毕业设计（论文）-塑料注射成型机中合模装置的优化设计.doc

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业 材料成型及控制工程 班级 材料 083 姓名 下发日期 2012-2-26 题目题目塑料注射成型机中合模装置的优化设计 专题专题 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 塑料注射成型机是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成塑料制品的 主要成型设备，它是目前增长最快，产量最多、应用最广的塑料成型设备。合模装置 是注射机的一个非常重要的组成部分，采用最多的是充液增压式合模装置，合模装置 的优良性能是获得优良注塑件的保证，因此本课题以优化合模装置的运动性能为目的 进行合模装置零部件结构的优化设计，重点需要解决的问题是掌握充液增压式合模装 置的工作原理、掌握合模装置中各零部件的作用、进行各零部件的装配及运动分析、 优化零部件的设计改善合模装置的运动性能。要求：制图严谨，结构运动合理，论文 写作条理清晰，层次分明，符合毕业要求。 主要主要 技术技术 参数参数 锁模力：1000（kn） 容模量：150-350（mm） 开模行程：280（mm） 顶杆行程：100（mm） 顶出力：30（kn） 模板最大开距：500（mm） 拉杆间距：555*560（mm） 模板尺寸：660*660（mm） 顶出速度：0.02m/s 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 第 1-4 周 查阅国内外文献。 第 5 周 掌握合模装置的工作原理。 第 6-7 周 掌握合模装置的主要组成部分的结构。 第 8-10 周 进行合模装置的运动过程分析。 第 11-12 周 进行合模装置的优化设计。 第 13-15 周 撰写毕业论文答辩。 教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 （40%） 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 i 摘要摘要 塑料注射成型机合模装置的设计，主要包括其主要功能结构、工作原理、模板距 离调节机构、推出机构及其液压系统。在塑料注射成型机中，合模装置的设计是否合 理，关系到成型模具能否可靠地闭锁、开启；方便、可靠地取出塑料制品、以及塑料 注射成型机生产率的提高。可见，合模装置的设计在塑料注射成型机的设计中占据着 比较重要的地位。 关键词关键词：塑料注射成型机；合模装置；液压系统；调模装置 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ii abstract plastic injection molding machine clamping apparatus design, mainly include its functional structure ,working principle, template distance regulating mechanism, introduction of mechanism and hydraulic system. in the plastic injection molding machine, whether clamping apparatus design is reasonable, in relation to the mold can reliably lock or open, convenient and reliably remove plastic products, and the plastic injection molding machines productivity. so, clamping apparatus design for plastic injection molding machine design occupies an important position. key words: plastic injection molding machine; mold clamping device; hydraulic system; adjusting device 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 iii 目录目录 摘要摘要.i abstract .ii 目录目录iii 第第 1 章章 绪论绪论 1 1.1 注射机的发展与应用.1 1.2 论文主要研究内容.2 第第 2 章章 塑料注射成型机塑料注射成型机合模系统方案设计合模系统方案设计 3 2.1 设计的基本参数.3 2.2 合模机构方案设计单曲肘式合模装置的设计.3 结论结论 40 参考文献参考文献 41 致谢致谢 42 附件附件 1 .43 附件附件 2 .52 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 注射机的发展与应用注射机的发展与应用 注射成型是一种以高速高压将塑料熔体注入到已闭合的模具型腔内，经冷却定型， 得到与模腔一致的塑料制品的成型方法。塑料注射成型机（简称注塑机）是将热塑性 塑料或热固性塑料制成各种塑料制件的主要成型设备。加工范围从几克甚至几毫克的 手表、仪表小齿轮、激光唱盘、微电子元件等，到几千克的电视机、音响、空调及洗 衣机外壳，再到上万克的浴缸、桌椅、赛艇船体。注塑机是一种集成度很高的机电液 一体化设备，其技术含量在很大程度上反应一个国家的机械、电子、液压等基础工业 的水平。随着现代工业和尖端科学技术的发展，塑料制件被越来越广泛地应用到国防、 机械、电气、航空、交通运输、建筑、农业、文教、卫生及人民生活等各个领域。注 射成型机是在 19 世纪中叶出现的金属压铸机（1849 年 sturgrss）的基础上逐渐形 成的。最初主要用来加工纤维素硝酸脂和醋酸纤维一类的塑料。直到 1932 年，才由德 国弗兰兹布劳恩（franz braun）厂生产出全自动柱塞式卧式注射成型机，并向 各国推广使用，这也是目前所用的柱塞式注射成型机的基本形式。之后，由于石油化 学工业的发展，促进了塑料工业的发展。其中热塑性塑料无论是在品种方面还是在数 量方面。增长都很迅速，这就要求发展与之相适应的加工技术和机器设备。1948 年在 注射成型机上开始使用螺杆塑化装置，并与 1965 年在世界上出现了第一台往复式螺杆 注射成型机。这是注射成型工艺技术方面的重大突破，从而使更多塑料通过比较经济 的注射成型方法加工成各种塑料制件成为可能。 注射机具有以下特点：能一次成型出外形复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制件； 对各种塑料加工的适应性强；机器生产率高以及易于实现生产自动化等。所以注射成 型技术及注射成型机得到极为广泛的应用，现已成为塑料加工业和塑料机械业中的一 个重要组成部分。据统计，全世界注射成型机的数量约为 3 万多台，占整个塑料成型 机械的 50%以上，个别国家竟达 70%80%，成为目前塑料机械生产中增长最快，品 种、规格、生产数量最多的机种之一。 一台通用型注射机主要包括注射装置、合模装置、液压传动系统和电器控制系统。 如图 1-1 所示，其中注射装置的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 的压力和速度将一定量的熔料注射到模腔内。合模装置是保证成型模具可靠地闭合和 实现模具启闭动作，即成型制品的工作部件。由于注射成型机是由塑料熔融、模具启 闭、注射入模、压力保持、制品固化定型、开模取出制品等工艺所组成的连续生产过 程，液压传动系统和电器控制系统是为了保证注射成型机按工艺过程预定的要求(压力、 速度、温度、时间)和动作程序，准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统。 图 1-1 塑料注射成型机组成 1.2 论文主要研究内容论文主要研究内容 本论文主要对合模装置的参数进行设计，通过各部分运动仿真优化设备。全文的 主要内容包括以下几个方面： 1、合模系统方案设计 2、合模系统优化设计 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 第第 2 章章 塑料注射成型机塑料注射成型机合模系统方案设计合模系统方案设计 2.1 设计的基本参数设计的基本参数 设计条件： 电动机转速： 200r/min ； 注射行程： 280（mm)； 模板最大开距： 500（mm)； 顶杆行程： 100（mm)； 顶出力： 30（kn）； 拉杆间距： 560 560（mm mm)； 螺杆尺寸： l=788(mm),d=40(mm)； 移动移动注射座移动速度： 0.014（m/s)； 注射速度： 0.07（m/s)； 绕转轴旋转角度： 0.018（m/s)； 顶出速度： 0.02（m/s)； 2.2 合模机构方案设计合模机构方案设计单曲肘式合模装置的设计单曲肘式合模装置的设计 2.2.1 单曲肘式合模装置的工作原理单曲肘式合模装置的工作原理 当压力油从合模液压缸的上部进入时，推动活塞杆向下运动，迫使两根连杆伸展 为一条直线，产生预紧力，即合模力，从而锁紧模具并产生自锁，开模时，压力油从 液压缸下部进入，使连杆屈曲，液压缸用铰链与机架相连，开、合模过程中，液压缸 可以摆动。 开合模状态如图 2-1（a） 、 （b）： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 图 2-1 单曲肘合模机构工作原理图 2.2.2 单曲肘式合模装置的力学特性单曲肘式合模装置的力学特性 单曲肘式合模装置机构使模具合紧后，机构所受的力遵守胡克定律，在不考虑接 触点外的非线性变形情况下，则受拉力作用的构件（即拉杆）的变形力为： p l （2-1） p pcm zea lp p l 即： （2-2） pp lc cm zp 式中：为拉杆变形量； p l 为拉杆截面积； p a 为拉杆长度； p l 为合模力； cm p 为拉杆数目；z 为拉杆材料弹性模量；e 为拉杆刚度。 p c 同理受压构件应为： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 2 2 1 1 ef lp ef lp l cmcm k （2-3）) 11 ( 21 cc pcm 即： （2-4） kkcm lcp 式中：为受压构件的总刚度； k c 为受压构件的变形； k l 为肘杆长度； 1 l 为拉杆长度； 2 l 为肘杆的刚度； 1 c 为拉杆的刚度； 2 c 为受压构件的总刚度。 k c 当曲肘机构最终合紧处于一条直线时，机构所产生的总变形可表示为： kp lll 0 k cm p cm c p zc p ) 11 ( kp cm czc p 0 c pcm 即： （2-5） 00 lcpcm 式中：为合模系统总刚度 。 0 c kp czcc 111 0 动模板和前模板上安装模具进行加工时，同理可得模具受力和变形的关系： （2-6） mmcm lcp 式中：为模具的刚度； m c 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 为模具的变形量。 m l 当合模系统合紧工作时处在一个力的封闭系统内，机构和模具所受的载荷均为合 模力，如将式（2-5）和式（2-6）所反映的变形力和受力之间的关系，如图 2-2 所示。 cm p 图 2-2 单曲肘肘杆机构在工作过程中的力与变形的关系 当工作油缸为克服变形阻力开始升压后，合模机构和模具便产生变形，以至最终 实现同一个合模力所需要的变形和。注射后，由于模腔内熔料胀模力的作 cm p 0 l m l 用，使肘杆系统继续变形，而模具压缩变形量将要做相应的回弹，其变形量由系 m l 统刚度（，） ，和胀模力决定。从理论上讲，回弹量的值即为压缩 0 ctg mm ctg s p 变形量，也就是胀模力等于锁模力。如果超过此值，在模具的分型面处 m lfpp zs 就有可能开缝溢料现象。从图 2.2 可知，在注射时，由于胀模力的作用，拉杆对模具实 现最终的锁紧，其值要比合模力大。为了加以区别，将合模力有时也称为名义合模 cm p 力，对注射后由于负载的作用而形成的最终锁紧力称之为锁模力，或称实际合模力。 z p 锁模力的大小为： ppp cmz )1 ( m cm c c p 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 )1 (kpcm 式中：（）表示系统的超载能力大小，称为裕度，系统刚度大，模具刚度小，k m c c 则机构的超载能力大。 根据静力平衡关系和力学三角形法则，可求出图 2-1 所示单曲肘机构在合模过程 中移模力与油缸拉力之间的关系： cos 2 ppm )sin( sin 02 pp （2-7） )sin( sincos 0 ppm 因式中、非独立的自变量，因此对已定的结构，移模力仅是角的函数= cm p 。)(f 因为机构在合模过程中、角趋于零，并最终等于零，角趋于的变化过程。 90 所以从式（2-7）可知，用静力学的观点来看，肘杆机构在合模过程中所形成的移模力 是逐渐增大至无穷。虽然因实际合模系统具有弹性，移模力是不可能最终达到无穷大， 但通过以上分析可知，肘杆机构具有对力的放大性，所以肘杆机构也称为增力机构。 机构的放大能力一般用力的放大倍数m加以标示： （2-8） 0 p p m m 式中：为移模力； m p 为移模油缸推力。 0 p 对图 2-1 所示肘杆机构的放大倍数，由式（2-8）可得： （2-9） )sin( sincos 0 p p m m 若忽略摩擦损失，根据虚功原理，对合模机构的输入功率应该等于输出功率，即： mmv pvp 00 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 所以模板移动速度为： （2-10）)1 ( 0 0 0 v p p vv m m 式中：为移模活塞杆速度； 0 v 为移模速度。 m v 从以上可知，当油缸活塞的运动速度和推力为定值，即输入功率为常数，则输出 的移模力与移模速度应成反比关系，合模时因移模力从小趋于无穷大的变化，移模速 度则应反之，即由大至零的连续变化过程。如图 2-3 所示的移模力与速度变化图。 图 2-3 肘杆机构在合模过程中的移模力与速度变化关系 2.2.3 单曲肘合模机构的模板设计单曲肘合模机构的模板设计 注射机模板分为：前模板、动模板、后模板。主要用于安装成型模具、拉杆、合 模机构、调模机构、顶出机构等，并和拉杆构成一个力的封闭系统，在合模时将成型 模具锁紧。在此设计采用四柱式模板结构，即设计 4 根拉杆连接模板。因其四柱式结 构承载能力大、刚性好，而且定位导向性能好：四柱式结构更便于安装较大的模具， 而且便于模具的安装和拆卸。如图 2-4 所示。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 图 2-4 模板的外形尺寸 模板材料选用 45 钢。 1、前模板厚度和动模板厚度： 1 h 2 h （2-11） h vp hh w cm 0 0 21 5 . 1 式中：为模板外形水平尺寸；h 为合模力； cm p 为拉杆中心距。根据设计结构可得； 0 vmmv560 0 为模板许用抗弯脉动应力疲劳极限。，即 0w s w 0 0 ,44 . 0 ,7 . 1 110b ； s b w 748 . 0 0 为脉动疲劳极限； 0 为对称疲劳极限； 1 为弯曲应力。对于 45 钢，； b mpa b 600 为安全系数。一般塑性材料取。s25 . 1 将其数值代入式（2-11）得： h vp hh w cm 0 0 21 5 . 1 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 660 2 10600748 . 0 5601000 5 . 1 3 mm24.92 2、后模板厚度： 3 h （2-12） v hp h w cm 0 0 3 5 . 1 式中：为拉杆垂直中心距。根据设计结构得； 0 hmmh560 0 为模板外形垂直尺寸。v 其余符号意义同前。 将其数值代入式（2-12）得： v hp h w cm 0 0 3 5 . 1 660 2 10600748 . 0 5601000 5 . 1 3 。mm24.92 圆整后取。mmh93 3 本设计将调模机构安装在后模板上，肘杆机构连接后模板和动模板；顶出机构安 装在动模板上，并在动模板上设置顶出通孔；根据塑料注射成型机标准在83318/sg 动模板和前模板上设置的模具安装螺纹孔。为了使动模板运动自如和注射模4020m 闭合时四周闭合，模板的 4 个拉杆孔平行并与机构中心对称。动模板和前模板的模具 安装面的平面度不大于规定的级，并且只允许凹，表面粗糙度。801184/gba3 . 6 a r 动模板和前模板的模具安装面间的平行度应按选用，当锁模力为零时取801184/gb 10 级，在锁模力为最大时取 8 级。如图 2-5、2-6 所示为本设计的模板二维和三维结构 图。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 （a）前模板 （b)动模板 （c）后模板 图 2-5 模板二维图 （a）前模板 （b）动模板 （c）后模板 图 2-6 模板三维图 2.2.4 拉杆设计拉杆设计 拉杆俗称导柱或哥林柱，它是连接模板承受锁模力并保证动模板平行运动的重要 零件，并影响着整个合模系统的性能。它在合模系统中受到锁模力的拉伸作用和运动 部件的重力作用以及由于模具安装存在偏心而产生的弯曲作用。因此，在设计拉杆的 时候要必须保证拉杆具有足够的强度和刚度并保证导向表面有足够的精度、硬度、和 低的表面粗糙度，确保合模系统平稳运行。 本设计采用的拉杆为两端螺纹式，与后模板连接端的螺纹配合调模机构进行调模 工作；与前模板连接端用大螺母固定。拉杆材料为，调质处理提高拉杆疲劳强度， r c40 提高其性能。 1、拉杆长度计算： d l 根据模板厚度、开模行程、调模行程和附加部件占据的长度预算出拉杆长度 。mmld2250 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 2、拉杆直径：d 拉杆数量为 4 根时按下式计算拉杆直径： （2-13） e p d cm 式中：为合模力； cm p 为材料弹性模量。拉杆材料为，则取；e r c40 24 /1006. 2mmkne 为弹性变形量系数。普通型注塑机取，一般在设计)100/()044. 0040 . 0 (mmmm 中取。)100/(043. 0mmmm 将其数值代入式（2-13）得： e p d cm 100/043 . 0 1006 . 2 1000 4 mm94.59 圆整后取。mmd60 3、拉杆静应力校核： 因本设计采用的是两端螺纹式结构，所以拉杆两端螺母承受着全部的锁模力，因 此拉杆所受的静应力也就是两端螺纹所受静应力。拉杆螺纹在系统中主要受到挤压、 剪切、弯曲、拉伸这几项静应力。如果拉杆螺纹强度不够，会导致拉杆性能下降，严 重会导致拉杆断裂，因此在设计时必须保证拉杆强度达到规定值。 经设计得拉杆的连接螺纹为，直径，小径；每根拉48mmmd48mmd129.43 1 杆受到的拉力，拉杆材料为，则材料力学性能kn p f cm 250 4 1000 4 r c40 。mpa s 785 （1）螺纹挤压强度： )( 4 2 1 2 dd f c 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 6 22 3 10 )043129 . 0 048 . 0 ( 102504 mpa661 因为，所以设计符合要求。mpampa s 785661 （2）螺纹剪切强度： sd f 1 6 3 10 81 . 0 005. 0043129 . 0 10250 mpa456 式中：为螺距；s 为牙型螺纹系数，公制螺纹。81. 0 因为，所以设计符合要求。mpampa s 785456 （3）螺纹弯曲强度： 22 1 2 1 2 2 )(3 sd ddf b 6 22 322 10 005. 081. 0043129. 02 10)043129. 0048 . 0 (2503 mpa75 因为，所以设计符合要求。mpampa sb 78575 （4）细颈抗拉强度： 2 4 d f t 6 2 3 10 048 . 0 102504 mpa138 因为，所以设计符合要求。mpampa st 785138 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 图 2-7 拉杆实体图 2.2.5 肘杆机构设计肘杆机构设计 1、肘杆机构的运动行程和最大起始角 如图 2-8 所示，虚线部分为肘杆机构起始位置原理图，实线部分为肘杆机构运动 在某一位置时的原理图。 图 2-8 肘杆机构运动分析 根据图示坐标可以得出 c 点的坐标方程为： （2-14）coscos 21 ll c 由式(2-14)统一用角表示为： 2 2 1 21 sin 1cos l l ll c （2-15） 22 21 sin1cosll 式中：为肘杆长度； 1 l 为连杆长度； 2 l 为肘杆 1 和连杆 2 的长度比，称为杆长比。)/( 21 ll 当合模终止时，肘杆 1 和连杆 2 一线排列（） ，则由式（2-15）得 c 点0 min 最大位置为： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 （2-16） 21min 22 2min1max sin1cosllll c 当开模终止时（） ，则由式（3-20）得 c 点最小位置为： max （2-17） max 22 2max1min sin1cosll c 由式（2-16）和（2-17)可得模板行程为：s minmaxcc s max 22 2max121 sin1cosllll （2-18） max 22 max1 sin11 )cos1 (l 由式（2-18）可知，肘杆机构的行程是随和增大而增加的，但由于s)/( 21 ll max 肘杆是由模板尺寸决定的，一般不超过（模板高度） 。而肘杆的起始角受机 1 lh 2 1 max 构等附加条件限制，。 90 max 若取图 2-7 所示单曲肘机构的动模板为平衡体，不计动模板铰链处的摩擦和惯性 力等作用的条件下，动模板沿拉杆运动时的运动条件可用下式表示： fgrpm)( 2 max2cos ppm max22 sinpr )sin(cos max2max2 pgfp 将上式改用等式表示： )sin(cos max2max2 pgfp （2-19） maxmax 2 sincosfk fk g p 式中：为移模力； m p 为连杆作用在模板上的力； 2 p 2 l 为动模板与拉杆之间的摩擦系数；g 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 为动模板与拉杆之间的摩擦系数；f 为力的垂直分力； 2 r 2 p 为大于或等于 1 的系数。k 由式（2-19）可知，当时，意味着所需要的推力等于无0sincos maxmax fk 2 p 穷大，也就是该动模板处于自锁状态。因此，肘杆机构的自锁条件为： 0sincos maxmax fk 即： （2-20）fkctg max 对于钢材的摩擦系数，在此取，考虑到机械制造与安装误差、2 . 015. 0f2 . 0f 摩擦等因数，取 k=2；将数值代入式（2-20）可求得，将会出现“卡死”现 70 max 象，又考虑到避免动模板在运动时产生过大的垂直分力，所以一般在 2 r max 范围内，相应的杆长比为之间。本设计中取，杆 4530 )/( 21 ll7 . 05 . 0 45 max 长比。根据设计参数可知开模行程，模板尺寸为。7 . 0mms280)(660660mmmm 考虑到排列位置的限制条件，取。由式（2-18）得： 85 max max 22 max1 sin11 )cos1 (ls 即： （2-21） max 22 max 1 sin11 cos1 s l 将数值代入式（2-21）得： max 22 max 1 sin11 cos1 s l 7 . 0 85sin7 . 011 85cos1 280 22 mm213 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 则：mm l l304 7 . 0 213 1 2 在结构设计中，一般要求肘杆不超过（模板高度） ，由设计参数得，h 2 1 mmh660 即，故计算结果可用。mmmmmml330660 2 1 213 1 2、肘杆机构系统刚度 肘杆机构系统刚度主要为拉杆抗拉刚度和肘杆机构抗拉刚度，它们组成一个相互 关联的肘杆机构弹性抗拉刚度系统，拉杆在肘杆机构的推力下产生弹性拉伸变形，使 整个系统产生的变形力形成为合模力。合模力是由拉杆受力产生变形得到的，因此合 模力是以拉杆的拉伸变形量作为根据的。所以，在对肘杆机构系统刚度分析上，肘杆 机构的抗拉刚度是以拉杆抗拉刚度作为基准的。 （1）拉杆抗拉刚度： d k （2-22） d d d l zea k 式中：为拉杆数量。本设计采用 4 根拉杆；z 为材料弹性模量。拉杆材料为，则；e r c40 27 /1006 . 2 mmne 为拉杆截面积。拉杆直径经计算为，则； d admm60 4 2 d ad 为拉杆的长度。经计算长度为。 d lmm2250 将数值带入式（2-22）得： d d d l zea k 1804 61006 . 2 4 27 cmn /1029 . 1 7 （2）肘杆机构的抗拉刚度: ll k 肘杆机构的抗拉刚度是以拉杆刚度为基准的，两者之间是相互影响的。肘杆机构 由肘杆（与后模板连接)连杆（与动模板连接）组成。肘杆机构的抗拉强度是指肘杆机 构在合模油缸活塞推力作用下及注射成型时抵抗变形的能力。肘杆机构抗拉刚度相对 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 于拉杆抗拉刚度来说，不能过大也不能过小，过大，会使临界角太小，肘杆机构失去 了弹性功能，高压合模和模具的灵敏度差，而且增加了材料用量；过小，在高压开模 时，肘杆机构单位长度瞬间弹性回缩变形量大于拉杆单位长度伸长变形量，肘杆和连 杆关节处在高压开模启动后，拉杆弹性回复到位，而肘杆和连杆由于变形大，弹性回 复还未到位，高压开模瞬间，拉杆在高压开模力作用下，瞬间回弹，反而把肘杆机构 锁紧，严重的情况是开模开不开。为了能够合理确定肘杆机构的抗拉刚度，根据资料， 肘杆机构抗拉刚度值与拉杆抗拉刚度值两者之比取，即肘杆机构抗拉刚度1: )6 . 32 . 3( 值是拉杆抗拉刚度值的倍。这样就能保证肘杆机构系统在合模时拉杆处于弹6 . 32 . 3 性变形工作状态，而肘杆机构相对于拉杆处于刚性状态，可靠锁模；高压开模时，能 连续运行顺畅楷模，所以肘杆杆机构的抗拉刚度为： ll k dll kk)6 . 32 . 3( 本设计中取 3.5 倍，则。cmnkk dll /1052 . 4 1029 . 1 5 . 35 . 3 77 （3）系统总刚度：c 在整个系统中，模板、模具等这些相对肘杆机构和拉杆来说刚性要大很多，所以 系统总刚度的计算简化为只计算肘杆机构和拉杆的变形，再使用修正系数进行修正。 因此系统总刚度：c （2-23） k kk c lld ) 11 ( 1 式中：为修正系数；一般取，在此取。k5 . 125. 135 . 1 k 其余符号意义同前。 将其数值代入式（2-23）得： k kk c lld ) 11 ( 1 25 . 1 ) 1052. 4 1 1029 . 1 1 ( 1 77 cmn /1080. 0 7 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 3、肘杆和连杆截面积： l a 本设计采用的肘杆结构为两肘杆并排连接后模板和两连杆并排连接动模板形式， 这样的结构能使机构在运行中使得模板受到的作用力均匀分布，使整个合模系统运行 平稳，增强可靠性。肘杆和连杆设计为长方体形式，其截面积的高与宽之比，根据黄 金分割法则，尽量满足，这样有利于抗弯刚度的优化。肘杆和连杆的长度在此618 . 0 :1 之前已经算出，根据肘杆机构抗拉刚度可以方便的算出肘杆和连杆的截面积。 肘杆和连杆的材料选用 45 钢。 （1）肘杆抗拉刚度： 1l k （2-24） 1 1 1 l eam k l l 式中：为肘杆数量。本设计中的肘杆数量为 2； 1 m 为材料弹性模量。45 钢；ecmne/1006 . 2 7 为肘杆长度。已经算出为； 1 lmm213 为单根肘杆的截面积； l a lll hwa 为单根肘杆宽度； l w 为单根肘杆高度。 l h （2）连杆抗拉刚度： 2l k （2-25） 2 2 2 l wam k l l 式中：为连杆数量。本设计的中连杆数量为 2； 2 m 为连杆长度。已经算出为； 2 lmm304 为单根连杆的截面积，和肘杆的截面积相同。 l a 肘杆机构抗拉刚度可表示为： ll k 21 111 llll kkk 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 21 11 1 ll kk （2-26） em llk a ll l )( 21 式中：。2 21 mmm 将数值代入式（2-26）得： em llk a ll l )( 21 7 7 1006. 22 ) 4 . 30 3 . 21(1052 . 4 2 72.56cm 根据黄金分割法则知：，所以可算出肘杆和连杆的高618 . 0 :1: ll wh ；宽，圆整后取。cmhl81 . 8 cmwl44 . 5 cmwcmh ll 55,90 4、连接销轴直径： l d 连接销轴受到最大的作用力是在连杆机构伸直使得模具合紧后，也就是受到最大 作用力为合模力。销轴受力分析如图 2-7 所示。f cm p 销轴材料选用 45 钢。 根据公式得： （2-27） s l f d 4 式中：为剪切面上的切应力。； s fkn f fs500 2 1000 2 为许用切应力。； n b 为安全系数。一般取，在此取；n25 . 12 为剪切强度极限。，在此取； b bb )7 . 06 . 0(7 . 0 为弯曲应力。对于 45 钢，。 b mpa b 600 将数值代入式（2-27）得： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 s l f d 4 6 3 10 2 6007 . 0 105004 mm55 5、肘杆机构其它参数的计算： （1）变形力及临界角： c p 0 变形力指的是肘杆机构系统在锁紧模具的过程中，因合模系统发生弹性变形而形 成的实际预紧力，它取决于合模系统变形量的大小。而移模力是从静力学观点研究了 油缸推力经肘杆的放大，在模板（或模具）处所能产生的推力的大小。因此，肘杆机 构的正常工作条件必须是：油缸的驱动力经机构放大所形成的移模力要大于机构由于 变形而形成的变形阻力。 根据资料公式得： c p （2-28）)( 2 )1 ( 2 2 0 1 cl pc 式中：为系统总刚度；c 为临界角（模具分型面刚好贴合时肘杆与水平轴线的夹角）； 0 为； 0 0 为肘杆长度； 1 l 为杆长比。 由式（2-28）可知，肘杆机构系统在锁紧模具过程中，肘杆机构系统变形力呈二 次抛物线变化。当模具分型面刚接触时，变形力；当最后合紧时，也就)( 0 0 c p 是肘杆机构水平排列时，其变形力最大，此时的变形力即为系统的合模力。)0( cm p 因此由式（2-28）可得： )cos1 ()cos1 ( 0201 llpcm 用度数值代入计算，上式可改写为： 0 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 （2-29） 6567 )1 ( 01 cl pcm 由式（2-29）可得出临界角计算公式： 0 （2-30） cl pcm )1 ( 6567 1 0 将数值代入式（2-30）得： cl pcm )1 ( 6567 1 0 7 3 1063 . 0 7 . 1 3 . 21 1010006567 37. 5 （2）移模油缸推（拉）力计算： 在实际工作中，移模油缸推（拉）力在合紧模具的过程中是变化的，并且存在一 个最大值。因此单曲肘合模系统的移模油缸所需最大推（拉）力的理论计算公式为： （2-31） 6 3 0 2 1max0 10)1 ( clp 式中：为移模油缸理论最大值。 maxo p 其余符号意义同前。 考虑摩擦、制造和安装以及计算所造成的误差，油缸的实际选用推（拉）力应大 于理论计算值： （2-32） max0 0 p p 式中：为移模油缸实际推（拉）力； 0 p 为修正系数；一般取，在此取。8 . 07 . 08 . 0 由式（2-31） 、 （2-32）并将数值代入式中得： 8 . 0 10101063 . 0 37 . 5 )7 . 01 ( 3 . 21 36732 0 p kn07.75 （3）合模机构的标称增力倍数： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 23 注射机合模机构的标称增力倍数是指在最大锁模力下求得模具分型面刚好贴合 cm p 的时候肘杆机构临界角、，当合模机构由临界角状态开始锁模， 0 0 ),( 00 锁住肘杆和连杆撑成一条直线的过程中，油缸推（拉）力值呈抛 1 l 2 l)0, 0( 0 p 物线变化，有一个极大值，一般将于油缸最大推力相对应的变形力和的比 max p c p maxo p 值称为该注射机合模机构的标称增力倍数，即： （2-33） maxo c p p m 当时，油缸推（拉）力为最大，此时的变形力为： 00 58 . 0 3 1 c p （2-34） 2 2 1 6567 )1 ( c l pc 式中符号意义同前。 由式（2-32） 、 （2-33） 、 （2-34）并将数值代入可得：m 6 0 2 10)1 (6567 m 63 2 1037 . 5 )7 . 01 (6567 )37 . 5 58 . 0 ( 61 . 5 2.2.6 移模油缸的设计移模油缸的设计 1、移模油缸尺寸计算 因注射机在开合模过程中速度是不断变化的，而且压力也是变化的，所以本文设 计采用双作用单活塞杆缸作为移模油缸。 （1）工作负载及工作压力： 移模油缸工作负载由前面计算得知；系统工作压力根据表 2-1，按负knp07.75 0 载选择工作压力可得。mpap6 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 24 负载/kn50 工作压力/ a mp0.811.522.5334455 表 2-1 按负载选择工作压力 （2）移模油缸内径：d （2-35） p p d 0 4 式中：为工作负载； 0 p 为工作压力。p 将数值代入式（2-35）得： p p d 0 4 6 3 106 1007.754 mm22.126 根据标准取。19932348/tgbmmd130 （3）活塞杆直径：d 活塞杆直径为： mmdd5 .7113055. 055 . 0 根据标准取。19932348/tgbmmd70 （4）移模油缸实际有效面积、： 1 a 2 a 222 1 73.13213 44 cmda 22222 2 25.94)713( 4 )( 4 cmdda （5）缸筒壁厚： 缸体材料选用铸钢。 按中等壁厚缸筒计算： （2-36） c p dp y y )3 . 2( 式中：为试验压力。工作压力时，； y pmpap16ppy5 . 1 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 为缸体材料的许用应力。铸钢，在此取； mpa110100 mpa110 为强度系数。；1 为计入壁厚公差及腐蚀的附加壁厚，通常圆整到标准厚度值。c 其余符号意义同前。 将数值代入式（2-36）得： c p dp y y )3 . 2( c 1)65 . 11103 . 2( 13065 . 1 )(80 . 4 mmc 在此取，圆整得缸筒壁厚。mmc6mm10 因此可得缸筒外径。mmdd1501021302 1 （6）移模油缸油口尺寸： 0 d 油口采用螺纹连接。 （2-37） 0 max 0 13 . 0 v v dd 式中：为移模油缸最大输出速度。计算得知； max vsmv/50 . 0 max 为油口液流速度。一般不大于，在此取。 0 vsm/5smv/5 . 0 0 其余符号意义同前。 将数值代入式（2-37）得： 0 max 0 13 . 0 v v dd 5 . 0 50 . 0 13013. 0 mm 9 . 16 根据标准取油口尺寸为。19932878/tgbmmm5 . 116 （7）缸底厚度：h 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 缸底材料选用铸钢，并设计有油口： （2-38） )( 433. 0 0 dd dp dh y 式中：为缸底油孔直径。 0 d 其余符号意义同前。 将数值代入式（2-38）得： )( 433. 0 0 dd dp dh y )18130(110 13065 . 1 130433 . 0 mm35.17 圆整后取。mmh20 （8）活塞宽度：b db)0 . 16 . 0( 式中：为油缸内径。d 在此取，将数值代入上式得。7 . 0mmdb911307 . 07 . 0 （9）导向滑动面长度：a 最小导向滑动面长度为：h 220 dl h 式中：为最大行程。由结构设计得知；lmml300 为油缸内径。d 将数值代入上式得： 220 dl h mm80 2 130 20 300 导向滑动面的长度，在油缸内径大于时，取，在此取，amm80da)0 . 16 . 0(0 . 1 则： mmda80800 . 10 . 1 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 27 mm ba 86 2 91 2 80 22 因计算出的导向滑动面长度和最小滑动面长度差不多。所以该设计符合mma80 要求，不需要在增加导向隔套。 （10）缸筒头部法兰厚度： f h 缸筒头部法兰材料选用 45 钢。与缸筒连接采用螺栓连接，则： （2-39） ep epf f d ddf h )(3 0 式中：为法兰受力总和。； f fqddpdf hf )( 44 2 2 2 为密封环内径。经设计得；dmmd125 为工作压力；p 为附加密封压力。没有设计密封圈，取贴合金属屈服点，则；qmpaq350 为密封环平均直径。经设计得； ep dmmdep127 为密封环外径。经设计得； h dmmdh110 为螺栓孔分布圆直径。经设计得； 0 dmmd210 0 为法兰材料许用应力。45 钢。 mpa300 将数值代入式（2-39）得： ep epf f d ddf h )(3 0 300127 )125210(350)125130( 4 6125 4 3 222 mm93.30 （11）缸筒头部法兰连接螺栓校核： 缸筒头部法兰选用螺栓，螺栓材料选用钢，数目为 10 个。216m45 计算螺栓受力： 法兰所受最大压力： ； m fnpdfm796406130 44 22 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 28 螺栓工作负载： ；n z f ff m 7964 10 79640 , 0 21 剩余预紧力： ；nff1194679645 . 15 . 1 2 螺栓最大拉力： ；nfff19910119467964 202 预紧力： ；nfff11946796419910 202 螺栓拉力变化幅： 。n ff fa3982 2 1194619910 2 02 计算螺栓应力幅： 螺栓设计直径： mmd16 螺栓几何尺寸： 查手册，mmpmmd2,835.13 1 mmph732. 12866. 0866 . 0 螺栓危险截面面积： 222 10 144) 6 732. 1 835.13( 4 ) 6 ( 4 mm h da 螺栓应力幅： mpa a fa a 65.27 144 3982 0 确定螺栓许用应力幅： 螺栓材料为 45 钢，性能等级为级，则拉伸强度极限，屈8