ZS900 注塑機設計1摘 要在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其設備就是注塑機。本文著手設計一款注塑量為 180g 合模力為 900KN 的注塑機。本文首先簡要介紹了注塑機行業(yè)的發(fā)展情況和今后的發(fā)展方向，接著通過查閱資料分析國內外注塑機特點，最終選定設計方案為臥式雙缸液壓馬達直接驅動的往復螺桿式注塑機，其合模、移座及頂出均通過液壓缸實現，屬于全液壓式注塑機。設計的內容包括對注塑部件的設計包括螺桿、料筒、噴嘴、料斗等，合模部件設計、液壓系統(tǒng)設計等等。最后使用 CAD 軟件繪制注塑機和注射裝置的裝配圖，并且選出典型零件畫出零件圖。關鍵詞： 注塑機，注射，合模，油缸AbstractIn the molding process, injection occupies an important place, their equipment is the injection molding machine. This paper set out to design an injection volume of 180g of 900KN clamping force injection molding machine. This article briefly describes the development and the future direction of the injection molding machine industry, followed by access to data analysis features of the injection molding machine at home and abroad, the final selection of the design is a horizontal cylinder hydraulic motor direct drive reciprocating screw injection molding machine, which mold, ejector seats and were moved by hydraulic cylinders to achieve, are fully hydraulic injection molding machine. Design elements include injection molded parts design includes screw, barrel, nozzle, hopper, mold component design, hydraulic system design, and so on. Final assembly drawing using CAD software and injection molding machine device and select the typical parts draw parts diagram.Keywords: Injection Molding Machines, Injection, Mold, CylinderZS900 注塑機設計2目 錄摘 要 ..............................................................................................................................1Abstract ..........................................................................................................................1第一章 緒論 ..................................................................................................................41.1 選題背景 ..........................................................................................................41.2 國內外發(fā)展狀況 ...............................................................................................41.3 注塑機概述 ......................................................................................................61.3.1 注塑機的工作原理 ................................................................................61.3.2 注塑成型機的基本功能 ........................................................................61.3.3 注塑機的分類 ........................................................................................6第二章 總體方案設計 ..................................................................................................82.1 設計參數要求 ..................................................................................................82.2 方案設計 ..........................................................................................................82.2.1 注射部件方案設計 ................................................................................92.2.2 合模部件方案設計 .................................................................................9第三章 注射部件設計 ................................................................................................133.1 螺桿設計 ........................................................................................................133.1.1 螺桿設計計算 .......................................................................................133.1.2 材料與熱處理方式 ..............................................................................153.1.3 螺桿塑化部件的特點 ..........................................................................163.2 螺桿頭與止逆閥設計 ....................................................................................163.2.1 螺桿頭設計 ..........................................................................................163.2.2 螺桿頭的基本要求 ..............................................................................173.2.3 止逆閥設計 ..........................................................................................173.3 噴嘴設計 ........................................................................................................183.4 料筒設計 ........................................................................................................193.4.1 料筒結構 ..............................................................................................193.4.2 加料口 ..................................................................................................203.5 注塑缸設計 ....................................................................................................202.5.1 確定注射缸的活塞及活塞桿直徑 .......................................................203.5.2 液壓缸主要尺寸的確定 ......................................................................213.5.3 液壓缸的結構設計 ..............................................................................243.6 移座油缸設計 ................................................................................................25ZS900 注塑機設計3第四章 合模部件設計 ................................................................................................264.1 合模機構設計 ................................................................................................264.1.1 合模油缸設計 .......................................................................................264.2 頂出機構設計 ................................................................................................274.2.1 頂出油缸設計 .......................................................................................27第五章 液壓系統(tǒng)設計 ................................................................................................285.1 液壓系統(tǒng)設計要求 .........................................................................................285.1.1 對液壓系統(tǒng)的要求 ...............................................................................285.1.2 液壓系統(tǒng)設計參數 ...............................................................................285.2 制定系統(tǒng)方案 ..............................................................................................282.4.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 ...................................................................................295.3 液壓元件的選擇 .............................................................................................305.3.1 液壓泵的選擇 .......................................................................................315.3.2 電動機功率的確定 ...............................................................................315.3.3 液壓閥的選擇 .......................................................................................315.3.4 液壓馬達的選擇 ...................................................................................325.3.5 油管內徑計算 .......................................................................................325.3.6 確定油箱的有效容積 ...........................................................................335.4 液壓系統(tǒng)性能驗算 .........................................................................................335.4.1 驗算回路中的壓力損失 .......................................................................335.4.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 .......................................................................34參考文獻 ......................................................................................................................37結 論 ............................................................................................................................38致 謝 ............................................................................................................................39ZS900 注塑機設計4第一章 緒論1.1 選題背景塑料工業(yè)是國民經濟重要工業(yè)部門，又是一個新興的綜合性很強的工業(yè)體系。它是由塑料制品成型及應用，塑料原料設備，塑料回收，再生與利用及相應的樹脂合成設備，助劑設備，塑料準備設備，塑料成型設備，塑料二次加工設備，塑料輔助設備，機頭與模具制造等組成的工業(yè)體系。塑料加工機械按其工藝流程可分為塑料準備加工設備，塑料成型加工設備，塑料二次加工設備，塑料輔助加工設備，廢舊塑料回收加工設備。其中，塑料成型加工設備是塑料加工設備中的重點，主要有注塑機及其輔助設備，擠出機及其輔助設備，中空吹塑機 壓延成型設備，滾塑成型設備，泡沫塑料成型設備。在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其設備就是注塑機。注塑成型與擠出成型相比，注塑成型是周期性的生產單個制件，而擠出機是連續(xù)成型的。注塑成型的特點如下：可一次成型外形復雜，尺寸精確，表面光潔的塑料制件；能成型帶有金屬嵌件的制件，使之有良好的裝配性能和互換性，有利于塑件的應用，標準化，系列化；注塑成型的模具可快速更換，以便制造適應市場需求的產品；特別適宜工程塑料及特種塑料的成型，獲得有熱書性能、特殊用途的制品；自動化程度高，生產率高，可實現“ 無人化” 管理。注塑制品廣泛的應用在家電、汽車、機械、電子、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、農林、交通運輸、宇航、軍工等行業(yè)。1.2 國內外發(fā)展狀況中國塑料工業(yè)經過長期的奮斗和面向全球的開放，已形成門類較齊全的工業(yè)體系，成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅的基礎材料產業(yè)，作為一種新型材料，其使用領域已遠遠超越上述三種材料。進入 21 世紀以來，中國塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就，實現了歷史性的跨越。作為輕工行業(yè)支柱產業(yè)之一的塑料行業(yè)，近幾年增長速度一直保持在 10%以上，在保持較快發(fā)展速度的同時，經濟效益也有新的提高。從合成樹脂、塑料機械和塑料制品生產來看，都顯示了中國塑料工業(yè)強勁的發(fā)展勢頭。我國的注塑機從無到有、從小到大、從單一品種到多品種，有了長足的發(fā)展，特別是改革開放以來，我國注塑機的研究和制造業(yè)呈現出一片前所未有的新氣象，我國注塑機的產量現成為世界上生產大國，為我國的塑料工業(yè)發(fā)展作ZS900 注塑機設計5出了巨大貢獻。我國的塑料工業(yè)發(fā)展前景廣闊，相比于工業(yè)發(fā)達國家的塑料工業(yè)，我國的塑料工業(yè)還處于初級階段，注塑機加工塑料制品占塑料制品總量的三分之一，所以注塑機在我國發(fā)展前景廣闊?；仡?2009，世界塑料機械行業(yè)走過艱辛的一年：日本塑料機械銷售業(yè)績直降 50%，法國塑料機械市場縮水40%，中國臺灣地區(qū) 09 年臺灣塑料和橡膠機械產量下跌超過 30％……。但是據統(tǒng)計數據顯示，2009 年下半年中國大陸塑料機械行業(yè)強勁反彈。據中國塑料機械協(xié)會副會長錢耀恩先生透露，2010 年中國塑料機械行業(yè)迎來了百年不遇的發(fā)展機遇：一是中國汽車消費行業(yè)迅猛發(fā)展，汽車塑料用量猛增；二是中國政府在刺激經濟的發(fā)展、拉動投資等方面很見成效，從四萬億投資計劃到汽車下鄉(xiāng)、建材下鄉(xiāng)、再到輕工業(yè)產振興規(guī)劃都讓人們對中國經濟的恢復與發(fā)展充滿信心。據有關數據統(tǒng)計，預計到 2010 年，北美人均塑料消費量將達到 145 千克;西歐人均塑料達到 22.8 千克，僅為發(fā)達國家的六分之一。這也意味著我國塑料產業(yè)還擁有較大的攀升空間和發(fā)展前景，市場需求的增加將帶動塑料機械行業(yè)的快速增長。特別是特大型、精密、專用注塑機，低溫、大功率型單螺桿擠出機，以及相關工業(yè)制品應用的吹塑機械等產品的發(fā)展前景看好。 塑料機械產業(yè)明顯的躍升，促使注射產品的應用領域進一步擴大，而且具有較高技術含量和高附加值的注射產品開發(fā)應用不斷增多，提高了我國注塑行業(yè)的整體水平。企業(yè)技術裝備、市場開發(fā)能力、產品應用范圍和參與市場競爭的能力等方面與以往相比均有了較大提高，沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)的注射產品檔次接近港臺同類產品的水平。沿海經濟法達地區(qū)，憂郁經濟高速增長，急需注塑產品的配套服務，給注塑行業(yè)發(fā)展帶來機遇。目前國內經濟發(fā)達地區(qū)廣東、浙江、上海、江蘇和山東等省市注塑產品產量約占全國總產量 65%，且從過去勞動密集型逐漸轉向技術、資本密集型發(fā)展，生產力布局日趨合理。目前注塑行業(yè)年加工能力 350 萬噸以上，單機注塑加工容量可從 4 克～5 萬克。塑料制品的廣泛應用為塑機行業(yè)的發(fā)展提供了不竭的動力，我國塑料行業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿橹袊芰蠙C械行業(yè)的迅速成長開拓了廣闊的空間。目前，注塑機分為肘桿式（機械式） 、全液壓式、全電動式、電動/液壓復合式四類，這四類各有各的優(yōu)缺點，各有各的市場。在我國，產品結構不甚合理，肘桿式在市場中占主導地位，而全電動式注塑機在國內還是“ 瘸腿” ，目前沒有一家企業(yè)正式批量生產，僅作為樣品機進行宣傳。此外電動/ 液壓復合式注塑機作為一種集液壓和電驅動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式高性能的優(yōu)點，已成為當今精密注塑機發(fā)展的方向。中國是世界最大的信息產業(yè)市場，手機機體 90%以上的塑料件全部由國外塑機生產，以塑料為主原料的數碼產業(yè)，國產塑機更是ZS900 注塑機設計6無人問津。就全球市場格局而言，全球建筑市場的持續(xù)發(fā)展，將會拉動對塑料管材、壁板等擠壓制品的需求，進而推動擠出設備的需求增長。因此，預計全球擠出設備需求，將超過其他類型的塑機產品。美國工業(yè)市場研究公司的調查表明，美國和日本塑料機械需求將重新顯現復蘇跡象，西歐市場需求將在 2009 年加速增長。中國、印度和俄羅斯塑料機械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發(fā)展中國家和地區(qū)，對塑料機械需求也將逐步增長。1.3 注塑機概述1.3.1 注塑機的工作原理注塑機的工作原理是利用塑料的熱物理性質，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內裝有在外動力馬達作用下驅動旋轉的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當螺桿旋轉時，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機構的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。注塑機作業(yè)循環(huán)流程如圖 1-1 所示圖 1-1 注塑機工作程序框圖1.3.2 注塑成型機的基本功能注射成型機必須具備以下基本功能：① 對所加工的塑料物料能實現塑化、計量并把熔融物料壓入模具模腔的功能；ZS900 注塑機設計7② 對成型模具能實現啟閉和鎖緊的功能；③ 對成型過程中所需的能量能實現轉換、傳遞和控制的功能；④ 對成型過程及工藝條件可進行設定與調整的功能。1.3.3 注塑機的分類按合模部件與注射部件配置的型式有臥式、立式、角式三種（1）臥式注塑機：臥式注塑機是最常用的類型。其特點是注射總成的中心線與合?？偝傻闹行木€同心或一致，并平行于安裝地面。它的優(yōu)點是重心低、工作平穩(wěn)、模具安裝、操作及維修均較方便，模具開檔大，占用空間高度??；但占地面積大，大、中、小型機均有廣泛應用。（2）立式注塑機：其特點是合模裝置與注射裝置的軸線呈一線排列而且與地面垂直。具有占地面積小，模具裝拆方便，嵌件安裝容易，自料斗落入物料能較均勻地進行塑化，易實現自動化及多臺機自動線管理等優(yōu)點。缺點是頂出制品不易自動脫落，常需人工或其它方法取出，不易實現全自動化操作和大型制品注射；機身高，加料、維修不便。（3）角式注塑機：注射裝置和合模裝置的軸線互成垂直排列。根據注射總成中心線與安裝基面的相對位置有臥立式、立臥式、平臥式之分：①臥立式，注射總成線與基面平行，而合模總成中心線與基面垂直；②立臥式，注射總成中心線與基面垂直，而合?？偝芍行木€與基面平行。角式注射機的優(yōu)點是兼?zhèn)溆信P式與立式注射機的優(yōu)點，特別適用于開設側澆口非對稱幾何形狀制品的模具。ZS900 注塑機設計8第二章 總體方案設計2.1 設計參數要求（1）注射容量：180g； （2）注射質量：150g；（3）注射速率：90g/s； （4）螺桿轉速：0～200rpm ；（5）合模力：900kN； （6）移模行程：30mm ；（7）頂出行程：65mm； （8）頂出力：25kN2.2 方案設計注塑機根據注射成型工藝要求是一個機電一體化很強的機種，主要由注射部件、合模部件、機身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加料裝置等組成。如圖 2 所示。ZS900 注塑機設計9注塑機注射部件裝置塑化部件螺桿料筒螺桿頭噴嘴注射座注射油缸座移油缸液壓馬達合模部件合模裝置調模裝置頂出裝置機 身液壓系統(tǒng) 泵、液壓馬達、閥蓄能器、冷卻器、管路等油路控制加熱系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)動作程控料筒溫度控制液壓泵電機控制故障檢測報警控制安全保護加料裝置圖 2-1 注塑機組成示意圖2.2.1 注射部件方案設計目前，常見的注塑裝置有單缸形式和雙缸形式，我廠注塑機都是雙缸形式的，并且都是通過液壓馬達直接驅動螺桿注塑。本注射機選用雙缸形式，結構如下圖：ZS900 注塑機設計10圖 2-2 臥式機雙缸注射注塑裝置示意圖（a）是俯視圖； （b）為注射座與導桿支座間的平視圖1-油壓馬達； 2，6 -導桿支座；3-導桿；4-注射油缸；5- 加料口；7-推力座；8-注射座；9- 塑化部件；10-座移油缸工作原理是：預塑時，在塑化部件中的螺桿通過液壓馬達驅動主軸旋轉，主軸一端與螺桿鍵連接，另一端與液壓馬達鍵連接，螺桿旋轉時，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲料室中，與此同時，螺桿在物料的反作用下后退，并通過推力軸承使推力座后退，通過螺母拉動活塞桿直線后退，完成計量，注射時，注射油缸的桿腔進油通過軸承推動活塞桿完成動作，活塞的桿腔進油推動活塞桿及螺桿完成注射動作。2.2.2 合模部件方案設計（1）合模機構方案設計合模機構有液壓式、機械式和機械-液壓復合式。1）液壓曲肘連桿式屬機械-液壓復合式，其結構特點是液壓缸通過曲柄連桿機構驅動模板實現啟閉模運動，充分利用了曲柄連桿機構的行程、速度、力的放大特性和自鎖特性，達到快速、高效和節(jié)能的效果。常用的液壓曲肘連桿式形式有：雙曲肘內翻式、雙曲肘外翻式、撐肘式、單曲肘擺缸式和單曲肘掛缸式。其中雙曲肘內翻式，如圖 9 所示。這種形式的動作原理是：啟閉模時，合模缸 1 進油，活塞桿推動雙曲肘連桿機構 5 帶動動范本 6 及其模具實現啟閉模運動；模具接觸時，ZS900 注塑機設計11曲肘連桿 5 處于未伸直狀態(tài)，在合模油缸 1 推力作用下曲肘連桿機構 5 產生力的放大作用，使合模系統(tǒng)發(fā)生變形，直至曲肘連桿 5 伸直進入自鎖為止。模具接觸時連桿未伸直的程度是通過調模裝置與合模油缸相配合，按工藝所要求的鎖模力來調整的。圖 2-3 雙曲肘內翻式結構原理示意1-合模油缸；2-調模裝置；3-后范本；4-拉桿；5- 曲肘連桿；6-動范本；7- 定范本；8-頂出油缸；2）直壓式合模此種結構的特點是其開關模動作及鎖模動作都是通過油缸直接作用完成的。移模速度和合模力的大小分別由活塞桿的移動速度和活塞產生的最大軸向力確定。圖 2-4 直壓式合模裝置示意圖1-上范本；2-拉桿；3-下范本；4-鎖模油缸；5- 移模油缸； 6-電子尺；7-底板這種結構的工作原理是：開關模時，移模油缸 5 進油，推動活塞桿，從而ZS900 注塑機設計12帶動拉桿及動范本運動，實現開關模動作；進入鎖模狀態(tài)后，鎖模油缸 4 進油，在油的推力作用下產生大的鎖模力，通過鎖模油缸活塞桿對底板 7 的力的作用而壓緊模具，實現鎖模。3）直壓式與肘桿式的比較① 直壓式合模力 F = P 油缸 ×S 油缸 ，故調節(jié)合模力較容易，但壓力確定后不允許超載。而肘桿式注塑機是通過連桿機構的力擴大以后產生的，故通常情況下可以超載 10%以上。② 由于結構關系，通常情況下直壓式的容模量大于肘桿式，特別適用于深容器產品。③ 肘桿式剛性比直壓機剛性好，因為高壓鎖模時，肘桿式是全部鑄鋼變形后產生的，合模力當剛要超載時，因為液壓油與鑄鋼的彈性模量差 10 倍左右，故同樣要產生飛邊情況下，肘桿式注塑機產生的飛邊要小得多。④ 肘桿式注塑機由于合模力是通過力的放大作用產生的，且高壓鎖模后，在注射、保壓過程中可卸壓，而直壓式在注射、保壓過程中始終高壓保持，且直壓式合模油缸直徑遠大于肘桿式，故肘桿式較省電。⑤ 肘桿式合模機構都是通過連桿機構產生合模力，故要有高的模板平行度及長的壽命，其所要求的加工精度較高，且零件較多，成本較高。而直壓式是通過合模大油缸產生合模力，幫其密封存要求較高，隨著時間的推移，較易磨損，產生泄漏后，合模力會下降。綜合上述分析合模部件方案設計合模機構采用直壓式合模。（2）頂出裝置方案設計頂出裝置要有足夠的頂出力，頂出速度，頂出次數和頂出精度，是在頂出油缸的作用下作頂出動作。本注塑機采用如下頂出裝置的方案頂出油缸是通過導桿固定在動模板上的。如圖 12 所示，其主要的由頂出油缸和頂出桿組成，油缸為雙作用活塞式油缸。圖 2-5 臥式機頂出裝置示意圖1-頂出油缸；2-活塞；3- 活塞桿；4- 導桿；5-頂出板；6-頂出桿；7-動范本；8-電子尺綜上述本注塑機的方案如下：ZS900 注塑機設計13圖 2-6 注塑機第三章 注射部件設計ZS900 注塑機設計143.1 螺桿設計3.1.1 螺桿設計計算圖 3-1 通用型螺桿的幾何形狀及各部尺寸代號L—螺紋部分長；L1— 加料段長； L2—塑化段長；L3—計量段長；S—螺距； D—螺桿直徑；h1— 加料段螺紋深； h3—計量段螺紋深；e—螺棱寬； R1，R2 —螺紋根部圓角半徑（1）螺桿直徑與注射行程的關系螺桿直徑和注射行程距離的大小是決定注塑制品形狀和質量保證的關鍵。從保證注射料量、一次塑化能力和注射壓力等條件考慮，螺桿直徑與注射行程的比值一般取3～5。如果這個比值大，說明螺桿行程大，這樣，螺桿的工作部分長度就會縮小，這將影響原料的塑化質量；如果這個比值小，說明螺桿行程小，這時，為了保證一次注射量，就要把螺桿直徑加大，這會加大注射功率的消耗。本注塑機理論注射容量為 180g，一般塑料密度范圍為 0.92~1.09 克/ 厘米^3即理論注射容量為 180g×（0.92~1.09 ）g/cm^3=(165.6~196.2) cm^3取注射理論容量定為 180 cm^3本注塑機要求注射質量為 150g，一般塑料密度范圍為 0.92~1.09 克/ 厘米^3即實際注射容量為 150g×（0.92~1.09 ）g/cm^3=(138~163.5) cm^3取實際注射容量定為 150 cm^3采用一般通用型螺桿。L 1=60％L ，L 2=20％L,參照海天注塑機 HTF60W2-Ⅱ的主要技術參數和一般加工熱塑性塑料的螺桿的主要尺寸表 3-1，參照表 3-1 螺桿的直徑系列初選螺桿（柱塞）直徑 D=40mm。確定注塑螺桿（柱塞）的最大行程 S 24DVL???VL—— 理論注射量，cm 3；D——螺桿（柱塞）直徑，cm； S——螺桿（柱塞）的最大行程，cm。ZS900 注塑機設計15cmDVSL3.14.380422????表 3-2 一般加工熱塑性塑料的螺桿的主要尺寸直徑/mm螺紋深度（進料）hF/mm螺紋深度（計量）h M /mm螺紋深度比 hF/ hM螺紋徑向間隙/mm注釋30 4.3 2.1 2.0:1 0.15 表面粗糙度 2~4μm40 5.4 2.6 2.1:1 0.15 R１ 約 1~4mm60 7.5 3.4 2.2:1 0.15 R２ 約 5mm（直徑30~60mm）80 9.1 3.8 2.4:1 0.20 R３ 約 10mm（直徑 60~150mm）100 10.7 4.3 2.5:1 0.20 導程 t=D(0.7D)120 12 4.8 2.5:1 0.25 LS/t 通常大約為 20>120 最大 14 最大 5.6 最大 3:1 0.25 螺紋寬度 0.1D最大進料長度 D（2）螺紋距S 、螺紋棱寬 e和螺桿機筒間的裝配間徑值選擇注塑機用螺桿一般多為等螺紋距型，螺紋距與螺桿直徑值相等S=40mm，這時該螺桿的螺紋升角為17°。螺紋棱寬，通常e=0.1D=0.1×40=4mm(D為螺桿直徑） 。螺桿與機筒的裝配間隙，也就是指螺桿外徑與機筒內徑裝配后的徑向間隙值。如果這個值大，則原料的塑化能力和塑化質量下降，注射時熔料的回流量增加，這將影響一次注射量的準確性，直接影響注塑件的成型質量。如果徑向間隙過小，對原料的塑化能力、質量都會提高，但是，過小的裝配間隙會給機筒和螺桿的機械加工帶來較大難度。正常工作條件下，一般取螺桿與機筒的裝配間隙在（0.002～0.005) D= （0.002～0.005)×40=0.08～0.2mm之間（D為螺桿直徑） 。（3）長徑比L/D螺桿的長徑比是指螺桿的螺紋、部位長度與螺桿直徑之比值，即L/D,一般常用值為21～25。這個比值大，可提高塑化原料質量，溫度也比較好控制；為了提高塑化能力，螺桿的工作轉速也可提高些。但是長徑比過大，對機筒和螺桿的加工難度也相應地增加，則提高了加工費用。此處螺桿長徑比L/D=15。ZS900 注塑機設計16（4）螺桿上各段螺紋長度的選擇為了保證塑化原料工作的穩(wěn)定進行，要求螺桿上的加料段、塑化段和計量段長度應有固定的比例分配關系。表3-4列出了螺桿各：段長度值范圍，可供選擇參考。由于此次選用的是通用型螺桿，故此螺桿加料段長度選165mm，塑化段長度為82.5mm，計量段長度取82.5mm。（5）螺紋槽深和壓縮比螺桿的螺紋槽深是指計量段螺紋槽深h3值，這個值對注塑機的生產能力和功率消耗影響較大。h3值的選擇，要考慮被塑化原料的比熱容、導熱性、熱穩(wěn)定性、黏度及塑化時的壓力等因素影響，一般取h3=(0.04～0.07)D=0.07×40=2.8mm(D為螺桿直徑，當直徑小時取大些值） 。同一種原料塑化，在注塑機中h3值要比擠出機中h3值大些，一般要深15%～20%。h1=(0.12～0.14)D=0.12×40=4.8mm。壓縮比是指螺桿上加料段槽深h1與計量段槽深h3的比值，即h1/h3 同一種原料塑化，在注塑機中壓縮比要比擠出機中壓縮比小些。壓縮比的大小對原料的塑化質量有較大影響，在注塑機中原料的塑化質量還可以通過調整螺桿的背壓來得到改善。表 3-3 SZ900 注塑機注射螺桿基本參數直徑D/mm長徑比螺紋深度(進料) h1/mm螺紋深度（計量）h3/mm螺紋深度比 h1 /h3螺紋徑向間隙/mm螺距S/mm螺紋寬度e/mm螺旋升角φ/°40 15:1 5.0 2.6 2.2:1 0.15 40 4 17圖 3-2 螺桿零件圖3.1.2 材料與熱處理方式對材質的要求：由注射過程可知，螺桿是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、大扭矩下工作的，因此，螺桿必須：1）耐高溫，高溫下不變形；ZS900 注塑機設計172）耐磨損，壽命長；3）耐腐蝕，物料具有腐蝕性；4）高強度，可承受大扭矩，高轉速；5）具有良好的切削加工性能；6）熱處理后殘余應力小，熱變形小等。 目前我國常用的螺桿材料有45號鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl等。熱處理方式為調質、滲碳、高頻淬火、鍍硬鉻等。材料及熱處理選用：這次的設計材料選用38CrMOAl。熱處理：調質HB220—270，高頻淬火HRC45--483.1.3 螺桿塑化部件的特點① 螺桿具有塑化和注射兩種功能；② 螺桿在塑化時，僅作預塑用；③ 塑料在塑化過程中，所經過的熱歷程要比擠出長；④ 螺桿在塑化和注射時，均要發(fā)生軸向位移，同時螺桿又處于時轉時停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過程的非穩(wěn)定性。3.2 螺桿頭與止逆閥設計3.2.1 螺桿頭設計最高的壓力發(fā)生在螺桿最前端的螺桿頭位置，因此，從加工的觀點來說，可藉由裝配一個閉鎖組件，避免材料回流到后面的牙部之中；此種情形在射出及保持壓力階段特別地重要。最簡單的設計，就是在螺桿前端加裝一個比螺桿根徑大的螺桿頭，由于在螺桿頭及料管之間的間隙相當的小，使得壓力升高且避免材料回流；而螺桿的角度在 60~90 度之間。無論如何，如果要做到完全的防止回流，那么一定要使用止逆閥才可以。這次設計采用一般適合熱塑性塑料的螺桿頭，實圖如下。增加輸出量的螺牙設計，在射出階段時，避免材料的堆積以及防止回流。材料選用 45 號鋼，進行調質 HB220—270 熱處理。結構圖如圖 2-8ZS900 注塑機設計18圖 3-3 螺桿頭結構3.2.2 螺桿頭的基本要求①螺桿頭要靈活、光潔；②止逆環(huán)與料筒配合間隙要適宜，即要防止熔體回流，又要靈活；③既有足夠的流通截面，又要保證止逆環(huán)端面有回程力，使在注射時快速封閉；④結構上應拆裝方便，便于清洗；⑤螺桿頭的螺紋與螺桿的螺紋方向相反，防止預塑時螺桿頭松脫。3.2.3 止逆閥設計因為止逆閥上面有密封的組件，可藉由移動而和另外組件密合達到防止逆流的效果。防腐蝕處理，通常是鍍鉻或鎳；而高合金鋼的螺桿頭也同樣被使用。止逆閥是裝配在螺桿最前端的組件，它最主要的功用在于射出及保持壓力階段時，防止塑料之回流。如果經由一個能夠迅速關閉的斷面而產生相當大的壓力差，那么，這個止逆閥的功用將是最好的。在進料階段，當熔體通過斷面時，在反方向同樣地有壓力差，使得在有背壓的狀況下，塑料熔體仍然可以持續(xù)地往前輸送。如果熔融塑料在通過斷面時，壓力上升得大時，將會對輸出量產生影響，壓力甚至于會使塑料破壞。一般止逆閥的設計，都會將通道截面積設計成螺桿尾端的環(huán)狀通道面積的80%以上。這次設計采用最普遍的環(huán)狀止逆閥，動作原理如圖2-8所示，它包含了三個部分。1-頭部 藉由螺紋軸和螺桿接在一起2-環(huán)座3-軸向滑動環(huán)ZS900 注塑機設計19在關閉的位置時，滑動環(huán)緊地靠在環(huán)座上，接觸面系和軸成 45~60 度之錐面；在進料階段，滑動環(huán)位于打開的位置，靠在像是散熱片一樣的３到４片的肋上。止逆環(huán)的材料選用 45 號鋼，進行調質 HB220—270 熱處理。圖 3-4 加工熱塑性材料之環(huán)狀止逆閥3.3 噴嘴設計噴嘴是連接塑化裝置與模具流道的重要部件，注射時，料筒內的熔料在螺桿的推動下，以高壓和快速流經噴嘴嘴注入模具。因此噴嘴的結構形式、噴孔大小以及制造精度將影響熔料的壓力和溫度損失，射程遠近、補縮作用的優(yōu)劣以及是否產生“ 流涎"現象等。目前使用的噴嘴種類繁多，且都有其適用范圍，這里只討論用得最多三種。(1)直通式噴嘴 這種噴嘴呈短管狀，熔料流經這種噴嘴時壓力和熱量損失都很小，而且不易產生滯料和分解，所以其外部一般都不附設加熱裝置。但是由于噴嘴體較短，伸進定模板孔中的長度受到限制，因此所用模具的主流道較長。為彌補這種缺陷而加大噴嘴的長度，成為直通式噴嘴的一種改進型式，又稱為延伸式噴嘴。這種噴嘴必須添設加熱設置。為了濾掉熔料中的固體雜質，噴嘴中也可加設過濾網。以上兩種噴嘴適用于加工高粘度的塑料，加工低粘度塑料時，會產生流涎現象。(2)自鎖式噴嘴 注射過程中，為了防止熔料的流涎或回縮，需要對噴嘴通道實行暫時封鎖而采用自鎖式噴嘴。自鎖式噴嘴中以彈簧式和針閥式最廣泛，這種噴嘴是依靠彈簧壓合噴嘴體內的閥芯實現自鎖的。注射時，閥芯受熔料的高壓而被頂開，熔型遂向模具射出。熔膠時，閥芯在彈簧作用下復位而自鎖。其優(yōu)點是能有效地杜絕注射低粘度塑料時的“流涎 ”現象，使用方便，自鎖效果顯著。但是，結構比較復雜，注射壓力損失大，射程較短，補縮作用小，對彈簧的要求高。（3）杠桿針閥式噴嘴 這種噴嘴與自鎖式噴嘴一樣，也是在注射過程中對噴嘴通道實行暫時啟閉的一種，它是用外在液壓系統(tǒng)通過杠桿來控制聯動機構ZS900 注塑機設計20啟閉閥芯的。使用時可根據需要使縱的液壓系統(tǒng)準確及時地開啟閥芯，具有使用方便，自鎖可靠，壓力損失小，計量準確等優(yōu)點。此外，它不使用彈簧，所以，沒有更換彈簧之慮，主要缺點是結構較復雜，成本較高。注射時，塑料熔體在螺桿的推動下，以極高的剪切速度流經射嘴而進入模腔。在這種高速剪切作用下，熔體溫度快速升高。特別是對于粘度較高的PVC、 PP-R、PMMA、PC、高抗沖擊 ABS 等，過小的噴嘴孔直徑會造成塑料的高溫分解。而對于充模困難的薄壁精密制品，則宜用射程較遠的噴嘴，對于厚壁制品則需要補塑作用好的噴嘴。另外，對于某些熔體粘度很低的塑料(如PA 等) ，需要使用具有防流涎功能的自鎖噴嘴。在許多機器上，除了針對一般粘度的通用型噴嘴，還有自鎖噴嘴、PVC 噴嘴、PMMA 噴嘴等特殊噴嘴可供選用，如果需要，也可以選用射程較遠的針對薄壁制品的專用噴嘴。這次選用的是適合用于熱塑性塑料的噴嘴。如下圖 2-10圖3-5 噴嘴結構3.4 料筒設計3.4.1 料筒結構料筒的結構其實就是一根中間開了下料口的圓管。這次設計的料筒基本結構如圖 2-11 所示。圖 3-6 料筒基本結構1-電熱圈；2-螺孔；3- 加料口料筒材料常用 38CrMnAl,氮化處理深 0.5mm,硬度 Hv900～1000ZS900 注塑機設計21在塑料的塑化過程中，其前進和混合的動力都是來源于螺桿和料筒的相對旋轉。塑料在接近熔點溫度時,與料筒相接觸的塑料已開始熔融而形成一層熔膜。當熔膜厚度超過螺桿與料筒間的間隙時，螺棱頂部把熔膜從料筒內壁徑向地刮向螺棱根部，從而逐漸在螺棱的推進面匯集成旋渦狀的流動區(qū)——熔池。由于熔融段螺槽深度的逐漸變淺以及熔池的擠壓，固體床被擠向料筒內壁，這樣就加速了熱料筒向固體床的傳熱過程。同時，螺桿的旋轉使固體床和機筒內壁之間的熔膜產生剪切作用，從而使熔膜和固體床分界面間的固體熔化。隨著固體床的螺旋形向前推移，固體床的體積逐漸縮小，而熔池的體積逐漸增大。如果固體床厚度減小的速度低于螺槽深度變淺的速度，則固體床就可能部分或完全堵塞螺槽，使塑化產生波動，或者由于局部壓力過大造成摩擦生熱劇增，從而產生局部過熱。在螺桿均化段，固體床已經因體積過小而破裂形成分散在熔池里的小固體顆粒。這些固體顆粒通過各自與包覆周圍的熔體摩擦及熱傳遞而熔融。面這時，螺桿的功能主要是通過攪拌塑料熔體使之混合均勻，熔體的速度分布從貼近料筒壁的最高速到貼近螺槽底部的最低速。如果螺槽深度不大而熔體粘度很高，則這時熔體分子間的摩擦會很劇烈。由于各種塑料的熔融速度、熔體粘度、熔融溫度范圍、粘度對溫度及剪切速率的敏感程度、高溫分解氣體的腐蝕性、塑料顆粒間的摩擦系數差異很大，通常意義上的普通通用螺桿在加工某些熔體特性比較突出的塑料(如 Pc、PA、高分子 ABS、PP-R、PVC 等)時會出現某一段剪切熱過高的現象，這種現象 —般可通過降低螺桿轉速得以消除。但這勢必影響生產效率。為了實現對這些塑料的高效塑化，有些則采用塑料的專用塑化螺桿和料筒。這些專用螺桿和料筒在設計時針對的主要問題是以上塑料的固體摩擦系數、熔體粘度、熔融速度等。3.4.2 加料口加料口的結構形式直接影響進料效果和塑化部件的吃料能力，注塑機大多數靠料斗中物料的自重加料，所以這次采用最常用的對稱形料口，如下圖 2-12所示。ZS900 注塑機設計22圖 3-7 加料口形狀3.5 注塑缸設計2.5.1 確定注射缸的活塞及活塞桿直徑參照 250g 注塑機，其最大注射壓力為 153MPa，本注塑機注塑容量相比要小，故取最大注射壓力為 120MPa。注射缸工作壓力通常選 7~9MPa，本注塑機選用 8Mpa。本注塑機采用雙缸雙作用往復式油缸推動螺桿移動，因此單注射個油缸的最大負載為： kNMPaF4.751204.321????當液態(tài)塑料充滿模具型腔時，注射缸的載荷達到最大值 75.4kN，此時注射缸有桿腔進油，且注射缸活塞移動速度也近似等于零，回油量極小；故背壓力可以忽略不計，這樣 2642 10.81.3574??????pFdD?活塞桿的直徑 d 一般與螺桿直徑相同，考慮到該處為雙缸故單個油缸活塞桿直徑可適當減小，并且為保證密封圈標準化活塞桿直徑應取標準系列，參照下表，d＝32mm。表 3-4 活塞桿直徑系列4 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400故有：活塞直徑 ，考慮到摩擦及壓力損失等mdD1402.12?????因素，活塞直徑應適當加大，結合活塞直徑標準系列取活塞直徑： mD125?表 3-5 活塞直徑系列8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 (220) 250320 400 500 6303.5.2 液壓缸主要尺寸的確定液壓缸壁厚和外經的計算ZS900 注塑機設計23液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律應壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內徑 D 與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算 式中 ——液壓缸壁厚(m)；D——液壓缸內徑(m)；?——試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍；yp——缸筒材料的許用應力。無縫鋼管。則：???my 5.7,25.601.2??????取在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠，如在切削過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計算，按經驗選取，必要時按上式進行校核。液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經為 為1DmD405.721 ??????2）液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定，并參閱表 3-6 中的系列尺寸來選取標準值。前述已算得螺桿最大工作行程為 S=143.3mm，故結合表 3-6 中的標準系列尺寸選取液壓缸行程 ml160?表 3-6 液壓缸行程系列25 50 80 100 125 160 200 250320 400 500 630 800 1000 1250 1600Ⅰ2000 2500 3200 4000 40 63 90 110 140 180 220 280360 450 550 700 900 1100 1400 1800Ⅱ2200 2800 3900 240 2