射出加工螺杆技术数据

■ 型创科技/ 刘文斌 技术总监

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决定射出加工机台需求

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)

螺杆塑化的剪切速率的定意是指在加热料管中的塑料， 经螺杆转动塑化过程中，其在料管管壁上的表面速度除 以螺管螺牙沟槽的深度，此剪切速率的数值可以表示为 ft/min. 此剪切诉率的计算公式可以下式来表示： SR = (D x N) / h, 式中 SR = 剪切速率(Shear Rate) D =螺杆φ(screw diameter) N = 螺杆转速(rate of screw rotation) h = 螺杆沟槽深度(depth of channel)
一般塑料的平均剪切速率(shearrate)值约为150ft/min (ab.760mm/s)，但是每种塑料都有一个特定的最大剪 切速率容许参考值，一旦作用在塑料上的剪切速率超过 此最大值，塑料就会比较容易产生裂化现象。例如对 于热较敏感的PVC材料，其最大可容许的剪切速率值就较低，约为 100ft/min(ab.500mm/s)，而对热不敏 感的塑料其最大可容许的剪切速率值约可达到175ft/ min(ab.890mm/s)或更高。
剪切速率数值对塑料的影响，可以直接反应在材料 塑化时螺杆转动的可允许转速上。例如：一支标准 2inch( 约 φ50mm) 的螺杆，当用来加工一平均剪 切速率为 150ft/min(ab.760mm/s) 的塑料时，则可 以利用上述公式来计算出，最大的螺管转动速率为 230RPM。如果螺杆转速高于此计算值，塑料就容易 造成会有过度剪切(overshearing)的现象，塑料也比 较容易发生劣化。

 

螺杆出料量(ScrewOutput)

射出加工机台可加工塑化的材料量值可以单位时间 多少塑料重量值来表示，例如lbs./hr.或Kg/hr，此 射出机台的可加工塑化量，是取决于射出机台可驱 动螺杆转动的马达输出马力值大小来决定。例如一 根 2inch( 约 φ50mm)φ 的射出螺杆，通常可抵档的 最高马力值约为15马力(horsepower)，一旦超过此 安全马力值螺杆就容易有断裂的危险。另外例如一 根 4.5inch( 约 φ115mm)φ 的射出螺杆，则通常可以 耐到150马力而不会有断裂危险。螺杆的可塑化量(screwoutput)的概略估算方法是当每增加一马力动 力时，可成形塑化材料则可增加约5到15lb/hr(约 2.3~6.8Kg/hr)。所以以一台15马力的2inchφ螺杆射 出机而言，其可塑化的射出量约为75到225lb/hr(约 35~102Kg/hr)的范围。而实际可塑化量将会与材料种 类的黏度有关，同时塑料黏度性质也会影响到作用的 剪切速率。

 

射出压力(InjectionPressure)

一般的往复式螺杆射出机通常可以在加热料管中产生 出约20,000psi(约140MPa)的射出压力，此射出压力 可以推挤使管中的熔融塑料，使其通过料管前端的喷 嘴(nozzle )而进入射出模具的模穴(cavity)内。在射出加工制程中，一般的射出成形条件设定都是尽 量使用最大的射出压力值，以及最快的射出速度值， 来使射出加工是在最短的时间内完成，也就是成型周 期时间越短。针对不同塑料与不同设计形式的产品， 在射出充填时射出压力值会依照流动的最高需求压力 值来驱动。大部份射出件在充填阶段的起始射出压力 值约在 6,000psi( 约 40MPa) 到 8,000psi( 约 55MPa) 范围，之后再依照不同产品的成形周期性与质量需求 来增减后段的压力变化。

 

射出螺杆的长径比(L/DRatio)

射出螺管要能建立起可适用的射出压力条件，其中一 项重要的设计参数则是螺杆的长径比(L/D)。所谓螺杆 长径比就是指射出螺杆的长度除以螺杆外径的比值。 参考下列射出螺杆的图示，螺杆的长度是指有螺牙区 域的总长度，而螺杆直径φ则是指螺牙的最大外径。 一般射出螺管的L/D最小值约为20:1，最常见的射出 螺管长径比(L/D)值约为24:1。
上图中射出螺杆长度尺寸符号”L”式表示螺杆上有螺 牙部份的全部长度，而螺杆直径φ尺寸符号”D”则 是表示螺杆螺牙牙峰外径的最大尺寸，以一般泛用型 射出螺杆的设计，螺牙旋转一圈的径向长度约等于螺 杆的外径”D”，所以以L/D=20的螺杆长度就约等 于螺杆外径D的20倍。因此一支2.5inchφ的射出螺 杆，其螺杆有螺牙部份的螺杆长度至少为50inch(L/D 至少为20:1)；较大L/D比值的螺杆会有较佳的塑化效 果，一般较常见的射出螺杆其L/D比值会到24倍， 所以 2.5inchφ 长径比 (L/D) 等于 24 倍的射出螺杆， 其螺杆长度就等于60inch。然而长度较长的螺杆对于 材料的塑化将会有较高的剪切作用。■

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