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器、云母加热器）电阻加热。这是因为它具有体积小、制造与维修方便等优点。为使机筒达到符合工艺要求的温度分布，需要对机筒的加热进行分段控制。控制段以3～5DS为一段，温控精度一般不超过5℃，对热敏性塑料最好不大于2℃。在压缩段处的控制段，应配置较大的加热功率。
为了保持良好的加料和输送条件，以及防止机筒热量传递到传动部分，所以在加料口处设置冷却套（槽）却是必须的。
机筒的加热功率，除了要考虑满足塑料塑化时所需的热量外，还要保证有足够快的升温速度机器加热升温时间，对小型机器不超过半小时，大、中型机器约为1小时左右。否则，过长的升温时间，将会影响到机器的生产率。根据对升温时间的要求，加热功率计算方法主要有如下几种：
（a）按被加热体升温时间计算
如加热升温时间定为一小时，所需加热功率即可按下式计算
NH?GC(T2?T1) （3-8）
860?式中 NH——加热功率（千瓦）
C——被加热件的材料比热（千卡/公斤℃） G——被加热体的重量（公斤）
T1、T2——升温前和升温后的温度（℃） ?——效率，一般取为0.5
如升温时间为半小时，则应将上式计算结果加大一倍。
（b）按机筒表面积配置加热功率
NH=q?D0(l?2Di) （3-9） 式中
NH——加热功率（瓦） l——螺杆的螺纹长度（厘米） Di——机筒内径（厘米） D0——机筒外径（厘米）
q——单位表面积上所配置的加热功率，考虑到加热器的使用寿命，可取2.5～3瓦/厘米2，最大不超过4瓦/厘米2 （3）机筒的壁厚
影响机筒壁厚的因素是多方面的，除满足强度要求外，还要充分注意到本身结构及其对成型工艺条件所带来的影响。例如，过薄的机筒虽然温升快、重量轻，但因热容量小，故难于取得稳定的温度条件。反之，厚的机筒不仅结构笨重，升温慢，而且还会因热惯性大，导致温度在调节过程中，产生比较严重的滞后现象。因此，为了使机筒具有足够的热容量和合适的热惯性，根据经验一般取机筒外径（D0）和内径（Di）之比（K）
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为2～2.5。
表3-1 部分机筒的K值
螺杆直径（毫米） 机筒壁厚（毫米） 比 值（K） 34 25 2.47 42 29 2.40 50 35 2.40 65 47.5 2.48 85 47 2.10 110 75 2.36 130 75 2.15 150 60 1.80 在初步确定机筒直径（D0?KDi）后，可根据机筒受力情况，按厚壁筒计算中的能量理论，校核其强度或计算壁厚
3K2机筒的总应力 ?r?p2????
K?1Di?机筒壁厚 ???2??????1??
????3p??式中 p——注射压力（公斤力/厘米2） ???——材料许用应力，
?t——材料在工作温度下的屈服极限（公斤力/厘米2） n——安全系数，一般取2.5～3
我们在这里计算机筒壁厚，螺杆直径Ds=35㎜（即Di=35㎜），注射压力p=1400公斤力/厘米2，机筒材料38CrMoAl（在300℃条件下工作，?t=5750公斤力/厘米2）机筒外径（取K=2.47）
35= 86.45㎜ D0?KDi=2.47×
将其圆整为90mm 机筒壁厚?=
D0?Di90?35==27.5mm
223?2.4723K22?2900机筒总应力 ?r?p2=1400?公斤力/ 厘米22.47?1K?1材料许用应力 ????因?????r，故安全。
?t5750?3480公斤力/厘米2 =
n1.65（4）机筒与螺杆的配合间隙
机筒与螺杆的间隙值时是设计的重要数据，间隙大了，将会使塑化能力下降和注射时熔料回泄量增加，反之，小了又会增加制造方面的困难和螺杆的功率消耗。根据实际使用情况，间隙值一般为0.002～0.005DS。 3.3.3 螺杆的传动装置
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（1）螺杆传动装置的特点
螺杆传动装置是供给螺杆在预塑时所需要的动力和速度的工作部件。注射机螺杆传动装置一般具有如下特点：
（a）螺杆预塑是间歇式进行工作的，因此，启动频繁并带有负载；
（b）螺杆在转动时，出料仅供注射用，对制品无直接联系。而塑料的塑化状况，可以通过调整背压等途径进行调节。因此，对螺杆的转速要求并不十分严格；
（c）传动装置一般设置在注射座架上，工作时并随之往复运动。因此，传动装置要力求简单紧凑。 （2）螺杆的传动形式
目前在注射机螺杆上，愈来愈多地采用液压马达传动。其传动特性软、启动惯性小、不会超负荷工作，对螺杆能起到安全保护作用等。还有其体积比同规格的电动机小得多，传动装置容易实现体积小、重量轻、结构简单的要求（特别是对低速高扭矩直接驱动螺杆的方式）。从动力源的利用来说，由于目前绝大多数注射机的传动采用液压传动，当螺杆预塑时，机器正处在冷却定型阶段，此时油泵处于卸载状态。如用液压马达传动，可方便地得到和合理地使用动力源。液压马达能够在比较大的范围内，并且在螺杆转动过程中实现螺杆转速的无级调节。这点在控制熔料温度的调节系统中和要求精确计量而须对螺杆转速进行程序化设计时是不可缺少的。
本次设计采用一线式单缸驱动，螺杆直接由低速高扭矩液压马达驱动，油缸活塞和螺杆同轴转动。马达输出接一花键轴，再通过传动轴将动力传送给螺杆[4]。如下图3-5所示：
图3-5 螺杆传动装置
（3）螺杆转速和调速范围
螺杆的塑化能力与螺杆的转速成正比。在一般情况下螺杆的塑化能力随螺杆转速的增加而增加。但在较高转速条件下，其塑化能力的增加也非正比增加，有时却相反。这是由于螺杆加料处的摩擦条件在改变，甚至发生加料加不进的现象。此外，螺杆转速又关系到螺杆对塑料的剪切速率和熔料的轴向温差，故对热敏性塑料（PVC等）螺杆转速要低，而对热稳定性好、粘度低的塑料（PS、PE等）需要较高的转速。因此，对螺杆转速的确定，主要根据塑化能力、剪切均化等方面的要求来定。
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根据目前使用情况，对于热敏性（或高粘度）的塑料，螺杆线速度一般在15～20米/分以下。在此我们选V杆=20米/分。在确定螺杆线速度后，可由下式计算出螺杆的转速
n?V （3-10） ?DS式中 n——螺杆最高转速（转/分）
V——允许螺杆的最大线速度（米/分） DS——螺杆直径（米）
n?20?200转/分
3.14?0.035为了在塑化时对不同的剪切作用和平衡注射循环周期中预塑工序的时间，而需要对螺杆转速进行调节。螺杆的调速范围有机器用途决定。 （4）螺杆传动特性及驱动功率的计算
（a）螺杆传动特性
螺杆传动系统的设计，除了转速应能满足使用要求外，另一个重要方面，是它的外特性应该满足负载特性的要求。对液压马达传动系统，一般根据负载最大扭矩来设计。因此，不会出现在高速时产生功率或扭矩不够的现象。因为塑化时的负载均包括在传动系统的外特性之中。
（b）螺杆驱动功率计算
目前注射螺杆常用的计算方法有比能法和经验计算发两种。这里我们采用比能计算法。
螺杆在塑化时所需要做的功，主要用在提高塑料温度即热能上，其次是输送物料所要作的功。如从能量之间的守恒关系，它们之间应符合
NH?NS?QCP(T2?T1)?Q?p?H （3-11） 式中 NH——外加热功率 NS——螺杆驱动功率 Q——螺杆塑化能力 Cp——塑料平均比热
T1、T2——塑料塑化前与塑化后的温度 ?p——塑化时压力增加值 H——能量损失
因注射螺杆塑化时的压力较低，式中因输送物料而需提高压力所做的功（Q?p），相对其它项要小得多。随着压力的增加，熔料焓的增加比较小。如把1公斤的熔料提高一个大气压力，耗能仅约为0.097瓦。如将机筒加热所提供的热量和输送物料所需的能量，合并于能量损失项H中考虑，并设定能量损失为30%，则将上式可简化成螺杆驱
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动功率的近似表达式
NS?GCp(T1?T2)A? ?0.00166Cp(T2?T1)G?0.00166(h2?h1)G （3-12）
式中 NS——螺杆驱动功率（千瓦） Cp——塑料平均比热（千卡/公斤℃） A——单位换算系数，A=860千卡/千瓦?小时 ?——能量损失系数，??0.7 G——螺杆塑化能力（公斤/时） T1——塑化前塑料温度（℃） T2——塑化后塑料温度（℃）
h1——塑化前的塑料热焓（千瓦?时/公斤） h2——塑化后的塑料热焓（千瓦?时/公斤）
如塑料起始温度定为T1=20℃，则可将式（3-8）表示成
NS??H?G? （3-13）
式中 ?H—比能，即塑料起始温度为20℃，塑化1公斤塑料所需的能量（千瓦?时/
公斤）
G—螺杆塑化能力（公斤/时） ?—能量损失系数
计算螺杆驱动功率：螺杆直径DS=35㎜，其塑化能力G=25公斤/时，加工塑料：PS，塑料加工前温度T1=20℃，塑料加工后温度T2=200℃，根据加工温度（20～200℃）和加工塑料为PS，查表得比能?H=0.09千瓦?时/公斤，并取?=0.7代入下式得
NS??H?G0.09?25==3.85千瓦
0.7?3.3.4 喷嘴的设计
塑化后的熔融塑料，在螺杆的压力作用下，以相当高的剪切速度流经喷嘴而进入模腔。当熔料高速流经狭小口径的喷嘴时，将受到比较大的剪切作用，有部分压力经阻力损失而转变成热能，使熔料温度得到提高。同时，还有部分压力能将转变成速度能，使熔料高速射入模腔。在压力保持阶段，还需有少量的熔料经喷嘴向模内补缩。可见喷嘴设计是否完善，会影响到注射熔料的压力损失、剪切热的多少、补缩作用的大小和射程的远近。
（1）喷嘴结构形式
喷嘴形式主要塑料的特性和用途来定。对于粘度高、热稳定性差的硬聚氯乙烯适宜用流道阻力小，剪切作用小的较大口径的开式喷嘴；对低粘度结晶型塑料用带有加热的