合模装置毕业设计说明书.doc

I 摘摘 要要 随着塑料工业的发展 各种新型材料的出现 塑料制品在各行各业中都有越来 越广泛的应用 而人们对塑料制品的要求越来越高 传统的单缸充液式和肘杆式注 塑机已经难以满足人们对高质量塑料制品的要求 因而二板式精密注塑机应运而生 二板式注塑机是指合模装置为二板式的注塑机 其锁模力仅作用在固定模具的二块 模板 定模板 动模板 上 二板式注塑机的主要特点是 开合模精度高 模具受力 均匀 制品精度高 本设计以设计原始数据为基础 初步确定设计方案为外循环二板式结构 利用 四个固定在拉杆上的油缸锁模 然后根据设计方案对锁模装置性能的要求进行设计 着重对油缸 模板 拉杆等重要部分进行计算和校核 选择或设计合适的零件 经 过对合模机构各部件的结构设计 最终完成总体设计方案图 设计结果显示 二板式锁模装置能在体积小 成本低的前提下实现高精度的锁 模 为精密注塑提供保障 关键词 关键词 二板式 精密注塑 锁模机构 II Abstract With the development of the Plastics Industry and the emergence of new materials plastic products are more and more widely used in every industry and higher and higher quality plastic products are required The traditional single cylinder liquid filled and elbow injection molding machine can not meet the demands of high quality plastic products thus the two plate precision injection molding machine came into being The two plate injection molding machine means the injection molding machine whose clamping machine is a two plate device and whose clamping force only has effects in the mold of two fixed templates the template dynamic template The plate injection molding machines main features are Open Die high precision molds Force uniform manufactures high accuracy Firstly the design determines the structure of the cycle of the plate as a reliminary design plan on the basic of the original data using four fixed on the tension bar in the fuel tank of clamping Then finish the calculation and verification of the fuel tank templates drawbars and other important parts according to the design plan and then clamping system of the requirements of design select or design the appropriate parts Finally finish the final programme design plans after completing the structure design of clamping device The results of the design showed that the plate clamping device can achieve high precision clamping under the premise of the small size and low cost provide protection for precision injection Keywords two plate precision injection clamping machine III 目目 录录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 注塑机及其锁模系统的发展状况 1 1 1 1 单缸充液式 1 1 1 2 肘杆式注塑机 1 1 1 3 电动式注塑机 2 1 1 4 全液压注射成型机 2 1 2 研究二板式精密注塑机锁模机构的目的 2 1 3 精密注塑技术的特点及要求 3 1 4 二板式注塑机的分类和特点 4 1 4 1 二板式注塑机发展 4 1 4 2 二板式注塑机分类及特点 5 1 5 塑料机械发展的趋势 6 1 6 小结 7 第二章第二章 方案论证方案论证 9 2 1 总体方案选择 9 2 2 方案论证 9 第三章第三章 各部分方案对比与制定各部分方案对比与制定 11 3 1 拉杆的参数计算 11 3 1 1 拉杆的结构形式与技术要求 11 3 1 2 拉杆的强度计算 12 3 2 拉杆螺母的计算 14 3 2 1 螺母结构选择 14 3 2 2 拉杆螺母的螺纹强度计算 14 3 3 油缸的计算 15 3 3 1 锁模油缸的计算 16 3 3 2 移模油缸的计算 21 IV 3 3 3 顶出油缸的计算 25 3 4 模板参数的计算 26 3 4 1 模板结构与技术要求 26 3 4 2 模板挠度计算 27 3 5 顶出装置设计 27 第四章第四章 主要装置设计主要装置设计 29 4 1 模板的设计 29 4 2 拉杆的设计 30 4 3 拉杆螺母的设计 30 4 4 油缸的设计 31 4 5 顶出装置的设计 32 4 6 安全保护装置的设计 33 4 7 总体方案图 33 参考文献参考文献 35 致谢语致谢语 36 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 注塑机及其锁模系统的发展状况 随着塑料工业的发展 各种新型材料的出现 塑料制品在各行各业中都有越来 越广泛的应用 在 20 世纪八九十年代 以五孔斜排列肘杆式注塑机为代表的肘杆式 注塑机 凭借其节能 高效及低成本的优势 在国内得到了广泛的应用 然而随着 相关技术的发展及塑料行业正快速向高科技领域渗透 人们对塑料制品的要求越来 越高 壁厚超薄 外形尺寸超精密 重量超轻 以及生产加工时的超高速循环 材 料的强度高 对价格昂贵的模具有很好的保护等 1 高附加值 高精密 高性能 微型化的高科技塑料制品需要高精密 高性能的注塑机才能生产 从而加速了注塑 机行业的发展 1 1 1 单缸充液式 2 单缸充液式合模装置的优点是 开合模精度高 模板受力均衡 不需调模 不 需加油润滑 磨损少 开合模行程长 缺点是 容易内泄 造成升压时间长 爬行 让模 速度慢 漏油 能耗高 容 易造成液压冲击 液压系统复杂 成本高 大油缸加工困难等 1 1 2 肘杆式注塑机 3 肘杆式注塑机到现在为止依然占据着注塑机市场的很大一部分 这证明了它拥 有着自己的优势 1 由于其合模机构锁模时无需能源 且又有行程放大和在合模时力放大作用 因此 节能效果好 又由于其是预变形锁模 所以说它的抗胀模能力高 理论上讲 应该是这样 实际上 由于制造精度 调整水平的影响 它的抗胀模能力会大打折 扣 2 由于其移模 合模 锁模 只有一个油缸 因此 液压系统简单 制造成本 较低 而其缺点又十分地明显 1 受力状态不理想 由于肘杆式注塑机主要是靠拉杆变形获得锁模力 拉杆 不能太粗 拉杆太粗 刚性太高 会造成增力曲线在合紧处上升太陡 变化太敏感 造成调模困难 或者锁模力不够 或者合模力太高而造成拉杆 拉杆螺母 模板或 肘杆销轴损坏 由于制造或装配调整误差 会使个别零件或零件局部受力不均 加 剧零件损坏的可能性 2 2 锁模力不稳定 加工精度 装配精度 机械磨损等因素都会造成锁模力的 变化 温度变化引起拉杆长度变化也会造成锁模力发生变化 3 调整非常困难 每次安装模具厚度有变化 都需调整 由于模具厚度的变 化造成合模合紧位置的改变 拉杆作用长度和锁模力也随之改变 因此 锁模力必 须调整 有经验的操作者都知道 肘杆式注机合模机构的调整是非常困难的 4 运动及动力特性不甚理想 且不能随意调整 肘杆式注塑机 在开模时由 于合模力曲线在此处急剧下降 加上其时移模油缸又处于有杆腔 故难以保证深长 制品的开模力 在合模时要顾及到开模力不能太小 又难以起到低压模保的作用 现在注塑生产的模具十分昂贵 结构十分复杂 注塑生产的节奏也日益紧凑快捷 万一模具损坏会使注塑生产厂商损失巨大 交货困难 其尴尬不难想象 5 开模时冲击很大 由于肘杆式注塑机主要是靠拉杆变形获得锁模力的 开 模时 当肘杆转出自锁范围时 肘杆合模机构的系统变形力回复 快速反推移模油 缸 造成机械和液压冲击 1 1 3 电动式注塑机 全电动式锁模结构仍采用肘杆式合模结构 不同的是其开合模动作是由伺服电 机代替原来的移模油缸进行驱动 其余的模厚调整及顶针也由伺服电机驱动 因此 开合模位置精度高 锁模力控制较普通肘杆式准 电动式注塑机具有环保 低能耗 节水等特点 电动式注塑机以其绿色环保节能的特点 在国内逐渐得到了推广使用 现在的电动注塑机的生产制造 主要以日 德 2 国为主 2004 年 德国的 MILACRON FERROMA TIC 公司的电动注塑机是该公司 3 大主力系列机型之一 销量良好 1 1 4 全液压注射成型机 单缸液压式是传统全液压式的代表 单缸液压式有一般液压式的优点 如合模 精度高 开模力大等 但也有明显的缺点 如容易内泄外漏 体积庞大 升压速度 慢 耗能多等 以德国为首的在欧洲上世纪 90 年代初推出了许多新的全液压式注 塑机 其中两板直压式是这类结构的代表 它解决了单缸液压式易泄压 漏油 升 压慢等缺点 国外不少大公司研制了全液压式锁模机构的精密注射成型机 日本精 密工程技术公司开发出了复式缸锁模精密注塑机 复式缸锁模机构采用对称分布 4 个复式缸 2003 年 由广东泓利机器有限公司研制的首台国产数码光盘注塑机 该 机锁模结构是在其专利产品四缸直锁二板式基础上进行改进的结构 1 2 研究二板式精密注塑机锁模机构的目的 3 作为塑料注射成型机的重要部件 合模装置 经过近 30 多年的发展 其结 构经历了深刻的变化 从一开始的直压式到 70 年代末发明的肘杆式 及单缸充液 式 结构不断在创新发展 到 80 年代末 五孔斜排列肘杆式的出现似乎预示着肘杆 式的发展达到了某种极限 特别是国内及香港等地 到 90 年代初 大量香港机涌进 国内市场 香港机以肘杆式结构为主 在满足功能情况下 尽量简化结构 以降 低成本 在国际市场上 从 80 年代末开始 已经形成一种趋势 80 吨以下用直 压式 80 800 吨以肘杆式为主 单缸充液式为辅 800 吨以上主要是复合液压 式 少量为肘杆式 在 80 800 吨这一范围 虽然肘杆式比较有优势 但仍不 断有新结构的全液压式问世 原因是 全液压式主要受到既要锁模力大 又要速 度快 节能这一矛盾的制约 肘杆式虽然有优势 但也有许多致命弱点及局限性 这些弱点及局限性随塑料产品的升级换代而显得越来越突出 4 人们对塑料制品的要求越来越高 壁厚越来越薄 要求材料的强度也越来越高 其模具则更趋复杂 注塑机对合模装置的要求也越来越高 1 开合模精度高 合模时应均衡受力 2 灵敏可靠的低压护模效果 a 精密成型所需模具价格十分昂贵 有时价格高 于工作母机 b 生产节奏加快 加上分散加工装配 万一模具出问题会造成连锁反 应 令厂商损失惨重 c 许多产品放有嵌件 如果嵌件放置不当而低压护模失效会 造成模具严重损坏 3 开模力大 并且容易调节 开合模行程长 因为许多模具比较复杂 且有二 个或三个分型面 除了开模力要求大外 开模行程也要求长 由此可见 锁模结构的精度对制品质量有着重要影响 在现在的中国市场 肘 杆式合模装置占据着很大的部分 但由于肘杆式合模精度低 易磨损 充液式速度 慢 耗能大 这两者均不适应精密制品的要求 所以 随着塑料制品要求越来越高 开发和研制新一代注塑机 已经成为许多厂家不懈的追求 1 3 精密注塑技术的特点及要求 精密注塑与普通注塑有很多不同之处 如下 5 1 制件的尺寸精度高 公差小 即有高精度的尺寸界限 2 制品的重量重复精度要求高 要求在各种环境下使用时保持形状及尺寸的稳 定性 3 模具的材质好 刚性高 型腔的尺寸精度 光洁度以及模板间的定位精度高 4 4 采用精密或超精密注塑机 5 采用精密成型工艺 6 选择适应精密成型的材料 所以 评定精密注塑的最主要指标就是制品的重量重复精度 包括制品的尺寸 公差 形位公差 表面光洁度及致密度等 一般普通注塑机的重量重复误差在 1 左右 较好的机器可达到 0 8 低于 0 5 为精密机 小于 0 3 为超精密机 精密注塑成型对注塑机总体要求很高 包括 参见文献 4 1 具有高的注射压力 高的注射速度 2 要求合模系统具有足够大的刚性和锁模精度 所谓锁模精度是指模具受力均 匀 合模力可调 稳定和重复性高 开合模位置精度高 3 要求对压力 流量 温度 计量等都能精确控制 4 采用多级或无级注射 保证成型工艺的再现性 对于精密注塑成型 如果注射系统是精密注塑的基础 那么锁模装置的高精度 则是它的保障 锁模装置的好坏也左右着注塑的精度 6 1 对于精密注塑而言 注射压力高 有的高达 415MPa 这就要求精密注塑机 的锁模结构具有足够的刚性和锁模力 但不是锁模力越高越好 它要求锁模力可以 控制 稳定 重复性高 它还要求有高的开 合模精度 主要是开 合模终止点的 位置精度和模板的平行度等 它涉及锁模结构 拉杆 动定模板和合模构件的尺寸 材料 热处理方式以及机加工精度和装配精度等 2 对低压模具保护以及合模力的大小要精确控制 一般精密注塑成型所需的模 具价格十分昂贵 锁模装置应尽量减少对模具的损害 锁模力的大小直接影响模具 的变形程度 从而影响制品的精度 这要求动模板和定模板都要具有足够的刚性 对于精密注塑成型 一般要求动定模板与模具接触面的变形 0 1mm 甚至更小 3 锁模机构的工作效率要高 开合模速度要快 一般达到 40m min 左右 为 了达到这个目的 要求锁模结构更加合理 在满足结构刚性的条件下 尽量减少运 动部件及其质量 减少运动惯性 有利于实现高速开合模 降低能耗 1 4 二板式注塑机的分类和特点 1 4 1 二板式注塑机发展 中国注塑机制造业从 20 世纪 60 年代开始发展至今 已有近 50 年的历史 从最 古老的人力手动注塑机 到液压手动 半自动 全自动 到油电复合 再到今天的 全电动注塑机 中国注塑机产业实现了突飞猛进的发展 如今 从通用注塑机 精 5 密注塑机到专用注塑机的不同品种 中国都有生产 并在全球注射制造业占据着举 足轻重的位置 7 二板机在欧洲的出现已经有了一段比较长的时间 进人 80 年代 日本的一些厂 家不断推出改进后的二板机 有些厂家如东芝 三菱 日精等成功地打入中国市场 在中大型机中占有较大比例 日本在二板机的发展上主要集中在锁模力 8 000 KN 以 上的大型机 合模结构主要以闭式或开式的液压型为主 在 5000KN 以下的中小型 机基本上不采用 进入 90 年代 由于加工 CD DVD 等光盘及精密制品的需要 二 板机的优越性得到充分的显示 其模具封闭力线短 拉杆受力均衡是其它结构所不 能取代的 目前 发达国家已有近 10 个厂家生产形式各异的系列二板机 目前 欧 洲两类二板机的应用趋势是 在锁模力 8 000 KN 以上大型机采用复合型二板式 少 数厂家采用外循环直压型 锁模力 800 KN 以下小型机则几乎都为无循环直压型 我国二板机的发展起步较早 早在 70 年代就已经推出了第一台锁模力为 3 500 KN 的复合型二板机 80 年代初 我国从原东德进口了复合型二板机 在 80 年代中 期仿制并有小批量生产 取得可喜成绩 80 年代末顺德市秦川恒利塑机有限公司开 发了四缸差动注塑机及双动模精密注塑机 这是世界上第一台外循环直压型二板机 的雏型 其后他们在原有的基础上成功地开发出全液压四缸直锁二板式注塑机 它 的诞生 标志着我国注塑机的整体技术水平上了一个新台阶 该注塑机采用了世界 首创的合模结构及液压系统 实现了锁模力与注射压力的自适应和模具定位的自适 应 使产品具有明显的节能 精密可靠 运行平稳 应用范围广等一系列突出优点 完全可以替代进口精密注塑机 目前 已有锁模力 300 5000 KN 的全液压四缸直 锁二板式注塑机供应市场 1 4 2 二板式注塑机分类及特点 二板式注塑机是指合模装置为二板式的注塑机 其锁模力仅作用在固定模具的 二块模板 头板 二板 上 二板机在欧洲的出现已经有比较长的时间 二板式注塑 机的应用趋势是 在锁模力 8000KN 以上大型机采用复合型二板式 少数厂家采用 外循环直压型 锁模力 800KN 以下小型机则几乎都为无循环直压型 20 世纪 80 年 代 日本的一些厂家推出改进后的二板机 如东芝 三菱 日精等 日本在二板机 的发展上主要集中在锁模力 8000KN 以上的大型机 合模结构主要以闭式或开式的 液压型为主 在 5000KN 以下的中小型机基本上不采用 20 世纪 90 年代 由于加 工 CD DVD 等光盘及精密制品的需要 二板机的优越性得到充分的显示 其模具 封闭力线短 拉杆受力均衡是其它结构所不能取代的 目前 发达国家已有近 10 个 厂家生产形式各异的系列二板机 如美国的 HBM 公司 德国的 krauss maffei 公司 意大利的 Sandatto 公司和加拿大的 Husky 公司等 吨位从 250 吨到几千吨 高压锁 6 模有在头板的 也有在二板的 二板式主要有两类 8 一类是复合型二板式 又称机械液压型二板式 它必须 经过机械转换即二次动作 才能锁模 另一类是直压型二板式 又称全液压型二板 式 它不需机械转换 即不需二次动作 直接高压锁模 与传统的单缸液压式 肘杆式锁模装置和新发展起来的全电动式锁模装置相比 四缸直锁二板式锁模装置有很多优势 从而能满足精密注塑的要求 四缸直锁二板 式锁模装置具有以下的特点 1 在锁模力形成方式上 锁模油缸压力经压力传感器直接将信号传给电脑 不受环境因素等影响 因此开合模精度高 2 在拉杆受力刚性上 4 根拉杆将模具均匀拉紧 受力零件少 刚性好 减 少疲劳损坏 3 在模具受力均衡性上 模具受力均匀 并以模具分型面为定位 锁模力随 注射压力反馈控制 既节能又能有效保护模具 4 在模具自适应性上 若模具有适量平行度误差 则模具刚合上时 没完全 合模的拉杆上的油缸会继续往前压 直至模具完全合上 结构在间隙范围内会有适 度的摆动 实现自适应 5 在低压护模方面 由于不存在力的放大区 低压护模区的大小可以通过电 脑给定 没有系统液压式结构内泄漏及吸真空造成的爬行现象 有效实现低压护模 6 对产品质量的影响 由于在注射保压结束后 锁模力随注射压力的降低而 降低至原来的 30 左右 开模前降至零 大大缩短了模具受高压的时间 避免了开 模时产生震动 保证制品的光洁度 在出现系统超载时 模板会自动后退 不会对 系统和模具产生损害 随着塑料注塑制品的广泛应用 精密注塑技术在当代注射中具有巨大的机遇和 希望 精密注塑技术带来的工艺变化必须由适当的机械技术支持 目前国外主要设 备厂商都已在机台和模具技术方面取得了突破 国内注射技术也有了进一步的提高 和改善 对精密注塑制品的质量 成本要求都在日益提高 因此 精密注塑制品除 了要实现指定的多种功能 更重要的是要尽可能地缩短生产周期以降低成本 通过以上的分析 新型二板式注塑机的优势非常明显 正在被注塑机用户和生 产厂家逐步认识 四缸直锁二板式注塑机以高档精密为特点 目前它在精密成型 深腔及复杂塑料制品的制造上具有绝对的优势 传统肘杆式无法与其匹敌 随着塑 料工业的发展 塑料制品的要求越来越高 二板式注塑机替代肘杆式注塑机只是个 时间问题 目前 全国有上百家注塑机生产厂在生产肘杆式注塑机 基本上都有销 路 可见市场是非常巨大的 7 1 5 塑料机械发展的趋势 9 注塑机的控制技术将朝着高速 高效 高精度 高质量 自动化 节能以及低 噪音的方向发展 主要从以下几个方面进行 1 越来越多的注塑机将采用计算机数字化控制和程序化控制 闭环控制技术 日趋完善 监测元件和监测技术不断发展 进一步提高注射成型工艺的稳定性以及 塑件的精度 2 实现注塑机的智能化控制 强化人机界面和人机对话 实现人机互动 同 时以监测 调节 控制一体化并用机械手 机器人辅助 达到智能化自动控制 3 实现注塑机的网络化控制 采用有线或无线信息传递控制技术 采用局域 或远程进行数据 指令 信息通讯 以控制注塑机生产 4 更多的工厂采用联机群控的生产与管理模式 建立自动化的注塑车间 采 用成组技术 使注塑机和辅机按成组单元排列 实施注塑成型过程群控 确保对生 产组织 成型加工 检验和运输等进行统一管理和控制 5 加强对全液压式注塑机 机械液压式注塑机 电动液压式注塑机的节能控 制系统研究 如变频控制系统等 开发新型节能注塑机 6 对注塑机的操作控制与维修更加容易 方便 劳动条件改善 7 研究开发新型注塑机如全电动注塑机 快捷式注塑机 高精密注塑机等控 制系统 8 加强对控制线路 控制元件的新技术开发与应用 使控制系统模块化 集成化 不断增加控制精度和可靠性 9 进一步提高注塑机光 机 电一体化控制水平 通过计算机直接数字控制 系统 光电磁动态检测系统 计算机集成制造系统 机器人辅助操作系统 实现无 人化 自动化生产 通过对世界上精密注塑先进技术的考察 发现精密注塑成型制品已经渗透到了 我们生活中的每个角落 在 21 世纪里精密注塑成型必将继续不断地发展和完善 计 算机模拟与仿真设计的精密注塑成型技术将向着更加高速 超精密 微型化及智能 化方向发展 目前世界上先进的精密注塑技术主要集中在德国 日本 美国以及其 他一些西欧国家 东南亚一些国家和地区 如韩国 新加坡 还有我国的香港和台 湾地区发展也较迅速 我国大陆的精密注塑技术近几年也取得了较快的发展 但是 与一些发达国家还有一定的差距 这就需要我们的科技人员不断努力 争取早日达 到国际先进水平 10 8 1 6 小结 随着塑料注射制品的广泛应用 精密注塑技术在当代注射中具有巨大的机遇和 希望 与普通注射技术相比 精密注塑技术在设计 触觉和功能上具有明显的优势 尽管精密注塑所需要的成本高 设计复杂 但是精密注塑技术和其它特殊注射工艺 的结合具有更广阔的发展前景 精密注塑技术带来的工艺变化必须由适当的机械技术支持 目前国外主要设备 厂商都已在机台和模具技术方面取得了突破 国内注射技术也有了进一步的提高和 改善 对精密注塑技制品的质量 成本要求都在日益提高 因此 精密注塑制品除 了要实现指定的多种功能 更重要的是要尽可能地缩短生产周期以降低成本 这也 是目前国内外对精密注塑技术的研究重点 本论文也是在此基础上 设计出一个适 合精密注塑机的锁模机构 以满足提高成型制品质量和缩短生产周期的要求 9 第二章第二章 方案论证方案论证 2 1 总体方案选择 根据本题目 800KN 二板式精密注射成型机锁模装置的设计 的要求 分析 精密注塑机和二板式注塑机的各种类型和特点 先要确定锁模的形式 然后根据锁 模的形式来的确定具体的锁模方案 对于 800KN 的锁模力 根据注射机的分类 可以先确定此注射成型为小型机 应该根据小型机的特点及要求来选择锁模装置 二板式分为机械液压型二板式和全液压型二板式 而机械液压型二板式的特点 表明它主要用于 8000KN 以上锁模力的大型机 因此可以排除 对于全液压型二板 机 又分为无循环型 内循环型和外循环型三种 根据各类的特点 选择 800KN 的 外循环型的液压锁模装置 液压锁模有多种设计思路 有用四个锁模油缸进行锁模 也有用单个油缸进行 锁模 无论哪种设计 都必需要获得足够的锁模力 并且能够控制锁模力的大小随 模腔压力变化而变化 提高制品的精度 在移模方面 合模的过程的移动速度应该是 慢 快 慢 的变化 从而 提高开合模的效率及保护模具 为此一般设计小直径的移模油缸 这样可以获得快 迅的移模速度 而且容易保证模具在接近定模板压力为低压 经上述分析 总的来说 本设计的总体方案为四缸直锁二板式锁模结构 简图 如下所示 四缸直锁二板式锁模结构的四根锁模活塞杆穿过动模板 并固定在定模 板和后支架上 活塞固定在活塞杆上 四个油缸套在活塞杆上并固定在动模板上 两个移模油缸安装在动模板与后支架之间 移模油缸使动模板作开合模动作 高压 油一起进入四个油缸完成高压锁模动作 2 2 方案论证 二板式主要有两类 一类是复合型二板式 又称机械液压型二板式 它必须经过 机械转换即二次动作 才能锁模 另一类是直压型二板式 又称全液压型二板式 它不需机械转换 即不需二次动作 直接高压锁模 复合型二板式具如下优点 1 更短的结构和更轻的质量 2 更高的刚性 3 更快的速度 锁模力 27 000 KN 启闭模速度为 51 6 m min 需时间 1 4 秒 10 升压时间 1 秒 但由于需要二次动作 如果用于吨位小的机器上 一方面会增加成本 另一方 面 因为中小型机要求开合模速度很高 二次动作会影响效率 所以这种结构主要 用于锁模力 8 000 KN 以上的大型机 根据设计题目的要求 本设计是设计一个 800KN 的锁模力的锁模装置 因此复合型二板式不适合 全液压型二板式 直压式二板注塑机 根据合模油缸回油在油缸中的流动情况又 可分为无循环型 内循环型和外循环型三种 无循环型注塑机由于合模油缸在推动时左右腔中的油不连通 靠油泵直接供油 因此 移模速度受油泵排量制约 移模速度不宜太高 但合模性能稳定可靠 这种 类型适用于小型精密注塑机 用于生产光盘等薄类精密制品最为适宜 内循环型注塑机的合模油缸左右腔中的油在移模时相互连通 移模速度较快 其结构紧凑 但油缸内部结构较为复杂 制造要求很高 一旦出现内部泄漏 处理 十分困难 内循环型注塑机主要用于中大型注塑机 目前较少有厂家生产 外循环型注塑机的合模油缸左右腔中的油在移模时通过外部液压阀连通 因此 移模速度较快 其结构紧凑 油缸内部结构也很简单 制造成本也不高 直压型内循环二板式 主要用于锁模力 8 000 16 000 KN 的直压型二板式中大 型结构 直压型外循环二板式 即四缸直锁二板式 它是在四缸差动合模结构上演变 而来的 主要用于锁模力 500 8 000 KN 范围 根据这三类全液压式注射机的特点及市场的发展及用户的要求 选择外循环型 的二板式注射机 一方面外循环型二板式注塑机的结构非常简单 机身较短 其油 缸可用标准组件或进行设计 密封件用标准件 设计和加工成本不会太高 别一方 面 它可以满足精密注射的要求 保证制品的质量 对于锁模油缸个数 有单缸锁模和四缸锁模两种方式 单缸锁模为了提供足够 的锁模力 一般缸体的尺寸较大 制造成本较高 而且整个结构刚性不好 但由于 油缸对模板的作用点在模板的中央 能减少模板的变形 提高制品质量 对于四缸 锁模 由四个油缸提供锁模力 油缸尺寸较小 而且在模板四个角上提供锁模力 使得模板受力均匀 受力零件少 刚性好 因此选择四个油缸固定在四条拉杆上 从模板四个角提供锁模力 对于锁模机构各部分的设计和分析 将在下一章作进一步的论述 11 第三章第三章 各部分方案对比与制定各部分方案对比与制定 根据设计的方法步骤 需要先确定二板式精密注射锁模装置的主要技术参数 然后根据这些参数作出具体的结构设计 参照捷达系列 泓利 C 系列等厂商的技术 参数 参数 厂商精密注射成型捷达系列LS 型泓利 C 系列 锁模力800KN800KN800KN800KN 开模力62KN 拉杆有效间距360 360mm360 360mm370 370360 305 模板尺寸540 540 开模行程340mm340mm460mm540mm 最小模厚170mm170mm160mm 顶针力21KN21KN25KN28KN 顶针行程75mm75mm80mm150mm 顶出力21KN21KN 现确定 800KN 精密注塑机的技术参数如下表所示 合模力 Pcm800 KN 拉杆有效间距 H0 V0360 360 mm 开模行程 Sm300 mm 最大开模间距630 mm 模合厚度160 330 mm 顶出力32 KN 顶出行程80 mm 顶针数5 3 1 拉杆的参数计算 3 1 1 拉杆的结构形式与技术要求 对于四缸直锁二板式锁模装置来说 拉杆是它最重要的一个部件 因为它不仅 作为承受合模力的拉杆 而且是锁模油缸的活塞杆 拉杆的设计不仅要满足承受合 模力的作用 而且要根据活塞杆的系列进行选取 因此在设计其它部件参数之前 要先把拉杆的各参数计算出来 拉杆是合模装置的重要支承件和受力件 同时又是动模板的导向基准 拉杆应 有足够的强度与刚度 导向表面要有足够的精度 光洁度和必要的硬度 12 对拉杆的连接形式 将采用目前最常用的形式 两端都用四枚螺钉 通过压盖 与模板固定 使拉杆得到固定 拉杆的材料采用 40Cr 合金钢 11 经调质处理 表面 镀铬 其硬度不低于 45HRC 表面粗糙度不低于 0 8 直度允差不大于 0 05 1000 拉杆与动模板孔的配合选用 H8 f7 为了提高拉杆的耐疲劳能力和减少应力集中 在 不同截面的过渡将采用 r 0 2d 的圆弧过渡和设置必要的卸载槽 3 1 2 拉杆的强度计算 拉杆许用应力值比一般计算时所取的值要小得多 其原因 1 在实际工作过程中完全中心载荷是不存在的 如各连接处状况不一致 加 工模具的模腔不对称 肘杆机构的调节不均匀等都会带来偏载 所以拉杆的作用是 非均匀分配的 2 拉杆断面变化处的应力集中 3 因拉杆的刚度对系统总刚度有较大影响 用降低许用应力的方法 满足强 度与刚度要求 4 公式计算出的直径 仅是粗算值 而不是拉杆最小截面处的直径 一般情况下 合模装置承受偏心载荷作用比较小 加上构件的刚性较大 偏载 所形成的影响就更小了 至于运动部件的重量对拉杆所产生的弯曲应力与合模力对 拉杆的拉伸应力相比要小得多 所以 可以把拉杆简化成受纯拉伸的杆件 其强度 条件为 3 1 ZD P p cm 2 785 0 式中 Dp 拉杆直径 cm Z 拉杆根数 Z 4 许用拉伸应力 对 40Cr 可取 7500 9500N cm2 拉杆在工作过程中 合模时受拉伸 开模时却受开模力的作用而被压缩 承受 变载作用 机器在使用期内拉杆的工作循环次数远超过 106次 故还需按疲劳强度 进行验算 其强度条件可用下式表示 3 2 KKn ctt 1 2 2 3 3 maxt y n 式中 1 材料拉伸强度持久限 N cm2 y 材料屈服限 N cm2 t 由合模力产生的拉应力 N cm2 13 c 由开模力产生的压应力 N cm2 开模力约为 10 15 合模力 这取 10 tmax 超负荷时的最大拉应力 N cm2 这里按超载 40 考虑 n 强度安全系数 n 1 5 1 8 这里取 1 8 K 应力集中系数 K 1 8 2 0 这里取 1 9 K 比例因素系数 直径在 100mm 内可取 1 1 1 这里取 1 按纯拉伸计算 根据式 3 1 初选拉杆直径 3 4 Z P D cm p 785 0 代入数值得 5 6mm Z P D cm p 785 0 80004785 0 10800 3 拉杆在此处也作为活塞杆 为了能够选取标准件 拉杆的直径依据活塞杆的系 列来选取 由 机械设计手册 液压传动 分册的活塞杆系列 取 Dp 70 mm 由初选直径 Dp 70 mm 进行拉杆结构化设计 轴肩 螺纹等 拉杆最小直径在 轴肩处 d0 56mm 按此进行疲劳强度的验算 拉伸应力 2 2 3 0 8124 6 5785 0 4 10800 cmN ZF Pcm t 压应力 取开模力 P 0 1Pcm 2 2 3 0 4 812 6 5785 0 4 1080 cmN ZF Pcm c 将上式计算值代入下式即得拉杆的计算应力 2 22 5449 2 4 81281248124 2 cmN ctt 材料的耐劳许用应力 21 1 8880 9 16 11 27000 cmN KKn 因 1 故满足疲劳限要求 超载时的强度 若取 y 78000N cm2 n 1 8 超载系数 1 4 则拉杆的最大拉应力 2 0 max 11814 7 234 8000004 14 1 cmN ZF Pcm t 材料的许用应力 14 2 43333 8 1 78000 cmN n y t 满足 tmax t 的强度条件要求 故拉杆安全 3 2 拉杆螺母的计算 3 2 1 螺母结构选择 拉杆螺母承受着全部合模力的作用 在安装时必须拧紧 其预紧程度要一致 螺母结构采用整体式 并设有防松措施 螺母与模板的贴合面与螺纹轴线相垂直 对于螺纹形状 采用公制三角形螺纹 对螺母与拉杆兼作调模装置用的 其螺纹采 用梯形螺纹 螺母材料选用 45 号钢 根据设计经验 螺母高度 H 0 8 1 2d d 为螺纹直径 当 d S 35 时 H 0 8d S 为螺距 为使螺纹具有较好的静载强度和疲劳强度 一般取用 d S 15 20 螺母外径取 D 1 5d 根据以上经验 对于前模板 d 64mm 分别查得 S 4mm 计算得 H 51mm D 96mm 对于后支架上的拉杆螺母 d 56mm 分别查得 S 4mm 梯形 计算 H 45mm D 84mm 3 2 2 拉杆螺母的螺纹强度计算 拉杆螺母是重要受力件 应根据受力情况对螺纹的抗压 抗剪 抗弯强度进行 验算 在此仅计算前模板上拉杆螺母的校核 后支架上的拉杆螺母用同样的方法计 算 1 螺纹挤压强度 3 5 cc dd P 4 2 1 2 0 作用在每一圈螺纹上的力 3 6 mZ P P cm 0 式中 Pcm 合模力 N m 螺纹工作圈数 m 51 4 12 75 取 m 13 Z 拉杆根数 Z 4 d1 齿顶圆直径 d1 60mm 对 45 号钢 c 12000N cm2 将相关数据代入式 3 5 和 3 6 求得 15 c 4346N cm2 c 12000N cm2 螺纹挤压强度足够 2 螺纹抗剪强度 3 7 Sd P ad P 1 0 1 0 式中 螺纹牙根部宽度 S 螺距 螺纹牙形系数 公制螺纹 0 81 梯形螺纹 0 63 0 68 对 45 号钢 6000N cm2 将相关数据代入式 3 7 求得 2772N cm2 6000N cm2 螺纹抗剪强度足够 3 螺纹弯曲强度 对拉杆螺纹 3 8 b b b b Sd ddP Sd t P W M 2 1 10 2 1 0 2 3 6 2 对螺母螺纹 3 9 bb Sd ddP 2 10 2 3 对 45 号钢 b 10000N cm2 将相关数据代入式 3 8 和 3 9 求得 拉杆螺纹弯曲强度 b 8001N cm2 b 10000N cm2 拉杆螺纹弯曲强度足够 螺母螺纹弯曲强度 b 9831 N cm2 b 10000N cm2 螺母螺纹弯曲强度足够 在螺母与模板支承面处的压力 一般不应超过 7000 9000N cm2 经计算 螺 母与模板的接触面积约为 2 2 0 2 19 40 4 cmdD 则接触面处压力为 5474N cm2 符合要求 经过以上所有分析 拉杆螺母的参数确定是合理的 3 3 油缸的计算 16 在二板式精密注塑锁模装置里 油缸是实现各种功能的动力源 油缸的计算包 括四个锁模 两个移模油缸 一个顶出油缸的计算 3 3 1 锁模油缸的计算 12 1 确定油缸所需的推力 P 3 10 ab PRFTPPG 式中 P 油缸所需的推力 N R 作用在活塞杆上的工作负载 N F 导轨摩擦阻力 N T 密封装置的摩擦力 N 12 TTT 活塞密封处的摩擦力 N 1 T 活塞杆密封处的摩擦力 N 2 T 运动部件速度变化时所产生的惯性负载 N a P 背压阻力 N b P G 运动部件重量 对于垂直放置和倾斜放置的运动部件 它的重量也 是一种负载 N 在上述诸力中 工作负载是主要的 在初步计算时常取 P 1 1 1 2 R 由于锁模力为 R 800 所以 取 P 1 1R 880KN 2 确定油缸的工作压力 选择油缸的工作压力是一个较重要的问题 如果已有现成的油泵可供试用 那 么油缸的工作压力要选得比油泵的额定工作压力低有些 因为从油泵的出口到油缸 的入口之间的压力管路存在着压力损失 包括管路的沿程损失和各种液压元件的局 部损失 如果还没现成的油泵 那么压力值的选择就要从结构尺寸 经济性等方面 加以考虑 工作压力大 则油缸结构紧凑 但却要价格较贵的高压油泵 且液压系 统的密封要求和维护使用要求高 工作压力选低了 则结果刚好相反 塑料机械液 压系统的工作压力 目前推荐采用中压和中高压 目前 市场上不少的塑料机械生产厂家生产的机器的支路油压为 17 5MPa 所 以类比此经验值 可以取油缸的工作压力 1 17 5pMPa 3 确定油缸的内径及活塞杆直径 17 在四缸直锁二板式锁模装置的锁模结构里 拉杆既作为锁模结构的拉杆 又是 油缸的活塞杆 因活塞杆的直径有系列 在上面已经计算得 d 70mm 油缸尺寸的 确定可以不计算活塞杆直径 塑料注射成型机 液压机等是根据油缸所需的推力和 初定的工作压力来计算油缸的内径 因为本设计的油缸工作腔为有杆腔 每个油缸所提供的力为 P0 p0 A 3 11 0 25 0 22 pdD 其中 D 油缸内径 d 活塞杆外径 P0 系统油压 因此油缸内径可以根据下式求得 即 D 3 12 2 0 0 4 d p P 所以 把 0和 p0代入数值 得 P D 2 0 0 4 d p P 2 6 3 070 0 10 5 1714 3 102004 0 141m 按油缸内径系列 JB1068 67 工程机械用油缸基本参数与尺寸 选取标准内径 如下 D 160mm 4 按活塞所需运动速度确定油缸所需的流量和油口大小 根据初步计算得出的油缸内径 D 及活塞的最大运动速度 v 按下使计算所需流 量 合模时 流量可以计算下式求得 即 3 2 Q 22 2 D d v 4 13 又因移模速度 1 1 1 s v t 在本机的精密注射成型工艺中 移模行程 活塞行程 0 4m 1 s 1 s 闭模时间 3s 1 t 1 t 所以代入数据可求得 Q 2 26L s 又根据经验值取线速度 sm 4 1 18 所以代入求得锁模油缸油口直径 d 0 026m 26mm 根据系列 GB T2878 1993 油口连接螺纹选用为 M30 24mm 开模时 流量可以计算下式求得 即 3 2 Q 22 2 D d v 4 14 同理 开模速度 2 2 2 s v t 开模行程 0 36m 2 s 2 s 1 s 开模时间 根据轻工业标准 1000KN 精密注射成型机的锁模周期 2 t 为 4 2s 所以 4 2 3 1 2s 2 tt 1 t 所以代入数据求得 Q2 5 09L S 同理求得油口直径 d 0 030m 30mm 根据系列油口直径取为 d 30mm 根据系列 GB T2878 1993 油口连接螺纹选用为 M30 24mm 5 油缸壁厚的计算 油缸的内径确定后 由强度条件计算油缸壁厚 在实际使用中有下列三种公式 厚壁圆筒计算公式 即当时3 2 D 3 15 0 4 1 21 3 y y p D C p 油缸的壁厚 m 油缸的试验压力 一般取 MPa y p 1 2 1 3 y pp 计入管壁公差及腐蚀的附加厚度 一般圆整到标准壁厚值 m C 缸体材料的许用应力 MPa 对于脆性材料 b b n 为材料的抗拉强度 为脆性材料的安全系数 一般取 3 5 5 b b n b n 对于塑性材料 19 s s n 为材料的屈服限 为塑性材料的安全系数 一般均取 3 5 5 s s n s n 常用的缸体材料的许用应力可参考下列数据选取 锻钢 110 120MPa 铸钢 100 110MPa 无缝钢管 100 110MPa 铸铁 60 70MPa 中壁圆筒计算公式 即当时163 2 D 3 16 2 3 y y p D C p 式中 强度系数 材料用无缝钢管时 1 薄壁圆筒计算公式 即当时16 D 3 17 2 y p D C 材料采用无缝钢管 100 110MPa 分别代入数据进行试算 得 16 8mm 圆整为 17mm 根据液压缸外径系列 可取缸筒外径为 D1 160 17 2 194mm 6 油缸缸底厚度计算 缸底有平底形和球形形式 本设计采用平底形的缸底 缸底厚计算可分为有油 孔与无油孔 本缸底盖为有油孔设计 因此其厚度可按下式计算 3 18 433 0 dD DP D y 式中 缸盖的厚度 m 1 油缸内径 m D 工作油压 MPa y p 缸盖材料许用应力 本设计采用 Q235A 375 500 b MPa 油孔直径 m 0 d 20 将相关数值代入 可求得缸盖的厚度 60mm 7 活塞杆的校核计算 按强度条件校核活塞杆 活塞杆直径确定后 活塞杆只受拉 或压 力作用 没有侧向力作用 而且本 设计中 可按下式进行强度校核 3 19 4 2 d P 式中 活塞杆的应力 MPa 活塞杆材料的许用应力 MPa 活塞杆材料的抗拉强度 MPa b 安全系数 一般取 本设计取 n1 4n 1 5n 活塞杆最大推力 或拉力 N P 活塞杆直径 m 1 d 活塞杆中空部分的直径 m 2 d 根据所得的数据 P 220KN d1 0 07m 57 2MPa 2 4 d P 2 3 07 0 14 3 102204 活塞杆所用材料为 40Cr 所以 980 b MPa 代入数据计算得 57 2MPa 653MPa 所以 锁模油缸活塞杆直径满足要求 活塞杆稳定性验算 初步通过锁模行程为 330mm 估算活塞杆长度为 630mm 则活塞杆的长径比为 159 70 630 所以不需要计算活塞杆在轴向压力作用下保持直线形状平衡稳定的临界力 不 需要进行稳定性的验算 8 活塞的行程计算 活塞的行程决定与油缸所驱动的运动部件的移动距离 若油缸直接驱动部件时 b n 21 活塞的行程就等于运动部件的移动距离 本设计中液压式注射成型机锁模油缸活塞 的行程 就等于模板的最大开距 由于模板的最大开距为 465mm 估算变形和行程 余量为 5mm 得活塞的行程为 465 5 470mm 9 油缸的连接强度计算 锁模油缸缸