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如何选型

如何选择注塑机和一般注塑机价格成本

       注塑机的采购项目并不是小投资项目;买了太大的注塑机固然浪费,买得太小又不合用;因此选择一台符合本身产品需要的注塑机便成为每位买家最关心的内容,当然商家给买家推荐适合的注塑机、给买家介绍如何选择符合本身产品需要的注塑机;是商家给买家认识的第一课。为了更有系统性地了解选择注塑机的各种程序,特撰写以下的内容与之一一详叙。
       一台好的注塑机必须制造一致的塑件,并于下次重做定单时亦然。单以注射重量作选机的标准是过份简化,只用锁模力也不足够。本文说明选择注塑机时要考虑的特性。注塑机特性分可量化的,及不易量化两类。前者在注塑机规格表上找到,后者只能自己测量或从口碑得知。现在只集中讨论注塑机的可量化特性对选择注塑机的影响。

可量化的特性

       可量化特性可在博狗博彩的各种机型规格表上找到。在选择时,这些特性应作全盘考虑而并非个别考虑。每个特性的意义在本章说明。总的来说,本章教你看懂注塑机的规格表。规格表的大部份可量化特性是注塑机的最大许可值。一般来说,你可用该值或较小的值。

1.1注射重量 一注射重量是注塑机注射装置的一个重要参数。它是选择注塑机时最常用的参数,也是关键的参数,以克(g)或安士(oz)表示(注:1克=0.035蛊司 1蛊司=28.35克)。这个参数虽然简单易明,但亦容易被误解。道理很简单,当选定了塑料后,注塑商便可确定塑件的重量,因此,他们容易以此注射重量来选机。其实,注射重量的定义是指机器在对空注射条件下(没有注射进模具里),注射螺杆作一次最大注射行程时,注射装置所能到达的最大塑料注射重量;该参数在一定程度上反映了注塑机的加工能力;它可以测量出来的也可以从理论计算出来的(理论值与实测值会有一定程度的差异)。

       测试所用的胶料通常是比重1.05的一般PS硬胶,当塑件的塑料有别于PS时,规格上的注射重量要经以下换算后才可使用。非PS塑料的注塑重量= Wx × Vx/1.05,(Vx =塑料的比重 Wx =以PS计的注射重量。)
例如:赛钢的比重是1.42,它在一台注射重量(以PS算)227克的注塑机上
注塑。此机以赛钢的注射重量应为227g *1.42/1.05=307g克赛钢。

       现将常用塑料的比重(Vx)列于表2-3中。常用塑料密度(g/cm3)

塑料名称 密度 塑料名称 密度

硬聚氯乙烯(PVC)

1.35~1.45

高密度聚乙烯(HDPE)

0.94~0.965

改性有机玻璃(372)(PMMA)

1.18

聚乙烯(PE)

0.92

改性聚苯乙烯(204)(PS)

1.07

聚丙烯(PP)

0.9~0.92

超高冲击型ABS

1.05

聚砜(PSF)

1.24

低温冲击型ABS

1.02

尼龙1010(未增强)(PA)

1.04~1.06

高强度中冲击型ABS

1.07

尼龙1010(玻璃纤维增强)(PA)

1.23

耐热型ABS

1.06~1.08

尼龙66(PA)

1.14~1.15

聚苯醚(PPO)

1.06~1.07

聚碳酸酯(未增强)(PC)

1.20

聚甲醛(POM)

1.41

聚碳酸酯(增强)(PC)

1.4~1.42

聚对苯二甲酸乙醇(PET)

1.35

 

 

1.2注射量的确定一一首先计算制品的重量:W=制品重+浇口系统重量,式中:(W=注射所需的重量)。在本网站的产品样本上,所有实际注射量参数都是以聚苯乙烯作为例子来计算的,因此在实际情况中也分两种情况来考虑。当注塑制品是用聚苯乙烯(PS)制造时,注塑机应具备的注射量为Wps;Wps=(3~1.2)×(制品重+浇口系统总重),其中,当制品的品质要求较高,或周期较短时,上式中的系数应取大值,反之可取小值。当制品是其他塑料(命名为X塑料)要仿照上法,先计算出其应具有该种塑料的理论注塑量为Wx;Wx=(3~1.2)×(制品重+浇口系统总重);然后根据此塑料(X)的密度换算成PS材料的实际重量Wps,换算公式是:Wps=Wx × 1.05/Vx;根据计算结果Wps与产品样本对比,选用适合的注塑机。
举例说明:设一注塑制品用聚乙烯(PE)作,已计算出制品本身重185克,估计浇道系统重20克,用以上公式先计算出:Wx=1.2×(185+20)=246克 从手册或上表中查出PE料的比重为Vx=0.92 所以Wps=246×1.05/0.92=280.8克对照参数表,应选购海天的HTF160W2-B型或以上注塑机为好。

1.3注射重量与注射容量的关系一一注射重量并非注射容量乘以PS的比重:注射重量是测量出来的而注射容量是理论性的。注射容量乘以PS的比重较注射重量为大,因为注塑时塑料会流入料筒与螺杆的空隙裏。还有,止回阀需往後移动才抵达关闭的位置。所以厂商一般用注射容量作计算注射重量的起点,理论的注射重量= 注射容量×原料的熔融密度×注射效率系数(一般取0.86)

1.4选择一台足够注射重量的注塑机一不应选择注射重量刚好等於塑件重量加流道塑料重量的注塑机。在要求不高的注塑中,如玩具人像:总重量应是注射重量的85%;在要求高的注塑中;则用70%以下较好。(塑化较均匀,较不会有生料)
P 02
1.5 注射重量过高或太小都不好:塑件及流道塑料的总重量一般是注射重量的30%到85%之间。下限是由於下以三种考虑:模板的弯曲;塑料在料筒的驻留时间及每公斤注塑件的耗电量。小的注塑件使用小的模具会使模板有过份的弯曲,使他挠起(影响产品品质),甚至使模板破裂。用过大的注塑机注塑小的塑件,熔融驻留时间太长会引致塑料分解。
       在料筒的驻留时间可以引用以下公式估计。 在料筒的驻留时间=(料筒内塑料重量x注塑周期时间/每模注射重量。料筒内的塑料重量大约是注射容量的2倍估计。
       例如:比重1.38的硬性聚氯乙烯(UPVC)在一台螺杆直径55毫米,注射行程250毫米,注射重量(以PS表徵)570克的注塑机上注塑。注塑周期是35秒,每模塑料重量是340克。驻留时间有多长?以两倍注射容量估计料筒内的熔融容量= 2 * 3。1416 x 5.5 x 5.5x25/4=1188厘米3。或是直接以机器的注射容量 x 2倍,(570 x 2 = 1140)在料筒驻留时间1188×1.38×35/340=168秒。(相当于5模的时间)如果换成50mm的螺杆,则驻留时间为470 x 2 x 1.38 x 35/340 = 133 秒。另外,停留时间太短会造成原料塑化不良,也是不好的。原则上, 每分钟的用料量 相当或接近于 注射容量是较理想的。使用一模多腔或加大模具尺寸可解决用大机注塑小塑件的一些问题。降低料筒温度也可舒缓因驻留时间长导致的分解。
       以上的说明,主要在强调注塑机容量大小的选择,要考虑的因素与材料别,周期,质量要求等有关系,在选择时,需要做整体考量。

1.7 螺杆直径:在一台机器的注射装置上,很多厂商都提供多种螺杆直径可选。螺杆直径直接影响长径比,注射压力,及注射容量 (因此也影响注射重量)。

1.8长径比:螺杆有效长度与螺杆直径之比为螺杆长径比。
       若注塑机有可选的螺杆,螺杆长径比是选择过程的一个重要参数。一个22:1或更大的长径比提供在螺杆的压缩区较佳的混和及较均匀的加热。要求高的注塑件,如注塑工程塑料,或在0.01毫米公差内高精度的注塑,都该选大的长径比。在给定的螺杆长度,较大的长径比等于较小的螺杆直径。因此注射压力增加,而注射容量及注射重量降低。
       20:1的长径比属中等,适合一般要求的注塑;而18:1或更小的长径比适用於要求不高的注塑而较大的注射重量是更重要的。此时注射压力不高。
       当螺杆直径一定时,大的长径比相应可增加螺杆各段的长度,提高塑化质量,长径比过大,螺杆长度较长,增加了螺杆自重,使螺杆前部下垂而造成螺杆与机筒间隙的不均匀、甚至在螺杆转动时与机筒刮磨,降低其使用寿命。(理论上是这样,但由材料及工艺可克服)长径比的大小同时会与使用的原料有关系,一般高黏度类、热敏性类等原料不建议使用大的长径比,一般取到22:1以下,例如PVC、PC、PMMA,及阻燃性材料等;而对低黏度类的原料同时有混色要求的,建议取大的长径比,同时螺杆结构上可以考虑增加阻碍流动的装置。
每分种所需的材料量大,而注塑机容量小时,也可用大的长径比来提高塑化能力。
       某些原料不允许压缩比太大,(压缩比越大,剪切力就越大)也需用大的长径比来克服。
       例如PET,PBT等。

 1.9 注射压力:螺杆为了克服溶料流经喷嘴、浇道和模腔等处的流动阻力而在溶料上施加压力;在注塑机规格表里的注射压力是注射时料筒前端的最高压力,而非油压的最高压力。注射压力与油压的关系是反比於螺杆横切面面积与注射缸面积之比。
       通常,注射压力是最高油压的10倍左右。若注射装置有螺杆可选,较小的螺杆直径产生较高的注射压力。
较高的注射压力有助於工程塑料的注塑。因为工程塑料粘度都较高,而粘度越高流动阻力就越大。对于某一种机型的一定螺杆,最大注射压力是一定的。 注射压力设定如果过高,制品可能产生毛边,脱模困难,影响制品的光洁度,制品产生较大内应力。
       注射压力过低,则易产生物料充填不满模腔,甚至不能成型。一般加工精度低,流动性好的低密度如聚乙烯、聚酰胺之类的塑料,注射压力可选小于或等于70-110Mpa:加工中等粘度的塑料如改性聚苯乙烯,聚碳酸酯等,形状一般但有一定的精度要求的制品,注射压力选100-160Mpa;加工高粘度工程塑料如聚砜、聚苯醚之类等,薄壁长流程,厚度不均和精度要求严格的制品,注射压力大约在140-200Mpa;加工优质精密微型制品时,注射压力可用到200-250Mpa以上。


表2-5列出了常用塑料注射压力范围。


塑料

易流动的厚壁制品

中等流动成动,一般制品

难流动,薄壁窄浇口制品

ABS

80-110

100-150

120-200

聚甲醛(POM)

85-100

100-130

120-200

聚乙烯(PP)

70-100

100-120

120-200

聚酰胺(PA)

90-110

110-140

>140

聚碳酸酯(PC)

100-120

120-150

>160

有机玻璃(PMMA、372)

100-120

120-150

>160

聚苯乙烯(PS)

80-100

100-120

120-200

硬聚氯乙烯(PVC、UPVC)

100-120

120-150

>160

热固性塑料(MF、PF、BMC)

100-140

140-175

175-230

弹性体(TPR、EVA)

80-100

100-120

120-160

       塑料供应商都在塑料规格表公布塑料可用的最高及最低注射压力。

2.0 注射行程:在给定的螺杆直径下,增加注射行程可以增加注射容量。但增加注射行程会增长注射时间,因此而增长注射周期。它亦降低有效螺杆长度,因此降低长径比。高长径比的优点便失去了。从长径比18:1的注塑机规格,统计显示注射行程约是螺杆直径的4倍。在长径比增大时,注射行程可以适当的加长。
一般注塑机的注射行程建议不能大于5.5D。选择注塑机时必须注意,以过大的注塑行程争取高的注射容量及重量其实是牺牲了注射时间及长径比,产品前后注射的质量差异大,塑料的塑化不完全(内有生料)。

2.1注射容积—注射容积是理论性的,它等於螺杆的横切面面积乘以注射行程。
注射容积(厘米3)=(d2/4) ×i;(d=螺杆直径等于料筒内孔直径,i=注射行程以厘米计算)。
由於溶融回流及止流阀的後移,实际注射容量约是理论的97%。从实际注射容量计算注射重量,应考虑塑料在固态与溶态的比容积变化。
一般情况下,实际重量为理论容积的85% X 比重(固态重量)
2.2注射速度:在注塑机规格表里,注射速度是注射时螺杆的最快速度,
它以厘米/秒计算。
       注射速度影响注射时间。注塑薄壁件时需要高的注射速度,以防止模腔未注满时,溶融已冷却凝固。通过控制压力油的流量,注塑机都可在注射时有多段注射速度。恒速前缘理论指出最优良的注塑是当溶融前端在模腔内以恒定的速度前进。
       因模腔的断面面积并不一致,注射时需要多段射速来能达到恒速前缘流动。有些注塑机有多达10段的射速。
有些注塑机可加蓄能器来加快注射速度。蓄能器在注射周期的低用油阶段储存高压的压力油,来给高用油的注射阶段使用。它均化电马达的负载及减低其过荷。虽然加大马达及油泵(有些注塑机厂商提供的替代装置)可以增加注射速度约25%,蓄能器一般能增加注射速度约3倍。
       注射速度越高,所需的液压系统控制能力就要越高,否则会造成失控或不稳定。
       一般来说,射速在150mm/S。以下的,可用一般开环控制。射速150mm/S 到200mm/S。以下,用方向比例闭环控制,200mm/S。以上用伺服阀控制较好。
       有些客户在选机器时,会要求多大的注射速度,但从本质上来说,真正需要的是注射速率,因为从注射充填来说,产品要的是多少时间内能完成充填。而在同样的注射速度下,螺杆越小,注射速率就越小,反之则越大。

2.3 注射速率:注射速率是指在单位时间内从喷嘴射出的溶料量(容积)。其计算值是机筒截面积与速度的乘积。
       有些注塑机厂商在规格表里不用注射速度而用注射速率。注射速率是螺杆在注射时每秒射出的最大容量·它以cm3/秒或以G/S计算。
       注射速率=注射速度×3.1416×(d/2)2×原料的熔融密度×注射效率系数(d=螺杆直径)

       注射速率低,溶料充模时间长,制品易残生冷接缝、前后密度不均、应力大等弊病。注射制品,同时高速注射时,可采用低温模具,缩短成型周期,在不形成过填充的条件下,高速注射也能使所需的合模力减少。但注射速度过高,溶料经浇口等处时,产生较大的剪切热,易形成不规则的流动、物料烧焦以及吸入气体和排气不良等现象,同时在一般开环控制下,高速注射也不能保证注射与保压稳定的切换,形成不稳定而使制品出现溢边或缺料。

       注射速率的最低要求是:在塑料通道未凝固前,充填完成。

2.4螺杆转速:螺杆转速是以转/分(rpm)表示的一个上下限。螺杆转速不及螺杆表面速度重要。两者与螺杆直径关连。螺杆表面速度(cm/min。)=3.1416×螺杆直径(cm)x螺杆转速(转/分)。
每种塑料都有它的推荐最高螺杆表面速度(线速度),不应超越。如硬性众氯乙烯叫PVC)的表面速度不应超过12 m/分种,聚丙烯PP可达60 m/min。,PC可允许30 m/min。
       例如:使用60毫米螺杆注塑硬性众氯乙烯(UPVC)时,最大的螺杆转速是多少?最大的螺杆转速=1200/(3.1416*6) = 64 rpm。
       加大螺杆转速可大幅度地提高生产效率,但也会加大溶料的剪切热,可能造成溶料过热。同时螺杆转动的提高要配合以大排量的液压泵及加大电机,对液压系统也要有通过流量变大的要求,大幅度提高整体的成本。(个别低粘度塑料可降低油压马达排量来提高转速)

2.5螺杆驱动马达扭力:带动螺杆旋转的油压马达有额定的扭力,在国际单位系统(S1)中足以牛顿米计算。它代表在指定的系统压力下所产生的最大扭距。黏度高的塑料需要高的扭力及低的转速,黏度低的塑料则相反。大螺杆较小螺杆需要更大扭力。使用比例压力阀来调整加料时的马达扭力至所需值。
在同一台注塑机上,配的是固定的液压马达,一般的设计惯例是低粘度材料,大小螺杆都有足够的扭力(PP,PS,PE等低粘度牌号),较高粘度的材料,A,B螺杆可适用(ABS,TPR等,某些高粘度材料,只适用A螺杆(PA,PC,PET,PMMA等)。另外,长径比越大,所需的扭力也越大。


2.6塑化能力:塑化能力是一台注塑机在最高螺杆转速及零背压下於单位时间内能够均匀地塑化或提升到均匀的溶化温度的一般硬胶(PS)重量。单位以克/秒,或 kg/ hr.表示.塑化能力(kg/hr.) = 1.29 × D2 × h1 × 密度×rpm × 60 ÷1000 ×效率D = 螺杆直径(cm), h1 = 计量段深度(cm),效率一般取 85%所以, PS以外的材料塑化能力,可依比重的不同来换算.塑化能力的大小与螺杆直径, 螺杆设计, 螺杆转速等有关系.机器上标示的塑化能力为最大值(PS),但因每种材料容许的线速度(螺杆转速)不等,所以每种材料的塑化能力也是不一样的.为了提高生产量,降低周期,塑化时间(储料)最好在冷却时间内完成. 而为了降低能耗,塑化时间不用比冷却时间短太多.如何取舍要依具体或大部份生产的产品而定.

3.1 锁模力:(又称合模力)市面上注塑机的重要参数,即注塑机施加于模具的夹紧力。
锁模力与注射量一样,在一定程度上反映了机器加工制品的能力的大小;并用来作为表示机器规格的大小的主要参数;现在大多数注塑机厂家都以锁模力(吨)来作为机器型号命名。
机器在选型时应尽量使用在最大锁模力以下的数值。足够的锁模力与模腔的投影面积成正比,模腔投影面积是模腔投影在模具分离面的面积。需要注意的是:锁模力不足,会使制品在生产过程中产生飞边(披锋)或不能成型;而如果锁模力太大,造成系统资源的浪费,如果合模力及模板远大于模具所需,会使模板变型量加大,而使机器及模具寿命降低。一般合模力的标示,用公吨(等於1000公斤)或千牛力来表示,1公吨约等于10千牛。
锁模力的估计有以下几种方法。
一、根据注塑制品在模板(头板或二板)上的垂直投影面积,计算锁模力F:
锁模力(吨)=模内压力(kg/cm2)X制品的投影面积(cm2)÷1000
即 F=P X.S
式中 F= 锁模力(t) S-制品在模板的垂直投影面积(cm2) P-模内压力(kg/cm2)
P值列于下表中参考(模内压力)(单位:kg/cm2)


塑料名称

一般制品

薄壁,精密,高质量

超薄(0.6以下)高流长比

PS,PE,PP,ABS
PET。

150

200 ~ 300

500 ~ 1000

PA,POM,PBT

200

200 ~ 300

 

PC,PMMA,

300

300以上

600以上

举例说明:
       设某一普通制品在头板或二板垂直方向上的投影面积为410cm2,制品材料为PE,计算需要的锁模力。
由以上公式计算如下式:F=P.S=150X410÷1000=61.5(吨)对照海天公司的机型表,应选用我公司60吨注塑机即HTF60W。(较低配置)

       合理的合模力选择,在上列的计算方式算好后,再除以0.8的安全系数较理想。
例如:要注塑一直径79毫米的一般硬胶杯,此杯壁厚为0.6mm。求足够的锁模力。
杯(及流道)的投影面积是3.1416×7.9×7.9/4=49厘米2。此杯属薄壁的范畴,保守的锁模力是49 X 500 ÷1000 ÷0.8 = 30.6吨。
三、在估计中考虑流程及壁厚是个较准确的方法。流程是溶料从浇口流至模腔最远一点的长度o(参阅图1)。若注塑件的壁厚大小不一,取其最小作壁厚。
       例如:同一硬胶杯的流程是104毫米。求一较准确的锁模力。流程壁厚比=104/0.6=173。从图2,壁厚0.6毫米处模腔压力是550巴。
       锁模力= 550×1.02×49÷1000 ÷0.8 = 34.5 吨


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       以上的估计没有考虑黏度。但估计仍然正确,因一般硬胶的黏度因子是1.0。
       例如:同一胶杯现用超不碎胶(ABS)注塑,求所需的锁模力。使用黏度因子1.5,所需锁模力=1.5×34.5顿= 52吨。
四、较准确的锁模力估计是设计模具时由电脑模拟计出的锁模力。


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3.2
开模行程一开模行程是移动模板从合模到开模的位移距离。开模行程断定了注塑件的最大高度H。其关系是:开模行程≥2H+水口长度L。如使用热流道系统时L=0。以上的不等式提供空位给地心吸力、机械手或人手将注塑件拿走。


 

根据以上内容,就基本可以选择出正确的注塑机了。目前在国内90吨锁模力的注塑机通常在10-12万左右,再根据这个价格折旧,加上电费消耗、人工、厂房、管理费用就可以算出注塑机每小时的成本了,通常目前90T在业内的成本为40-45元/小时。




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