ZS900注塑機機械設計【含CAD圖紙、說明書】

ZS900注塑機設計摘 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, Cylinder目 錄摘 要1Abstract1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25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39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?009，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： 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； 對成型模具能實現啟閉和鎖緊的功能； 對成型過程中所需的能量能實現轉換、傳遞和控制的功能； 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模總成的中心線同心或一致，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：臥立式，注射總成線與基面平行，而合?？偝芍行木€與基面垂直；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。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：0200rpm；（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。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：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，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 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。 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。 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。 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。 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：圖2-6 注塑機第三章 注射部件設計3.1 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35。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0.921.09克/厘米3即理論注射容量為180g（0.921.09）g/cm3=(165.6196.2) cm3取注射理論容量定為180 cm3本注塑機要求注射質量為150g，一般塑料密度范圍為0.921.09克/厘米3即實際注射容量為150g（0.921.09）g/cm3=(138163.5) cm3取實際注射容量定為150 cm3采用一般通用型螺桿。L1=60L，L2=20L,參照海天注塑機HTF60W2-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SVL理論注射量，cm3；D螺桿（柱塞）直徑，cm； S螺桿（柱塞）的最大行程，cm。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）hM /mm螺紋深度比hF/ hM螺紋徑向間隙/mm注釋304.32.12.0:10.15表面粗糙度24m405.42.62.1:10.15R約14mm607.53.42.2:10.15R約5mm（直徑3060mm）809.13.82.4:10.20R約10mm（直徑60150mm）10010.74.32.5:10.20導程t=D(0.7D)120124.82.5:10.25LS/t通常大約為20120最大14最大5.6最大3:10.25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=0.140=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（0.0020.005) D=（0.0020.005)40=0.080.2mm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2125。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。（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=(0.040.07)D=0.0740=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=(0.120.14)D=0.1240=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/4015:15.02.62.2:10.1540417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；2）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HB220270，高頻淬火HRC45-483.1.3 螺桿塑化部件的特點 螺桿具有塑化和注射兩種功能； 螺桿在塑化時，僅作預塑用； 塑料在塑化過程中，所經過的熱歷程要比擠出長； 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6090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HB220270熱處理。結構圖如圖2-8圖3-3 螺桿頭結構3.2.2 螺桿頭的基本要求螺桿頭要靈活、光潔；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；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；結構上應拆裝方便，便于清洗；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)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4560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到片的肋上。止逆環(huán)的材料選用45號鋼，進行調質HB220270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Hv9001000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。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79MPa，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：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??；故背壓力可以忽略不計，這樣活塞桿的直徑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，d32mm。表3-4 活塞桿直徑系列45681012141618222252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故有：活塞直徑，考慮到摩擦及壓力損失等因素，活塞直徑應適當加大，結合活塞直徑標準系列取活塞直徑：表3-5 活塞直徑系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200(220)2503204005006303.5.2 液壓缸主要尺寸的確定液壓缸壁厚和外經的計算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(1.251.5)倍； 缸筒材料的許用應力。無縫鋼管。則： 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表3-6液壓缸行程系列2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000406390110140180220280360450550700900110014001800220028003900240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300038003) 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。無孔時 有孔時 式中 t缸蓋有效厚度(m)；缸蓋止口內徑(m)； 缸蓋孔的直徑(m)。液壓缸：無孔時 ，取 t=35mm有孔時，取 t=40mm4) 最小導向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度（如下圖2所示）。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。圖3-8 液壓缸的導向長度對一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求：式中 L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內徑。活塞的寬度B一般取B=(0.61.0)D；缸蓋滑動支承面的長度，根據液壓缸內徑D而定；當D80mm時，取。為保證最小導向長度H，若過分增大和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即最小導向長度：，取 H=72mm活塞寬度：B=0.8D=100mm缸蓋滑動支承面長度：不需要隔套5) 缸體長度的確定液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的2030倍。缸體內部長度3.5.3 液壓缸的結構設計液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結構設計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結構、活塞與活塞桿的連接結構、活塞桿導向部分結構、密封裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件不同，結構形式也各不相同。設計時根據具體情況進行選擇。1) 缸體與缸蓋的連接形式缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。本次設計中采用外半環(huán)連接，如下圖3所示：圖3-9 缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式優(yōu)點：結構較簡單；加工裝配方便缺點：外型尺寸大；缸筒開槽，削弱了強度，需增加缸筒壁厚2) 活塞桿與活塞的連接結構參閱P15表2-8，采用組合式結構中的螺紋連接。如下圖4所示：圖3-10 活塞桿與活塞螺紋連接方式特點： 結構簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。2) 活塞桿導向部分的結構活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用較普遍。導向套的位置可安裝在密封圈的內側，也可以裝在外側。機床和工程機械中一般采用裝在內側的結構，有利于導向套的潤滑；而油壓機常采用裝在外側的結構，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。在本次設計中，采用導向套導向的結構形式，其特點為：導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后便于更換，導向套也可用耐磨材料。蓋與桿的密封常采用Y形、V形密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸。3) 防塵方式常用J形或三角形防塵裝置?；钊盎钊麠U處密封圈的選用活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。在本次設計中采用O形密封圈。3.6 移座油缸設計參照250g注塑機，移座時負載為3kN，座頂緊的壓力為30kN，該注塑機注射容量相對較小因此取座頂緊的壓力為25kN。座移動缸最大載荷為其頂緊之時，此時缸的回油流量雖經節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為考慮到摩擦及壓力損失等因素活塞直徑應適當加大，油缸行程取。由給定的設計參數知，注射座往復速比為0.08/0.061.33，查表2-6得d/D0.5，則活塞桿直徑為：d=0.580mm=40mm移座油缸主要尺寸及結構的設計與注塑缸類似，此處不再一一復述，移座油缸詳細結構尺寸如下圖示：圖3-11 移座油缸第四章 合模部件設計合模部分位于機器床身的左側，其主要由固定模板、移動模板、拉桿、液壓缸、連桿、模具調整機構、頂出機構以及安全保護機構等組成。其一,實現模具的可靠開合動作和必要的行程;其二,在注射和保壓時,提供足夠的鎖模力;其三,開模時,提供頂出制件的頂出力及相應的行程;4.1 合模機構設計參數要求：合模力，900kN；移模行程，30mm；4.1.1合模油缸設計（1）系統(tǒng)壓力選定180克塑料注射機屬小型液壓機，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設計手冊，初步確定系統(tǒng)工作壓力為8MPa。（2）確定合模缸的活塞及活塞桿直徑合模缸最大載荷時，為鎖模工況，其載荷力為900kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆酱藭rp1是由增壓缸提供的增壓后的進油壓力，初定增壓比為5，則p158.0MPa=40MPa，鎖模工況時，回油流量極小，故p20，求得合模缸的活塞直徑為，取D=180mmm按表2-5取d/D=0.7，則活塞桿直徑d=0.7180mm=126mm，取d=125mm。移模行程為30mm，因此按照油缸標準行程系列取合模油缸行程為40mm。為設計簡單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體，增壓缸的活塞直徑也為180m。其活塞桿直徑按增壓比為5，求得，取d=80m。增壓缸行程為取合模油缸的尺寸及結構設計與前述類似，該處不再一一復述，合模油缸詳細尺寸結構如下圖示：圖 4-1 合模油缸4.2 頂出機構設計參數要求：頂出行程，65mm；頂出力，25kN4.2.1頂出油缸設計（1）系統(tǒng)壓力選定250克塑料注射機屬小型液壓機，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設計手冊，初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.5MPa。（2）確定頂出油缸的活塞及活塞桿直徑頂出缸最大載荷為25kN，此時缸的回油流量雖經節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為考慮到摩擦及壓力損失等因素活塞直徑應適當加大，頂出行程為65mm，結合油缸行程標準系列取頂出油缸行程。由給定的設計參數知，注射座往復速比為0.08/0.061.33，查表2-6得d/D0.5，則活塞桿直徑為：D=0.580mm=40mm頂出油缸的尺寸及結構設計與前述類似，該處不再一一復述。合模油缸詳細尺寸結構如下圖示：圖 4-2 合模油缸第五章 液壓系統(tǒng)設計5.1液壓系統(tǒng)設計要求5.1.1對液壓系統(tǒng)的要求注射機的工作循環(huán)為：合模注射保壓冷卻開模頂出螺桿預塑進料其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間較長，直到開模前這段時間都是鎖模階段。（1）合模運動要平穩(wěn)，兩片模具閉合時不應有沖擊；（2）當模具閉合后，合模機構應保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構應保持注射壓力，使塑料充滿型腔；（3）預塑進料時，螺桿轉動，料被推到螺桿前端，這時，螺桿同注射機構一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機構必需有一定的后退阻力；（4）為保證安全生產，系統(tǒng)應設有安全聯鎖裝置。5.1.2液壓系統(tǒng)設計參數上述設計選定的塑料注射機液壓系統(tǒng)設計參數如下： 螺桿直徑 40mm 螺桿行程 160mm 最大注射壓力 120MPa 螺桿驅動功率 5kW 系統(tǒng)工作壓力 8.0MPa 螺桿驅動功率 5kW 注射缸直徑 125mm 移座缸直徑 80mm 合模缸直徑 180mm 頂出缸直徑 80mm 螺桿轉速 0200r/min 注射座行程 50mm 注射座最大推力 25kN 最大合模力(鎖模力) 900kN 頂出力 25kN 動模板最大行程 40mm5.2 制定系統(tǒng)方案執(zhí)行機構的確定 本機動作機構除螺桿是單向旋轉外，其他機構均為直線往復運動。各直線運動機構均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅動，螺桿則用液壓馬達驅動。從給定的設計參數可知，鎖模時所需的力最大，為900kN。為此設置增壓液壓缸，得到鎖模時的局部高壓來保證鎖模力。合模缸動作回路 合模缸要求其實現快速、慢速、鎖模，開模動作。其運動方向由電液換向閥直接控制?？焖龠\動時，需要有較大流量供給。慢速合模只要有小流量供給即可。鎖模時，由增壓缸供油。液壓馬達動作回路 螺桿不要求反轉，所以液壓馬達單向旋轉即可，由于其轉速要求較高，而對速度平穩(wěn)性無過高要求，故采用旁路節(jié)流調速方式。注射缸動作回路 注射缸運動速度也較快，平穩(wěn)性要求不高，故也采用旁路節(jié)流調速方式。由于預塑時有背壓要求，在無桿腔出口處串聯背壓閥。注射座移動缸動作回路 注射座移動缸，采用回油節(jié)流調速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態(tài)，故采用Y型中位機能的電磁換向閥。安全聯鎖措施本系統(tǒng)為保證安全生產，設置了安全門，在安全門下端裝一個行程閥，用來控制合模缸的動作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，安全門沒有關閉時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進控制油，電液換向閥不能換向，合模缸也不能合模。只有操作者離開，將安全門關閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而保障了人身安全。液壓源的選擇該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中需油量變化較大，另外，閉模和注射后又要求有較長時間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動作時，雙泵同時供油，慢速動作或保壓時由小泵單獨供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。2.4.2擬定液壓系統(tǒng)圖圖5-1 注塑機液壓系統(tǒng)原理圖液壓執(zhí)行元件以及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起。去掉重復多余的元件，把控制液壓馬達的換向閥與泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用?？紤]注射缸同合模缸之間有順序動作的要求，兩回路接合部串聯單向順序閥。再加上其他一些輔助元件便構成了180克塑料注射機完整的液壓系統(tǒng)圖，見圖2，其動作循環(huán)表，見表2-4。表5-1 電磁鐵動作表電磁鐵動作1YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA快速合模慢速合模增壓鎖模注射座前進注射注射保壓減壓（放氣）再增壓預塑進料注射座后