塑料注射机注射装置设计【7张图纸】【带PROE三维】【优秀】
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塑料注射机注射装置设计
53页 24000字数+说明书+开题报告+中期报告+三维图+7张CAD图纸
PROE注射机三维图.rar
中期报告.doc
中期报告封皮.doc
中期报告目录.doc
喷咀零件图.dwg
塑料注射机注射装置设计开题报告.doc
塑料注射机注射装置设计论文.doc
开题报告封皮.doc
油缸零件图.dwg
注射机轮廓图.dwg
注射机轴测图1.dwg
注射机轴测图2.dwg
注射机轴测图3.dwg
连接体零件图.dwg
摘要
本文是对TTI-95G型注射机注射装置的设计进行了详细的阐述，在查阅塑料机械指导书和大量数据的计算的共同基础之上严格按照有关机械设计手册的指导方法完成的。
本文首先从注射机的发展历史和在现代工业当中的地位作为启始，进而参照一些同类注射机的设计经验吸取精华部分，并且把以往在学校参加过的各种课程设计经验进行提炼进尔初步确定设计方案，在解决设计方案中的计算细节，通过计算验证设计方案的可实施性。本文配以图片和各种示意图以更好的传达作者的设计意图，融合作者俩个月设计的点点滴滴，本型号注射机采用往复螺杆预塑式，螺杆直接由低速高扭矩液压马达驱动，注射油缸设置在两旁的结构形式注射装置的设计，螺杆头采用止逆型。注射机在现代工业中占重要地位，是塑料机械产业中的三大机械之一，是塑料机械行业的重要组成部分。
本文按照发现问题，分析问题，解决问题的思维方式引起读者的阅读兴趣，用简洁的语言突出注射机的注射装置的主要特点，作者希望能以最简单最直接的方式向大家展现该装置的设计过程。
关键词 注射装置；往复螺杆预塑式；液压马达驱动
目录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 课题背景1
1.2 注射成型机在工业中的地位和发展历史1
1.2.1 注射机在我国的发展历史和工业地位1
1.3本章小结3
第2章 注射机简介和注射机装置设计要点4
2.1 注射机的介绍4
2.1.1 注射机的定义4
2.1.2 注射机的分类4
2.1.3 注射机的结构和功能4
2.1.4 注射机成型工作原理6
2.1.5注射机的特点7
2.1.1操作时应注意的事项8
2.2 注射装置的设计要点9
2.2.1 注射装置的作用及要求9
2.2.2 注射装置分类9
2.2.3 注射装置的组成和动作过程10
2.2.4 螺杆式主要塑化部件12
2.3 本章小结19
第3章 TTI-95G型注射机注射装置设计方案20
3.1 注射机注射装置基本参数的确定20
3.2 螺杆、机筒、喷咀具体参数的确定23
3.3 加料计量装置和螺杆驱动装置基本参数的确定32
3.3.1加料计量装置的确定32
3.3.2 螺杆驱动装置的确定32
3.4 本章小结32
第4章 注射机的保养知识33
4.1 注射机的保养知识33
4.1.1 注射机的特点33
4.1.2 注射机的故障分类33
4.1.3 注射机的故障规律35
4.1.4 注射机故障分析与排除程序36
4.2 本章小结36
第5章 设计的内容以及问题处理方式37
5.1 设计的主要内容以及问题的处理37
5.1.1 设计主要的内容37
5.1.2 设计当中遇到的问题以及处理38
5.2 本章小结43
结论44
致谢45
参考文献46
附录47
- 内容简介：
-
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘要本文是对TTI-95G型注射机注射装置的设计进行了详细的阐述，在查阅塑料机械指导书和大量数据的计算的共同基础之上严格按照有关机械设计手册的指导方法完成的。本文首先从注射机的发展历史和在现代工业当中的地位作为启始，进而参照一些同类注射机的设计经验吸取精华部分，并且把以往在学校参加过的各种课程设计经验进行提炼进尔初步确定设计方案，在解决设计方案中的计算细节，通过计算验证设计方案的可实施性。本文配以图片和各种示意图以更好的传达作者的设计意图，融合作者俩个月设计的点点滴滴，本型号注射机采用往复螺杆预塑式，螺杆直接由低速高扭矩液压马达驱动，注射油缸设置在两旁的结构形式注射装置的设计，螺杆头采用止逆型。注射机在现代工业中占重要地位，是塑料机械产业中的三大机械之一，是塑料机械行业的重要组成部分。本文按照发现问题，分析问题，解决问题的思维方式引起读者的阅读兴趣，用简洁的语言突出注射机的注射装置的主要特点，作者希望能以最简单最直接的方式向大家展现该装置的设计过程。关键词 注射装置；往复螺杆预塑式；液压马达驱动AbstractThis article is focusing on elaborating carefully for the injection design of the TTI-95G type injection machine, and accomplished by looking up the guidance book of the plastic machinery and calculating a great deal of date which is accorded strictly to the guide methods from these manuals about machinery.First of all, it regards the developed history of the injection machine and its position in modern industry as the origin, and draws essential parts from some similar kinds of injection machines, and extracts every kind of course design experiment which has been made in the past to decide the schematic program, and deal with the computational details in it, exams the feasibility according to the calculation. Secondly, this article is matched with some pictures and signals to convey authors design purpose, oil cylinders are designed to both side of it with the design of check inverse type screw head injection. Injection machine is stand out in modern industry, and it is one of the most important three machineries, is the important part of the plastic machinery enterprise.In this article draws attention to the readers interests by the thinking mode of finding, analyzing and solving problems, using the simple langue to show the main features of the injection equipments in injection machine. Above all, the author hopes to show the designing progress by the most simple and direct way. Keywords Injection Equipment ；reciprocating screw ；Hydraulic motor drive目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 注射成型机在工业中的地位和发展历史1 1.2.1 注射机在我国的发展历史和工业地位11.3本章小结3第2章 注射机简介和注射机装置设计要点42.1 注射机的介绍4 2.1.1 注射机的定义4 2.1.2 注射机的分类4 2.1.3 注射机的结构和功能4 2.1.4 注射机成型工作原理6 2.1.5注射机的特点7 2.1.1操作时应注意的事项82.2 注射装置的设计要点9 2.2.1 注射装置的作用及要求9 2.2.2 注射装置分类9 2.2.3 注射装置的组成和动作过程10 2.2.4 螺杆式主要塑化部件122.3 本章小结19第3章 TTI-95G型注射机注射装置设计方案203.1 注射机注射装置基本参数的确定203.2 螺杆、机筒、喷咀具体参数的确定233.3 加料计量装置和螺杆驱动装置基本参数的确定32 3.3.1加料计量装置的确定32 3.3.2 螺杆驱动装置的确定323.4 本章小结32 第4章 注射机的保养知识334.1 注射机的保养知识334.1.1 注射机的特点334.1.2 注射机的故障分类334.1.3 注射机的故障规律354.1.4 注射机故障分析与排除程序364.2 本章小结36第5章 设计的内容以及问题处理方式375.1 设计的主要内容以及问题的处理375.1.1 设计主要的内容375.1.2 设计当中遇到的问题以及处理385.2 本章小结43结论44致谢45参考文献46附录47 - 50 -哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题背景毕业设计题目为TI-95G型注射机注射装置设计。1.1.1 选题目的和意义通过毕业设计，掌握塑料设备的设计步骤，通过对TTI-95G塑料注射机的测绘，掌握测绘及整个装置的设计方法。了解和熟悉注射机主要零件的加工制造工艺。1.2 注射成型机在工业中的地位和发展历史1.2.1 注射机在我国的发展历史和工业地位从50年代技术创新推出了螺杆料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械2000年销售额在70亿元人民币左右，以台数记约为8.5万台，其中40左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。注射成型机是将热塑性塑料或热固性塑料制成各种塑料制品的主要成型方法之一。据统计，全世界塑料注射成型制品约占塑料总产量的百分之三十，注射机产量占塑料机械产量的百分之五十，个别国家竟然达到百分之七十到八十，已经成为目前塑料机械中产量增长最快、数量最多的机种之一。80年代以来，CAD/CAECAPPCAM计算机应用技术在塑机制造业的广泛采用，促进了我国注塑机研发和制造水平的高速发展。以宁波海天股份有限公司为代表的一批国家级高新技术企业都相继引进美国U.G.S和PTC公司的计算机辅助设计和分析等软件，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对主关原件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准确的分析计算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证重要零件结构合理性的可靠性达到完美结合。为了保证高质量的设计输出到高质量的产品输出，旧的加工方式已经很难适应技术、质量竞争的要求。海天公司在“八五”和“九五”规划中，按照滚动发展的科学方法，累积投资2亿元人民币组建了加工中心分厂。新建5万平方米的大型装配分厂，10万平方米的扳金和结构件加工分厂，新建了1万平方米的试验车间和实验室，新建了5928个库位的立体自动仓库。购置了德国OKUMA两条柔性加工线，加入到40多台加工中心组成的机群中。实施了国家863计划浙江海天CIMS工程，成功应用K3系统，实现了生产计划、物料、成本等计算机集成管理。引进IMAN系统实现了产品技术数据创建和跟踪，产品结构和版本，产品属性和关联数据的查询以及向K3系统的信息传递等计算机集成管理。海天公司在2000年实现今年销售收入8.6亿元人民币，出口创汇1000万美元，创利税2亿元人民币完成销售具有国际90年代水平的大型注塑机100台，进行了两项国际先进水平的重大技术装备研制，其一是注塑机的防护门、配电箱等扳金件表面喷塑流水线形成批量生产能力，其二是注塑机螺杆和机筒双金属喷涂工艺投入批量生产，使关键零部件已经形成了三个完整的系列，它们是以曲肘式锁模的HTW和HTFX系列，直压式锁模的HTK系列，伺服电机控制的HTD系列。基本参数由锁模力580kN到36000kN，注射重量由70g至51460g，处于国内的领先地位。 目前注塑机发展的另一个重要方面，是各种专用注塑机，如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶胚机、包装机，集中体现了高新技术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术，在锁模力只有传统技术三分之一时，仍可高质量的保证制品成型，使机器的体积和重量都大幅度降低，在节能和制品成本控制方面都具有重大意义。我们海天公司也积极研制了HTC系统的热固性材料的注塑机，HTP包装专用注塑机并出口到北美市场，HTE瓶胚专用注塑机，HTS双色成型注塑机，我们将会把这些研发进一步推向深入。加入WTO以后，将对我国塑料成型机大影响，对企业来说机遇和挑战并存。除了幼稚工业在一定时段内得到保护外，其他的行业关税壁垒的保护将不复存在。关税的降低会使大量的进口机占领国内市场，先进的技术、优秀的品质及良好的服务都具有强劲的竞争力。利用我国开放的优惠条件，一些发达国家和地区的塑机制造商，已经进入我国内地。在江苏省昆山市的经济开发区，已经汇集了多家代表台湾塑机制造业的厂家。香港震雄的塑机制造业已经全部搬迁到深圳新工业园区，他们充分利用国内的人力和物力资源，减少生产成本，然后同我们开展市场竞争。而我国的塑机行业也可以低税进口质优价廉的配套零件，提高整机的质量水平，有利于出口。中国塑料机械设备有三大机种：挤出机、注塑机和中空吹塑机。在年产20万台套的塑料机械设备中，2005年注塑机占35挤出机25，中空吹塑机5，其它塑机35；出口注塑机占60.4，挤出机6.8，中空吹塑机11.7，其它塑料机械出口21.1，由此可看出，中国塑料机械有着很大的发展潜能和较快的发展速度，预测中国塑料机械2010 年在30万台套以上。1.2 本章小结本章重点介绍了我国塑料注射机的现状和发展方向，也对课题的提出做了简介，为完成本设计奠定了初步依据。第2章 注射机简介和注射机装置设计要点2.1 注射机的介绍2.1.1 注射机的定义注射机（又名注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注射成型是通过注塑机和模具来实现的。2.1.2 注射机的分类1.按塑化方式分类 （1）柱塞式塑料注射成型机 它的混炼性很差的，塑化性也不好，要加装分流梭装置。现在已很少使用。 （2）往复式螺杆式塑料注射成型机 依靠螺杆进行塑化与注射，混炼性和塑化性都很好，现在使用最多。 （3）螺杆柱塞式塑料注射成型机依靠螺杆进行塑化与依靠柱塞进行注射，两个过程分开来。2. 按合模方式分类 （1）机械式 （2）液压式 （3）液压机械式2.1.3 注射机的结构和功能 注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。1. 注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。 螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。2. 合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。 合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。3. 液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。4. 电气控制系统电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。5. 加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。6. 润滑系统 润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑；7. 安全保护与监测系统 注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气机械液压的联锁保护。 监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故进行监测，发现异常情况进行指示或报警。2.1.4 注射成型工作原理注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。 注塑机的工作原理：与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。 注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。2.1.5 注塑机的特点1. 立式及注塑机的特点 （1）注射装置和锁模装置処于同一垂直中心线上，且模具是沿上下方向开闭。其占地面积只有卧式机的约一半，因此，换算成占地面积生产性约有二倍左右。 （2）容易实现嵌件成型。因为模具表面朝上，嵌件放入定位容易。采用下模板固定、上模板可动的机种，拉带输送装置与机械手相组合的话，可容易地实现全自动嵌件成型。 （3）模具的重量由水平模板支承作上下开闭动作，不会发生类似卧式机的由于模具重力引起的前倒，使得模板无法开闭的现象。有利于持久性保持机械和模具的精度。 （4）通过简单的机械手可取出各个塑件型腔，有利于精密成型。 （5）一般锁模装置周围为开开放式，容易配置各类自动化装置，适应于复杂、精巧产品的自动成型。 （6）拉带输输送装置容易实现串过模具中间安装，便于实现成型自动生产。 （7）容易保证模具内树脂流动性及模具温度分布的一致性。 （8）配备有旋转台面、移动台面及倾斜台面等形式，容易实现嵌件成型、模内组合成型。 （9）小批量试生产时，模具构造简单成本低，且便于卸装。 2. 卧式注塑机的特点 （1）即是大型机由于机身低，对于安置的厂房无高度限制。 （2）产品可自动落下的场合，不需使用机械手可实现自动成型。 （3）由于机身低，供料方便，检修容易。 （4）模具需通过吊车安装。 （5）多台并列排列下，成型品容易由输送带收集包装。3. 角式注塑机的特点其注射注射螺杆的轴线与合模机构模板的运动轴线相互垂直排列，其优缺点介于立式与卧式之间。因其注射方向和模具分型面在同一平面上，所以角式注塑机适用于开设侧浇口的非对称几何形状的模 具或成型中心不允许留有浇口痕迹的制品。4. 多工位注射成型机的特点其注射装置与合模装置有两个或两个以上的工作位置，也可把注射装置与合模装置进行多种排列。2.1.6 操作时应注意的事项1. 开机之前 （1）注塑机操作前，检查电器控制箱内是否有水、油进入，若电器受潮，切勿开机。应有维修人员将电器零件吹干后再开机。 （2）注塑机操作前，检查供电电压是否符合，一般不应超过6%。 （3）检查急停开关，前后安全门开关是否正常。验证电动机与油泵的转动方向是否一致。 （4）检查各冷却管道是否长途畅通，并对油冷却器和机筒端部的冷却水套通入冷却水。 （5）注塑机操作前，检查各活动部位是否有润滑油，并加足润滑油。 （6）打开电热，对机筒各段进行加热。当各段温度达到要求时，再保温一段时间，以使机器温度趋于稳定。保温时间根据不同设备和塑料原料的要求而有所不同。 （7）在料斗内加足足够的塑料。根据注塑不同塑料的要求，有些原料最好先经过干燥。 （8）要盖好机筒上的隔热罩，这样可以节约电能，又可以延长电热圈和电流接触器的寿命。2. 操作过程 （1）不要为贪图方便，随意取消安全门的作用。 （2）注意观察压力油的温度，油温不要超出规定的范围。液压油的理想工作温度应保持在45-50之间，一般在35-60范围内比较合适。 （3）注意调整各行程开关，避免机器在动作时产生撞击。3. 工作结束 （1）注塑机操作完毕后，应将机筒内的塑料清理干净，预防剩料氧化或长期受热分解。 （2）应将模具打开，使肘杆机构时间处于闭锁状态。 （3）车间必须备有起吊设备。装拆模具时应十分小心，以确保生产安全。2.2 注射装置的设计要点2.2.1 注射装置的作用及要求1. 注射装置的作用： （1）塑化-均匀加热和塑化物料，并进行准确的计量加料； （2）注射-在一定的压力和速度下，把已塑化好的物料注入模腔内； （3）保压-为了保证制品表面平整，内部密实，在注射完毕后，在一段时间内仍需对模腔内的物料保持一定压力称为保压，以防止物料倒流。保压过程的压力一般在2530MPa，有的可达实际注射压力的6080。2. 对注射装置的要求： （1）塑化均匀-经注射装置塑化后的物料应有均匀的温度和组分； （2）在许可范围内，尽量提高塑化能力与注射速度。2.2.2 注射装置分类 注射装置在注射成型机的工作过程中的主要职能是将定量的塑料均匀的熔融塑化，并以一定的压力和速度，将其注射到模腔内，还可对模腔内的熔料进行保压。注射装置通常可分为柱塞式与螺杆式两类，再细分则有螺杆挤出式、柱塞注射式、往复螺杆式和带预塑螺杆的柱塞式等四种。1. 螺杆挤出式：利用挤出机的螺杆挤出压力往模腔直接注射。仅适用软胶料和形状简单的制品。2. 柱塞注射式：利用外热塑化，柱塞注射。塑化能力差，不均匀，排气差一般用在小型机台上。其结构见图2-1所示。 图2-1 柱塞注射式示意图 3. 往复螺杆式：螺杆旋转塑化，往复注射。塑化能力强，混合均匀，排气好。多用于中型和大型机台。 4. 带预塑螺杆的柱塞式：螺杆塑化，柱塞注射。塑化力强，质量好，注射压力高，计量准确，多用于橡胶和高精度的成型注射。2.2.3 注射装置的组成和动作过程 下面简要介绍柱塞式注射装置和螺杆预塑式注射装置的组成和动作过程。 1. 柱塞式注射装置 柱塞式注射装置由定量加料装置、塑化部件、注射油缸、注射座移动油缸等组成。 （1）加入料斗中的颗粒料 ，经过定量加料装置，使每次注射所需的一定数量的塑料落入料室； （2）当注射油缸活塞推动柱塞前进时，将加料室中的塑料推向料筒前端熔融塑化。 （3）熔融塑料在柱塞向前移动时，经过喷嘴注入模具型腔。 （4）根据需要，注射座移动油缸可以驱动注射座做往复移动，使喷嘴与模具接触和分离。 2. 螺杆式注射装置这是目前应用最广泛的一种形式。它由塑化部件、料斗、螺杆传动装置、注射油缸、注射座以及注射座移动油缸等组成。螺杆式注射装置的结构特点及有关动作介绍如下。 （1）结构特点：螺杆同时具有塑化和注射两个功能，即回转塑化、往复注射。设计时要加以特殊考虑。 （2）塑化特点：螺杆在塑化时伴随着轴向位移，使熔料温度形成轴向温差较大，且难以克服。图2-2 柱塞注射机注射装置示意图1-喷嘴 2-加热器 3-分流梭 4-计量装置5 料斗6-柱塞 7-注射油缸8-活塞图2-3 螺杆式注射机注射装置示意图 1-螺杆2-机筒3-料斗4-注射油缸5-液压马达6-移模油缸 7-导柱3. 螺杆式注射机与柱塞式注射机相比的优点 （1）塑化能力大。可应用于大型高速注射机。 （2）塑化速率快、均化好。可以扩大注射成型加工塑料的范围；目前绝大多数的热塑性塑料都可用来注射成型。此外，还可直接进行染色和粉状塑料的加工； （3）注射时压力损失小。在工艺上可以用较低的塑化温度和注射压力.TTI-95G型注射机采用螺杆式塑化方式。2.2.4 螺杆式主要塑化部件1. 螺杆式主要塑化部件包括螺杆、螺杆头、料筒、注射喷嘴等。图2-4 注射机塑化部件示意图 1-喷嘴2-螺杆头3-止逆环4-垫圈5-料筒6-螺杆7-加热圈8-冷却水圈2. 螺杆式塑化部件的工作过程a、与挤出机相同之处螺杆由料斗中攫取物料后，在螺杆的旋转下，物料沿着螺杆向前输送，在输送过程中，物料在外热和物料各层之间剪切热的作用下，由固态转变为粘流态。b、与挤出机不同之处 (a)挤出过程是相对稳定的、连续的过程。这是由于挤出机螺杆较长。固体床破碎很迟，从而维持了相对稳定的熔融状态，在整个螺杆长度上，熔融过程实际上是可控的。 (b)注射过程是一个非稳定熔融的间歇过程。在注射机中，螺杆时转时停，边旋转边后退（因而使螺杆的实际工作长度逐渐缩短），故不能象熔融理论所揭示的那样维持稳定的熔融过程。当螺杆停止转动时，熔膜增厚，而固体床则相应减薄，而且当注射时螺槽中要产生强烈的横流和反流，强烈的横流会把固体床从螺棱的背面推向推力面。这些因素促使了固体床更早解体，因而注射机中物料的熔融过程是一个比挤出机更为复杂的过程。3. 螺杆注射螺杆的型式也有渐变螺杆、突变螺杆两大类。注射机中还使用一种通用螺杆。因为在注射成型中，经常更换塑料品种，拆螺杆比较频繁，既花劳力又影响生产，故有时虽备有多根螺杆，但一般情况下不予更换，而用调整工艺条件（温度、螺杆转数、背压）来满足不同物料的要求。通用螺杆的特点是压缩段长度介于渐变螺杆、突变螺杆之间，约(23)D，以适应结晶性和非结晶性塑料加工需要。虽然螺杆的适应性扩大了，但其塑化效率低，单耗大，使用性能比不上专用螺杆。 （1）螺杆的直径与行程螺杆的直径应从保证注射量和塑化能力这两个方面来确定。一次最大注射量是根据螺杆的直径与最大行程决定的。直径与行程之间有一定的比例关系。行程过长会使螺杆的有效长度缩短太多，影响塑化均匀性。行程过短也不好，为保持一定的注射量就得增加螺杆的直径，也要相应增大注射油缸的直径。一般螺杆的行程与直径之比R=24，常取3左右。注射量小或长径比小的螺杆其R较小，即螺杆直径较大，以增加强度和刚度。 （2）螺距、螺棱宽、径向间隙注射螺杆一般具有恒定的螺距，且螺距与螺杆直径相等，这时螺旋角等于1740螺杆棱顶的宽度一般为直径的10%。螺杆与料筒的间隙是一个重要参量。间隙过大，将会使塑化能力下降，注射时回流增加，过小，又会增加机械制造的困难和螺杆功率的消耗。根据实际情况，一般为（0.0020.005）D。 （3）螺杆的长径比注射机螺杆的长径比（LD）一般比挤出机螺杆短。这是因为注射机螺杆仅作预塑之用，塑化时出料的稳定性对制品质量的影响很小，并且塑化所经历的时间比挤出机长，而且喷嘴对物料还起到塑化作用，故 L/D有必要象挤出机那样大。注射机螺杆的长径比过去多为 1518，现在加长到 20。LD加大后，塑化效果好，温度均匀，混炼效果好。但从制造角度看，希望效果好而短的螺杆，因为短的螺杆制造容易，也可以缩短注射机的机身，减轻注射机重量，清理螺杆也方便。 （4）螺槽深度和压缩比注射机螺杆计量段的螺槽深度h3是螺杆的重要参数之一。一般比挤出机螺杆深1520%，约为（0.040.07）D（小直径取大值）。注射机螺杆的压缩比一般比挤出机螺杆为小。可以通过调节背压来调节注射螺杆的塑化情况，但螺杆压缩比不同，其调整背压的效果是不一样的，即小压缩比的螺杆，调整背压，物料塑化温度的变化明显，故小的压缩比可以提高适应性。 注射螺杆的压缩比：对结晶性塑料一般取3.03.5；对粘度高的塑料，可取1.42，通用型螺杆可取22.8。4. 螺杆头注射螺杆头和挤出螺杆头不一样。挤出螺杆头多为圆头或锥头，而注射螺杆头多为尖头。有的设计成特殊结构。这是为了减少注射时物料流动的阻力。特别当加工PVC等热敏性、高粘度的物料时，经常发生螺杆头处排料不干净而造成的滞料分解现象，因此注射螺杆用的螺杆头多为尖头。下面介绍几种使用效果较好的螺杆头。 （1）锥形螺杆头： 下图所示为锥形螺杆头的结构形式。其锥角一般为2030， 一种为光滑圆锥头，另一种在锥形处加工出螺纹。这两种螺杆头结构简单，能消除滞料分解现象，适于高粘度、热敏性材料如硬聚氯乙烯等的加工.。 （2）止回螺杆头：对于中等粘度和低粘度的塑料，为了伤止注射时熔料沿螺纹槽回流，提高注射效率，通常需要带有止回环的螺杆头止回环与料筒之间应选取适当的配合。环与料筒间的间隙越小，料筒将产生过度磨损，增大螺杆退回的阻力；间隙过大，不仅漏流严重，还对物料产生高剪切作用，使塑料过热分解。该间隙一般为0.l0.2毫米。止回环的宽度一般为环径的6080%。图 2-5 锥形螺杆头结构示意图图 2-6 止回螺杆头结构示意图 5. 新型注射螺杆为增加混炼、塑化效果，象新型挤出螺杆那样，新型注射螺杆也多是在常规注射螺杆的计量段增设一些混炼剪切元件。在注射螺杆上采用的混炼剪切元件，常见的有屏障型、销钉型等。自然，将这些混炼剪切元件应用到注射螺杆上时应考虑到注射过程、注射机与挤出机过程、挤出螺杆的不同之处，不能照搬。6. 螺杆材料及强度校核注射螺杆在比较恶劣的条件下工作，它不仅承受预塑时的扭矩，而且经受带负荷的频繁启动，以及承受注射时的高压。注射螺杆受到的腐蚀和磨损（特别是加工玻璃纤维增强塑料）也是相当严重的。在小直径螺杆中，也常有因疲劳而发生断裂破坏的现象发生，这就要求选用高强度耐磨耐腐蚀的材料，和挤出螺杆差不多，大都用氮化钢或其它合金钢。注射螺杆的强度计算可按挤出螺杆所用的方法进行。如果必要，可增加注射时压缩应力的校核。7. 料筒及其加热 （1）料筒材料注射机的料筒是塑化部件的另一个重要零件。其结构型式大多采用整体式。由于要求其耐温、耐压、耐磨及耐腐蚀，因此常采用含铬、钼、铝的特殊合金钢制造，经氮化处理（氮化层深约0.5毫米），表面硬度较高。常用的氮化钢为38CrMoAL。注射机料筒也可以不用氮化钢，而用碳钢，内层浇铸Xaloy合金衬里。料筒设计考虑的问题有：塑料的加人与输送、加热与冷却、强度等。 （2）料筒加料口的断面形状注射机大多采用自重加料。加料口的形状应尽可能增强对塑料的输送能力。加料口的形式有对称和偏置两种（国产注射机常用偏置加料口）。 （3）料筒的壁厚 注射机料筒壁厚的确定及其强度验算可参照挤出机料筒进行。 （4）料筒的加热注射机料筒多采用电阻加热。国产注射机普遍采用电热圈。为了提高加热效率和升温速度，有的在电热圈上涂上远红外加热剂和增加保温层。通常用热电偶或热电阻对料筒温度进行分段控制，分段多少视料筒长短而定。一般为26段。每段长约（35）D，D为螺杆直径。一般料筒和螺杆无需加冷却装置，而靠自然冷却，但为了能顺利进料在料斗座处需进行冷却。料筒加热功率的确定，除了要满足塑料塑化所需要的功率以外，还要保证有足够快的升温速度。8. 传动装置注射机螺杆传动装置是为提供螺杆预塑时所需要的扭矩与速度而设置的。与挤出机的传动装置相比，注射机的螺杆传动装置有如下特点a. 螺杆的“预塑”是间歇式工作，因此启动频繁并带有负载；b. 螺杆转动时为塑化供料，与制品的成型无直接联系，塑料的塑化状况可以通过背压等进行调节，因而对螺杆转数调整的要求并不十分严格；c. 由于传动装置放在注射架上，工作时随着注射架作往复移动，故传动装置要求简单. （1）螺杆传动的形式根据注射机螺杆传动的特点和要求，出现了各种螺杆传动形式。若按实现螺杆变速的方式分类，可分为无级调速和有级调速两大类。无级调速，主要有液压马达和调速电机（经或不经齿轮箱）传动；有级调速，主要有定速电动机经变速齿轮箱传动。实际上，现在最常用的是低速大扭矩油马达传动和定速电动机-变速齿轮箱传动。a. 低速大扭矩油马达传动这种传动方式省去了齿轮箱，结构非常简单，可以实现螺杆转数的无级调节。根据注射螺杆传动的要求，使用液压马达是比较理想的。这是因为：液压马达的传动特性软，启动惯性小，可以对螺杆起保护作用；由于它的体积比同规格的电机小得多，整个传动装置容易满足体积小、重量轻、结构简单的要求，尤其是采用低速大扭矩马达直接驱动螺杆的传动方案，结构就更简单了；由于大部分注射机均采用液压传动，当螺杆预塑时，机器正处冷却定段，油泵这时为无负载状态，故用液压马达可方便地取得动力来源；液压马达可在较大的范围内实现螺杆转数的无级调节等。正是由于这些优点，新设计的注射机越来越多地采用液压马达传动。但是液压马达传动系统维修比较复杂，效率较低。b. 定速电动机-变速齿轮箱传动它只能实现有级的变速，但因为注射螺杆对速度调节的要求不十分严，而且这类传动易于维护、寿命长，制造比较简单，效率高，起动力矩大，成本较低，故过去应用较普遍。这种传动方式，由于其传动特性比较硬，应设置螺杆保护环节。另外还要克服电动机频繁起动影响电动机使用寿命这一缺点。当然，这种传动方式调速范围小，且是有级的，结构比较笨重。噪音也较大。 （2）螺杆转数为了适应多种塑料的塑化要求和平衡注射成型循环周期中预塑工序的时间，经常需要对螺杆的转数进行调节，这就需要螺杆具有一定的转数范围。 螺杆的转数范围，根据使用情况确定。对热敏性塑料或高粘度塑料，螺杆的最高线速度在 1520米分以下，对一般塑料，螺杆的最高线速度为3045米分。目前螺杆转速向提高的方向发展，有的注射机的螺杆线速度提高到4860米分。在有级调速装置中，螺杆一般具有34级速度。多至68级速度。 （3）螺杆驱动功率注射螺杆塑化时的功率转数（Nn）特性线与挤出机螺杆类似，基本呈线性关系，可近似看作恒扭矩传动。目前注射螺杆的驱动功率尚无成熟的计算方法，一般参照挤出螺杆驱动功率的确定方法结合实际使用情况来确定。经实验和统计，注射螺杆的驱动功率一般要比同规格的挤出螺杆小些，这是因为注射螺杆在预塑时，塑料在料筒内已经过一定时间的加热，其次是螺杆的结构参数上也有区别。 （4）加料计量装置根据注射要求，每次从料斗进入加料室的塑料，应该与每次从加热料筒中注射到模腔内的塑料数量相等，这样才能控制塑料在料筒内的加热时间，即塑化时间，防止塑化室内粒料区的变动，使工艺过程稳定。目前使用的方法，有容积定量和重量定量两种。容积加料用体积计量；重量加料是按重量计量的一种方法，由于装置复杂，应用较少。目前最通用的是容积加料方法。2.3 本章小结本章主要介绍注射机的分类和一些关于注射机注射装置的设计要点为后续设计方案的确定和计算打下理论基础，起到一个铺垫的作用。第3章 TTI-95G型注射机注射装置设计方案3.1 注射机注射装置基本参数的确定图3-1 TTI-95G型注射机实体照片注射机注射装置的主要基本参数有：TTI-95主要技术参数：螺杆直径，理论注射量，注射压力，注射速率，螺杆行程，长径比，整体移动距离。1. 注射量注射量是指机器在对空注射条件下，注射螺杆（或柱塞）作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。它是机器的重要参数之一。在一定程度上反映了机器加工制品能力的大小，标志着机器所能生产的塑料制品的最大重量。因此它可作为机器规格的主参数。我国目前对机器注射量曾规定有：30、60、125、250、350、500、630、1000、2000、3000、4000、6300、8000、12000、160000、24000、32000、48000、64000厘米3等规格。应用最多的是601000克的中小型机，约占注射成型机器的70左右。 V=/4 D2Si=3.14/4（3.5）2=163cm3 (3-1)式中 -理论注射容积 （cm3） -螺杆直径（cm） -螺杆注射行程 （cm）2. 注射压力注射时为了克服熔料流经喷咀、浇道和模腔等处的阻力，螺杆或柱塞对物料施加足够的压力，此压力称之为注射压力。该压力还直接影响制品质量，对制品的尺寸精度和制品存在的应力都有影响。这就要求注射压力不仅足够，而且还要稳定与可控。影响注射压力的主要因素有三个： （1）影响流动性能的因素，如：树脂的熔融指数、塑化及模具的温度、还有注射速度等； （2）模具流道与制品形状和尺寸，即影响流动阻力的因素；根据目前对注射压力的使用情况，可作如下分类： 1）加工流动性好的塑料，形状简单的厚壁制品，注射压力为70； 2）加工塑料的粘度较低，制品形状一般，对精度有一般要求的制品，注射压力为70100； 3）加工具有高、中粘度的塑料，如该性聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS等，制品形状一般，但有一定精度要求的，注射压力约为100140；4）加工较高粘度（PMMA、聚苯醚、聚砜等），薄壁长流程，制品壁厚不均匀和精度要求严格的制品，注射压力在140180；对于加工优质精密制品，可达到230250。表3-1 加工某些塑料时的注射压力范围 单位：巴塑料加工条件易流动的厚壁制品中等流动程度一般制品难流动薄壁窄浇口制品ABS80011001000130013001500POM85010001000120012001500PE70010001000120012001500PA9001100110014001400PC10001200120015001500PMMA10001200120015001500PS80010001000120012001500UPVC10001200120015001500热固性塑料100014001400175017502300弹性体80010001000120012001500 注射压力是指螺杆端面处作用于塑料单位面积上的力，注射压力与注射油缸里的工作油压力之间的关系应为： p= (D0/Ds)2 P0=(85/35) 2270=1590Bar (3-2)1590Bar=159MPa式中 P-注射压力（Bar） D0-液压油缸内径（cm） Ds-螺杆直径(cm)3. 注射速度 为了获得密度均匀和高精度制品，必须在短时间内把熔料充满模腔，进行快速充模。用来表示熔料充模快慢特性的参数，除注射速度外，还有注射速率和注射时间。三者之间的关系可用下面各式表达：q=V/t= 1630.95/60=91cm3/s (3-3)式中 -塑料密度 （g/s） T-注射时间 （s） 表3-2 通用注射机注射量和注射时间的关系注射量（克）注射时间（秒）注射量（克）注射时间（秒）500.820002.25100140003.02501.2560003.755001.5100005.010001.754. 注射功率注射功率作为表示机器注射能力大小的一项指标Ni=PiVi=9.8110-5911590=14.19KW (3-4)式中 Ni-注射功率（KW） Pi-注射总力（Bar） Vi-注射速度（cm/s）油泵电动机的功率大约是注射功率的7585%。3.2 螺杆、机筒、喷咀具体参数的确定 本设计采用往复螺杆式注射机螺杆设计 注射机螺杆按结构形式可分为：渐变型、突变型和通用型三种，见图3-2。渐变型突变型通用型 图3-2 注射机螺杆的结构型式表3-3 杆的分段长度螺杆类型 加料段L1 压缩段L2 均化段L3渐变型（2530）% 50%（2520）%突变型（6570）%（155）%（2030）%通用型（4550）%（3520）%（2030）% 本设计螺杆采用突变型螺杆，因此各段长度的确定都按照突变型螺杆的标准。1. 螺杆的主要技术参数计算： （1）螺杆直径D D=(4V/) 1/3=（4163/3.140.84.85）1/3=3.5cm (3-5)式中：V-理论注射量（cm3）a- 注射系数，据树脂类型和螺杆结构而定，a=0.75-0.9加工PE,止逆型螺杆时常取0.8. （2）螺杆行程S S=KD=4.8535=170mm (3-6)式中：D-螺杆直径（mm） K-取4.85 （3）塑化能力Q Q=D3n=0.0073.533=0.9 g/s (3-7)式中：与物料有关的系数（0.0030.007） =0.007 n-螺杆转速 （r/s） （4）螺杆转速n n=u/D=20/3.140.035=180 r/min （3-8） 式中：u物料允许螺杆的最大线速度 (m/min) u=20 D螺杆直径 （m） （5）螺杆的长径比L/D长径比为20 （6）螺杆槽深a. 均化段槽深H3均化段槽深影响螺杆预塑时的回流和剪切效果，也就是说影响到塑化能力和塑化质量。一般按经验公式确定： H3 =（0.030.07）D = 0.06D =0.063.5=0.21 cm （3-9）对大直径杆（大于90mm）的可取小值，槽深不宜大于6mmb. 加料段槽深 H1：它直接影响压缩比与螺杆的强度。 其中 =3 H1= H3 = 30.21=0.63 cm （3-10）-物料压缩比，见表4 表3-4 注射用的压缩比树脂代号或名称较低粘度塑料如：PP、PE、PA、GPPS等3.03.5较高粘度塑料如：UPVC、ABS、HIPS、AS、POM、PC、PMMA等1.42.5其它参数与挤出机相同。 （7）螺杆头设计 螺杆头的结构形式较多，在这里我们只介绍较为常用的带普通止逆环的螺杆头，如图所示的符号，各部尺寸按下述选取：a. 圆锥角 =3060；对较高粘度的取小值 ；对中、低粘度的取较大值。=50b. 止逆环宽：它应保证运动时的导向性。 b=(0.60.8)D=0.63.5=2.1 cm (3-11)c. 止逆环启闭位移量 S = (0.10.15)D=0.13.5=0.35 cm (3-12)d. 止逆环外径和机筒的配合精度：D H9/f8 图3-3 螺杆头装配图1-前料筒； 2-止逆环； 3-料筒（8）螺杆强度计算 已知螺杆直径为35mm,H1=6.3mm,H3=2.1mm ,螺距为35 mm ,螺棱宽为3.5 mm ,注射压力为159MPa,螺杆驱动功率N=4 .5KW，螺杆的最高转速为n = 180r/min 传动部件的总效率=0.92 ，注射油缸直径D0= 180 mm 校枋该螺杆的强度。 (1)求螺杆的扭应力： = Mt/Ws=97360N. /0.2d13n = 9736043.50.92/0.22.18180= 940kg/cm2 (3-13) (2)求螺杆的压应力：c=(D0/d1)2P0=(3.5/2.7)210=28.9kg/cm2 (3-14) (3)求螺杆加料段处的合成应力： r =(28.92+49412) 1/2 = 941 kg/cm2 (3-15)螺杆材料为38CrMoAl , 其许用应力为： = y/n = 8500/3 = 2830 kg/cm2r255050螺杆直径公差带代号e8d9c9机筒公差带代号 H93. 机筒与喷咀体连接结构型式 机筒与喷咀体连接结构型式主要有螺纹连接和法兰连接两种型式，最常用的是后种，螺纹连接只用于超小型机上，这里不予讲述。下图是法兰连接，通常不需增加法兰盘，连接螺孔设在机筒上这种结构强度大，受力均匀，密封性能好。可用于大中型机上。但连接用的螺栓必须采用高强度螺栓。螺栓数量和直径需要进行核算。图3-5 法兰式连接结构示意图1-喷咀 2-连接体 3-螺栓 4-法兰 5-机筒a. 法兰连接中连接螺钉的大小和数量的设计(1)螺钉组受到总的轴向力=1590003.14（0.035/2）2 =14978N(2)根据机筒直径大小，参照同类机初步设定螺钉的大小M12和数量8个；(3)两步求出单个螺钉受到的轴向力=1
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