自动吹瓶机机械设计VIP

摘 要 此论文主要讲述的是吹瓶机的设计，它是成型塑件的一种重要工艺装备。挤出吹塑中空成型是利用塑料的可挤压性和可模塑性，使粘流状态的塑料（位于挤出机机螺杆的计量段）在螺杆的作用下，通过机头获得壁厚一致或壁厚按制品形状有规律的分布的管胚。移动两片模具合模将管胚夹住，并通过切割刀将管胚切断。在将管胚切断之前必须进行预吹气，其目的主要是为了防止管胚壁之间粘连。合模后吹气装置将管胚口封死，同时吹入一定压力的气体，使处于粘弹状态的型胚紧贴模具模腔内壁，两半模分开，即获得所需中空制品。根据其技术要求和使用要求，选择塑料 种类为聚氯乙烯 (再根据塑料的形状和生产批量，选择65塑料挤出机。 这里所设计的成型机为塑料单层、单模挤出吹塑中空成型机。在确定成型机结构方案后，绘制成型机装配图，并进行计算。最后绘制成型机非标准零件图，经全面审核后投产制造。 关键词： 中空成型；吹瓶机 2 on it is an is of be so of of in of to by or of of of ie to be to in be is to so in of to to In VC on of of In of a by 自动吹瓶机设计 目 录 前言 . 1 课题的背景 . 1 课题的意义 . 2 . 4 . 4 . 5 作原理 . 5 要构成 . 5 工位挤出吹塑中空成型机 . 6 . 7 . 8 出机机组的主要构成 . 8 料挤出机的分类 . 11 . 11 . 12 . 12 2 头的结构设计 . 13 计 . 16 向与合模机构 . 16 . 17 . 19 架的设计计算 . 19 轨的设计计算 . 20 结 论 . 22 参考文献 . 23 致 谢 . 24 3 1 前 言 课题的背景 吹塑中空成型机是各种中空制品的主要成型设备。现在吹塑成型始于 1935年，与此同时第一台专用吹塑中空成型机于 1936年诞生。随着新型树脂的不断出现，带动了吹塑成型工艺和相关成型设备的发展。目前，塑料吹塑中空成型设备的自动化程度越来越 高，从开环发展到 闭环，小时产量从几百个到几千个，制品从普通的日常生活用品发展到电子、汽车等行业。 实际生产中，由于瓶子的形状、尺寸、技术条件及使用要求的不同，所选用加工的方法也不同。但其基本的工序是相同的，主要有制作毛胚、 合 模、冷却、开模、修正等。根据塑料瓶的制作过程，要求自动吹瓶机能完成相应的动作，而且要求所设计的吹瓶机结构合理，能够完成本工序要求的任务，制造成本低，使用寿命长。 我国的塑料加工设备已经初步形成了一个完整的工业体系，吹瓶机的设计与制造也有了很大的发展，科研和设计能力取得了长足的进步。目前 合 模力 30单螺杆挤出机而言，螺杆直径从 20有十个标准规格系列的产品。目前 算机辅助工程分析）、我国塑料加工设备的设计、制造水平向前跨进了一大步。与此同时，我国好些院校都设置了与塑料制品成型和塑料成型机械有关的相应专业，为我国培养出了一批批自己的专家、教授、高级工程师等各类塑料机械专业人才。近几年中国的中空成型机发展迅速，也已形成了自己的系列。为盛装不同溶液的需求，可生 产 2 单层、多层容器，容积为 1前新开发出的主要机型有：数控多坐标中空成型机、高效双模注拉吹中空成机、直接调温式注拉吹中空成型机等。这类机器研制动向概括归纳为“三化一低”，即自动化、高速化、多层化及低噪音。 中空塑料成型机的发展方向是向着多品种、大型化、高效、高产、高速、节能、电动化、网络诊断、智能化等方向发展。中空塑料成型机的潜在应用市场是汽车零部件领域。我国的中空塑料成型机制造企业只有立足于新产品的开拓和产品设计的创新，才能够跟上国外先进水平的步伐。 课题的意义 一般来说，能将高分子聚合 物树脂加工成型为塑料制品的机械都称为塑料成型机械。因此，塑料成型机械主要是为塑料制品的加工成型服务的。 要把塑料从原材料成型为制品的工艺过程繁多，这决定了塑料机械种类的多样性。同时，由于塑料是高分子合成材料，而高分子材料的成型加工中又具有许多独特的性能，因而塑料成型机械与普通机械相比，具有许多特殊性和复杂性。 塑料成型机械在整个塑料工业中的地位 塑料工业是一个新兴工业，又是一个综合性很强的工业体系。它是由树脂、助剂、塑料加工设备、模具制造、制品加工和应用、消费后的塑料回收、再生和利用等环节所组成的一 个整体。在这个整体中，塑料成型机械是塑料工业中的一个重要组成部分，是完成塑料制品生产成型的必要手段。因此，可以说塑料成型机械工业是发展整个塑料工业的基础之一。通常，一个国家的塑料成型机械设计与制造水平可以作为衡量这个国家塑料工业整体技术水平高低的标准之一。塑料成型机械的完善程度和潜力的发挥，对提高塑料制品的质量、提高劳动生产率、降低产品成本及能源的消耗、加强安全生产及环保、实现新工艺等都具有十分重要的作用。 3 近年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域不断扩展，塑料加工设备已渗透到国民经济的各个 行业，成为我国机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着越来越重要的作用。 我国塑料加工设备起始于 20世纪 50年代，是从测绘当时引进的设备起步的。从20世纪 60年代末起，发展十分迅速，目前已经能够生产理论注射量 2 5 12000模力为 30 20000普通塑料注射成型机。就单螺杆挤出机来说，螺杆直径从 20300有 10个标准规格系列的产品。平行双螺杆、锥形双螺杆挤出机也先后开发出来并投放市场；排气挤出机、发泡挤出机、喂料挤出机、鞋用挤出机、阶式挤出机等特殊挤出机也都具备了工业化生产的能力 。圆盘式挤出机、无螺杆挤出机等新型挤出机的研制工作亦取得很多的进展。对各种具有特殊性能的螺杆的研究，已经取得了显著的成果。这些先进螺杆的推广与应用，对提高挤出机和注塑机的水平起到了很好的促进作用。 我国塑料加工设备已经初步形成了一个完整的工业体系，具备了为生产各种薄膜、管材、异型材、挤出网、编织袋、人造革、透明片、彩印、塑料袋、工程塑料制品等提供成套设备的能力。 本课题为独立研究的课题。使吹塑中空成型机自动化。通过毕业设计，我们能够利用所学的知识，独立完成一般机械及模具的设计过程，为毕业后从事机械设计、 模具设计工作打下了良好的基础。 4 空成型分类 图 料中空成型设备分 类 由于塑料吹塑中空成型的方法很多，因此也有多种分类方法。目前广泛使用的塑料吹塑中空成型方法可分为两大类：挤出吹塑和注射吹塑，而与其相对应的成型设备有挤出吹塑中空成型机和注射吹塑中空成型机两大类。这两者的主要不同点在于其型坯的成型，前者是用挤出，而后者是用注射。在这两种成型方法的基础上发展起来的有：挤出 拉伸 吹塑中空成型 (简称挤拉吹 )和注射 拉伸 吹塑中空成型 (简称注拉吹 )以及多层吹塑、非对称中空吹塑等 成型方法。而多层吹塑则又有共挤出吹塑与共注射吹塑等方法。为方便叙述，特将拉伸吹塑中空成型机作为一种类型来介绍。中空吹塑成型机的分类如图 5 在实际应用中，挤出吹塑法较为常见，种类较多，而且发展很快。而注塑吹塑因其具有特殊的优点，现今也日趋盛行。各种规格的注吹或注拉吹设备也不断被开发出来。 作原理及主要构成 作原理 吹塑中空成型机是中空制品的主要成型设备之一，主要有挤出吹塑中空成型机、注射吹塑中空成型机、拉伸吹塑中空成型机和不对称吹塑中空成型机等类型，其中挤出吹塑中空成型机是 采用挤出机单元的机筒加热和螺杆的剪切作用使塑料塑化，旋转的螺杆将塑化、均化后的塑料经机头挤出形成管坯，合模装置将管坯夹紧后由切刀装置将管坯切断，在切断前先进行预吹气，主要是为了防止管坯壁粘连，合模吹气装置将管坯切口封死同时吹入一定压力的空气，使型坯紧贴模具腔内壁，经冷却后去除废边，合模装置分开，即获得所需中空制品，流程图如图 图 出吹塑中空成型机工艺流程 要构成 挤出吹塑中空成型机主要由挤出机、机头、合模装置、吹气装置、液压传动装置、加热冷却控制系统和电气控制系统等构成。 6 机械装置包括主要有挤出装置（螺杆挤出机）、机头、移模机构、开合模机构、升降机构、吹气装置、坯料电热切刀装置和抬模头装置等；气动装置部分主要用于气缸工作及制品的吹塑等；冷却装置主要采用冷却水进行冷却 ,冷却水主要供模具、机筒、吹针等部位的冷却用。 电气控制系统主要有由挤出机电气传动控制系统 、油泵电机传动系统控制、机头及挤出机的加热与温控系统、动作程序控制系统（ 人机界面等组成，其示意图如图 图 出吹塑中空成型机电气控制示意图 工位挤出吹塑中空成型机 如上文所述目前吹塑中空成型机主要有挤出吹塑中空成型机、注射吹塑中空成型机、 拉伸吹塑中空成型机及不对称吹塑中空成型机主要几种类型，其中挤出吹塑中空成型机又分为单工位挤出吹塑中空成型机、双工位挤出吹塑中空成型机及多层挤出吹塑中空成型机，其中双工位挤出吹塑中空成型机主要用于冷却时较长的中空制品，其具有两 7 套合模和移模装置，在制品冷却的同时另一套模具进行合模、成型动作，与单工位机型相比，双工位机型在生产制品时充分利用冷却时间，一方面提高了产量，另一方面也可保证质量，本文就以双工位挤出吹塑中空成型为例介绍变频节能技术在此在设备中的应用。 体方案确定 图 挤出中空吹塑机及吹塑成型 过程的示意图。由图可见，挤出吹塑中空成型通常经过四个步骤：挤出型坯；模具围绕型坯定位并夹住型坯；如果是容器，则须进行制品的颈部成型或定径；引入空气或其他介质，将型坯吹胀戒模腔的形状，同时制品在模具内冷却。除以上步骤外，还包括从机头上切断型坯及从模具中顶出制品等。 图 1- 机头口模； 23塑）模具； 4根据课题的需要，本设计的吹瓶机制瓶容积大小为 500具在 60右，整机尺寸为 2000*800*模挤出吹塑中 空成型， 气压缸推动， 构造相对简单，易于设计，成本较低，适合小批量生产。采用 制，是全自动的吹瓶机。机械装置包括主要有挤出装置（螺杆挤出机）、机头、移模机构、开合模 8 机构、升降机构、吹气装置、坯料电热切刀装置和抬模头装置等；气动装置部分主要用于气缸工作及制品的吹塑等；冷却装置主要采用冷却水进行冷却 ,冷却水主要供模具、机筒、吹针等部位的冷却用。 采用的基本结构如图 图 1234出机机组的主要构成 塑料挤 出成型机组是塑料挤出机 (包括单螺杆、双螺杆等挤出机 )与各式各样的成型机头及相应的成型辅机的组合，主要用于把聚合物主原料与所需添加的辅助原料混合、混炼塑化熔融，最终加工成具有各种截面形状和几何尺寸的挤出类塑料制品 。 9 (1)主机 一台挤出机主要由下列三部分组成。 挤压系统 它主要由螺杆和机筒组成，是挤出机的关键部分。 传动系统 其作用是驱动螺杆，保证螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速。 加热冷却系统 用于满足塑料在成型加工中对温度及其控制的要求。 图 12345设计一台塑料挤出机必须根据被加工物料的性能、制品的要求、加工工艺条件等进行。一般地说，它必须具备如下的综合要求。 具有高的生产能力和较广的适应性能。 有较完善和先进的控制系统，能准确无误地、协调地控制挤出机的各个动作，使挤出机的温度、压力和流量等能严格地控制在工艺条件所规定的范围内，以获得高质量的制品。 机器必须有足够的强度和刚度，结构合理、紧凑、有利于操作和维护，成本较低等。 10 (2)辅机 挤出设备辅机的组成是根据制品的种类而定的。 一般说来，辅机是由机头，定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分所组成。 机头 它是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。 挤 出 机机头 (又称挤出模具 )是挤出成型设备的一个重要的组成部件。人们在长期的实践中总结 出 这样一个规律：合理的挤出成型工艺、先进的挤出设备、高效先进的挤出机头和定型装置是现代塑料挤出成型的三要素。实际上，从某种意义上说，在这三大要素中，机头的好坏往往又起着决定性作用。因为挤出成型塑料制品和制品的更新换代，最后都是由机头及其定型装置 所决定的。例如现在要开发新产品，除了工艺因素以外，主要的是研究、设计、制造其相应的挤出机头。 定型装置 作用是将从机头中挤出来的塑料的既定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和抽真空的方法来达到这一目的。 冷却装置 由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。 牵引装置 其作用为均匀地牵引制品，并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。 切割装置 其作用是将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度。 卷 取装置 其 作用是将软制品 (薄膜，软管、单丝等 )收卷成卷。 (3)控制系统 挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构等组成，其主要作用有： 控制主、辅机的拖动电动机，使其满足工艺所要求的转速和功率，并保证主、辅机能协调地运行； 11 控制主、辅机的温度、压力、流量和制品的质量； 实现整个挤出机组的自动控制和对产品的质量控制。 料挤出机的分类 随着塑料挤出成型法的广泛应用和发展，塑料挤出机的类型也日益增多。塑料挤出机根据分类方法的不同而有多种类型，详见表 表 号的选择 螺杆是挤出机挤压系统的关键部件，常被称作挤出机的“心脏”。根据螺杆各段功能不同，螺杆常分为三段式（加料段、熔融段和计量段）螺杆和非三段式（功能加强型）螺杆。三段式螺杆的几何参数如表 12 表 何参数 参数 备注 螺杆直径 螺杆根径 机筒内径 螺棱与机筒间隙 螺杆螺纹部分长度 加料段长度 熔融段长度 均化段长度 D，有系列标准可查 b ,有系列可查 L 应于加料段的螺槽深度 2，对应螺杆的几何压缩比 i 应于均化段的螺杆深度 前应用最多的是卧式单螺杆整体装配式挤出机和双螺杆挤出机 。 本设计的吹瓶机为中小型吹瓶机，型胚直径为 30据螺杆直径与挤出品尺寸的关系，螺杆直径为 65以我们选择 基本参数如下： 螺杆直径 /径比 螺 杆转速/量/动机功率/ 义比 功率/1 比流量 加热段数 加热功率 /心 高/5 20 1355 12 1000 头分类 物料从螺杆加料段进入，经过熔融段、均化段后从螺杆头部进入机头，再通过流道挤出管胚。管胚可以是一个、两个甚至是多个，相应的将机头称为单模头机头、双模头机头或多模头机头。模头的多少与制品用料的容量大小、模板尺寸和生产能力相关。 13 当挤出机的生产能力和模板尺寸确定后，对大容量制品可以配置单模头机头，随着制品容量的减小可以相应配 置双模头机头或多模头机头。多模头机头的结构复杂，工艺要求比较高。但随着技术进步，为了提高生产能力，投放市场的多模头机头的品种越来越多了。 2005 年展览会上就展出了 12 头双工位挤吹中空成型机。 机头是保证型胚的重要装置，其结构形式、参数选择等直接影响中空制品的质量。通常情况下，机头可分为两大类：一类是直接挤出式机头；另一类是储料式机头。 直接挤出式机头 直接挤出式机头按照其结构可分为中心进料（支架）式机头、侧向进料（芯棒）式机头及螺旋支管式机头等三种。 储料式机头 储料式机头可分为单层机头和多层机头。 我们选择的直接挤出式机头的结构，可从芯棒式机头、直接供料式机头和螺旋管式机头三种中选择。为了避免熔融物料因阻滞而引起降解，中空成型机的机头和口模内的流道应成流线型。大中型中空制品成型时，通常均配备储料式机头，它不仅使型胚挤出速度快，可避免型胚因自重造成不均匀，而且可以调节型胚厚度，保证制品的壁厚十分均匀。 头的结构设计 本设计塑料制品容积小、结构简单。所以我们选择芯棒式机头，如图 机头主要参数的确定： (1)压缩比 i 指机头体中型腔的最大环形截面积 芯棒、口模之间的环形截面积比，一般选择 之间。 21 14 (2)型胚垂度 S 垂度 S 一般与型胚长度 L、重力加速度 g、挤出时间 t、树脂密度成正比；和树脂熔融粘度 、挤出速度 v 成正比： 210 图 棒式机头 123455（ 3） 制品直径为 200度为 1量为 料为 密度为 =10正系数、均为 涨比 。 确定口模直径： z 7022 ( 15 式中 位 位 常 b= 确定口模间隙 h： (中 位为 位为 般取 b= 口模的结构尺寸如图 示。 图 口模尺寸及结构 芯棒的结构尺寸如图 示 16 图 与吹气 机构设计 向 与合模 机构 常用的合模装置可分为直压式（液压缸、气 压缸直压式）和肘杆式（液压缸或气缸连杆式）两类。 塑料模具设有导向机构，在模具工作时，导向机构可以维持动模和定模正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏；并能承受一定的侧向力。 气压式合模装置的结构如图 示，在动力源合模气压缸 2 的作用下，通过同步齿轮齿条传动装置，使模具 4 的两半相向运动，到达闭合位置时启动合模液压缸 2，即可形成所需的合模力。合模后模具上的气压缸推动已合模的模具做纵向运动，到达气嘴下方，以便吹气冷却。 17 图 装置结构图 1 2 3 4 5气装置 空气的吹入方式有上吹、下吹和平吹三种方式，上吹方式有从模头（通过型芯）直接吹入式和与模头分开吹入（通过喷嘴）的间接吹入式两种。 我们选择的是通过喷嘴上吹式如图 图 吹式型胚吹涨法 18 根据制品和模具的尺寸，设计的吹气装置如图 示。 图 1 2 3 4气嘴的具体尺寸结构如图 示 。 图 嘴的结构尺 寸 19 考虑到成型制品的冷却效果，采用吹入冷却气体的方法，以提高成型质量及生产率。 机架是整个机器的支撑部件，起着支撑和定位的作用。支架必须达到一定得强度，其变形必须在允许的范围内 。 另外支架还要设计合理，以便各个零件便于安装，工作简便。导轨是机架上重要部件，是保证其他运动部件正确快速运动导向支撑机构。它同机架一样，要求有一定得刚度和较小的变形。 架的设计计算 本设计的整体机架如图 示。 模具的重量： 约为 600N 图 体机架 20 模板尺寸为 : 长 *宽 *高 =500*400*20 (重量 :按重量 =体积 *材料比重估算为： 1W = 23 =642 N (横向导轨 尺寸为： 50020 重量 2W = 32 N (纵向导轨尺寸为： 45030 重量 3W= 32 N (气缸及其它部件重量： 约 155N 运动部分总重量为： 1 5 0 01554450642600 W N (轨的设计计算 直线导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动 . 直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动 导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。 普通滑动导轨（滑动导轨），结构简单，使用维修方便；未形成完全液体摩擦时低速易爬行；磨损大、寿命低、运动精度不稳定 。在 普通机床、冶金设备上应用普遍。吹瓶机的轴状导轨主要是起支撑作用，没有扭转力矩，受力比较简单。 21 根据给定的工作载荷 y 计算导轨的静安全系数 0/P (式中： 轨的基本静额定载荷，单位 工作载荷 P=z+W) (般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。 根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击 ,因此取 0.4()(1 0 5 0)6001 5 0 0( (1143)100506421500( (4 2 0 01 0 5 04 (4 5 7 21 1 4 34 (根据计算额定静载荷初选导轨：选择 济南朗兹精密机械有限公司 直线导轨 ,基本参数如下 : 导轨的额定动载荷 000N 22 依据使用速度 v（ m/初选导轨的基本动额定载荷aC(算导轨的工作寿命 额定行程长度寿命 : ()H T C f f CS (20004 500 (3 7 541 5