的注塑機(jī)其螺桿直徑也大。

（2）L/ ds ——螺桿長(zhǎng)徑比。L是螺桿螺紋部分的有效長(zhǎng)度。

螺桿長(zhǎng)徑比愈大，說(shuō)明螺紋長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，直接影響到物料在螺槽中輸送的熱歷程，影響吸收能量的能力。此能量有分兩部分：一部分是料筒外面加熱圈傳給的，另一部分是螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生磨擦熱和剪切熱，由外部機(jī)械能轉(zhuǎn)化的。因此，L/ ds直接影響到物料的熔化效果和熔體質(zhì)量。但是如果L/ ds太長(zhǎng)，則傳遞扭矩加大，能量消耗增加。過(guò)去，L/ ds數(shù)值在16~18；現(xiàn)在，由于塑料品種增加，工程塑料增多，L/ ds已增加到19~23。

（3）L1 ——加料段長(zhǎng)度。加料段又稱輸送段或進(jìn)料段。為提高輸送能力螺槽表面一定要光潔。L3的長(zhǎng)度應(yīng)保物料有足夠的輸送長(zhǎng)度一般L3＝（9~10）ds。

（4）h1 ——加料段的螺槽深度。h1深，則容納物料多，提高了供料量，但會(huì)影響物料塑化效果以及螺桿根部的剪切強(qiáng)度。一般h1≈0.12～0.16 ds。

（5）L3 ——熔融段（均化段、計(jì)量段）螺紋長(zhǎng)度。熔體在L3段的螺槽中得到進(jìn)一步的均化：溫度均勻，粘度均勻，組分均勻，分子量分布均勻，形成較好的熔體質(zhì)量。L3長(zhǎng)度有助于穩(wěn)定熔體在螺槽中的波動(dòng)，有穩(wěn)定壓力的作用，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱計(jì)量段。一般。

（6）h3 ——熔融段螺紋深度。h3小，螺槽淺，提高了塑料熔體的塑化效果，有利于熔體的均化。但h3過(guò)小會(huì)導(dǎo)致剪切速率過(guò)高，以及剪切熱過(guò)大，引起大分子鏈的降解，影響熔體質(zhì)量。反之，如果h3過(guò)大，由于在預(yù)塑時(shí)，螺桿背壓產(chǎn)生的回流作用增強(qiáng)，會(huì)降低塑化能力。所以合適的h3應(yīng)由壓縮比ε來(lái)決定：

對(duì)于結(jié)晶型塑料，如PP、PE、PA以及復(fù)合塑料，ε＝3~3.5；

對(duì)粘度較高的塑料，如VPVC，ABS，HiPS，AS，POM，PC，PMMA，PPS等，ε＝1.4~2.5。

（7）L2 ——塑化段（壓縮段）螺紋長(zhǎng)度。物料在此錐體空間中不斷地受到壓縮，剪切和混煉作用，物料從L2段入點(diǎn)開(kāi)始，熔池不斷地加大，到出點(diǎn)處熔池已占滿全螺槽，物料完成從玻璃態(tài)，經(jīng)過(guò)粘彈態(tài)向粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變，從固體床向熔體床的轉(zhuǎn)變。L2長(zhǎng)度會(huì)影響物料從固態(tài)到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)化歷程，太短會(huì)來(lái)不及轉(zhuǎn)化，固料堵能塞在L2段的末端，形成很高的壓力，扭矩或軸向力，太長(zhǎng)也會(huì)增加螺桿的扭矩和不必要的能耗，一般L2＝（6~8）ds。

對(duì)于結(jié)晶型的塑料，物料熔點(diǎn)明顯，熔融范圍窄，所以L2可短些，一般。

（8）S ——螺距，其大小影響螺旋角β，從而影響螺槽的輸送效率，一般

S≈ds。

（9）e ——螺棱寬度，其寬窄影響螺槽的容料量，熔體的漏流以及螺棱耐磨損程度，一般（0.05～0.07）ds。

（10）螺棱后角α，螺棱推力面圓角R1和背面圓角R2的大小影響螺槽的有效容積，物料的滯留情況以及螺棱根部的強(qiáng)度等，一般α=25~30o，，如圖4-9所示。

3．普通螺桿

（1）概述

普通注射螺桿螺紋有效長(zhǎng)度通常分成加料段（輸送段）、壓縮段（塑化段）、均化段（計(jì)量段）。

根據(jù)塑料性質(zhì)不同，可分為漸變型螺桿、突變型螺桿、通用型螺桿。

①漸變型螺桿：壓縮段較長(zhǎng)，塑化時(shí)能量轉(zhuǎn)換緩和，多用于聚氯乙烯等，軟化溫度較寬的、高粘度的非結(jié)晶型塑料。

②突變型螺桿：壓縮段較短，塑化時(shí)能量轉(zhuǎn)換較劇烈，多用于聚烯烴、聚酰胺類的結(jié)晶型塑料。

③通用型螺桿：適應(yīng)性比較強(qiáng)的通用型螺桿，可適應(yīng)多種塑料的加工，避免更換螺桿頻繁，有利提高生產(chǎn)效率。

通用型螺桿的壓縮段長(zhǎng)度介于漸變螺桿和突變螺桿之間。但通用型螺桿也絕非是“{wn}”螺桿，對(duì)某些有特殊注塑工藝要求的塑料，需要配備特殊螺桿。

（2）普通螺桿參數(shù)

①螺桿長(zhǎng)徑比（L/DS）、分段

螺桿長(zhǎng)徑比大，可以實(shí)現(xiàn)低溫、均質(zhì)、穩(wěn)定的塑化，螺桿長(zhǎng)徑比一般取18~22。

普通螺桿各段長(zhǎng)度如下所列：

螺桿類型 加料段（L1） 壓縮段（L2） 均化段（L3）

漸變型 25~30% 50% 15~20%

突變型 65~70% 15~5% 20~25%

通用型 45~50% 20~30% 20~30%

②壓縮比（ε）

注射螺桿壓縮比是指計(jì)量段螺槽深度（h1）與均化段螺槽深度（h3）之比。壓縮比大，會(huì)增強(qiáng)剪切效果，但會(huì)減弱塑化能力，相對(duì)于擠出螺桿，壓縮比應(yīng)取用得小些為好，以有利于提高的塑化能力和增加對(duì)物料的適應(yīng)性。

對(duì)于結(jié)晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及復(fù)合塑料，一般取2.6~3.0；對(duì)高粘度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯與ABS共混，高沖擊聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃、聚苯醚等，約為1.8~2.3，通用型螺桿可取23~2.6，在均化段螺槽深度和螺桿壓縮比確定后，對(duì)于單頭等距變深螺桿，可由式計(jì)算出加料段的螺槽深度。若h1/h3=2，實(shí)際壓縮比為1.86。通常所說(shuō)的壓縮比，大于實(shí)際壓縮比。

（3）螺桿材料與熱處理

目前，國(guó)內(nèi)常用的材料38CrMoAl，或者日本進(jìn)口SACM645。國(guó)內(nèi)螺桿的熱處理，一般采取鍍鉻工藝，鍍鉻之前高頻淬火或氮化，然后鍍鉻，厚度0.03mm~0.05mm。此種螺桿適于阻燃性塑料，透明PC、PMMA。但鍍鉻層容易脫落，防腐蝕性能差，所以多采用不銹鋼材料。

4．特殊螺桿

“特殊螺桿”主要是與常規(guī)螺桿比較而言。目前常見(jiàn)的特殊螺桿中是分離型螺桿，如圖4-10所示，和變流道螺桿

5．螺桿塑化元件

為了提高螺桿的塑化質(zhì)量，組分的分散和混分子量的分布與熔體的均化效果，常在螺桿的適當(dāng)位置塑化加元件。按其功能主要混合元件和剪切元件。前者以分散混合為主，后者以分子量的分布和均化為主?；旌显酁榉至餍屯ㄟ^(guò)各種形式的凸塊對(duì)料流形成阻力，進(jìn)行反復(fù)地分流和切割，達(dá)到組分分散和混合效果。

6．螺桿頭

注塑螺桿和擠出螺桿之間重要區(qū)別，在于前者裝有各種特殊結(jié)構(gòu)形式的螺桿頭，這是由螺桿工作特性所決定的。在注射螺桿中螺桿頭的作用是預(yù)塑時(shí)，能將塑化好的熔體放流到儲(chǔ)料室中，而在高壓注射時(shí)，又能有效地封閉螺桿頭前部的熔體，防止倒流。

7．料筒

（1）料筒結(jié)構(gòu)

料筒是塑化部件中的重要零件，內(nèi)裝螺桿外裝加熱圈，承受復(fù)合應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用。料筒大多數(shù)采用整體結(jié)構(gòu)

定位子口1與料筒前體徑向定位，并用端面封閉熔體，用多個(gè)螺釘旋入螺孔2內(nèi)將前體與料筒壓緊。螺孔3裝熱電隅，要與熱電隅緊密地接觸，防止虛浮，否則會(huì)影響溫度測(cè)量精度。

（3）料筒壁厚

料筒壁厚要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)榱贤矁?nèi)要承受熔料和氣體壓力，且料筒長(zhǎng)徑比很大，在注塑座上懸臂；料筒要求有足夠的熱容量，否則難以保證溫度穩(wěn)定性；如果太厚，料筒笨重，浪費(fèi)材料，熱慣性太大，升溫慢，溫度調(diào)節(jié)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。

一般料筒外徑與內(nèi)徑比值K＝2~0.25，如表4-1所列。

表4-1　　　　　　　　　　料筒壁厚

螺桿直徑（mm） 34 42 50 65 85 110 130 150

機(jī)筒壁厚（mm） 25 29 35 47.545 75 75 67

比　　值（K） 2.472.402.402.462.102.362.151.80

（4）料筒間隙

料筒間隙系指料筒內(nèi)壁與螺桿外徑的單面間隙。此間隙太大塑化能力降低，注射回泄量增加，注射時(shí)間延長(zhǎng)；如果太小，熱膨脹作用，使螺桿與料筒摩擦加劇，能耗加大，甚至卡死，此間隙Δ＝（0.002~0.005）ds，如表4-2所列。

表4-2 　間　隙　值 mm

螺桿直徑 ≥15－

25 >25－

50 >50－

80 >80－

110 >110－

150 >150－

200 >200－

240 >240

{zd0}徑向

間隙 ≤0.12 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.35 ≤0.15 ≤0.50 ≤0.60 ≤0.70

（5）料筒加熱、冷卻

注塑機(jī)料筒加熱方式有電阻加熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合和加工物料合理配置。常用的有電阻加熱和陶瓷加熱，后者較前者承載功率大。

（6）料筒、螺桿材料

　　料筒、螺桿材料要求在高溫下耐磨、抗腐蝕，大多采用優(yōu)質(zhì)氮化鋼38CrMoAlA加工后進(jìn)行氮化處理。對(duì)于加工某些增強(qiáng)纖維充填的復(fù)合物料，需配高碳、高鉻合金，高硬度抗蝕耐磨的雙金屬料筒。

8．噴嘴

（1）噴嘴功能

噴嘴是連接塑化裝置與模具流道的重要組件。噴嘴有多種功能：預(yù)塑時(shí)，在螺桿頭部建立背壓，阻止熔體從噴嘴流出，注射時(shí)，建立注射壓力，產(chǎn)生剪切效應(yīng)，加速能量轉(zhuǎn)換，提高熔體溫度均化效果；保壓時(shí)，起保溫補(bǔ)縮作用。

噴嘴可分為敞開(kāi)式噴嘴、鎖閉噴嘴、熱流道噴嘴和多流道噴嘴。

表4-3 　　　　　　　　　噴嘴口徑

機(jī)器注射量(g) 30~200 250~800 1000~200

開(kāi)式噴嘴 通用料 2~3 3.5~4.5 5~6

硬聚氯乙烯類 3~4 5~6 6~7

鎖閉式噴嘴 2~3 3~4 4~5

9、螺槽深度主要涉及到以下的幾個(gè)方面：

螺槽深與剪切效果關(guān)系:螺槽淺,剪切熱大,從而螺桿消耗的功率也大，（N與h3成正比）可是對(duì)注射螺桿而言，提供塑料熔化的熱量，由外加熱系統(tǒng)供給的占有一定的比例，同時(shí)，在注射成型機(jī)的機(jī)筒一，一般不設(shè)冷卻控溫系統(tǒng)，因此，對(duì)于一般注射螺桿，從塑料在螺桿內(nèi)實(shí)際受熱過(guò)程和穩(wěn)定溫度條件的需要出發(fā)，是無(wú)需強(qiáng)剪切作用的。

槽深與螺桿工作性能的穩(wěn)定：具有淺螺槽和長(zhǎng)的均化段的螺桿，在工作時(shí)有良好的穩(wěn)定性，這是普通擠出螺桿實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出的一個(gè)重要因素，然而，注射螺桿的出料方式是借助油缸的推力，通過(guò)螺桿將熔料注出注射時(shí)的熔料回泄，是由螺桿頭部止逆結(jié)構(gòu)來(lái)阻止，使螺桿塑化和注射出料之間無(wú)直接的聯(lián)系，因此螺桿的螺槽深淺所顯示出的螺桿塑化時(shí)出料穩(wěn)定性問(wèn)題，對(duì)注射螺桿一般無(wú)需去特別考慮。

槽深與螺桿的塑化能力：在其它條件不變的情況下，螺桿塑化能力正比于螺槽深度。因此，注射螺桿適當(dāng)?shù)丶由盥莶凵疃?，有利于提高塑化能力?/span>

壓縮比（i）：小的壓縮比有利于提高塑化能力，但剪 切塑化效果則較差，對(duì)背壓調(diào)節(jié)反映卻比較敏感，相對(duì)于擠出螺桿相比，注射螺桿的壓縮比取用得比較小，這樣螺桿具有較高的塑化能力和較強(qiáng)的加工適應(yīng)性。

注射螺桿常用壓縮比，對(duì)于結(jié)晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及復(fù)合塑料，一般為3.0~3.5，對(duì)于較高粘度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯與ABS共混，高沖擊聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃、聚苯醚、約為1.4~2.5，通用型螺桿可取2~2.8，在均化段螺槽深度和螺桿壓縮比確定后，對(duì)于單頭等距變深螺桿，可由下式計(jì)算出加料的槽深。

若h1/h3=2，實(shí)際壓縮比為1.86。

我們通常所說(shuō)的壓縮比，是大于實(shí)際壓縮比。

螺桿熔融段的幾何壓縮比一般要大于高聚物的顆粒料或粉料的物理壓縮比。（加料時(shí)粒料或粉料的松密度與塑料的密度之比）。