豐鐵注塑機的注射行程與螺桿長度介紹

前言

　　注塑機的螺桿長度與注射行程，驟眼看起來是兩回事，其實兩者存在微妙的成品“質與量”的關系。文中推論出它們的比率是個質的尺度。

問題1

　　在比較注塑機規格時，會發覺兩臺相同螺桿直徑的注塑機，注射容量不相同。原因是它們的注射行程不相同。

注射行程大是優點嗎？為何另一臺注塑機的注射行程不設計大一點？

問題2

　　有客戶注塑成品時覺得不滿意，但轉用大一級注塑機后便滿意，原因何在？

問題3

　　課本推薦只用注射容量/重量的80%，何解？

長徑比

　　螺桿的長度，一般不用長度，而用相對于直徑的長度來衡量。這樣，不同直徑的螺桿亦可比較長度。這個長度叫長徑比，以L/D代表（L=Length, D=Diameter）。

　　螺桿長度當然只算有螺紋的部分。更準確的算法是算到料斗的中線，稱之為有效長度或有效長徑比。

　　一臺注塑機通常有三條螺桿可選，稱為A、B、C螺桿，直徑分別為小、中（標準）、大。它們的長徑比為22，20，18左右。

溫度不均

　　已塑化的塑料叫熔融，儲在螺桿的頂端，準備下次注射使用。理想的熔融是溫度均勻的。但事實并非如此。

　　由于加熱瓦不是360°包圍著料筒，而是有個缺口，環向溫度不均勻。加熱瓦的熱量由外傳內，加上熔融傳熱不良，徑向溫度不均勻。

　　塑化時，螺桿隨著后退。有效長度因此逐漸降低。加料行程（=注射行程）越大，有效長度變化越大，軸向的溫度亦越不均勻。
　　熟悉擠出機的讀者都知道擠出螺桿是不后退的。因此擠出的熔融是沒有軸向溫差的。若熔融溫度相差15℃，成品的外觀，機械性能等都不會均勻。多腔的模具更會產生腔與腔之間的成品差異，甚至一腔不滿，一腔飛邊，況且此情況沒有規律。

注射行程

　　較保守的設計，注射行程設計為B螺桿直徑的4倍。有效長徑比的變化亦因此為4。這樣的話，注射行程便是A螺桿直徑的4.4倍，亦是C螺桿直徑的3.7倍。徑向溫差以A螺桿大，C螺桿小。

增加長徑比

　　增加長徑比會降低軸向溫差。原因有二。

螺桿長了，塑料要多轉幾圈才跑到螺桿的末端。攪拌多了，溫度便更均勻。在注射行程不變的情況下，螺桿越長，“注射行程÷螺桿長度”下降，故軸向溫差亦下降。B螺桿若能有22的長徑比，當然比20的長徑比佳。

行程直徑比

　　與長徑比同出一轍，行程直徑比能使不同直徑的螺桿比較注射行程。行程直徑比以S/D代表，（S=Stroke, D=Diameter）。

行程長度比

　　從降低軸向溫差的觀點，行程要短，螺桿要長。故提議了行程長度比，以S/L代表。S/L越低，軸向溫差亦越低，故質越高。

　　注意，S/L=S/D÷L/D =行程直徑比÷長（度）（直）徑比

例子

　　以ME125及TME110注塑機為例，那一臺的B螺桿設計得更好？

　　ME125的注射行程是螺桿直徑的4.62倍，而TME110的則是4.07倍。在ME125，這個比率是長徑比的23.1%，但在TME110，則只是18.5%，就是有效長徑比分別會有23.1%及18.5%的變化。

　　若ME125的螺桿加長，使長徑比升為22，雖然S/D不變，但S/L下降到21%。

　　TME110的注射行程短，長徑比高，故S/L低，是三者中較好的設計。

答案1

　　大的注射行程便有大的注射容量/重量，但軸向溫差亦大。設計短的注射行程便限制了軸向溫差。

答案2

　　用大一級注塑機時，所需的注射行程降低，軸向溫差亦降低。

答案3

　　只用注射行程的80%，軸向溫差便降低。

重量不重質

　　注射行程大及或螺桿長徑比短的設計，注射重量會大，但熔融軸向溫度不均勻，只適合要求不高的單腔制品用。

重質不重量

　　限制了注射行程及或螺桿長徑比大的設計，保障了多腔制品的質量。TME系列注塑機的設計，B螺桿設計為L/D=22，S/D=4，故S/L=18.2%，是個重質設計。

S/L守恒

一臺注塑機的A、B、C螺桿，通常設計為不同的L/D，如分別為22、20、18。這種設計的S/L，三條螺桿是相同的。

　　以S/L量質的話，三條螺桿的質量是相同的。

重溫問題3

　　課本推薦只用注射行程的80%，對S/L守恒的螺桿設計，三條螺桿都適用。取以上例子，三條螺桿的S/L×80%都是14.8%。

S/L不守恒

　　亦有注塑機的A、B、C螺桿設計為相同的L/D，如都是20。這種設計的S/L，以C螺桿低，質亦是好

國際標準型號

　　注射裝置的國際標準型號，有一個算法是注射力×注射行程。在同樣的注射力下，注射行程大，國際標準型號便高。國際標準型號只是個量的指標，沒有顯示質出來。

重視直徑

　　在足夠注射壓力的情況下，比較兩臺注塑機的螺桿直徑勝于比較它們的注射容量/重量。簡單地說，只用一個參數來衡量注塑機的(注塑裝置)大小時，直徑比注射容量可靠。有個別注塑機廠商更用螺桿直徑作為注塑機的型號。

PET瓶坯專用機，重質又重量

　　由于PET瓶坯模具要多腔才能符合經濟效益，加上PET瓶坯是厚壁（約3mm）產品，故此注射壓力不需大，但注射容量/重量則要大。因此，PET瓶坯專用機的螺桿都是大直徑的。

　　為了提高質量，螺桿的長徑比有設計為26的。注射行程用直徑的3倍。故長徑比只有3/26=11.5%變動。

選機標準

　　S/L作為一個質的尺度，可以用來作選擇注塑機的標準。以下比較一臺PET瓶坯專用機及一臺使用C螺桿的通用注塑機的S/L。

　由于C螺桿的長徑比短而注射行程長，專用機的S/L相對較低，故質較高。相反，由于直徑相同，但通用機的行程長，通用機的量較高。

相同“質”的“量”

　　如通用機的“質”要與專用機的“質”相同，便要限制注射行程，來提高S/L。這時候的“量”還剩下多少呢？

　　要S/L=13.9%，通用機的注射行程便要是13.9%×L=13.9%×60×18=150 mm。

　　相同“質”的通用機，“量”比專用機的小。

　　反過來看，與通用機的注射行程限在80%時的“質”相同，專用機的注射行程應限制在多少%呢？

　　通用機的S/L×80%=230/（60×18）×80%=17.0%。由于專用機的S/L已是低至13.9%，故不用限制！

　　從上表得出，專用機的“質”與“量”都有比通用機高。

總結

　　在相同的螺桿直徑下，注射行程越長，“量”便越大，但“質”便越小。

在相同的情況下，螺桿越長，“質”越高。

　　注射長度比S/L是個“質”的指標。其值越小，成品的“質”越高。