本發(fā)明涉及成型設(shè)備，尤其涉及一種射出成型機(jī)及其注射螺桿。

背景技術(shù)：

目前，常用的注射螺桿為傳統(tǒng)的三段式單螺紋螺桿，通用型變距螺桿，屏障型高混煉螺桿，分離型雙螺紋螺桿。

如圖1所示，其為傳統(tǒng)的三段式單螺紋螺桿。該三段式單螺紋螺桿包括螺紋部分和聯(lián)接部分，螺紋部分包括進(jìn)料段L1＇、壓縮段L2＇和均化段L3＇。進(jìn)料段L1＇由深為H11的平直牙底外螺紋構(gòu)成，壓縮段L2由傾斜牙底的外螺紋構(gòu)成，均化段L3＇由深為H12的平直牙底外螺紋構(gòu)成。其工作原理是：塑料原料通過(guò)料筒入口進(jìn)入進(jìn)料段L1＇，螺桿受馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使原料由螺旋輸送。輸送過(guò)程中受料筒壁預(yù)熱，經(jīng)壓縮段L2＇因牙底變淺影響而受到強(qiáng)烈擠壓塑化(注：不同的塑料受到不同的壓縮比限制，壓縮比等于H11/H12)。塑化的塑料熔體進(jìn)入均化段進(jìn)一步熔融。為了保證產(chǎn)量需要增大H12和縮短均化段L3＇，這往往導(dǎo)致熔融塑化不徹底而含有未熔融的固相，削弱了均化段的職能。尤其在螺桿提高轉(zhuǎn)速之后更加明顯。為了充份熔融和提高混合效果，必須減小H12和增大均化段L3＇，但其結(jié)果剪切速率增大，熔體溫升提高，產(chǎn)量減小和能量消耗增大。高溫的熔體對(duì)于熱敏性塑料有可能造成熱分解。所以傳統(tǒng)的三段式單螺紋螺桿，塑化效果較差，為提高塑化效果會(huì)劇烈降低塑化效率。

如圖2所示為通用型變距螺桿。變距螺桿在壓縮段L2＇起始和收尾采用了螺紋牙變距結(jié)構(gòu)，包括第一牙距變化段L21＇和第二牙距變化段L22＇。這種螺桿均化段L3＇牙距以熔體輸送最佳升角(接近30°)確定，通常是進(jìn)料段L1＇牙距的1.5倍。變化的牙距解決了兩個(gè)問(wèn)題：相同的壓縮比可以把均化段L3＇深度做小，增大剪切提高塑化效果，同時(shí)把進(jìn)料段L1＇深度H11做大，能提高塑化效率；當(dāng)熔料自進(jìn)料段L1＇末進(jìn)入壓縮段，受變距作用會(huì)減小壓縮比例，使熔料有一個(gè)平緩的壓縮切換點(diǎn)，壓縮過(guò)程也可以通過(guò)變距平緩吸收剪切熱能，防止溫升。所以變距螺桿比傳統(tǒng)螺桿提高了塑化效果的 同時(shí)也可以提高塑化效率。但變距螺桿減小了均化段的有效牙數(shù)，實(shí)踐中對(duì)一些難熔或混色要求較高生產(chǎn)情況不能滿足。

如圖3所示，其為屏障型高混煉螺桿。該屏障型高混煉螺桿與傳統(tǒng)的三段式單螺紋螺桿相比，多了一個(gè)屏障段L4＇。在L4的外徑上交替開(kāi)出數(shù)量相等的進(jìn)、出料槽。按螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向，進(jìn)入出料槽前面的凸棱比螺桿外半徑小一徑向間隙值，這是每一對(duì)進(jìn)、出料槽的唯一通道。這條凸棱稱為屏障棱。當(dāng)物料從壓縮段進(jìn)入均化段后，含有未熔融固體顆粒的熔料流到達(dá)屏障型混煉段時(shí)，被分成若干股料流進(jìn)入屏障段的進(jìn)料槽，熔料和粒度小于屏障間隙的固態(tài)小顆粒料越過(guò)屏障棱進(jìn)入出料槽。未塑化的小顆粒料在屏障間隙受到了剪切作用，大量的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽剐☆w粒料熔融。屏障型螺桿解決了普通螺桿塑化品質(zhì)難提高的問(wèn)題，其熔體溫度相對(duì)均勻，相同產(chǎn)量下熔體質(zhì)量高。但是屏障型螺桿產(chǎn)量與屏障間隙值的3次方成正比，因此小的屏障間隙值也使螺桿產(chǎn)量降低。

如圖4所示為屏障螺桿的一個(gè)變種，屏障段L4為三角槽型的混煉段，進(jìn)料槽寬度從寬變窄，出料槽從窄變寬。對(duì)進(jìn)入的物料起壓縮作用，越過(guò)屏障棱之后起膨脹作用，有利于混合和塑化。此變種還增加了由螺旋短齒構(gòu)成的混合段。這種屏障螺桿不僅提高了熔融品質(zhì)，還提高了對(duì)色粉的混合能力。但是這種螺桿也受屏障間隙值限制，產(chǎn)量相對(duì)受限。

如圖5所示為屏障螺桿的另一個(gè)變種，在傳統(tǒng)三段式螺桿均化段L3增加了一段副螺紋，副螺紋與主螺紋有屏障間隙，作用及優(yōu)缺點(diǎn)與進(jìn)、出料槽屏障相同。

如圖6所示為目前應(yīng)用廣泛的分離型雙螺紋螺桿。雙螺紋螺桿主要在壓縮段自進(jìn)料段L1＇末設(shè)置一條起屏障作用的副螺紋，將熔融段的螺槽分開(kāi)為固相槽和液相槽。設(shè)置的副螺紋外徑小于主螺紋，副螺紋與料筒內(nèi)壁有間隙。當(dāng)進(jìn)料段L1＇末端的料筒內(nèi)壁開(kāi)始出現(xiàn)熔膜，螺棱推進(jìn)面也開(kāi)始出現(xiàn)熔料時(shí)，固體床迫使熔池中的熔料通過(guò)副螺紋頂端的間隙進(jìn)入液相槽。雙螺紋螺桿因?yàn)楣桃簝上喾珠_(kāi)，已熔融的熔體及時(shí)從固相槽通過(guò)副螺棱間隙流入液相槽，新熔化的熔體和未完全塑化的小顆粒在副螺棱間隙中受到剪切作用而塑化。固相槽末端被封死，液相槽中沒(méi)有殘留固相，因而塑化品質(zhì)比普通螺桿高、穩(wěn)定。但是雙螺紋螺桿固相槽的寬度越來(lái)越窄，固相與料筒壁接觸面 越來(lái)越來(lái)越小，即熱交換面積越來(lái)越小，不利于熔融；而液相槽的寬度越來(lái)越寬，熔料反而與機(jī)筒內(nèi)壁的熱交換面積越來(lái)越大，不利于降低熔料溫度。所以一些對(duì)溫度敏感材料如PC、PVC等適用性不好。

以上六種不同結(jié)構(gòu)的注射螺桿，雖然可以在提高塑化品質(zhì)或者提高塑化效率或者提高混合能力方面有片面的優(yōu)勢(shì)，但均未完整、很好地解決生產(chǎn)效率、剪切塑化效果、混色能力、防止溫升缺陷的綜合特性優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種射出成型機(jī)及其注射螺桿，解決現(xiàn)有技術(shù)中因傳統(tǒng)的單螺紋注射螺桿及常用的幾款或變距或屏障或分離型螺桿不能完整解決生產(chǎn)效率、塑化效果及溫升等性能，以及不能獲得優(yōu)良綜合性能的問(wèn)題，使得本發(fā)明射出成形機(jī)的注射螺桿具有更廣泛的適應(yīng)性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種注射螺桿，用以將塑料在射出成型機(jī)中塑化為熔體的部件，所述注射螺桿包括相互連接的螺紋部分和聯(lián)接部分，所述螺紋部分上設(shè)有外螺紋，所述螺紋部分上的外螺紋牙距和外螺紋牙寬保持不變，所述螺紋部分沿所述外螺紋螺旋方向依次包括進(jìn)料段、壓縮段和均化段，所述均化段上的外螺紋槽設(shè)有一雙螺旋結(jié)構(gòu)，所述雙螺旋結(jié)構(gòu)由螺旋槽和螺旋波峰組成，其中，所述螺旋波峰由所述螺旋槽切割所述外螺紋槽的底面形成。

進(jìn)一步地，所述螺旋槽的寬度為所述螺桿直徑的0.5～0.7倍。

進(jìn)一步地，所述螺旋波峰的導(dǎo)程大于所述螺桿直徑，所述螺旋槽的底側(cè)邊呈弧形圓角，所述螺旋槽的螺旋升角為30°±10°。

進(jìn)一步地，所述螺旋波峰的導(dǎo)程為所述螺桿直徑的1.814倍。

進(jìn)一步地，所述螺旋槽的深度符合公式：

其中，所述螺旋槽的深度為H₃₃，所述螺桿直徑為D。

所述螺旋波峰至所述外螺紋的牙頂距離符合公式：

其中，所述螺旋波峰至所述外螺紋的牙頂距離為H₃₂。

進(jìn)一步地，所述均化段的長(zhǎng)度為所述螺桿直徑的5～7倍，所述螺旋槽分布在所述均化段的長(zhǎng)度為所述螺桿直徑的4～6倍。

進(jìn)一步地，所述均化段的開(kāi)始端位置包括第一螺旋波峰漸變段，所述均 化段的結(jié)尾端位置包括第二螺旋波峰漸變段。

進(jìn)一步地，所述螺紋部分上的外螺紋牙距大致與螺桿直徑相等，所述螺紋部分上的外螺紋牙寬大致與所述螺桿直徑的0.1倍相等。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)料段的外螺紋牙底的深度保持不變。

本發(fā)明還提供一種射出成型機(jī)，包括如上所述的注射螺桿。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：本發(fā)明射出成型機(jī)的注射螺桿在熔膠時(shí)均化段的雙螺旋結(jié)構(gòu)不僅對(duì)塑膠熔體產(chǎn)生均勻混沌的混合，還能使熔體與料筒的熱交換更充份，產(chǎn)生均勻溫度的高質(zhì)熔體。通過(guò)合理確定螺旋波峰與料筒間隙，合理確定螺旋槽的深度和螺旋升角，可以實(shí)現(xiàn)以較低的剪切量，較高的塑化效率，充份塑化原料。防止熔膠過(guò)程中容易產(chǎn)生的溫度非受控升高、螺桿打滑、吃料慢等缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的三段式單螺紋普通螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的變距螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的屏障型高混煉螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是現(xiàn)有技術(shù)的屏障型高混煉螺桿一種變化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是現(xiàn)有技術(shù)的屏障型高混煉螺桿另一種變化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是現(xiàn)有技術(shù)的分離型雙螺紋螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明射出成型機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明射出成型機(jī)射膠部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例中注射螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例中射膠部件的剖視圖。

圖11是本發(fā)明實(shí)施例中注射螺桿分段及均化段沿柱面展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明實(shí)施例中注射螺桿各段深度變化示意圖。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：100、射出成型機(jī)；1、射膠部件；2、料管組；3、注射螺桿；4、螺桿頭；5、止逆環(huán)；6、止推墊圈；7、料筒；8、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；9、傳動(dòng)部件；10、聯(lián)接鍵；11、聯(lián)接槽；31、螺紋部分；32、聯(lián)接部分；311、外螺紋；312、進(jìn)料段；313、壓縮段；314、均化段；3141、螺旋槽；3142、螺旋波峰。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的原理和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參閱圖7至圖12，本發(fā)明提供一種射出成型機(jī)100，其包括一射膠部件1，該射膠部件1包括一料管組2，該料管組2包括一注射螺桿3，該注射螺桿3用以將塑料在射出成型機(jī)100中塑化為熔體。注射螺桿3的一端通過(guò)傳動(dòng)部件9與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8連接，另一端安裝有止逆閥三小件，止逆閥三小件包括螺桿頭4、止逆環(huán)5和止推墊圈6。

注射螺桿3包括相互連接的螺紋部分31和聯(lián)接部分32。該聯(lián)接部分32包括聯(lián)接鍵10、聯(lián)接槽11、軸頸(圖中未標(biāo)出)和定位安裝孔(圖中未標(biāo)出)。

螺紋部分31為注射螺桿3的主體部分，其上設(shè)有外螺紋311，外螺紋牙距P和外螺紋牙寬B保持不變，外螺紋311為右旋或左旋的螺紋，其中，外螺紋牙距P大致與螺桿直徑D相等，外螺紋牙寬B大致等于螺桿直徑的0.1倍。

螺紋部分31包括進(jìn)料段312、壓縮段313和均化段314。

進(jìn)料段長(zhǎng)度L1由注射螺桿長(zhǎng)徑比I決定。注射螺桿長(zhǎng)徑比I由射出成型機(jī)100的機(jī)器參數(shù)決定，通常注射螺桿長(zhǎng)徑比I在18～25范圍之間。進(jìn)料段長(zhǎng)度L1符合公式：L1＝(I-(11～13))×D。通常情況下，進(jìn)料段長(zhǎng)度L1在7～12倍螺桿直徑D之間，大長(zhǎng)徑比的注射螺桿的進(jìn)料段長(zhǎng)度L1取大值；小長(zhǎng)徑比的注射螺桿的進(jìn)料段長(zhǎng)度L1取小值。

進(jìn)料段312的外螺紋牙底的深度H₁保持不變。優(yōu)選地，進(jìn)料段312的外螺紋牙底呈平直牙底，即平面的牙底結(jié)構(gòu)。

對(duì)通用型注射螺桿，壓縮段長(zhǎng)度L2也是由注射螺桿的長(zhǎng)徑比I決定的，具體符合公式：L2＝(I-(5～7))×D-L1。

壓縮段313的外螺紋牙底的深度呈逐漸變淺的結(jié)構(gòu)，其中，壓縮段313的外螺紋牙底的初始深度與進(jìn)料段312的外螺紋牙底的深度H₁相同，壓縮段313的外螺紋牙底的結(jié)尾深度H₃符合公式：

$H_3\≈5\×\sqrt{\frac{D}{83}}$

其中，進(jìn)料段312的外螺紋牙底的深度H₁與壓縮段313的外螺紋牙底的 結(jié)尾深度H₃的比值為壓縮比i。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于通用型注射螺桿，壓縮比i大致等于2.5。

均化段長(zhǎng)度L3是螺桿直徑D的5～7倍，均化段314的起始端和末端的牙底深度與壓縮段313的外螺紋牙底的結(jié)尾深度H₃相同。均化段314的中部是大導(dǎo)程的雙螺旋結(jié)構(gòu)，該雙螺旋結(jié)構(gòu)由螺旋槽3141和螺旋波峰3142組成，本實(shí)施例中，螺旋槽3141為雙頭螺旋槽，螺旋波峰3142為雙螺旋波峰，螺旋槽3141被外螺紋牙分隔為多段。其中，螺旋波峰3142由螺旋槽3141切割外螺紋槽的底面形成。在本實(shí)施例中，螺旋槽3141起始于壓縮段313上的結(jié)尾位置，螺旋槽開(kāi)始段長(zhǎng)度L21大致為螺桿直徑D的0.25倍。螺旋槽3141的長(zhǎng)度為螺桿直徑D的4～6倍，螺旋槽3141的寬度W是螺桿直徑D的0.5～0.7倍。螺旋槽3141的深度H₃₃符合公式：

$H_{33}\≈9\×\sqrt{\frac{D}{150}}.$

螺旋波峰3142至外螺紋311的牙頂距離H₃₂符合公式：

$H_{32}=4\sqrt{\frac{D}{150}}.$

參見(jiàn)圖11，圖11是本發(fā)明實(shí)施例中注射螺桿分段及均化段沿柱面展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖。在均化段314展開(kāi)圖中，螺旋槽3141為沿圓周分布的雙頭螺旋，其分布位置決定了螺旋波峰寬度b大致等于螺桿直徑D的0.25～0.5倍。螺旋槽3141的螺旋升角為30°±10°，從熔體得到最大輸送能力考慮，螺旋槽3141的螺旋升角取30°。

進(jìn)一步地，均化段314的起始端位置包括第一螺旋波峰漸變段L34，均化段314的末端位置包括第二螺旋波峰漸變段L32，其中，第一螺旋波峰漸變段L34的波峰呈逐漸變高的結(jié)構(gòu)，第二螺旋波峰漸變段L32的波峰呈逐漸變低的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，均化段314的末端還包括一個(gè)結(jié)尾段L31，該結(jié)尾段L31上雙螺旋結(jié)構(gòu)已消失，且結(jié)尾段L31的牙底深度與壓縮段313的外螺紋牙底的結(jié)尾深度H₃相同。同樣地，螺旋槽3141的起始和收尾深度也是漸變的，螺旋槽3141底側(cè)邊呈弧形圓角，起到平滑過(guò)渡的作用。這種結(jié)構(gòu)有助于熔料順暢流動(dòng)與壓力傳遞，也提升塑化效率，防止熔體滯留降解。

請(qǐng)參見(jiàn)圖9和圖10，本發(fā)明實(shí)施例中的射出成型機(jī)100工作時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8經(jīng)傳動(dòng)部件9驅(qū)動(dòng)注射螺桿3旋轉(zhuǎn)，塑料原料自注射螺桿3的進(jìn)料段 312入外螺紋311的螺紋槽，受螺紋的旋轉(zhuǎn)輸送作用，向注射螺桿3的螺桿頭4移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，塑料原料受料管傳遞熱量預(yù)熱。塑料原料到達(dá)壓縮段313，受該段牙底深度的變化由壓縮段313的外螺紋牙底的初始深度H₁漸變?yōu)閴嚎s段313的外螺紋牙底的結(jié)尾深度H₃，及與料筒7的筒壁旋轉(zhuǎn)摩擦的影響，受到強(qiáng)列壓縮和剪切，釋放大量熱能，開(kāi)始熔化原料。原料經(jīng)壓縮段313轉(zhuǎn)化成粘度不均勻熔體，甚至高轉(zhuǎn)速下會(huì)有固相顆粒進(jìn)入均化段314。均化段螺旋槽對(duì)進(jìn)入均化段的熔體產(chǎn)生如下有益效果：

第一，是大導(dǎo)程螺旋槽以最優(yōu)的螺旋升角和較深的通道快速輸送熔體。

第二，是所有熔體必須越過(guò)螺旋波峰間隙H₃₂，獲得合適的剪切，熔化未熔固相顆粒。

第三，是越過(guò)螺旋波峰的熔體，再次進(jìn)入較深的螺旋槽，在螺旋槽內(nèi)產(chǎn)生沿深度方向的渦卷流。經(jīng)過(guò)幾段螺旋波峰和螺旋槽的反復(fù)，熔體與料筒壁的接觸換熱更充份和均勻，熔體也得到渾沌的混合，產(chǎn)生均勻溫度的高質(zhì)熔體。之后，高質(zhì)熔體經(jīng)過(guò)安裝于注射螺桿端部的止推墊圈、止逆環(huán)、螺桿頭三小件組成的閥門(mén)進(jìn)入料筒熔池，為下一次注射做好準(zhǔn)備。

此外，當(dāng)本發(fā)明射出成型機(jī)的注射螺桿專門(mén)應(yīng)用于某一類塑料時(shí)，可以調(diào)整螺旋波峰高度、螺旋波峰的寬度和均化段的長(zhǎng)度，使均化段提供最適于這一類塑料的剪切量和塑化效率。例如，當(dāng)作為尼龍專用注射螺桿時(shí)，可以將螺旋波峰高度做到近似屏障螺桿的屏障間隙值，以獲得充分的塑化效果。

本發(fā)明射出成型機(jī)及其注射螺桿具有如下技術(shù)效果：

1、通過(guò)在注射螺桿的均化段加設(shè)大導(dǎo)程螺旋槽以最優(yōu)的螺旋升角和較深的通道快速輸送熔體，減少熔膠駐留時(shí)間，提高塑化能力。

2、在均化段的螺旋波峰結(jié)構(gòu)，使所有熔體必須越過(guò)波峰間隙，獲得合適的剪切，充份熔化未熔固相顆粒。

3、在均化段有數(shù)段螺旋槽與螺旋波峰，越過(guò)螺旋波峰的熔體，再次進(jìn)入較深的螺旋槽，在螺旋槽內(nèi)產(chǎn)生沿深度方向的渦卷流。經(jīng)過(guò)幾段波峰螺槽反復(fù)，熔體與料筒壁的接觸換熱更充份和均勻，熔體也得到渾沌的混合，產(chǎn)生均勻溫度的高質(zhì)熔體。

4、能夠?qū)崿F(xiàn)塑化能力與熔體質(zhì)量雙提高，避免了傳統(tǒng)螺桿中塑化品質(zhì)、塑化效率與螺桿通用性三項(xiàng)指標(biāo)不可兼得的缺陷，有效克服熔膠過(guò)程中容易 產(chǎn)生的溫度非受控升高、螺桿打滑、吃料慢等缺點(diǎn)。

以上僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。