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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘摘 要要 在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其设备就是注塑机。本文着手设计 一款注塑量为 180g 合模力为 900KN 的注塑机。 本文首先简要介绍了注塑机行业的发展情况和今后的发展方向， 接着通过查 阅资料分析国内外注塑机特点， 最终选定设计方案为卧式双缸液压马达直接驱动 的往复螺杆式注塑机，其合模、移座及顶出均通过液压缸实现，属于全液压式注 塑机。设计的内容包括对注塑部件的设计包括螺杆、料筒、喷嘴、料斗等，合模 部件设计、液压系统设计等等。最后使用 CAD 软件绘制注塑机和注射装置的装 配图，并且选出典型零件画出零件图。 关键词： 注塑机，注射，合模，油缸 Abstract In 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 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目目 录录 摘 要 1 Abstract 1 第一章 绪论 4 1.1 选题背景 4 1.2 国内外发展状况. 4 1.3 注塑机概述 6 1.3.1 注塑机的工作原理 6 1.3.2 注塑成型机的基本功能 6 1.3.3 注塑机的分类 6 第二章 总体方案设计 8 2.1 设计参数要求 8 2.2 方案设计 8 2.2.1 注射部件方案设计 9 2.2.2 合模部件方案设计. 9 第三章 注射部件设计 13 3.1 螺杆设计 13 3.1.1 螺杆设计计算. 13 3.1.2 材料与热处理方式 15 3.1.3 螺杆塑化部件的特点 16 3.2 螺杆头与止逆阀设计 16 3.2.1 螺杆头设计 16 3.2.2 螺杆头的基本要求 17 3.2.3 止逆阀设计 17 3.3 喷嘴设计 18 3.4 料筒设计 19 3.4.1 料筒结构 19 3.4.2 加料口 20 3.5 注塑缸设计 20 2.5.1 确定注射缸的活塞及活塞杆直径. 20 3.5.2 液压缸主要尺寸的确定 21 3.5.3 液压缸的结构设计 24 3.6 移座油缸设计 25 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第四章 合模部件设计 26 4.1 合模机构设计 26 4.1.1 合模油缸设计. 26 4.2 顶出机构设计 27 4.2.1 顶出油缸设计. 27 第五章 液压系统设计 28 5.1 液压系统设计要求. 28 5.1.1 对液压系统的要求. 28 5.1.2 液压系统设计参数. 28 5.2 制定系统方案 28 2.4.2 拟定液压系统图. 29 5.3 液压元件的选择. 30 5.3.1 液压泵的选择. 31 5.3.2 电动机功率的确定. 31 5.3.3 液压阀的选择. 31 5.3.4 液压马达的选择. 32 5.3.5 油管内径计算. 32 5.3.6 确定油箱的有效容积. 33 5.4 液压系统性能验算. 33 5.4.1 验算回路中的压力损失. 33 5.4.2 液压系统发热温升计算. 34 参考文献 37 结 论 38 致 谢 39 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 选题背景选题背景 塑料工业是国民经济重要工业部门，又是一个新兴的综合性很强的工业体 系。它是由塑料制品成型及应用，塑料原料设备，塑料回收，再生与利用及相应 的树脂合成设备， 助剂设备， 塑料准备设备， 塑料成型设备， 塑料二次加工设备， 塑料辅助设备，机头与模具制造等组成的工业体系。 塑料加工机械按其工艺流程可分为塑料准备加工设备，塑料成型加工设备， 塑料二次加工设备，塑料辅助加工设备，废旧塑料回收加工设备。其中，塑料成 型加工设备是塑料加工设备中的重点，主要有注塑机及其辅助设备，挤出机及其 辅助设备，中空吹塑机 压延成型设备，滚塑成型设备，泡沫塑料成型设备。 在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其设备就是注塑机。注塑成型与挤 出成型相比，注塑成型是周期性的生产单个制件，而挤出机是连续成型的。 注塑成型的特点如下：可一次成型外形复杂，尺寸精确，表面光洁的塑料制 件；能成型带有金属嵌件的制件，使之有良好的装配性能和互换性，有利于塑件 的应用，标准化，系列化；注塑成型的模具可快速更换，以便制造适应市场需求 的产品；特别适宜工程塑料及特种塑料的成型，获得有热书性能、特殊用途的制 品；自动化程度高，生产率高，可实现“无人化”管理。注塑制品广泛的应用在家 电、汽车、机械、电子、建筑、医疗卫生、农林、交通运输、宇航、军工等行业。 1.21.2 国内外发展状况国内外发展状况 中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放， 已形成门类较齐全的工业 体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业，作为一种新型材料， 其使用领域已远远超越上述三种材料。进入 21 世纪以来，中国塑料工业取得了 令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行 业，近几年增长速度一直保持在 10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效 益也有新的提高。从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看，都显示了中国塑 料工业强劲的发展势头。 我国的注塑机从无到有、 从小到大、 从单一品种到多品种， 有了长足的发展， 特别是改革开放以来，我国注塑机的研究和制造业呈现出一片前所未有的新气 象， 我国注塑机的产量现成为世界上生产大国，为我国的塑料工业发展作出了巨 大贡献。我国的塑料工业发展前景广阔，相比于工业发达国家的塑料工业，我国 的塑料工业还处于初级阶段，注塑机加工塑料制品占塑料制品总量的三分之一， 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 所以注塑机在我国发展前景广阔。回顾 2009，世界塑料机械行业走过艰辛的一 年：日本塑料机械销售业绩直降 50%，法国塑料机械市场缩水 40%，中国台湾 地区 09 年台湾塑料和橡胶机械产量下跌超过 30。但是据统计数据显示， 2009 年下半年中国大陆塑料机械行业强劲反弹。据中国塑料机械协会副会长钱 耀恩先生透露，2010 年中国塑料机械行业迎来了百年不遇的发展机遇：一是中 国汽车消费行业迅猛发展， 汽车塑料用量猛增； 二是中国政府在刺激经济的发展、 拉动投资等方面很见成效，从四万亿投资计划到汽车下乡、建材下乡、再到轻工 业产振兴规划都让人们对中国经济的恢复与发展充满信心。 据有关数据统计，预计到 2010 年，北美人均塑料消费量将达到 145 千克; 西欧人均塑料达到 22.8 千克，仅为发达国家的六分之一。这也意味着我国塑料 产业还拥有较大的攀升空间和发展前景， 市场需求的增加将带动塑料机械行业的 快速增长。特别是特大型、精密、专用注塑机，低温、大功率型单螺杆挤出机， 以及相关工业制品应用的吹塑机械等产品的发展前景看好。 塑料机械产业明显的跃升，促使注射产品的应用领域进一步扩大，而且具有 较高技术含量和高附加值的注射产品开发应用不断增多， 提高了我国注塑行业的 整体水平。企业技术装备、市场开发能力、产品应用范围和参与市场竞争的能力 等方面与以往相比均有了较大提高， 沿海工业发达地区的注射产品档次接近港台 同类产品的水平。沿海经济法达地区，忧郁经济高速增长，急需注塑产品的配套 服务，给注塑行业发展带来机遇。目前国内经济发达地区广东、浙江、上海、江 苏和山东等省市注塑产品产量约占全国总产量 65%， 且从过去劳动密集型逐渐转 向技术、资本密集型发展，生产力布局日趋合理。目前注塑行业年加工能力 350 万吨以上，单机注塑加工容量可从 4 克5 万克。 塑料制品的广泛应用为塑机行业的发展提供了不竭的动力， 我国塑料行业的 巨大发展潜力为中国塑料机械行业的迅速成长开拓了广阔的空间。目前，注塑机 分为肘杆式（机械式） 、全液压式、全电动式、电动/液压复合式四类，这四类各 有各的优缺点，各有各的市场。在我国，产品结构不甚合理，肘杆式在市场中占 主导地位，而全电动式注塑机在国内还是“瘸腿”，目前没有一家企业正式批量生 产，仅作为样品机进行宣传。此外电动/液压复合式注塑机作为一种集液压和电 驱动于一体的新型注塑机，它融合了全液压式高性能的优点，已成为当今精密注 塑机发展的方向。 中国是世界最大的信息产业市场， 手机机体 90%以上的塑料件 全部由国外塑机生产，以塑料为主原料的数码产业，国产塑机更是无人问津。 就全球市场格局而言，全球建筑市场的持续发展，将会拉动对塑料管材、壁 板等挤压制品的需求，进而推动挤出设备的需求增长。因此，预计全球挤出设备 需求，将超过其他类型的塑机产品。美国工业市场研究公司的调查表明，美国和 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 日本塑料机械需求将重新显现复苏迹象，西欧市场需求将在 2009 年加速增长。 中国、印度和俄罗斯塑料机械销售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他发展中 国家和地区，对塑料机械需求也将逐步增长。 1.3 1.3 注塑机概述注塑机概述 1.3.1 注塑机的工作原理 注塑机的工作原理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。注塑机作业循 环流程如图 1-1 所示 图 1-1 注塑机工作程序框图 1.3.2 注塑成型机的基本功能 注射成型机必须具备以下基本功能： 对所加工的塑料物料能实现塑化、计量并把熔融物料压入模具模腔的功 能； 对成型模具能实现启闭和锁紧的功能； 对成型过程中所需的能量能实现转换、传递和控制的功能； 对成型过程及工艺条件可进行设定与调整的功能。 1.3.3 注塑机的分类 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 按合模部件与注射部件配置的型式有卧式、立式、角式三种 （1）卧式注塑机：卧式注塑机是最常用的类型。其特点是注射总成的中心 线与合模总成的中心线同心或一致，并平行于安装地面。它的优点是重心低、工 作平稳、模具安装、操作及维修均较方便，模具开档大，占用空间高度小；但占 地面积大，大、中、小型机均有广泛应用。 （2）立式注塑机：其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与 地面垂直。具有占地面积小，模具装拆方便，嵌件安装容易，自料斗落入物料能 较均匀地进行塑化，易实现自动化及多台机自动线管理等优点。缺点是顶出制品 不易自动脱落，常需人工或其它方法取出，不易实现全自动化操作和大型制品注 射；机身高，加料、维修不便。 （3）角式注塑机：注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列。根据注射总 成中心线与安装基面的相对位置有卧立式、立卧式、平卧式之分：卧立式，注 射总成线与基面平行，而合模总成中心线与基面垂直；立卧式，注射总成中心 线与基面垂直，而合模总成中心线与基面平行。角式注射机的优点是兼备有卧式 与立式注射机的优点，特别适用于开设侧浇口非对称几何形状制品的模具。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第二章第二章 总体方案设计总体方案设计 2.1 2.1 设计参数要求设计参数要求 （1）注射容量：180g； （2）注射质量：150g； （3）注射速率：90g/s； （4）螺杆转速：0200rpm； （5）合模力：900kN； （6）移模行程：30mm； （7）顶出行程：65mm； （8）顶出力：25kN 2.2.2 2 方案设计方案设计 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 2 所示。 图 2-1 注塑机组成示意图 注塑机 注射部件 塑化部件 螺杆 料筒 螺杆头 喷嘴 注射座 注射油缸 座移油缸 液压马达 合模部件 合模装置 调模装置 顶出装置 机 身 液压系统 泵、液压马达、阀 蓄能器、冷却器、管路等油路控制 加热系统 冷却系统 控制系统 动作程控 料筒温度控制 液压泵电机控制 故障检测报警控制 安全保护 加料装置 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.2.1 注射部件方案设计 目前， 常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式， 我厂注塑机都是双缸形式的， 并且都是通过液压马达直接驱动螺杆注塑。 本注射机选用双缸形式， 结构如下图： 图 2-2 卧式机双缸注射注塑装置示意图 （a）是俯视图； （b）为注射座与导杆支座间的平视图 1-油压马达；2，6 -导杆支座；3-导杆；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：预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主 轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑 化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退， 并通过推力轴承使推力座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射 时， 注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活 塞杆及螺杆完成注射动作。 2.2.2 合模部件方案设计 （1）合模机构方案设计 合模机构有液压式、机械式和机械-液压复合式。 1）液压曲肘连杆式 属机械-液压复合式，其结构特点是液压缸通过曲柄连杆机构驱动模板实现 启闭模运动， 充分利用了曲柄连杆机构的行程、 速度、 力的放大特性和自锁特性， 达到快速、高效和节能的效果。常用的液压曲肘连杆式形式有：双曲肘内翻式、 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 双曲肘外翻式、撑肘式、单曲肘摆缸式和单曲肘挂缸式。其中双曲肘内翻式，如 图 9 所示。这种形式的动作原理是：启闭模时，合模缸 1 进油，活塞杆推动双曲 肘连杆机构 5 带动动范本 6 及其模具实现启闭模运动；模具接触时，曲肘连杆 5 处于未伸直状态，在合模油缸 1 推力作用下曲肘连杆机构 5 产生力的放大作用， 使合模系统发生变形，直至曲肘连杆 5 伸直进入自锁为止。模具接触时连杆未伸 直的程度是通过调模装置与合模油缸相配合，按工艺所要求的锁模力来调整的。 图 2-3 双曲肘内翻式结构原理示意 1-合模油缸；2-调模装置；3-后范本；4-拉杆；5-曲肘连杆；6-动范本；7-定范本；8-顶 出油缸； 2）直压式合模 此种结构的特点是其开关模动作及锁模动作都是通过油缸直接作用完成的。 移模速度和合模力的大小分别由活塞杆的移动速度和活塞产生的最大轴向力确 定。 图 2-4 直压式合模装置示意图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1-上范本；2-拉杆；3-下范本；4-锁模油缸；5-移模油缸；6-电子尺；7-底板 这种结构的工作原理是：开关模时，移模油缸 5 进油，推动活塞杆，从而带 动拉杆及动范本运动，实现开关模动作；进入锁模状态后，锁模油缸 4 进油，在 油的推力作用下产生大的锁模力， 通过锁模油缸活塞杆对底板 7 的力的作用而压 紧模具，实现锁模。 3）直压式与肘杆式的比较 直压式合模力 F = P油缸 S油缸，故调节合模力较容易，但压力确定后不允 许超载。而肘杆式注塑机是通过连杆机构的力扩大以后产生的，故通常情况下可 以超载 10%以上。 由于结构关系，通常情况下直压式的容模量大于肘杆式，特别适用于深 容器产品。 肘杆式刚性比直压机刚性好，因为高压锁模时，肘杆式是全部铸钢变形 后产生的，合模力当刚要超载时，因为液压油与铸钢的弹性模量差 10 倍左右， 故同样要产生飞边情况下，肘杆式注塑机产生的飞边要小得多。 肘杆式注塑机由于合模力是通过力的放大作用产生的，且高压锁模后， 在注射、保压过程中可卸压，而直压式在注射、保压过程中始终高压保持，且直 压式合模油缸直径远大于肘杆式，故肘杆式较省电。 肘杆式合模机构都是通过连杆机构产生合模力，故要有高的模板平行度 及长的寿命，其所要求的加工精度较高，且零件较多，成本较高。而直压式是通 过合模大油缸产生合模力，帮其密封存要求较高，随着时间的推移，较易磨损， 产生泄漏后，合模力会下降。 综合上述分析合模部件方案设计合模机构采用直压式合模。 （2）顶出装置方案设计 顶出装置要有足够的顶出力，顶出速度，顶出次数和顶出精度，是在顶出油 缸的作用下作顶出动作。 本注塑机采用如下顶出装置的方案顶出油缸是通过导杆固定在动模板上的。 如图 12 所示，其主要的由顶出油缸和顶出杆组成，油缸为双作用活塞式油缸。 图 2-5 卧式机顶出装置示意图 1-顶出油缸；2-活塞；3-活塞杆；4-导杆；5-顶出板；6-顶出杆；7-动范本；8-电子尺 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 综上述本注塑机的方案如下： 图 2-6 注塑机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第三章第三章 注射部件设计注射部件设计 3.1 3.1 螺杆设计螺杆设计 3.1.1 螺杆设计计算 图 3-1 通用型螺杆的几何形状及各部尺寸代号 L螺纹部分长；L1加料段长；L2塑化段长；L3计量段长；S螺距； D螺杆直 径；h1加料段螺纹深；h3计量段螺纹深；e螺棱宽； R1，R2螺纹根部圆角半径 （1）螺杆直径与注射行程的关系 螺杆直径和注射行程距离的大小是决定注塑制品形状和质量保证的关键。 从 保证注射料量、一次塑化能力和注射压力等条件考虑，螺杆直径与注射行程的比 值一般取35。如果这个比值大，说明螺杆行程大，这样，螺杆的工作部分长度 就会缩小， 这将影响原料的塑化质量； 如果这个比值小， 说明螺杆行程小， 这时， 为了保证一次注射量，就要把螺杆直径加大，这会加大注射功率的消耗。 本注塑机理论注射容量为 180g，一般塑料密度范围为 0.921.09 克/厘米3 即理论注射容量为 180g （0.921.09）g/cm3=(165.6196.2) cm3 取注射理论容量定为 180 cm3 本注塑机要求注射质量为 150g，一般塑料密度范围为 0.921.09 克/厘米3 即实际注射容量为 150g （0.921.09）g/cm3=(138163.5) cm3 取实际注射容量定为 150 cm3 采用一般通用型螺杆。L1=60L，L2=20L,参照海天注塑机 HTF60W2- 的主要技术参数和一般加工热塑性塑料的螺杆的主要尺寸表 3-1，参照表 3-1 螺 杆的直径系列初选螺杆（柱塞）直径 D=40mm。 确定注塑螺杆（柱塞）的最大行程 S 2 4 D V S L VL 理论注射量，cm3； D螺杆（柱塞）直径，cm； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 S螺杆（柱塞）的最大行程，cm。 cm D V S L 33.14 414. 3 18044 22 表 3-2 一般加工热塑性塑料的螺杆的主要尺寸 直径 /mm 螺纹深度 （进 料）hF/mm 螺纹深度 （计 量）hM /mm 螺纹深度 比 hF/ hM 螺纹径 向间隙 /mm 注释 30 4.3 2.1 2.0:1 0.15 表面粗糙度 24m 40 5.4 2.6 2.1:1 0.15 R约 14mm 60 7.5 3.4 2.2:1 0.15 R约 5mm（直径 3060mm） 80 9.1 3.8 2.4:1 0.20 R约 10mm（直径 60150mm） 100 10.7 4.3 2.5:1 0.20 导程 t=D(0.7D) 120 12 4.8 2.5:1 0.25 LS/t 通常大约为 20 120 最大 14 最大 5.6 最大 3:1 0.25 螺纹宽度 0.1D 最大进料长度 D （2）螺纹距S、螺纹棱宽e和螺杆机筒间的装配间径值选择 注塑机用螺杆一般多为等螺纹距型，螺纹距与螺杆直径值相等S=40mm，这 时该螺杆的螺纹升角为17。螺纹棱宽，通常e=0.1D=0.140=4mm(D为螺杆直 径） 。 螺杆与机筒的装配间隙，也就是指螺杆外径与机筒内径装配后的径向间隙 值。如果这个值大，则原料的塑化能力和塑化质量下降，注射时熔料的回流量增 加，这将影响一次注射量的准确性，直接影响注塑件的成型质量。如果径向间隙 过小，对原料的塑化能力、质量都会提高，但是，过小的装配间隙会给机筒和螺 杆的机械加工带来较大难度。正常工作条件下，一般取螺杆与机筒的装配间隙在 （0.0020.005) D=（0.0020.005)40=0.080.2mm之间（D为螺杆直径） 。 （3）长径比L/D 螺杆的长径比是指螺杆的螺纹、部位长度与螺杆直径之比值，即L/D,一般常 用值为2125。这个比值大，可提高塑化原料质量，温度也比较好控制；为了提 高塑化能力，螺杆的工作转速也可提高些。但是长径比过大，对机筒和螺杆的加 工难度也相应地增加，则提高了加工费用。此处螺杆长径比L/D=15。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 （4）螺杆上各段螺纹长度的选择 为了保证塑化原料工作的稳定进行，要求螺杆上的加料段、塑化段和计量段 长度应有固定的比例分配关系。表3-4列出了螺杆各：段长度值范围，可供选择 参考。 由于此次选用的是通用型螺杆， 故此螺杆加料段长度选165mm， 塑化段长度 为82.5mm，计量段长度取82.5mm。 （5）螺纹槽深和压缩比 螺杆的螺纹槽深是指计量段螺纹槽深h3值， 这个值对注塑机的生产能力和功 率消耗影响较大。 h3值的选择， 要考虑被塑化原料的比热容、 导热性、 热稳定性、 黏度及塑化时的压力等因素影响，一般取h3=(0.040.07)D=0.0740=2.8mm(D 为螺杆直径，当直径小时取大些值） 。同一种原料塑化，在注塑机中h3值要比挤 出机中h3值大些，一般要深15%20%。h1=(0.120.14)D=0.1240=4.8mm。 压缩比是指螺杆上加料段槽深h1与计量段槽深h3的比值，即h1/h3同一种原 料塑化，在注塑机中压缩比要比挤出机中压缩比小些。压缩比的大小对原料的塑 化质量有较大影响， 在注塑机中原料的塑化质量还可以通过调整螺杆的背压来得 到改善。 表 3-3 SZ900 注塑机注射螺杆基本参数 直径 D/mm 长径 比 螺纹深 度(进料) h1/mm 螺纹 深度 （计 量） h3/mm 螺纹深 度比 h1 /h3 螺纹径 向间隙 /mm 螺距 S/mm 螺纹宽 度 e/mm 螺旋 升角 / 40 15:1 5.0 2.6 2.2:1 0.15 40 4 17 图 3-2 螺杆零件图 3.1.2 材料与热处理方式 对材质的要求：由注射过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大 扭矩下工作的，因此，螺杆必须： 1）耐高温，高温下不变形； 2）耐磨损，寿命长； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3）耐腐蚀，物料具有腐蚀性； 4）高强度，可承受大扭矩，高转速； 5）具有良好的切削加工性能； 6）热处理后残余应力小，热变形小等。 目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMOAl等。热处理 方式为调质、渗碳、高频淬火、镀硬铬等。 材料及热处理选用：这次的设计材料选用38CrMOAl。热处理：调质 HB220270，高频淬火HRC45-48 3.1.3 螺杆塑化部件的特点 螺杆具有塑化和注射两种功能； 螺杆在塑化时，仅作预塑用； 塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长； 螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的 间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。 3.23.2 螺杆头与止逆阀设计螺杆头与止逆阀设计 3.2.1 螺杆头设计 最高的压力发生在螺杆最前端的螺杆头位置，因此，从加工的观点来说，可 藉由装配一个闭锁组件，避免材料回流到后面的牙部之中；此种情形在射出及保 持压力阶段特别地重要。最简单的设计，就是在螺杆前端加装一个比螺杆根径大 的螺杆头，由于在螺杆头及料管之间的间隙相当的小，使得压力升高且避免材料 回流；而螺杆的角度在 6090 度之间。无论如何，如果要做到完全的防止回流， 那么一定要使用止逆阀才可以。 这次设计采用一般适合热塑性塑料的螺杆头，实图如下。增加输出量的螺牙 设计，在射出阶段时，避免材料的堆积以及防止回流。材料选用 45 号钢，进行 调质 HB220270 热处理。结构图如图 2-8 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-3 螺杆头结构 3.2.2 螺杆头的基本要求 螺杆头要灵活、光洁； 止逆环与料筒配合间隙要适宜，即要防止熔体回流，又要灵活； 既有足够的流通截面，又要保证止逆环端面有回程力，使在注射时快速封 闭； 结构上应拆装方便，便于清洗； 螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，防止预塑时螺杆头松脱。 3.2.3 止逆阀设计 因为止逆阀上面有密封的组件， 可藉由移动而和另外组件密合达到防止逆流 的效果。防腐蚀处理，通常是镀铬或镍；而高合金钢的螺杆头也同样被使用。 止逆阀是装配在螺杆最前端的组件， 它最主要的功用在于射出及保持压力阶 段时， 防止塑料之回流。如果经由一个能够迅速关闭的断面而产生相当大的压力 差，那么，这个止逆阀的功用将是最好的。在进料阶段，当熔体通过断面时，在 反方向同样地有压力差，使得在有背压的状况下，塑料熔体仍然可以持续地往前 输送。如果熔融塑料在通过断面时，压力上升得大时，将会对输出量产生影响， 压力甚至于会使塑料破坏。一般止逆阀的设计，都会将通道截面积设计成螺杆尾 端的环状通道面积的80%以上。 这次设计采用最普遍的环状止逆阀，动作原理如图2-8所示，它包含了三个 部分。 1-头部 藉由螺纹轴和螺杆接在一起 2-环座 3-轴向滑动环 在关闭的位置时， 滑动环紧地靠在环座上， 接触面系和轴成 4560 度之锥面； 在进料阶段，滑动环位于打开的位置，靠在像是散热片一样的到片的肋上。 止逆环的材料选用 45 号钢，进行调质 HB220270 热处理。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-4 加工热塑性材料之环状止逆阀 3.33.3 喷喷嘴设计嘴设计 喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要部件，注射时，料筒内的熔料在螺杆 的推动下，以高压和快速流经喷嘴嘴注入模具。因此喷嘴的结构形式、喷孔大小 以及制造精度将影响熔料的压力和温度损失，射程远近、补缩作用的优劣以及是 否产生“流涎“现象等。目前使用的喷嘴种类繁多，且都有其适用范围，这里只讨 论用得最多三种。 (1)直通式喷嘴 这种喷嘴呈短管状，熔料流经这种喷嘴时压力和热量损失都 很小，而且不易产生滞料和分解，所以其外部一般都不附设加热装置。但是由于 喷嘴体较短，伸进定模板孔中的长度受到限制，因此所用模具的主流道较长。为 弥补这种缺陷而加大喷嘴的长度，成为直通式喷嘴的一种改进型式，又称为延伸 式喷嘴。这种喷嘴必须添设加热设置。为了滤掉熔料中的固体杂质，喷嘴中也可 加设过滤网。以上两种喷嘴适用于加工高粘度的塑料，加工低粘度塑料时，会产 生流涎现象。 (2)自锁式喷嘴 注射过程中，为了防止熔料的流涎或回缩，需要对喷嘴通道 实行暂时封锁而采用自锁式喷嘴。自锁式喷嘴中以弹簧式和针阀式最广泛，这种 喷嘴是依靠弹簧压合喷嘴体内的阀芯实现自锁的。注射时，阀芯受熔料的高压而 被顶开，熔型遂向模具射出。熔胶时，阀芯在弹簧作用下复位而自锁。其优点是 能有效地杜绝注射低粘度塑料时的“流涎”现象， 使用方便， 自锁效果显著。 但是， 结构比较复杂，注射压力损失大，射程较短，补缩作用小，对弹簧的要求高。 （3）杠杆针阀式喷嘴 这种喷嘴与自锁式喷嘴一样，也是在注射过程中对喷 嘴通道实行暂时启闭的一种， 它是用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭 阀芯的。 使用时可根据需要使纵的液压系统准确及时地开启阀芯， 具有使用方便， 自锁可靠，压力损失小，计量准确等优点。此外，它不使用弹簧，所以，没有更 换弹簧之虑，主要缺点是结构较复杂，成本较高。 注射时， 塑料熔体在螺杆的推动下， 以极高的剪切速度流经射嘴而进入模腔。 在这种高速剪切作用下， 熔体温度快速升高。 特别是对于粘度较高的 PVC、 PP-R、 PMMA、PC、高抗冲击 ABS 等，过小的喷嘴孔直径会造成塑料的高温分解。而 对于充模困难的薄壁精密制品，则宜用射程较远的喷嘴，对于厚壁制品则需要补 塑作用好的喷嘴。另外，对于某些熔体粘度很低的塑料(如 PA 等)，需要使用具 有防流涎功能的自锁喷嘴。在许多机器上，除了针对一般粘度的通用型喷嘴，还 有自锁喷嘴、PVC 喷嘴、PMMA 喷嘴等特殊喷嘴可供选用，如果需要，也可以 选用射程较远的针对薄壁制品的专用喷嘴。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 这次选用的是适合用于热塑性塑料的喷嘴。如下图 2-10 图3-5 喷嘴结构 3.43.4 料筒设计料筒设计 3.4.1 料筒结构 料筒的结构其实就是一根中间开了下料口的圆管。 这次设计的料筒基本结构 如图 2-11 所示。 图 3-6 料筒基本结构 1-电热圈；2-螺孔；3-加料口 料筒材料常用 38CrMnAl,氮化处理深 0.5mm,硬度 Hv9001000 在塑料的塑化过程中， 其前进和混合的动力都是来源于螺杆和料筒的相对旋 转。塑料在接近熔点温度时,与料筒相接触的塑料已开始熔融而形成一层熔膜。 当熔膜厚度超过螺杆与料筒间的间隙时， 螺棱顶部把熔膜从料筒内壁径向地刮向 螺棱根部，从而逐渐在螺棱的推进面汇集成旋涡状的流动区熔池。 由于熔融段螺槽深度的逐渐变浅以及熔池的挤压，固体床被挤向料筒内壁， 这样就加速了热料筒向固体床的传热过程。同时，螺杆的旋转使固体床和机筒内 壁之间的熔膜产生剪切作用，从而使熔膜和固体床分界面间的固体熔化。随着固 体床的螺旋形向前推移，固体床的体积逐渐缩小，而熔池的体积逐渐增大。如果 固体床厚度减小的速度低于螺槽深度变浅的速度， 则固体床就可能部分或完全堵 塞螺槽，使塑化产生波动，或者由于局部压力过大造成摩擦生热剧增，从而产生 局部过热。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 在螺杆均化段， 固体床已经因体积过小而破裂形成分散在熔池里的小固体颗 粒。这些固体颗粒通过各自与包覆周围的熔体摩擦及热传递而熔融。面这时，螺 杆的功能主要是通过搅拌塑料熔体使之混合均匀， 熔体的速度分布从贴近料筒壁 的最高速到贴近螺槽底部的最低速。如果螺槽深度不大而熔体粘度很高，则这时 熔体分子间的摩擦会很剧烈。 由于各种塑料的熔融速度、熔体粘度、熔融温度范围、粘度对温度及剪切速 率的敏感程度、高温分解气体的腐蚀性、塑料颗粒间的摩擦系数差异很大，通常 意义上的普通通用螺杆在加工某些熔体特性比较突出的塑料(如 Pc、PA、高分子 ABS、PP-R、PVC 等)时会出现某一段剪切热过高的现象，这种现象般可通过 降低螺杆转速得以消除。但这势必影响生产效率。为了实现对这些塑料的高效塑 化， 有些则采用塑料的专用塑化螺杆和料筒。这些专用螺杆和料筒在设计时针对 的主要问题是以上塑料的固体摩擦系数、熔体粘度、熔融速度等。 3.4.2 加料口 加料口的结构形式直接影响进料效果和塑化部件的吃料能力， 注塑机大多数 靠料斗中物料的自重加料，所以这次采用最常用的对称形料口，如下图 2-12 所 示。 图 3-7 加料口形状 3 3.5 .5 注塑注塑缸设计缸设计 2.5.1 确定注射缸的活塞及活塞杆直径 参照 250g 注塑机，其最大注射压力为 153MPa，本注塑机注塑容量相比要 小，故取最大注射压力为 120MPa。 注射缸工作压力通常选 79MPa，本注塑机选用 8Mpa。 本注塑机采用双缸双作用往复式油缸推动螺杆移动， 因此单注射个油缸的最 大负载为： kNMPaF4 .75120 4 04. 014. 3 2 1 2 当液态塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值 75.4kN，此时注射 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 缸有杆腔进油，且注射缸活塞移动速度也近似等于零，回油量极小；故背压力可 以忽略不计，这样 2 6 4 22 102 . 1 10814. 3 1054. 744 p F dD 活塞杆的直径 d 一般与螺杆直径相同， 考虑到该处为双缸故单个油缸活塞杆 直径可适当减小， 并且为保证密封圈标准化活塞杆直径应取标准系列， 参照下表， d32mm。 表 3-4 活塞杆直径系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故有：活塞直径mmdD114102 . 1 22 ，考虑到摩擦及压力损失等因 素，活塞直径应适当加大，结合活塞直径标准系列取活塞直径：mmD125 表 3-5 活塞直径系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 (220) 250 320 400 500 630 3.5.2 液压缸主要尺寸的确定 液压缸壁厚和外经的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压 力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒 和厚壁圆筒。 液压缸的内径 D 与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸， 一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 式中 液压缸壁厚(m)；D液压缸内径(m)； y p试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍； 缸筒材料的许用应力。无缝钢管。则： mmmm Dpy 5 . 7,25. 6 200 125. 010 2 取 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚 度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或 漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为 1 D为 mmDD1405 . 721252 1 2）液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅 表 3-6 中的系列尺寸来选取标准值。 前述已算得螺杆最大工作行程为 S=143.3mm， 故结合表 3-6 中的标准系列尺 寸选取液压缸行程mml160 表 3-6 液压缸行程系列 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 3) 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似 计算。 无孔时 y p Dt 2 433. 0 有孔时 02 2 2 433. 0 dD Dp Dt y 式中 t缸盖有效厚度(m)； 2 D缸盖止口内径(m)； 0 d缸盖孔的直径(m)。 液压缸： 无孔时 mmmt49.31 25 10 10115433. 0 3 ，取 t=35mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 有孔时mmmt1 .37 8325 11510 10115433. 0 3 ，取 t=40mm 4) 最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度（如下图 2 所示） 。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠 度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定 的最小导向长度。 图 3-8 液压缸的导向长度 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求： 220 DL H 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 活塞的宽度 B 一般取 B=(0.61.0)D；缸盖滑动支承面的长度 1 l，根据液压缸 内径 D 而定； 当 D80mm 时，取dl0 . 16 . 0 1 。 为保证最小导向长度 H，若过分增大 1 l和 B 都是不适宜的，必要时可在缸盖 与活塞之间增加一隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H 决定，即 BlHC 1 2 1 最小导向长度：mmH5 .70 2 125 20 160 ，取 H=72mm 活塞宽度：B=0.8D=100mm 缸盖滑动支承面长度： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 mmtmmdl40320 . 1 1 不需要隔套 5) 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。 缸体外形长度还 要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030 倍。 缸体内部长度mmmmlBL260160100 3.5.3 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸 盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排 气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。 设计时根据具体情况进行选择。 1) 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图 3 所示： 图 3-9 缸体与缸盖外半环连接方式 优点：结构较简单；加工装配方便 缺点：外型尺寸大；缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚 2) 活塞杆与活塞的连接结构 参阅P15表 2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。 如下图 4 所示： 图 3-10 活塞杆与活塞螺纹连接方式 特点： 结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较 多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 2)