毕业设计（论文）-HTJA1000型注塑机设计.doc

htja1000htja1000 型注塑机设计型注塑机设计 摘摘 要要 注塑机是一种塑料成型机械，有柱塞式和螺杆式，是利用注射装置将机筒里已经 熔化的热塑性或者热固性塑料以高压，高速注入到成型模具的型腔里，经保压，冷却 固化成型后，制成和模腔形状一致的塑料制品。成型时，粒状的塑料被连续输入到注 射成型机料筒中受热并逐渐熔融，成为黏性流动状态；经过保压、料筒中的螺杆或柱 塞将塑料熔体推到料筒端部，通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统注入闭合的模具 型腔中，充满后冷却，得到固化定型；然后开模并由模具推出装置推出制件。注射成 型的生产是周期性该机械由四部分构成：一，合模装置; 二，液压控制系统；三，注 射系统；四，电气控制系统。本次设计通过类比和优化方法，以整机设计为主的螺杆 式注塑机，主要包括螺杆的设计，喷嘴的设计，料筒的设计，以及合模装置和液压控 制系统的设计。通过设计达到了解注塑机设计过程，熟悉所学知识并加以巩固，达到 锻炼自己动手能力的目的。 关键词：关键词：注塑机，优化设计 i htja1000 injection molding machine design type abstract the plastic injection machine is a kind of plastic molding machinery, has the piston type and screw is the use of injection device will machine bins had molten thermoplastic or thermosets high-pressure, high-speed injected into the cavity, molding, cooling by the pressure after curing cavity shape made and consistent plastic products 。molding, granular plastic injection moulding machines by continuous input to a nitrogen-treated barrel and gradually melting heat in and become viscous flow state ，after the pressure, the nitrogen- treated barrel screw or piston will plastic melt till nitrogen-treated barrel ends, through the end of feeding tube nozzle and mould pouring system into the cavities of the closed mold, filled cooling, get curing stereotypes ，then by mold cavity and launch device launched workpieces ，the injection molding production is cyclical this machine consists of four components: one, shut the mould device; two, hydraulic control system; three, injection system; four, electrical control system 。this design using analogy and optimization method to design is given priority to, the screw injection machine, including screw design, the design of the nozzle, nitrogen-treated barrel of design, and shut the mould device and hydraulic control system design. through the design to understand, be familiar with injection molding machine design process and to consolidate the knowledge, to exercise oneself start work ability purpose. key words: injection machine，optimal design ii 目目 录录 摘 要 .i abstract .ii 1 概 述 .1 1.1 注塑机的组成 .1 1.2 注塑机的成型过程 .2 1.2.1 闭模和锁模注塑3 1.2.2 保压3 1.2.3 预塑 和冷却.3 1.2.4 注塑座后退3 1.2.5 开模和制品顶出4 1.3 注塑机的分类 .4 1.3.1 按传动方式分 .4 1.3.2 按操纵方式分 .4 1.3.3 按塑化方式分 .4 1.3.4 按注塑机外形分4 1.3.5 按注塑方式和塑化方式分5 2 注塑机的基本参数及其选择.6 2.1 注射量 .6 2.2 注射量压力 .7 2.3 注射速率 .7 2.4 塑化能力 .8 2.5 合模力 .9 3 注塑机注射系统的相关零件的设计12 3.1 螺杆的设计 12 3.2 螺杆头的设计 15 3.3.1 加料.16 3.3.2 料筒的壁厚.16 3.3.3 料筒加热与冷却.16 3.3.4 料筒与螺杆的配合间隙.17 3.4 喷嘴的设计 18 3.5 注射油缸的选择 21 3.5.1 螺杆传动装置的选择.21 3.5.2 移动注塑座及其移动装置的设计.22 iii 4 注塑机合模装置相关的设计24 4.1 合模机构的选择 24 4.2 合模装置尺寸的选择 26 4.2.1 模板间最大开距.26 4.2.2 动模板间行程.26 4.2.3 模巨最大厚度与最小厚度.27 5 液压系统的设计28 5.1 合模 (慢合，快合) .28 5.2 注塑 29 5.3 注射保压 29 5.4 预塑 29 5.5 开模 29 5.6 注塑座整体前进 29 5.7 注塑座整体后退 29 5.8 电磁阀动作循环表 29 致 谢 .31 参 考 文 献 32 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）0 1 1 概概 述述 塑料是常温下呈高弹态的高分子聚合物。其以树脂为主要成分，加入各种能改善 其加工性能。和使用性能的添加剂，在一定温度、压力和溶剂等作用下，利用模具可 趁兴为一定几何形状和尺寸的塑料制件，并在常温、常压下保持此形状的一类材料。 它分为热塑性塑料和热固性塑料。从原料到塑料，再从塑料到制品，统称为塑料成型 技术。塑料成型的方法主要有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动成型。 注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加 热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的 作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑 化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的 物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料 空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压， 将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、 固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品 从模具顶出落下。它可以加工大部分塑料，是一种重要的成型方法。1872 年，世界第 一台柱柱塞注塑机问世，1956 年，往复式螺杆注塑机诞生， ，它拓宽了注塑机成型的应 用范围。 注塑机具有很多特点：例如，它能一次成型出形状复杂，尺寸精确或带有嵌件的制 品，适宜于多种聚合物的成型，设备生产效率高，易于实现自动化生产等。 随着聚合物工业的发展，气辅注塑，低压高速注射，磁场注射，逆流注射，等新型 注射技术和注射装备的陆续被开发出来。据统计，世界上有 30%40%的塑料用于注射成 型。现在世界上向着两个极端发展：大型和小而精密型，注塑机的注射量打 32000cm3, 注塑机的锁模力达到 25000kn。 随着我国科技和工业的进步，在注塑机方面已经有了很大的进步和发展，但是，我 们和世界上发达国家还有 5 到 10 年的差距。主要在以下方面：一，速度，效益，节能 指标远低于先进厂家；二，控制水平跟不上时代发展，在精度方面与国外先进水平有 很大的差距；三，企业装备水平与国外企业有很大的差距；四，研究和开发投入与外 国有很大差距，自主研发和开发能力不足。总之，我们在注塑机发展的上还有很远的 路要走，还需要努力和奋斗。 1.11.1 注塑机的组成 注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件、 合模部件、机身、液压系统、加热系统、控制系统、加料装置等组成。如图所示。 htja1000 型注塑机设计1 图 1-1 注塑机组成图 1.2 注塑机的成型过程 注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈 加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆 的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地 塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融 的物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储 料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压， 将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、 固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品 从模具顶出落下。下面用往复式螺杆注塑机的成型循环图来展示成型过程： 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2 图 1-2 塑机动作过注程 1.2.1 闭模和锁模注塑 模具以低压快速闭合，当动模和定模将要合上时，动力系统自动切换到低压低速， 当确认模腔无异物时切换到高压将模具锁紧。 模具锁紧后，注射座前移，使喷嘴与模具贴合，由液压注射系统工作，以高压高 速将熔料注入模腔。 1.2.2 保压 塑料注入模腔后，冷却收缩，为使制品质量密室。对熔料保持一定的压力，称此 压力为保压压力。保压时，螺杆前移少许。 1.2.3 预塑 和冷却 当保压进行到模具型腔内的熔体失去了从浇口回流的可能性时（即浇口处熔体冷 凝封口） ，注塑油缸内的油压即可卸去，制品在模具型腔内充分冷却定型。为了缩短成 型周期，在制品冷却定型的同时，注塑螺杆在螺杆传动装置的驱动下转动，从料斗内 落入机筒的物料随着螺杆的转动而向前输送。物料在输送过程中被逐渐压实，物料中 的空气从加料口排出。进入机筒中的物料，在机筒外部加热器的加热和螺杆摩擦剪切 产生的热量共同作用下，被塑化成熔融状态，并建立一定的压力。当螺杆头部的熔体 压力达到能够克服注塑油缸活塞后退是的阻力（即预塑背压）时，螺杆开始后退，计 量装置开始计量。螺杆不停的转动，螺杆头部的熔体逐渐增多，当螺杆后退到设定的 计量值时，螺杆即停止在转动和后退。因制品冷却和螺杆预塑化是同时进行的，所以， 在一般情况下要求螺杆螺杆预塑计量时间不超过制品的冷却时间。 1.2.4 注塑座后退 螺杆塑化计量结束后，为了不使喷嘴长时间与冷的模具接触形成冷料，而影响下 一次注塑和制品的质量，有些塑料制品需要将喷嘴离开模具，即注塑座后退。在试模 htja1000 型注塑机设计3 使也经常选择这一动作。动作进行与否或动作先后次序，根据所加物料的工艺条件而 定，均可进行选择。 1.2.5 开模和制品顶出 模具型腔内的制品经充分冷却定型后，合模系统就开始打开模具。在注塑机顶出 装置和模具的推出机构共同作用下而自动顶落制品，为下一个成型过程做好准备。按 照习惯，把一个注塑成型周期，称为注塑机的工作循环。根据上述动作，按时间先后 程序可绘成注塑机的工作框图，如上图 1.3 注塑机的分类 注塑机的种类随着注射成型技术的发展不断增多，故分类的方式也很多。以下是 几种常见的分类方法： 1.3.1 按传动方式分 分为机械式和液压式 1.3.2 按操纵方式分 分为手动，半自动和全自动。 1.3.3 按塑化方式分 分为柱塞式制注射机，预塑式注塑机，橡胶注射成型机 1.3.4 按注塑机外形分 主要根据注塑装置和合模装置的排列方式进行分类。 （1）卧式注塑机 其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，模具是沿水平方向打开的。特点 是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作 用自动落下，易于实现全自动操作。目前，市场上的注塑机多采用此种型式。 （2）立式注塑机 其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上，且模具是沿垂直方向打开的。因 此，其占地面积较小，容易安放嵌件，装卸模具较方便，自料斗落入的物料能较均匀 地进行塑化。但制品顶出后不易自动落下，必须用手取下，不易实现自动操作。立式 注塑机宜用于小型注塑机，一般是在60克以下的注塑机采用较多，大、中型机不宜采 用。 （3）角式注塑机 其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有 浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小，但放入模具内的嵌件容易倾斜落 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）4 下。这种型式的注塑机宜用于小机。 （4）多模转盘式注塑机 它是一种多工位操作的特殊注塑机，其特点是合模装置采用了转盘式结构，模具 围绕转轴转动。这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力，可以缩短生产周 期，提高机器的生产能力，因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多 辅助时间的大批量塑制品的生产，但因合模系统庞大、复杂，合模装置的合模力往往 较小，故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。 1.3.5 按注塑方式和塑化方式分 分为柱塞式和螺杆式，本处主要以柱塞式和螺杆式分类介绍: 柱塞式注塑机是通过柱塞一次将落入机筒中的颗粒状物料推向机筒前端的塑化室， 依靠机筒外部加热器提供的热量将物料塑化成黏流状态，而后在柱塞的推挤作用下， 注入模具的型腔中。 螺杆式注塑机其物料的熔融塑化和注塑全部是由螺杆来完成的，是目前 生产量最 大，应用最广泛的注塑机。常用的往复螺杆式注射机与柱塞式注射机相比，有如下特 点： (a) 结构上的特点：由于螺杆是同时具有塑化和注射两个功能，所以螺杆不仅要 回转塑化，同时还要往复注射。这就需要在螺杆设计以及连接结构上，加以特殊的考 虑。 (b) 塑料是依靠螺杆的剪切热和外加热的共同作用下，塑化成均匀的熔体。但在 塑化时，因伴随着螺杆的轴向位移，故熔料温度形成的轴向温差较大，而且难以完全 克服。可是，螺杆的塑化情况是可以方便的通过调整螺杆转速和背压得到调整。 往复螺杆式与柱塞式相比，还具有如下一系列优点： (a) 塑化能力大。这为发展高速和大型注射成型机提供了可能； (b) 塑化速率快，均化好。这为注射成型扩大了加工塑料的范围。目前绝大多数 的热塑性塑料都可用来注射成型。除此，还可直接进行染色和粉状塑料的加工； (c) 注射时压力损失小，加之塑化时均化作用好。因此，在工艺上可以用较低的 塑化温度和注射压力。 本次设计选择以往复式，螺杆注塑机形式 htja1000 型注塑机设计5 2 注塑机的基本参数及其选择 注塑机的基本参数可以反映注塑机的功能，加工塑料制品的类别，制件的大小， 它是设计和制造注塑机的依据，也是用户选用的依据，有如注射量，注射压力，注射 速度（或者注射速率） ，塑化能力，锁模力。 2.1 注射量 注塑量是指在对空注射条件下，注塑螺杆或柱塞做一次最大行程时，注塑系统所 能达到的最大注出量。该参数在一定程度上反映了注塑机的加工能力，标志着该注塑 机能成型塑料制品的最大重量，是注塑机机器规格的一个主参数，通常以聚苯乙烯 （ps，密度）材料为标准，以其熔料的体积（）或者重量（以 g）表示， 3 1.05g cm 3 cm 我国注塑机系列标准采用前一种表示方法,系列标准规定有、16 3 cm25 3 cm40 3 cm 、63 3 cm100 3 cm160 3 cm200 3 cm320 3 cm400 3 cm500 3 cm630 3 cm800 3 cm 、1000 3 cm1250 3 cm1600 3 cm2000 3 cm2500 3 cm3200 3 cm4000 3 cm5000 3 cm 、等。如本次设计 htja1000 既表示公称注射量6300 3 cm8000 3 cm10000 3 cm16000 3 cm 为 1000 立方厘米的螺杆式注塑机。 图 2-1 塑料量与螺杆几何尺寸的关系 注射容积：依据注射量的定义，注射量是直径为 d 的螺杆移动行程 s 所射出的理论注 射量： =s ，式中是理论注射容积；， 3 cm 螺杆或柱塞的直径，dcm s螺杆或柱塞的最大行程，。cm 以上表示的是理论注射量，与实际注射量有差距，考虑到工艺条件， ，熔料流动等因素， 使得实际注射量小于理论注射量，引入一个注射系数 加以修正，记为： 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）6 vs4 式中系数并非为定值，一般为 0.70.9，对热扩散系数小的物料取小值，反之取大 值，通常为 0.8。在此处取 0.8. 由此计算得其实际注射量为800，由于其密度，所以，其注射质量 3 cm 3 1.05g cm 为注射容积与密度之积，得 840g. 2.2 注射量压力 注射时，为了克服熔料流经喷嘴，浇道，模腔等处的流动阻力，螺杆或者柱塞必 须对其熔料施加足够的压力，此压力称之为注射压力。即指螺杆或柱塞端面处作用于 熔体单位面积上的力。它是注射熔料充模的首要条件，并对成型制品质量产生直接影 响：过高会产生飞边，在制品局部产生内应力，影响制品表面质量，并直接影响的哦 传动装置和注射装置的设计；压力过低，会出现充模不满，制品缺料不能成型等现象。 因此注射压力要根据机器和原料而定，一般可以分为以下几种： （1）物料流动性好，制品形状简单、壁厚较大，一般注塑压力小于 3454。mpa 适用于 ldpe、pa 等物料的加工。 （2）物料熔体黏度较低，制品精度一般，注塑压力为 6898。适用于mpa ps、hdpe 等物料的加工。 （3）物料熔体黏度中等或较高，制品精度有要求，形状复，注塑压力一般为 98137。适用于 ps、pc 的物料的加工。mpa （4）物料熔体黏度高，制品为薄壁、长流程、精度有要求，形状复杂，注塑压力 为 137167。适用于增强尼龙、聚砜、聚苯醚的物料的加工。mpa （5）加工优质精密微型制品时，注塑压力可达到 226245以上。mpa 目前，注射压力有提高的趋势。 本设计中注射压力 100mpa 2.3 注射速率 为了得到高精度的塑料制品，必须把熔融的塑料在短时间内注入模腔里。用来表示 注射快慢特性的参数有：注射速率，注射速度，注射时间。注塑速率是指在注塑时， 单位时间内所能达到的体积流率；注塑速度是指螺杆或柱塞在注塑时移动速度的计算 值；注塑时间是指螺杆或柱塞在完成一次最大注塑行时所用的最短时间。注塑速率、 注塑时间和注塑时间的关系可用下式表示。 （2-1） z z s t 注塑速率，； z g 3 cm s htja1000 型注塑机设计7 q注塑容量，； 3 cm 注塑速度，； vzmm 注塑时间，。 z ts 注射时间和注射速率成反比，它们的选择对制品质量很重要。高的注射速率可以 提高制品的精度，实现低温塑膜，缩短成型周期，在不产生过填充的情况下，可降低 合模力，但是，过高的注射速率会使制品产生飞边，注射速率过低，熔料充模时间长， 制品易形成熔接痕，制品密度不均匀、内应力大，不易充满复杂的型腔。合理的降低 注塑时间，能够缩短生产周期，减少制品的尺寸公差，能在较低的模温下得到优良的 制品。下表示注射成型的常用注射速率. 表 2-1 注塑机常用注射速率表 注射量/ 3 cm125250500100020004000600010000 注射速率 /（） 3 cm s 125200333570890133016002000 注射时间/s 1.001.251.501.752.253.003.755.00 2.4 塑化能力 塑化能力通常指注射装置在 1h 内所能塑化物料的能力，它与成型周期，螺杆转速， 螺杆结构有关。计算公式如下： （2-2） cossin 33 22 8 . 1 knhdq ss 式中 qs螺杆的塑化能力，； 3 cm s ds螺杆直径，cm； 螺杆转数，320r/min 3 n r min 均化段螺纹深度，cm； 3 h 螺纹升角25度； 是修正系数取 0.87； 带入数据得；q=652 3 cm 由于 ps 的密度是 0.95g/ 3 cm 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）8 得其质量塑化能力为 g=0.95*652=620g 显然，注射机的塑化装置应该在规定的时间内，保证提供足够量的塑化均匀的熔 剂。根据成型动作程序的安排，螺杆顶速滑大部分铜制品冷却同时进行，所以当螺杆 塑化能力已知时，注塑机的成型周期就受了限制 塑化能力和成型周期的关系为 （2-3） ii tvqs/ 式中 vi理论注射量，； 3 cm 成型周期，。ts 由上式代入数据: tmin=1000/620= 1.6s 注塑机的塑化装置应能在规定的时间内保证能够提供足够量的塑化均匀的熔体。 塑化能力应与注塑机整个成型周期配合协调，否则不能发挥塑化装置的能力。若塑化 能力高而注塑机空循环时间长，提高螺杆转速、增大驱动功率、改进螺杆的结构形式 等都可以提高塑化能力和改进塑化质量。一般注塑机的理论塑化能力大于实际所需量 的 20%左右。 2.5 合模力 合模力即锁模力，指合模机构对注射模具所施加的夹紧力。它是表征机器规格的 主参数。锁模力应能克服胀模力，构成合模机构轴向受力平衡如图。 图 2-2 注塑时动模板的受力平衡图 其表达式如下：fpna （2-4） htja1000 型注塑机设计9 式中 合模力，；fkn pn模腔内压力，；mpa 成型制品和浇注系统在模具分型面上的最大投影面积，。a 2 mm 上式为仅考虑模腔压力作用的锁模力，而模腔压力和很多因素有关，如注射压力， 材料特性成型工艺，模具温度等，因此，在实际应用中，是应用求模腔平均压力的方 法来计算锁模力，如下： f=ka （2-5） cp p 式中 合模力，；fkn 安全系数，一般取 12；取 1.5k 模腔内平均压力，； cp pmpa 成型制品和浇注系统在模具分型面上的最大投影面积，。a 2 mm 以上只是粗略的计算，目前模腔平均压力的计算一般采用流长比来反映流道阻力， 和用黏度系数 来表示物料流动性的查图计算法，如 （2-6） cpm pp 式中 根据流长比由图 2-3 查出的模腔压力值，； cp pmp 塑料的黏度系数 图 2-3 模腔压力与流长比 表 2-3 塑料的黏度系数 塑料名称pe、pp、p s paabspmmapc 11.21.41.31.41.51.71.72.0 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）10 经计算得到 取 25mpa， cp p 最大成型面积取 468cm2 计算得合模力 f=1839.8kn htja1000 型注塑机设计11 3 注塑机注射系统的相关零件的设计 注塑机上有很多相关零件的设计，如螺杆，料筒，喷嘴，以及移动注射座的机构 等的设计 3.1 螺杆的设计 螺杆有渐变型，突变型以及通用型，渐变型螺杆压缩段比较长，适于高粘度聚合 物；突变型螺杆压缩段比较短，适于加工结晶性塑料。为了满足不同物料的需求，特 设计了一种通用型螺杆，以扩大螺杆对物料的适应范围，但塑化等性能劣于专用螺杆。 下图是螺杆图： 图 2-4 螺杆 式中，ds 是螺杆直径，其个分段可参阅下表: 表 2-4 各种螺杆各段尺寸图 螺杆类型加料段塑化段计量段 渐变螺杆3050502035 突变螺杆6570（34）d2025 通用型螺杆455020302030 （1）选择渐变型螺杆其参数计算如下： 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）12 =8.09cm （3-1） 3 4 3 v s d 式中 v 是注塑体积， 是注射系数，取值在 0.750.9;取 0.8；s 是注射行程， 一般取 3，最大取 5，在此处取 3。经计算的以上值，选择 85mm （2） 、螺杆长径比 l/ds 螺杆长径比越大，说明螺纹长度越长，直接影响物料在螺槽中输送的热历程，影响吸 收热量的能力。 ，此处取 15.5。则 l=1317.5mm。 （3） 、加料段长度 1 l 加料段又称输送段或进料段。为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁。其长度应 保住物料有足够的输送长度。一般 =（0.250.3）l。此处取=400mm 1 l 1 l （4） 、加料段的螺槽深度 1 h 深度越深，则容纳物料越多，提高了供料量，但会影响物料塑化的效果及螺杆根部的 剪切强度。一般=（0.250.3），此处取 13.5mm 1 h s d （5） 、熔料（均化、计量）段螺纹长度在 20%左右取 263.5 综上，我们选择我 3 l 国国产已有的一种注塑机的螺杆，如下表：取螺杆直径为 85，可以选用。 螺杆强度校核，注塑螺杆在比较恶劣的环境下工作，它不仅承受预塑时的扭矩，而且 受带负载的频繁启动，以及承受注塑的高压，注射螺杆受到腐蚀磨损也相当严重，在 小直径螺杆中，也常因疲劳而发生断裂破坏的现象，这就要求选用高强度耐磨腐蚀的 材料。和挤出螺杆差不多，大多采用渗氮钢，如，其强度极限在 90034cl7ra ni 左右，渗碳后表面硬度可达 10001100hv,进一步提高了耐磨、耐腐蚀性能。mpa 其受力状况如图所示 图 3-1 螺杆受力图 预塑时主要承受螺杆头部的轴向压力和扭矩，其危险断面在螺杆加料段最小根径处， 其强度校核如下： 由 p 轴轴向力引起的压应力： htja1000 型注塑机设计13 = （3-2） a f 4 4/)25 . 1 15. 1 ( 2 2 根d dp =1.2*1000* 2 2 2*13.5-85 85 ）（ =257.8mpa 式中 料桶中螺杆端部溶料的压力，mpa； y 螺杆最小界面处根径，mm。d根 由扭矩产生的剪切应力： = /wp (3-3) = 97000n.mm (3-4) wp= (3-5) 式中 :wp抗扭截面模量（） 。 带入数据有：= wp = /16 d3根 =/16*58*58*58 =38290（mm3） r = mk /wp =2013000/38290 =52.57mpa 应用第三强度理论计算公式如下：= （3-6） 带入数据得 =278.4mpa =278.4mpa = （3-7） 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）14 n是安全系数，一般取 2.83，在此处取 3是材料屈服极限为 900mpa 带入数字得=300mpa 278.4mpa=, 所以，满足强度要求。 3.2 螺杆头的设计 螺杆头与挤出机不同，注塑机螺杆头多为尖的，主要是为了减少注塑时的流动阻 力，和加工一些高粘度的聚合物是，螺杆头因排料不干净而产生滞料分解，因此，为 适应各种物料，设计了很多螺杆头以配用。其结构和特性如下图： 表 3-1 注射螺杆头形式与用途 形式结 构 图特征与用途 尖 头 形 螺杆头锥角较小或有螺纹，主要用于 高粘度或热敏性塑料 无 止 逆 环 型 钝 头 形 头部为“山”字形曲面，主要用于成 型透明度要求高的 pc、as、pmma 等塑料 环 形 止逆环为一光环，与螺杆有相对转动， 适用于中、低黏度的塑料 爪 形 止逆环内有爪，与螺杆无相对转动， 可避免螺杆与环之间的熔料剪切过热， 适用于中、低粘度的塑料 销 钉 形 螺杆头颈部钻有混炼销，适用于中、 低粘度的塑料 止 逆 型 止 逆 型 分 流 形 螺杆头部开有斜槽，适用于中、低粘 度的塑料 htja1000 型注塑机设计15 综上，选择尖头 20 度的螺杆 3.3 料筒的设计 料筒分为整体式和分段式，一般为整体式，材料选用碳钢,以下是 各部分的设计。 3.3.1 加料 机筒加料一般采取自重加料，加料口断面形状有对称和偏置两种类型，对称式加工 简单，易成型，但输料效果差；偏置式提高输送效果，但是加工复杂，价格较高。在 本次设计中采用偏置式，偏角为 5 度如下图 c 所示，截面为圆形： 图 3-2 机筒加料口断面形状 3.3.2 料筒的壁厚 要保证在压力下有足够的强度，同时还有一定的热惯性，以维持温度的稳定性， 几桶壁厚薄升温快，质量轻，饥饿省材料，但是，容易受周围环境的影响，工艺稳定 性性差，机筒壁后不仅结构笨重，升温慢，热惯性大；在温度调节中滞后，一般机筒 的外内径之比大约在 2-2.5，我国生产的注塑机机筒壁厚之比如下表： 表 3-3 螺杆机筒壁厚之比 螺杆直径/mm3442506585110130150 机桶壁厚/mm25293547.547757567 比值 k2.462.502.402.462.102.362.151.80 在此设计中选择 85/47/2.1。 3.3.3 料筒加热与冷却 料筒的加热有好多种，如铝铸加热器，陶瓷加热器，和电阻加热器。为了达到工 艺要求，机筒加热需分段控制，以 3-5ds 为一段，在压缩段处的控制要求配置较大的 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）16 加热功率，取电阻加热器加热，自然冷却法冷却。 加热功率，其要满足两条件：一，物料的塑化；二，足够快的升温速度。小型机 要 30 分钟，中型约为 60 分钟，时间过长会降低生产率，加热功率有按升温时间计算 的，也有按机筒表面积计算的，在此处按表面积计算，如下： （3-8） )2( 0i dld 式中 加热功率，w； 螺杆的螺纹长度，cm；l 机筒内径，cm； i d 机筒外径，cm。 0 d 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 2.53 瓦/厘米 ，最大不超过 4w/cm ，取 3 w/cm 。 222 代入数据得： =33.148.5（131-28.5）=9127.98w 一般按上述方法计算出的加热功率，是能满足机器在正常运转时塑料塑化所需的 热量。故无需再按塑料熔融时所需要的热量进行计算。 3.3.4 料筒与螺杆的配合间隙 料筒与螺杆的配合间隙是注射装置的一个重要环节，间隙较大，则塑化能力质量和 塑化能力降低，影响注塑量的准确性，间隙太小，则为加工和装配带来难度，按实践 经验，间隙值一般为(0.0020.005)d0.140.425，我国所用的一些间隙值和推荐用 值如下表： 表 3-4 我国部分注塑机所用的间隙值 螺杆直径 （mm） 3442455060658085100110250 最 大 0.300.260.340.300.360.320.510.360.360.500.78直径间 隙 (mm)最 小 0.150.12 5 0.200.180.240.180.350.200.200.350.58 表 3-5 推荐间隙值 htja1000 型注塑机设计17 螺杆直径 （mm） 50558010011 5 130170200250 350 最 大 0.300.400.450.550.640.80直径间隙 (mm) 最 小 0.180.250.300.350.400.55 从螺杆不同区段所要完成的功能来看，在均化段对间隙要求应严，而其他区段可稍大。可以按 加料段、压缩段、均化段逐渐减小的间隙与机筒相配合。这样可在不影响实际效果的 前提下，减小螺杆与机筒扩延的可能性和螺杆功率消耗。间隙分段的多少和长短，视 螺杆直径和用途而定。本设计中的螺杆直径为 85mm，所以可分为两段，间隙可分别取 为；（如图 3-3 所示） 。 mm1 . 0 1 mm16 . 0 2 3-3 机筒与螺图杆的配合间隙示意图 3.4 喷嘴的设计 喷嘴连接注塑系统和成型模具，熔体在螺杆或柱塞的作用下以高压、高速通过喷 嘴注入模具的型腔。当熔体高速流经喷嘴时有压力损失，产生的压力降转变为热能， 同时，熔体还受到较大的剪切，产生的剪切热使熔体温度升高；还有部分压力能转变 我速度能，使熔体高速注入模具型腔。在保压时，还需少量的熔体通过喷嘴向模具型 腔内补缩。因此，喷嘴设计制造和结构形式的选择会直接影响到熔体的压力损失、熔 体温度的高低、补缩作用的大小、射程的远近以及产生“流涎”与否等. 还可以分为直通式喷嘴和锁闭式喷嘴以及特殊用途的喷嘴三种类型。 直通式喷嘴应用较普遍，注射时喷嘴球满直接与模具浇套球面接触，速度快，结构 简单、制造和安装均比较方便，压力损失小、补缩作用大、不易产生滞料分解现象。 有轴孔型直通式和长锥型直通式，结构如下图： 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）18 （a） 轴孔型直通式 (b) 长锥型直通式 图 3-4 种喷嘴结构 轴孔型直通式 d=23mm;l=1015d,易于加工低粘度的热稳定性好的塑料，如 pe,ps,abs 等薄壁制品。 长锥型直通式。如上图，d=35mm,适宜加工粘度高，热稳定性差的材料如 pvc,pmma 等。 锁闭闭式是直通式的改进或者是为了解决直通式“垂涎”现象，有弹簧针阀式，液 控锁闭式，其结构较直通式要复杂，加工制造也较复杂。 特殊用途的喷嘴有混色喷嘴，双流道喷嘴，热流道喷嘴。 喷嘴形式主要由加工物料的性能，成型制品的特点，用途来决定的，对于粘度高 的物料，适宜于用流道阻力小，剪切作用小的较大口径直通式喷嘴，对于低粘度结晶 型物料，采用闭式喷嘴，形状复杂的制品，要用小口径，射程远的喷嘴，对于厚制品 要用补缩性能好的喷嘴，较大口径。 根据实践经验，高粘度物料，喷嘴口径约为螺杆 直径的 1/101/15；中低粘度为螺杆直径的 1/151/20.喷嘴口径要比主浇道口径略 小 0.51mm，且两孔应在同一条中心线上，避免产生死角和防止漏料现象，喷嘴头部 一般是球形，很少用平面的，喷嘴头部形状一般都是球形，很少有平面的。为使喷嘴 头与模具的主浇套保持良好的接触，模具主浇道衬套的凹面圆弧直径应比喷嘴头球面 圆弧直径稍大。喷嘴与模具主浇道必须同心，模具在前模板上由定位环定位。喷嘴头 与模具主浇道之间的装配关系如图 3-4 所示。 htja1000 型注塑机设计19 图 3-5 喷嘴与模具主浇道配合示意图 其口径的选择参考下表 表 3-6：注塑机口径选择参考表 机器注射量/g3020025080010002000 通用料233.54.556开式喷嘴/mm 硬聚氯乙烯345667 锁闭式喷嘴/mm233445 本次设计采用锁闭式中的内弹簧式喷嘴，其结构图如下，可以减少流涎现象 图 3-6 喷嘴示意图 其中喷嘴口径 d 取 6mm。与模具贴合的球面半径为 15mm.与料筒的链接方式为法 兰连接（由螺钉连接） 。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）20 3.5 注射油缸的选择 图 3-7 注塑螺杆受力图 图中 p,d 是注射压力和螺杆直径（或者料筒） ，而是注射油缸活塞直径， , 分别是注射油缸的压力和活塞杆的直径。由图可知： f=p*d= -) （3-9） 取注射液压缸的压力16mpa ，其推力 f=p*d=567.2kn 由于油缸推杆前要连接推力轴承和螺杆，其后要连接液压马达转轴，所以选择双 推杆油缸 推力大于上述值即可。 3.5.1 螺杆传动装置的选择 根据上述注塑螺杆的传动特点和要求，目前使用的传动形式较多，按螺杆变速方 式进行分类，可分为无级调速和有级调速两大类；从布置形式上分，有平行于螺杆轴 线（垂直交叉）和螺杆同轴线对称（一线）布置两类。在无级调速类中，主要以液压 马达传动为主；在有级调速类中，主要以电动机齿轮变速箱传动为主。 目前在注塑机螺杆上，越来越多的采用液压马达传动它有两种形式：一种是高速 液压马达经齿轮减速器驱动螺杆形式驱动，其易实现无级变速：一种是直接用低速大 扭矩液压马达驱动，其省略了齿轮箱，结构简单，也可以实现无级变速。其原因，除 了表 4-3 所列举的优点外，如传动特性软、启动惯性小、不会超负荷工作，对螺杆能 起保护作用等。 表 3-7 液压马达与电动机的传动特性对比 比较项目液压马达传动电动机变速结构传动 调 速 性通过改变流量，可实现在大范围内的无级只能实现有级和范围较小的调节 htja1000 型注塑机设计21 调速，调节可在工作过程中进行 传动特性一般属恒力矩传动恒功率传动，即低速时扭矩大 启动与停止启动力矩小（7090%）启动特性软，惯 性小 起动力矩大（200%以上）特性硬，惯 性大 效 率较低（6070%） ，在低速下工作效率更 低 较高（9095%） 结 构紧凑，但油路复杂笨重 过载保护液压马达不会在超负荷下工作，易于实现 保护 必须单独设立螺杆保护 综上，本次设计选择低速大扭矩液压马达直接传动，经查阅相关资料选择中国宁 波中瑞液压有限公司生产的液压马达，参数如下： 型号排量 l/r额定压力 mpa 转速 r/min额定转矩 n.m 最大功率 kw 1qjm31-1.25sz1.3610116020131.4 3.5.2 移动注塑座及其移动装置的设计 注塑座要支撑注射系统，一般是铸铁制造，移动是靠油缸带动，经导向导柱引导移 动注塑座，或者利用滑道导向，在此处采用导柱导向。一般有转动，在此处不设计此 功能，故只可以前后移动，结构如下图: 图 3-8 移动结构 移动注塑座的推力计算，f=pa 其中 p 是注射时的模腔压力，a 是喷嘴球面在其轴线上的投影面积，带入数据的 f=70.65kn 按日本 jis 规定，主浇套直径计有 20（小型） 、25（中型） 、mmmm 35（大型）三种规格。因此，建议对小型注射剂移动油缸的推力取用 44.5 吨力；mm 中型为 6.57 吨力；大型为 1213.5 吨力。本设计的塑料成型机属于中型，所以主 浇道直径为 25 毫米。在此处是中型，取 7 吨力。可以用 hsg 型油缸，以下是油缸参数: 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）22 缸径 mm活塞杆直径 mm推力 kn拉力 kn最大行程 mm 804580.4354.9800 htja1000 型注塑机设计23 4 注塑机合模装置相关的设计 合模系统是注塑机的重要组成部分之一。其主要任务是提供足够的合模力，使其在 注塑时，保证成型模具可靠的锁紧；在规定的时间内以一定的速度闭合和打开模具； 顶出模内制件。它的结构和性能直接影响到注塑机的生产能力和制品的质量。为了保 证合模系统作用的发挥，注塑机合模系统应能达到以下要求： （1）合模系统必须有足够大的合模力和系统刚度，保证成型模具在注塑过程中 不致被熔体压力（模腔压力）而胀开，以满足制品精度的要求。 （2）应有足够大的模版面积、模板行程和模板间距，以适应不同形状和尺寸的成 型模具的安装要求。 （3）应有较高的启、闭模速度，并能实现变速，在闭模时应先快后慢，开模时应 先慢后快再慢，既能实现制品的平稳顶出，又能使模板安全运行和生产效率高。 （4）应有制品顶出、调节模板间距和侧面抽芯等附属装置。 （5）合模系统还应设有调模装置等。其结构应力求简单紧凑，易于维护和保养。 4.1 合模机构的选择 合模装置种类很多，按工作原理可以分为，液压式和液压-机械式两大类主要由模 板，拉杆，合模机构，顶出机构，调模机构和其它附属件等。 液压合模装置是靠油压实现闭，起和锁模，它的特征是在油缸一定的情况下，直 接调解工作油的压力，可以改变合模力，油缸一定，移动模的速度取决于工作油的流 量， 。有单缸式，常用于低速小合模力注射成型机，对于合模装置上力与速度的要求就 不能满足了。它难以兼顾力与速度。于是出现了增压式和增速式，它们都有其难以克 服的缺点。 在此处有液压机械式合模装置，是利用各种形式的肘杆机构，使合模系统形成 预应力，与液压式相比，有以下优势：机构有增力作用，省力，快速和平稳，压缩刚 度高于液压式，工作时胀模小，锁模可靠。结构如图： 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）24 图 4-1 液压-机械式（单肘） 肘杆机构的的驱动油缸小，装在机身内部，使机身长度缩短，结构简单，易于制 造，但是，由于是单杆推动模板运动，所以模板受力不均，增力倍数也不高，一般在 十多倍，通常用在锁模力小于 1000kn 的小型注射机上。 液压-机械式还有另外一种：那就是液压双曲肘式合模装置。它与单肘比较相似， 采用对称排列的双臂双肘锁模机构，合模液压缸水平安置在后固定模板后侧。它提高 了合模力，增力倍数在 2040 倍，并使其对机器的载荷均匀对称，移模油缸紧凑，在 国内外中小型注塑机上广泛使用， ，不足之处是双肘比单肘结构要复杂，且受模板尺寸 的限制，移模行程短，易于磨损，结构简图见下图： 图 4-2 双曲肘合模装置 本次设计选择双曲肘合模装置，如上图所示后者。图中，f 是油缸的推力，计算如 下：f= 其中 f 合模力为 1839kn, l0/l 取 0.79 带入数据得 f=117kn 根据有关资料选取 hsg 型液压缸，基本参数如下： htja1000 型注塑机设计25 缸径 mm活塞杆直径 mm 速比推力 kn拉力 kn行程 mm 100551.46125.6687.65700 4.2 合模装置尺寸的选择 有国家规定，在合模力为 2000kn 的注塑机，移摸行程500mm，最大模厚为 500mm，最小模厚为 280mm,起模时间4.2s 图4-3合模装置相关尺寸图 1-定模板 2-模具 3-制品 4-动模板 -模板间最大距离 -开模行程 -磨具最大厚度 max l m s max h -磨具最小厚度 -制品最大高度 -浇口长度 m