注塑机螺杆设计依据3

注螺杆设计规范

1 目的：指导注塑机螺杆及熔胶筒的规范设计。

2 适用范围：本标准适用于注塑机螺杆和熔胶筒的开发设计计算。 3 具体内容： 3.1 螺杆结构：

螺杆是螺杆式注射装置塑化部件中的重要零件。从塑料进入熔胶筒塑化过程来看，经过了固体加料和输送、压实和熔融、进一步塑化和均匀化并计量三个过程。因此通常将螺杆设计成加料段、压缩段、均化段等三段。

为适应加工塑料性能方面（如软化温度范围、硬度、粘度、摩擦系数、比热、热稳定性、导热性等）的不同要求，通常将螺杆设计成渐变型、突变型和通用型三种螺杆，它们主要在分段和螺槽深度上有所不同。

3.1.1、渐变型螺杆：即长压缩段的螺杆。特征是塑化时能量转换较缓和，主要用于加工硬聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、ABS等塑料（具有宽的软化温度范围，高粘度非结晶型塑料）。

3.1.2、突变型螺杆：即短压缩段的螺杆。特征是塑化时能量转换较剧烈。主要用于加工聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、尼龙、含氟塑料等（结晶型塑料）。

? 突变型螺杆设计的出发点：认为塑料是在短压缩区内实现全部状态的转变。 ? 根据熔融理论和塑料在螺槽内的实际熔融过程，是一个逐渐熔融的过程，而且

从工艺上也很难准确控制塑料在突变区内实现状态全部转变的位置点。

3.1.3、通用型螺杆：注塑机在实际生产过程中，经常需要更换塑料品种，拆换螺杆比较频繁，且比较费力和影响生产。因此在实际使用过程中，一般不经常更换螺杆，而通过调整工艺参数（温度、螺杆转速、背压等）的办法，来满足不同塑料制品的加工要求，为此设计了一种通用型螺杆，其特征是压缩段的长度介于渐变型螺杆和突变型螺杆之间，约4～5个螺距。

? 这样的分段，既考虑到一些非结晶型塑料，经受不了突变螺杆在压缩段高的剪

切塑化作用；同时又注意到一些结晶型塑料未经足够的预热是不能软化熔融和难以压缩的特点。

? 但是应当强调指出，这种适应性较强的通用型螺杆绝非是“万能”螺杆，所谓

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注

通用是相对而言。

螺杆设计规范

上述三种螺杆的分段范围见下表： 螺杆类型 渐变型 突变型 通用型 加料段 ～40% 65～70% 50～60% 压缩段 ～40% 1～1.5Ds 20～30% 均化段 ～20% 20～25% 20～30% 注：本表为L/Ds=15～20范围内的分段情况。

3.2 螺杆参数

3.2.1、螺杆直径（Ds）和行程（S）

往复螺杆式的螺杆直径设计依据：应从保证注射量和塑化能力这两个条件确定。从满足注射量要求而计算出的螺杆直径，一般也能满足对塑化能力的要求。

? 螺杆直径可先由下式计算出后，再校核其塑化能力。 Ds=

4Vc34Vc= ?S?k式中：Vc— 注塑机理论注射容积

S — 注射行程（cm），S=kDs

k — 螺杆行程与直径的比值，常取3～4，最大可到5左右，视螺杆性能而

定。

? 螺杆塑化能力

G=

122

?Ds nh3Sin?cos??? 2式中：n — 螺杆转速

h3— 均化段槽深

? — 塑料密度

? — 效率

? — 螺杆的螺旋升角

? 影响塑化效果和塑化能力的主要因素除了成型物料本身的特性外，还与熔胶筒

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注螺杆设计规范

结构、熔胶筒的加热温度、螺杆转速、螺杆行程（或均化段长度等）、螺杆几何参数以及熔体对螺杆产生的背压等因素有关。

3.2.2、螺杆的长径比：

? 长径比大的螺杆，可以得到低温均质的熔体和稳定的挤出以及高的塑化能力。 ? 注射螺杆仅作预塑用，塑化时出料的稳定性对塑料制品质量的影响甚小，并且

塑料塑化时所经过的时温历程要比挤出螺杆要长。

? 注射螺杆的长径比，一般在18～22之间，长的很少超过24（排气等特殊螺杆

例外）。

? 从设计制造和使用角度来看，也是希望用效果相近而长度较短的螺杆。因为这

样，对螺杆熔胶筒的制造、缩短机身长度、减轻机器重量以及对熔胶筒清理方面都会带来好处。

? 为了确保所需的塑化能力和质量，对于一般结构的螺杆，其长度也不宜过短。 3.2.3、螺槽深度（h3）和螺杆压缩比（i）

均化段的螺槽深度是螺杆性能的重要参数之一。它是由加工塑料的比热容、导热性、稳定性、粘度以及塑化时的压力等因素所定。例如：聚酰胺类塑料适宜用较浅的螺槽；而聚氯乙烯类塑料用较深螺槽为好。

螺槽深度主要涉及到以下几个方面的问题：

1、螺槽浅，剪切热大，从而螺杆消耗的功率也大。对注射螺杆而言，提供塑料熔化的热量，由外加热系统供给的占有一定的比例，同时在注塑机的熔胶筒上一般不设冷却温控系统。因此，对于一般注射螺杆，从塑料在螺杆内实际受热过程和稳定温度条件的需要出发，是无需强剪切的作用。

2、具有浅螺槽和长均化段的螺杆，在工作时有良好的稳定性，注射螺杆的出料方式是借助油缸的推力，通过螺杆将熔料注出，注射时的熔料回泄，是由螺杆头部止逆结构来阻止，使螺杆塑化和注射出料之间无直接的联系。因此，螺杆的螺槽深浅所显示出的螺杆塑化时出料稳定性问题，对注射螺杆一般无需去特别考虑。

3、在其它条件不变的情况下，螺杆塑化能力正比于螺槽深度，特别是注射螺杆在预塑时的熔料压力大约在3.5～10.5MPa，一般要比挤出螺杆低，因此，注射螺杆适当地加深螺槽深度，有利于提高塑化能力。

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注螺杆设计规范

结论：目前注射螺杆均化段的槽深， 要比同直径普通挤出螺杆要深15～20%，约为0.04～0.07Ds（小直径螺杆取大值）。对于通用型为0.05～0.07Ds；对于渐变型0.06～0.08Ds；对用于结晶型PA、PETP、POM等塑料深度可比通用型浅20%。大直径螺杆的螺槽深度，一般不宜超过5～6mm。

螺杆的压缩比（i）

? 小的压缩比有利于提高塑化能力，而剪切塑化效果则较差，对背压调节反映却

比较敏感。

? 注射螺杆常用压缩比：

① 对于非结晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺以及复合塑料等，一般为3.0～3.5；

② 对于较高粘度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯与ABS共混、高冲击聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸脂、有机玻璃，聚苯醚等，约为1.4～2.5。

③ 通用型螺杆可取2～2.8。 3.2.4、螺杆转速

? 螺杆转速指螺杆塑化成型物料时的旋转速度，它所产生的扭矩是塑化过程中向

前输送物料发生剪切、混合与均化的原动力，所以它影响注塑机塑化能力、塑化效果以及注射成型的重要参数。

? 螺杆转速还与背压密切相关，例如，增大背压提高塑化效果时，如果塑化能力

降低，则必须依靠提高螺杆转速的方法进补偿。

? 欲增大塑化能力而提高螺杆转速时，消耗的注塑机机械功率较大，但可以适当

地降低注塑机消耗在熔胶筒上的加热功率。

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? 部分塑料的背压和螺杆转速关系表： 塑料 硬聚氯乙烯 聚苯乙烯 背压/MPa 尽量小 3.4～10.3 螺杆转速/（r/min） 喷嘴类型 15～25 50～200 50 50～150 40～60 30～50 30～50 30～50 30～50 25～75 25～50 50～80 50～300 40～60 40～50 40～50 75～120 20～60 20～60 △ △ △ △ △ △ △ PA型 PA型 △ △ △ △ △ △ △ ABS型 △ △ 20%玻纤填充聚苯乙烯 3.4 聚丙烯 30%玻纤填充高密度聚乙烯 聚砜 聚碳酸酯 聚酰胺-66 玻纤增强聚酰胺-66 改性聚苯醚(PPO) 20%玻纤填充聚苯醚 可注射氟塑料 纤维素塑料 丙烯酸类塑料 25%玻纤增强聚甲醛 聚甲醛 3.4～6.9 3.4 0.34 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4～13.8 2.8～5.5 0.34 0.34 ABC通用级（高冲击） 3.4～6.9 热塑性聚酯 1.7 15%～30%玻纤填充热1.7 塑性聚酯 注：△表示通用型喷嘴。

? 螺杆转速也可按以下三种方式选择或控制： ① 对于高密度聚乙烯和聚丙烯 螺杆转速=

(0.5-0.6)注塑机额定塑化能力(聚苯乙烯)X选定的塑化能力

注塑机的额定螺杆转速② 根据物料在熔胶筒中允许的极限线速度确定螺杆转速（r/min）

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