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800KN 锁模力注塑机设计【摘要】针对注塑机注射装置的设计，本文着手设计一款锁模力为 800KN 的注射装置。经过查找各种资料最终选定设计卧式单缸液压马达直接驱动的往复螺杆式注射装置。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，其次就是对注射装置的结构设计，设计的内容包括对液压马达的选择，和对螺杆、料筒、喷嘴、料斗等的设计，同时还对注塑机的基本参数进行了计算。最后使用 CAD 软件画出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：关键词： 注射装置设计，结构设计，参数计算，CAD 画图【Abstract】To design the injection device，the paper is devoted to design the injection device for injection machines which force 800KN. I eventually choice the injection device of the horizontal single cylinder hydraulic motor drivers and screw reciprocating motion . First, this paper briefly introduces the injection machines of industry development and future development, and secondly, design the structural of the injection device, The main designs are the selection for the hydraulic motor, design for the screw,barrel,and nozzle,and the calculation of the basic parameters for the injection machine.Then,draw theassembly drawing of the injection machines and injection device.Key words: Injection device design, Structural design，Calculate the parameters , CAD drawing1目 录中文摘要.I英文摘要.II第一章第一章 绪论绪论.11.1 注塑机国内外发展状况.11.1.1 注塑机概述.11.1.2 注塑机的发展现状与水平.41.1.3 我国注塑机工业和技术今后的主要发展方向.61.2 设计背景.91.2.1 注塑机的工作原理.91.2.2 注塑成型机的基本功能.101.2.3 注塑成型机的分类.111.3 研究内容.111.3.1 注射装置的工作原理.111.3.2 注射装置的典型部件.111.3.3 注射系统的基本要求.121.3.4 注射装置的分析和确定.131.3.5 合模机构的类型和分析.131.4 研究目的与意义.14第二章第二章 注射装置设计及结构分析注射装置设计及结构分析.162.1 注射装置设计依据.162.2 注射装置的整体设计.162.3 选择液压马达.162.4 螺杆设计.182.4.1 参数选定.192.4.2 材料与热处理方式.212.4.3 螺杆塑化部件的特点.2122.5 螺杆头与止逆阀设计.212.5.1 螺杆头设计.212.5.2 螺杆头的基本要求.222.5.3 止逆阀设计.222.6 喷嘴设计.242.7 料筒设计.252.7.1 料筒结构.252.7.2 加料口.262.8 加热装置设计.262.9 加料斗设计.272.10 螺杆驱动传动的连接件设计.272.11 注射装置机架导向设计.28第三章第三章 注塑机的基本参数注塑机的基本参数.293.1 理论注射量.293.2 理论注射质量.293.3 注射压力.303.4 注射速率.303.5 塑化能力.31结结 语语.32致致 谢谢.33参考文献参考文献.34PAGE PAGE 2800KN锁模力注塑机设计【摘要】针对注塑机注射装置的设计，本文着手设计一款锁模力为800KN的注射装置。经过查找各种资料最终选定设计卧式单缸液压马达直接驱动的往复螺杆式注射装置。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，其次就是对注射装置的结构设计，设计的内容包括对液压马达的选择，和对螺杆、料筒、喷嘴、料斗等的设计，同时还对注塑机的基本参数进行了计算。最后使用CAD软件画出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： 注射装置设计，结构设计，参数计算，CAD画图【Abstract】To design the injection device，the paper is devoted to design the injection device for injection machines which force 800KN. I eventually choice the injection device of the horizontal single cylinder hydraulic motor drivers and screw reciprocating motion . First, this paper briefly introduces the injection machines of industry development and future development, and secondly, design the structural of the injection device, The main designs are the selection for the hydraulic motor, design for the screw,barrel,and nozzle,and the calculation of the basic parameters for the injection machine.Then,draw theassembly drawing of the injection machines and injection device.Key words: Injection device design, Structural design，Calculate the parameters , CAD drawing目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263087721 中文摘要I HYPERLINK l _Toc263087722 英文摘要II HYPERLINK l _Toc263087723 第一章 绪论 PAGEREF _Toc263087723 h 1 HYPERLINK l _Toc263087724 1.1 注塑机国内外发展状况 PAGEREF _Toc263087724 h 1 HYPERLINK l _Toc263087725 1.1.1 注塑机概述 PAGEREF _Toc263087725 h 1 HYPERLINK l _Toc263087726 1.1.2 注塑机的发展现状与水平 PAGEREF _Toc263087726 h 4 HYPERLINK l _Toc263087727 1.1.3 我国注塑机工业和技术今后的主要发展方向6 HYPERLINK l _Toc263087728 1.2 设计背景9 HYPERLINK l _Toc263087729 1.2.1 注塑机的工作原理 PAGEREF _Toc263087729 h 9 HYPERLINK l _Toc263087730 1.2.2 注塑成型机的基本功能 PAGEREF _Toc263087730 h 10 HYPERLINK l _Toc263087731 1.2.3 注塑成型机的分类 PAGEREF _Toc263087731 h 11 HYPERLINK l _Toc263087732 1.3 研究内容 PAGEREF _Toc263087732 h 11 HYPERLINK l _Toc263087733 1.3.1 注射装置的工作原理 PAGEREF _Toc263087733 h 11 HYPERLINK l _Toc263087734 1.3.2 注射装置的典型部件 PAGEREF _Toc263087734 h 11 HYPERLINK l _Toc263087735 1.3.3 注射系统的基本要求 PAGEREF _Toc263087735 h 12 HYPERLINK l _Toc263087736 1.3.4 注射装置的分析和确定 PAGEREF _Toc263087736 h 13 HYPERLINK l _Toc263087736 1.3.5 合模机构的类型和分析 PAGEREF _Toc263087736 h 13 HYPERLINK l _Toc263087737 1.4 研究目的与意义 PAGEREF _Toc263087737 h 14 HYPERLINK l _Toc263087738 第二章 注射装置设计及结构分析 PAGEREF _Toc263087738 h 16 HYPERLINK l _Toc263087739 2.1 注射装置设计依据 PAGEREF _Toc263087739 h 16 HYPERLINK l _Toc263087740 2.2 注射装置的整体设计 PAGEREF _Toc263087740 h 16 HYPERLINK l _Toc263087741 2.3 选择液压马达 PAGEREF _Toc263087741 h 16 HYPERLINK l _Toc263087742 2.4 螺杆设计 PAGEREF _Toc263087742 h 18 HYPERLINK l _Toc263087743 2.4.1 参数选定 PAGEREF _Toc263087743 h 19 HYPERLINK l _Toc263087744 2.4.2 材料与热处理方式21 HYPERLINK l _Toc263087745 2.4.3 螺杆塑化部件的特点21 HYPERLINK l _Toc263087746 2.5 螺杆头与止逆阀设计21 HYPERLINK l _Toc263087747 2.5.1 螺杆头设计 PAGEREF _Toc263087747 h 21 HYPERLINK l _Toc263087748 2.5.2 螺杆头的基本要求 PAGEREF _Toc263087748 h 22 HYPERLINK l _Toc263087749 2.5.3 止逆阀设计 PAGEREF _Toc263087749 h 22 HYPERLINK l _Toc263087750 2.6 喷嘴设计 PAGEREF _Toc263087750 h 24 HYPERLINK l _Toc263087751 2.7 料筒设计 PAGEREF _Toc263087751 h 25 HYPERLINK l _Toc263087752 2.7.1 料筒结构 PAGEREF _Toc263087752 h 25 HYPERLINK l _Toc263087753 2.7.2 加料口 PAGEREF _Toc263087753 h 26 HYPERLINK l _Toc263087754 2.8加热装置设计 PAGEREF _Toc263087754 h 26 HYPERLINK l _Toc263087755 2.9 加料斗设计 PAGEREF _Toc263087755 h 27 HYPERLINK l _Toc263087756 2.10 螺杆驱动传动的连接件设计 PAGEREF _Toc263087756 h 27 HYPERLINK l _Toc263087757 2.11 注射装置机架导向设计 PAGEREF _Toc263087757 h 28 HYPERLINK l _Toc263087758 第三章 注塑机的基本参数29 HYPERLINK l _Toc263087759 3.1 理论注射量 PAGEREF _Toc263087759 h 29 HYPERLINK l _Toc263087760 3.2 理论注射质量 PAGEREF _Toc263087760 h 29 HYPERLINK l _Toc263087761 3.3 注射压力30 HYPERLINK l _Toc263087762 3.4 注射速率30 HYPERLINK l _Toc263087763 3.5 塑化能力31 HYPERLINK l _Toc263087764 结 语 PAGEREF _Toc263087764 h 32 HYPERLINK l _Toc263087765 致 谢 PAGEREF _Toc263087765 h 33 HYPERLINK l _Toc263087766 参考文献 PAGEREF _Toc263087766 h 341第一章 绪论1.1 注塑机国内外发展状况1.1.1 注塑机概述首先，我们要对国内外的注塑机行业的现状、注塑机行业的发展趋势有一个比较清晰的了解。注塑机行业本身虽不大，但因为注塑机产业是为塑料产品加工产业提供重要技术设备的，它能影响到塑料加工品的质量，还能影响到模具、机械加工等上下游产业。注塑机产品集成了变频、传感、伺服、液压传动、冲压、注射成型等各种机械技术，可以放大新材料的各项功能，实现环保、节能、精密等技术特点。因此，注塑机是一个国家机械业的缩影，其发展状况在一定程度上反映出一个国家及地区国民经济及技术的发展水平。注塑机是随塑料行业的发展而发展起来的。塑料行业是一个新兴行业。自动塑料问世后的几十年以来，由于其原料富裕、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在很多方面己代替了多种有色金属、黑色金属、橡胶、木材、玻璃、皮革和陶瓷等，成为各个工业部门不可或缺的材料。我国塑料工业经过长期的奋斗和面向世界的开放，已形成各种各样齐全的体系，成为与钢材、木材、水泥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人瞩目的成就，实现了巨大的跨越。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。优秀的塑料产品是通过合理的成型工艺获得的。合理工艺的可靠实现，离不开正常运行的设备和模具。塑料成型装备是塑料工业中的一个重要组成部分，是保质、保量完成塑料制品生产的重要基础。注塑机是塑料机械的主要加工设备，就世界范围来说，注塑机加工的塑料量占30%，注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%，成为塑料成型机械制造业中增长最快、产量最多的机种之一。从塑料制品的市场分析看，结合我国原有塑料机械产品生产能力的充分发挥，20012010年，我国塑料机械产品国内市场容量的年平均增长率约为6%。2000年、2005年分别为80亿元、110亿元，预计2010年达145亿元。随着我国产品质量的提高和品种的2增加，塑料机械产品在国内市场的份额也将随之提高，预计分别为70%、75%和80%；塑料机械产品的工业总产值分别为56亿元、82.5亿元和116亿元。随着我国产品出口的增加，预计2010年，我国塑机产品工业总产值达到140亿元，为2000年的2.33倍，年平均增长率约为9%，其中20012005年增长率为10%，20062010年增长率为8%。 从塑料机械产品数量分析， 2000年、2005年分别为5.5万台、7.5万台，预计2010年为10万台，其中，注塑机约占35%，挤出机组占25%，中空成型机约占5%，其他塑机为35%。 通用塑料设备除满足国内需求外，设备出口每年都在增加。过去三年，中国的塑料机械出口处在了历史上发展最快的时期。长期以来，出口一直约5000万美元，1998年首次在100多万美元左右，比2001年增加了2.38亿美元，比2000年同比增长31.09%。专家分析，注塑机今后将成为我国主要的塑料机械产品出口。从出口量预期分析各种型号的比例分别为：60.4%的注塑成型机，6.8%的挤出机，11.7%的吹塑机，其余为21.1。从塑料机械产品的出口量，注塑机74.1，挤出机8.1，吹塑机8，其他塑料机械产品占9.8。其中注塑机锁模力在10005000KN，注射量在502000g的小型和中小型注塑机占绝大多数。在20世纪70年代后期，由于工程塑料的发展，大型注塑机已经迅速发展，其广泛的应用在汽车，船舶，航空航天，机械和大型家电。 20世纪80年代以来，CAD / CAE / CAPP / CAM计算机应用技术广泛用于注塑机工业，促进注塑机在中国的研发和制造水平的快速发展。注塑机向复合结构，专业化，系列化，标准化，复合化，微型化，大型化，个性化，智能化的方向发展。用户可以根据自己的实际需要， “混合和匹配” 。此外，专注于节能，节材的技术政策，以满足特殊材料和特殊的目的，开发了许多新类型的设备和特殊的专用设备，如低压注塑，气体辅助注塑成型机，三明治注塑机，薄壁注塑成型机的结构反应注塑成型机，超高速注射机，注射压缩成型机等。另外也有一些高科技的注塑机，市场需求越来越强。一是全电动，液压精密类注塑机。这类产品的主要市场是电子通讯，音频，视频，家电，汽车和其他加工条件要求较高的行业，这些产业是朝阳产业，具有一个很大的增长空间。随着新技术，新设备的出现，将会更好地促进中国的注塑行业的发展。全球注塑成型机2008年出口总额为54.6亿美元，德国注塑成型机产业规模居第一，在世界出口总额超过20。德国在全球注塑成型机的竞争中处于一个主导地位，处在第二3和第三的分别是意大利和日本。日本的电动注塑机在世界上占有重要的地位，包括在北美的份额已达到30左右。目前，在欧洲和美国基于精密注塑机，大型注塑机等高科技，高附加值的注塑机。经过多年的引进技术和技术创新，中国在低端注塑成型机领域的制造水平发展是很好的，凭着劳动力价格的优势，使得中国的低端注塑成型机械出口占世界的一半。中国注塑机从无到有，从小到大，从单一品种到多品种，已经取得了很大进展，特别是自改革开放以来，在中国的注塑机的开发和生产正出现一种前所未有的新气象，中国的塑料业发展前景广阔，中国塑料行业是仍处于起步阶段，其中在加工塑料制品的注塑成型机占了三分之一，注塑机在中国的发展前景广阔。2009年，世界塑料机械行业经历了艰难的一年：在日本塑料机械销售直降50，法国塑料机械市场已经缩水了40，中国台湾地区在2009年塑料和橡胶机械生产下降超过30。然而，统计数据显示，中国大陆的塑料机械行业在2009年下半年强劲反弹。中国的塑料机械行业在2010年迎来了难得的发展机遇：首先，行业的快速发展，中国的汽车消费，汽车塑料消费猛增；政府刺激经济，刺激投资还清，四万亿投资计划到汽车下乡，建材下乡，轻工业振兴规划，在中国的经济复苏和发展。据统计，预计到2010年，北美人均塑料消费量将达到145公斤，西欧达到22.8公斤，仅为发达国家的六分之一。这也意味着，中国塑料行业可攀升空间和发展前景远大，市场需求的增加将带动塑料机械行业的快速增长。发展大型，精密注塑机，低温，大功率，单螺杆挤出机具有特别良好的前景。塑料机械行业增速进一步扩大，在中国注塑行业的整体水平具有很高的科技含量和高附加值。企业的技术和设备，市场营销能力，广泛的应用，并参与市场竞争的能力比过去有了很大的提高，沿海注射工业化地区，靠近香港和台湾地区的同类产品的水平。沿海区域经济规律，经济的快速增长和发展机会，急需注入注塑行业配套服务。在经济发达地区，如广东，浙江，上海，江苏，山东等省市，占总产量的65左右，注塑生产逐步转向劳动力密集型技术。注塑行业，年加工能力为350吨或以上单机容量从4克到50000克注塑。中国塑料行业的巨大发展潜力为中国塑料机械行业的快速增长开辟了广阔的空间。目前，注塑机分为切换（机械） ，全液压，电动，电动/液压混合四类，四类都有自己的优4势和劣势，每个都有自己的市场。在中国，产品结构不够合理，切换在市场上占主导地位，全电动注塑机在公司不是作为正式批量生产，只能作为样品机的宣传。此外，混合动力电动/液压注塑机的液压和电驱动相结合的全液压性能优势的新的注塑机，在一个为一组，已成为当今的精密注塑机的发展方向。中国是世界上最大的信息产业市场，超过90的手机主体塑料部件全部由国外进口，数码行业，国内印刷机无人问津。在全球市场的情况下，全球建筑市场的持续发展，将促进塑料管道，壁板等挤压制品的需求，进而推动全球挤出设备需求的增长。因此，可以预计，其他类型的挤出设备，塑料机械产品的需求将大幅增加。美国工业市场研究公司的调查表明，美国和日本塑料机械的需求将再度回升。1.1.2 注塑机的发展现状与水平注塑机是塑料机械的主要品种之一，占总产值的38，占注塑机生产的塑料制品的1/3。注塑成型机的企业在中国都主要分布在东南沿海珠三角，宁波具有最猛的发展势头，已成为中国最大的注塑成型机生产基地，每年国内注塑机生产达到世界注射机的年生产总量1/3。注塑机在中国发展迅速，多品种的生产，已能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工，成型所需的技术装备，个别产品走向世界，但中国注塑机与工业化国家，如德国，日本，意大利，相比还有一定差距，主要表现在品种少，能耗高，控制水平低，性能不稳定。在20世纪80年代和90年代，主要集中在通用小型和中型设备的注塑机，技术含量低，低端产品供大于求，机械制造业的产能过剩，企业效益下降。有些品种，特别是超精密大型高档产品还是空白，仍需进口。据2001年的统计，中国进口注塑机使用外汇11.2亿美元，而出口仅赚取1.3亿美元的注塑机，进口远远大于出口。目前中国专业生产注塑机的厂家较多，据不完全统计已超过60家。注塑机的结构形式分为立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑机。一次注射量45-51000g；锁模力200-36000kN；加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。热塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃、聚砜及(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)等。从加工出的制品来看，有单色、双色的一般和精密5塑料制品。上述产品的主要生产厂家都有自己的系列，各有自己的特点。如广东震德塑料机械厂有限公司生产的捷霸CJ系列注塑机每一种规格均有数控和电脑控制两种形式。又如浙江省宁波海天机械有限公司生产的HTF80X-HFT3600X型系列注塑机，可用于生产各种高精密的热性塑料制品，机器采用线型移动传感器控制注射、合模、顶出，采用多重CPU电控系统、大幅面彩色LED显示、全电脑自动控制。普通卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向，其基本结构几乎没有大的变化，除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外，生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展，如同一型号的注塑机配置大、中、小三种注射装置，组合成标准型和组合型，增加了灵活性，扩大了使用范围，提高了经济效益。近几年来，世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。 注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机，在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。随着塑胶制品多样化市场需求越来越大,注塑机设备的升级换代也越来越快。早期的注塑机都是全液压式，由于环保和节能的需要，以及伺服电机的成熟应用和价格的大幅度下降，随着塑胶制品多样化市场需求越来越大,注塑机设备的升级换代也越来越快。早期的注塑机都是全液压式，由于环保和节能的需要，以及伺服电机的成熟应用和价格的大幅度下降，近年来全电动式的精密注塑机越来越多，只有比较两类不同动力源注塑机的特点，才有可能弄清注塑机的技术发展方向。全液压式注塑机在成型精密、形状复杂的制品方面有许多独特优势，它从传统的单缸充液式、多缸充液式发展到现在的两板直压式，其中以两板直压式最具代表性，但其控制技术难度大，机械加工精度高，液压技术也难掌握。全电动式注塑机有一系列优点，特别是在环保和节能方面的优势，由于使用伺服电机注射控制精度较高，转速也较稳定，还可以多级调节。但全电动式注塑机在使用寿命上不如全液压式注塑机，而全液压式注塑机要保证精度就必须使用带闭环控制的伺服阀，6而伺服阀价格昂贵，带来成本上升。电动液压式注塑机是集液压和电驱动于一体的新型注塑机，它融合了全液压式注塑机的高性能和全电动式的节能优点，这种电动-液压相结合的复合式注塑机已成为注塑机技术发展方向。注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇，然而在注塑产品的成本构成中，电费占了相当的比例，依据注塑机设备工艺的需求，注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量的比例高达50%-65%，因而极具节能潜力，设计与制造新一代“节能型”注塑机，就成为迫切需要关注和解决的问题。随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已完成为注塑机电液系统的研究重点，针对阀控电液系统有较大能量损失的不足，德、日等国发展了应用变量泵和电液比例阀结合的负载感应型的注塑机电液控制系统。为进一步降低能耗，减少噪音，最新一代的注塑机是用转速可调的电动机驱动液压泵为动力源，在保压、冷却及空转工况保持很低转速，以达到节能、降噪的目的，其工作原理简述如下：利用注塑机同步信号及电气控制系统，根据注塑成型的工艺要求，将电液比例控制系统，模拟成负载跟踪控制系统，使油泵电机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比，将传统的定量泵改造成变频变量泵，从而使溢流阀的回油流量降到最小，无高压节流能量损失，进而将传统有高压节流的“耗能型”注塑机升级为无高压节流的“节能型”注塑机，节能型注塑机除了节能功能之主要特性外，依据其节能原理，还具有附加系列的优点，包括：减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命；延长油路系统（密封组件等）使用寿命，减少维修次数、节省维护费用；降低噪音、改善工作环境；系统油温大幅降低，冷却用水量可节省30%以上；对电机具有过压、过流、缺相等多种保护；注塑机原有的控制方式及油路不变。将注塑机改造升级为“节能型”注塑机，其投资（主要是变频器）应该在一年内可通过节约的电费或油费收回。总之，开发“节能型”注塑机理论可行，投资小、效益明显，或许在不久的将来，变频节能型注塑机会成为注塑机制造业的新卖点。1.1.3 我国注塑机工业和技术今后的主要发展方向中国加入世界经贸组织(WTO)后，国外的机械制造业加速对华转移，世界一些知名的7注塑机企业，如德国德马克、克虏伯、巴登菲尔，日本住友重工等公司先后“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心。国外注塑机制造商的进入给中国注塑机行业带来了发展活力，同时也使中国注塑机制造企业充满了机遇与挑战。从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注塑成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80采用了注塑成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注塑制品日益增长的需要，推动了注塑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左右是注塑成型机。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。从注塑机问世起，锁模力在10005000kN，注塑量在502000g的中小型注塑机占绝大多数。到了70年代后期，由于工程塑料的发展，特别是在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使大型注塑机得到了迅速发展。美国最为明显。在1980年全美国约有140台10000kN以上锁模力的大型注塑机投入巾场，到1985年增至500多台。日本名机公司已经成功地制造了当今世界最大的注塑机，其锁模力达到120000kN，注塑量达到92000g。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8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，注塑重量由70g至51460g，处于国内的领先地位。海天公司十分注重研究国际注射机的发展动态，努力赶上先进生产力发展的水平。国际上移模速度，已从过去的2030m/min提高到4050mmin，最高的达到70m/min。海天公司的中小型机已经跨进4050mmin水平，大型机处在3035mmin水平。注塑速度从过去的100mm/s提高到现在的250mms，有的达到450mms。日本制钢所研制的电动型注塑机达到900mm/s。海天牌注塑机一般都超过130mm/s。用蓄能器加速达到450mm/s。注塑压力从过去的120150MPa提高到目前的180250MPa。日本的SN120P机已达到460MPa，它生产的制品收缩率几乎为零，制品公差可保证在0.020.03mm，壁厚可保证0.l0.2mm。节能方面从过去的流量比例和压力比例控制发展到变量控制或定量控制，变频调速控制，伺服控制技术的注塑机，能耗仅为传统机器的30，海天公司采用变频伺服技术的注塑机，能耗仅为传统的50。注塑机的高效率主要体现在工作节拍快，制品周期短，普遍比过去提高24以上。高效注塑机的开模与预塑一般都是同步完成。开模中同时完成抽芯和顶出。日展会上最快注塑机，工作周期只有1秒钟。注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程序控制器控制和专用计算机控制的发展过程。自60年代末美国费洛斯公司首先应用计算机控制技术，经过80年代以来的高速发展，已经不是简单的动作控制，而是包括熔体温度、注塑压力、注塑速度、保压时间、冷却过程及液压回路的各种参数的综合控制。过去大多数采用开环控制，目前正在向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲公司PM控制系统，通过合模力、模腔压力和充模过程的控制，使制品质量的误差精确到0.15。海天的控制技术与当今的国际先进水平的差距还比较大，我们自主研制的专用电脑在可靠和稳定性、抗干扰能力及反馈响应灵敏度、分辨率精度等方面与西门子、巴巴康门等有一定距离。另外硬件的运动精度、综合误差都需进一步9提高。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。5年前，中国在绿色能源投资上仅有50多亿美元，截止到2010年，中国在绿色能源的投资上达到300多亿美元，超过美国成为世界上在绿色能源上投资最多的国家。另外，低碳经济已经毋庸置疑成为2010年中国经济发展的主旋律，同样，塑料机械的节能标准在09年已经出台，绿色环保节能也将成为塑机行业发展的必然方向。 我们应该抓住机遇，迎接挑战，扬长避短，找到本企业的发展空间。首先，应该确立外向型发展战略，大力扩大出口，创造条件使自己的产品进军国际市场，特别是优势产品应该加强出口工作力度，提高市场占有率。鼓励更多的企业到境外设研究所，办企业，特别是东南亚、中东、非洲、俄罗斯和东欧市场都具有很大的潜力。第二，积极扩大国际经济技术合作，大力引进国外先进技术，可以是合资合作，也可以是购买技术。选择国际知名品牌的制造商，设立联合的产品开发研究机构。第三，积极推行专业化生产，改变大而全、缺乏高、精、尖的弱势，提高关键零件部件的质量水平，把创造世界名牌产品作为奋斗的目标。确立优质高效 精益求精、至诚服务、誉满全球的质量方针。跟踪世界先进技术，通过加大科技投人，加强产、学、研相结合的研究开发，突出自主的技术创新加速科技成果的产业化，加快塑机产品的升级。1.2 设计背景1.2.1 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10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。通俗点来说，注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，其借助螺杆的推力，将已塑化好的熔融状态的塑料注射入模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机作业循环流程如图 1-1 所示。其中制品冷却与螺杆塑化是同时进行的。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1.2.2 注塑机的结构组成注塑成型机主要由合模部件、注射部件、液压系统、控制系统、机身、加热系统、加料装置等组成。如图 1-2 所示。11图 1-2 注塑机组成示意图1.2.3 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。1.2.4 注塑成型机的分类根据注射装置对塑料的塑化方式的不同可分为柱塞式和螺杆式两大类，尤其以螺杆式注塑机最为常见。根据合模装置的不同可以分为机械式、液压式和液压机械式。根据注射装置的排列方式的不同可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多工位注射成型机，而其中卧式注射成型机较为常见。按机器的特殊结构和用途还可以分为热塑性通用型注射成型机、热固性塑料注射成型机、排气式注射成型机、发泡注射成型机、多组分注射成型机、鞋用注射成型机等。121.3 研究内容本文将对注塑机注射装置的几个关键部件：注射部件、塑化部件、驱动部件进行分析设计。1.3.1 注射装置的工作原理注射装置必须实现以下功能：接受自由流动的粒料、加热和塑化粒料、把熔体注射到成型模腔中并使模腔里熔体处在一定的压力下（保压） 。1.3.2 注射装置的典型部件（一）注射部件 ：常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式。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。（二）塑化部件：塑化部件有柱塞式和螺杆式两种。一般多采用螺杆式。我们这里主要介绍一下螺杆式。螺杆式塑化部件如图 1-2 所示,主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。图 1-2 螺杆式塑化部件结构图131-喷嘴；2-螺杆头；3-止逆环；4-料筒；5-螺杆；6-加热圈；7-冷却水圈螺杆式塑化部件的工作原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具。1.3.3 注射系统的基本要求注射系统的主要作用就是塑化物料并在高压和高速下将塑料熔体注入模腔，并进行压力保持。其必须满足以下要求：在预定的时间内能将固态的塑料熔融塑化为粘流态的物料，并且能按预定的熔料量、温度为注射成型提供均匀的熔料；根据工艺要求能将塑化好的熔料以适合的压力和速度注射入模具的型腔中；当完全充模后，能在预定的时间内持续对模腔中的熔料保持一定的压力（保压） ，保证制品的补缩和彻底排掉气体。1.3.4 注射装置的分析和确定根据注塑机的注射量和合模力，了解注塑机注射装置的结构及工作过程，参考其他注塑机注射装置的介绍，对注射装置进行分析，确定注射装置的合理结构1.3.5 合模机构的类型和分析合模机构是注塑机的重要部件之一，其功能是实现启闭运动，使模具闭合产生系统弹性变形达到锁模力，将模具锁紧。对于一个比较好的合模机构应该具备三个方面的特性：1）足够的锁模力和系统刚性，保证模具在熔料压力作用下，不会产生开缝溢料现象；2）模板要有足够的模具安装空间及模具开启行程；3）快速的移模速度及较慢的合紧模具速度，移模时要具备慢-快-慢的运动特性。14现按锁模力的实现方式讨论全液压式、液压肘杆式和电动式合模机构的优缺点。（1）全液压式全液压式合模机构可分为直动式、增压式和充液式。1）直动式合模机构。其特点是启闭模动作和合模力的产生都由合模油缸直接完成，这是一种非常简单的合模机构。合模机构的合模动作由液压油作用在活塞上来实现，锁模动作由液压油升压来完成。这种合模机构不满足合模机构的运动特性，耗能大，精度低，目前已经很少应用。2）增压式合模机构。由合模油缸、充液阀、稳压油缸和增压缸组成。此类合模机构的锁模力受液压系统和密封的限制，固增压有限，主要用于中小型注塑机。3）充液式合模机构。这种开合方式模精度高、模板受力均衡、不需调模、不需加油润滑、磨损较少、开合模行程长；但容易内泄造成升压时间长、爬行、甚至让模、速度慢、漏油、能耗高、容易造成液压冲压、液压系统复杂、成本高、大油缸加工困难。（2）液压肘杆式液压肘杆式合模机构由移模液压缸和曲肘连杆两部分串联而成，是通过液压系统驱动曲肘连杆机构来实现模具的启闭和锁紧。它可以用很小的液压缸推力，通过肘杆机构的力的放大作用来获得较大的锁模力。在开合模过程中，这种机构能实现慢-快-慢的运动过程，提高了合模速度，节约了能耗并提高了效率。在输入功率相同的情况下，肘杆式合模机构的运动速度优于其它形式的合模机构，如在相同的尺寸和运动速度下，肘杆式合模的输入功率比全液压式约节省 10%-20%。另外，肘杆式合模机构的开模力通常是有限的，这一点在小吨位机器上更为明显。液压肘杆式是目前使用最为普遍的合模机构。但这种方式不足的是：1）结构复杂、易磨损、开合模精度差；2）加工精度要求极高，在成型过程中使得模板受力不均，不能成型精密产品；需要复杂的调模结构和润滑系统，开合模行程短，而且销轴等磨损后造成的受力不均，会加速机器损坏，例如：销轴和拉杆断裂、模板开裂、调模螺母咬死等。（3）电动式电动式合模机构指用电机作动力源来驱动模版移动而实现合模、锁模的合模机构。目前，较流行的是全电动肘杆式即所谓电动机械式合模机构。全电动肘杆式合模机构使用伺服电机配以滚珠丝杠、齿形带等元件替代液压系统驱动曲肘连杆机构来实现模具的启闭和锁紧，整个装置的调模、顶出均采用伺服电机来执行的合模机构。具有节能、控15制精度和重复精度高、效率高和环保清洁等优点。但不足的是滚珠丝杠会带来新的问题：1）滚珠丝杠的磨损会导致精度下降；2）对制造、装配的要求较高，若两者的精度不够，则会在滚珠丝杠上出现附加的径向力，从而加速滚珠丝杠的磨损；3）当成型面积较大时，如果在肘杆未完全撑直时就开始注射，滚珠丝杠要承受很大的轴向力，加速滚珠丝杠损坏；4）成本太高，特别是电气控制系统，在目前注塑机技术条件下，市场普及度较低。1.4 研究目的与意义塑料产品是人们日常生活必不可少的生活用品，塑料产品的应用范围也越来越广，人们对塑料产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求，从而对塑料产品也提出了许多新的要求。对塑料产品的这种不断提出的新要求，促使塑料产品的成型设备不断的改进，成型设备的生产技术也不断得到新的发展，使塑料产品成形技术在成型领域中占有越来越重要的地位。在塑料成型设备中，注射成型机占的比重最大。注射成型制品在家用电器、电子工业、汽车制造等行业的用量日益增加，有力地推动了注塑机的发展。注射成型是目前塑料加工中最普遍采用的加工方法之一，半数以上产量的塑料成型模具是注射成型模具，其生产的制品约占塑料制品总量的 20%3%。注射成型的主要特点是生产周期短，生产效率高；成型制品的形状由简到繁、尺寸由小到大，但尺寸精确；可以自动化、高速化生产，具有极高的经济效益。由于注塑机及其应用的现有技术与德国、日本等国家相比还存在明显的差距，我国每年对高端注塑机的进口量仍然很大，特别是精密、高速注塑机占全部进口量的 90%以上。因此，我们必须高度重视注塑机和注射成型加工领域的知识创新与技术进步，以尽快实现由该领域的生产大国向技术强国的跨越。因此，对 SZ500 注塑机注射装置的设计具有相当重要的意义，只有了解注塑机的基本原理与结构，掌握注塑机的工作过程，才有可能来发展注塑机。同时还培养自己综合应用所学理论知识和技能，学习到正确的设计思想，培养认真的工作作风，掌握科技论文的写作技巧。16第二章 注射装置设计及结构分析2.1 注射装置设计依据理论注射质量60g合模力800KN2.2 注射装置的整体设计注塑机加工能力分类如图表 2-1 表 2-1 注塑机加工能力的分类注塑机类型超小型小型中型大型超大型合模力/KN16016020002500400050001250016000理论注射容量/cm31616630800315040001000016000根据上表，合模力 800KN，理论注射容量 60 g 为小型注塑机。电动驱动很少用于小17型注塑机，通常用于夹紧力大于 15000KN 的机器。所以我们选用液压马达直接驱动。所以，这次注塑注射装置的整体设计选择为卧式单缸液压马达直接驱动的往复螺杆式小型注塑机的注射装置。其主要构成部分如图 2-1 所示图 2-1 单缸液压马达直接驱动的往复式注射装置的主要构成部分2.3 选择液压马达密度：一般塑料密度范围为 0.921.09 克/厘米3理论注射质量为 60g，那么理论注射容量为 60g（0.921.09）g/cm3=(55.265.4) cm3所以理论注射容量定为 66 cm3螺杆转速（高熔体速度，v=0.41.5m/s）6060 0.4294 / min0.026 3.14svNrD选用 BMD-E160 作为这次设计的注塑机的螺杆驱动装置。BMD 系列摆线液压马达是一种内啮合摆线齿轮式小型、低速、大扭矩液压马达。它的结构简单，外观新颖，低速稳定性好使用寿命长。实物图如图 2-2图 2-2 液压马达BMD-E160 液压马达主要技术参数如表 2-2 所示 18表 2-2 BMD-E160 液压马达主要技术参数工作压力 MPa输出扭矩 Nm转速 r/min型号公称排量ml/r额定最高额定最高额定最高BMD-E1601601417.5267334300375BMD-E160 液压马达主要技术尺寸如图 2-3 及表 2-3表 2-3BMD-E160 液压马达主要技术尺寸代号 型号BMD-E160A(mm)160长度L(mm)213马达转向：马达可正反向旋转，马达的轴旋转方向如图 2-4 所示图2-4马达的轴旋转方向192.4 螺杆设计螺杆的基本结构如图 2-5 所示图 2-5 螺杆的基本结构注塑机螺杆分为：渐变型螺杆、突变型螺杆、通用型螺杆。注塑螺杆的基本型式及主要参数 一般螺杆分为三段即加料段 L1，压缩段 L2，均化段 L3。加料段底径较小，主要作用是输送原料给后段，因此主要是输送能力问题，参数（L1，h1） ，h1=（012014）D。压缩段底径变化，主要作用是压实、熔融物料，建立压力。参数压缩比 = h1h3及 L2。准确应以渐变度 A=（h1h3）L2。 均化段（计量段）将压缩段已熔物料定量定温地挤到螺杆最前端、参数（L3，h3） ，h3 =（005007）D。 对整条螺杆而言，参数 LD长径比 LD 利弊：LD 与转速 n，是螺杆塑化能力及效果的重要因素，LD 大则物料在机筒里停留时间长，有利于塑化，同时压力流、漏流减少，提高了塑化能力，同时对温度分布要求较高的物料有利，但大之后，对制造装配使用上又有负面影响，一般 LD 为（1820） ，但目前有加大的趋势。 其它螺距 S，螺旋升角 =Dtg，一般 D=S，则 =1740。 对塑化能力有影响，一般来说 大一些则输送速度快一些，因此，物料形状不同，其 也有变化。粉料可取=25左右，圆柱料 =17左右，方块料 =15左右，但 的不同，对加工而言，也比较困难，所以一般 取 1740。 棱宽 e，对粘度小的物料而言，e 尽量取大一些，太小易漏流，但太大会增加动力消耗，易过热，e=（0.080.12）D。 总而言之，在目前情况下，因缺乏必要的试验手段，对螺杆的设计并没有完整的设计手段。大部分都要根据不同的物料性质，凭经验制订参数以满足不同的需要。202.4.1 参数选定采用一般通用型螺杆。L1=60L，L2=20L，参照海天注塑机 HTF60W2-II 的主要技术参数表 2-4 和一般加工热塑性塑料的螺杆的主要尺寸表 2-5，确定其它参数如下表2-6 所示。图 2-6 为确定螺杆的结构图 表 2-4 海天注塑机 HTF60W2-II 的主要技术参数HTF60W2-IIA螺杆直径/mm26最小模厚/mm120螺杆长径比(L/D)24.2顶出行程/mm70理论注射容量/cm366顶出力/KN22理论注射质量(PS)/g60顶出杆根数与直径/mm1-40注射速率(g/s)66喷嘴球半径/mmSR10塑化能力(g/s)7喷嘴孔孔径/mm2注射压力 MPa236定位孔直径/mm100螺杆转速(r/min)0290油泵马达/KW11合模力/KN600加热功率/KW5.1移动模板行程/mm270机器质量/t2.5拉杆内距/mm310310最大模厚/mm330外形尺寸(LWH)mmm3.641.21.76表 2-5 一般加工热塑性塑料的螺杆的主要尺寸21120最大 14最大 5.6最大 3:10.25螺纹宽度 0.1D最大进料长度 D表 2-6 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 /2620：1422:10.15262.617图2-6 注塑机注射螺杆结构2.4.2 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；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HRC45-48222.4.3 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。2.5 螺杆头与止逆阀设计2.5.1 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。实物图如图 2-7，结构图如图 2-8图 2-7 螺杆头23图 2-8；螺杆头结构2.5.2 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。2.5.3 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 3 到 4 片的肋上。止逆环的材料选用 45 号钢，进行调质 HB220270 热处理。24图 2-8 加工热塑性材料之环状止逆阀实物如下图 2-9图 2-9 环状止逆阀2.6 喷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。25(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。这次选用的是适合用于热塑性塑料的喷嘴。如下图 2-1026图2-10喷嘴结构2.7 料筒设计2.7.1 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 2-11 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27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。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。2.7.2 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 2-12 加料口形状2.8 加热装置设计为使机筒内的物料在某一恒定的熔融温度范围，防止物料在机筒内发生大量的化学28反应，使熔体呈现出最好的流动特性，接近于固化的临界状态，因此，要对料筒进行加热。注塑机料筒的加热方式有电阻电热、陶瓷加热、铸铝加热，常用的是电阻加热和陶瓷加热，这次设计采用一般的电阻电热。料筒一般被分成几个恒温的加热区间, 每个加热区间都有独立的加热器。加热器由热电阻加热线圈构成, 给加热器通电则热电阻释放热量。各加热区间的温度设定值沿着料筒应有一定的温度分布。注塑塑料通过料斗进入料筒中, 在螺杆的推动作用下向喷嘴移动。塑料经过每个加热区间时吸收热量温度升高达到熔融状态。注塑制品质量与料筒内熔体的质量有直接关系,为了保证熔体质量, 要合理设置各区间的料筒温度设定值, 并且将该区间的温度控制在一定的精度范围之内。因此在注塑过程中, 料筒温度控制成为影响注塑制品质量的关键技术。这次的设计是具有 4 个加热区间段的注塑机。各段温度设定值如下: 第一段料筒内塑料的加热温度设定值确定为 180, 第二段、第三段料筒内塑料的加热温度设定值为 200, 第四段料筒内塑料的加热温度设定值确定为 190。在料筒温度控制系统中, 控制变量为加热器提供的热量, 被控变量为被加热塑料的温度。由于注塑机料筒没有设置冷却散热系统, 因此塑料降温过程是完全依赖于自然散热。由于料筒的壁较厚, 自然散热的速度很慢, 因此塑料升温和降温过程是一个典型的非线性过程。因为各个区间加热器的加热功率不同, 同时各区间段内塑料总量也不相同, 因此在加热过程中, 各个区间段的温度不是同步变化的, 存在着温度差异, 因此相邻塑料加热区间段内塑料会进行热传递, 导致加热区间段之间的温度会相互影响, 具有耦合性。随着温度的升高, 塑料的比热容、热扩散系数、导热系数、密度等参数也都会发生变化, 因此, 注塑机的料筒温度对象具有多变量、非线性、强耦合、时变等特点。2.9 加料斗设计加料斗是储存塑料原料的部件，也有的在加料斗上加上发热和吹风装置做成干燥料斗。加料斗的形状一般是下部圆锥形与上部圆筒形。圆锥形的锥面斜度对于不同粒度、不同颗粒形状、颗粒之间摩擦系数和粘结系数不同的塑料部有不同的最佳值。这次设计采用的锥度为 50，壁厚为 3mm。材料选用 45 号钢，进行调质 HB220270 热处理2.10 螺杆驱动传动的连接件设计根据选择的液压马达型号，液压马达和轴之间采用联轴器进行连接，这其中还需要29用到键来进行定位。首先我们确定选用凸缘联轴器（GB/T5843-2003）型号 GY5键根据液压马达的型号确定为 GB/T1096 键 8735注射油缸的密封圈采用 O 型密封圈 GB/T3452.1-20052.11 注射装置机架导向设计推理座:注射时，推理座通过推力轴推动螺杆进行注射；而预塑时，通过油压马达驱动推力轴带动螺杆旋转实现预塑。座移油缸：当座移油缸进油时，实现注射座的前进或后退动作，并保证注塑喷嘴与模具主浇套圆弧面紧密地接触，产生封闭熔体的注射座压力。将注射座装在与主轴平行的导柱上，机筒的轴线也与这些导柱平行，并且在同一个轴向平面上，导柱配装上活塞，液压缸在其上面运动，液压缸与注座连接，使得注座可以全过程滑动。注射油缸的工作原理是:注射油缸进油时，活塞带动活塞杆及其置于推力座内的轴承，推动螺杆前进或后退。通过活塞杆头部的螺母，可以对两个平行活塞杆的轴向位置以及注射螺杆的轴向位置进行同步调整。30第三章 注塑机的基本参数密度：一般塑料密度范围为 0.921.09 克/厘米3理论注射质量为 60g，那么理论注射容量为 60g（0.921.09）g/cm3=(55.265.4) cm3所以理论注射容量定为 66 cm3螺杆转速（高熔体速度，v=0.41.5m/s） （3-6060 0.4294 / min0.026 3.14svNrD1）3.1 理论注射量注射量在一定程度上反映了注塑机的加工能力，标志着所能生产的塑料制品的最大质量，一般有理论注射容积和注射质量两种表示方法。 （3-24LVD S2）VL 理论注射量，cm3；D螺杆（柱塞）直径，cm； S螺杆（柱塞）的最大行程，cm。=66 cm3 （3-3）24LVD SD=2.6cm，所以 S=4cm在注射过程中，一方面熔料的密度会随温度和压力的变化而变化，另一方面在压力的作用下会有少量的熔料回流，并且在保压时需要对熔料因冷却而产生的收缩量进行补充，所以实际注射量要小于理论注射量。用射出系数进行修正。射出系数通常在 0.70.9范围内选取。Vs=aVL （3-3）Vs实际注射容量，cm3a射出系数。选用射出系数为 0.8，则 Vs=0.866=52.8 cm33.2 理论注射质量注塑机对空注射时，螺杆或柱塞做一次最大注射行程时所射出的熔料的最大质量，31以克（g）表示。W=V （3-3）W理论注射质量，gV理论注射容积，cm3塑料密度W=60g(已知)3.3 注射压力注射熔料时，为了克服熔料流经喷嘴、流道和模具型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）必须对熔料施以足够大的压力，这种压力就称为注射压力。 （3-002020PDDD4PD4D4） P注射压力，MPa；D0注射油缸内径，cm；D螺杆（或柱塞）外径，cm；P0注塑机工作时的油路压力，MPa注射压力过高，可能产生飞边，脱模困难，影响制品表现质量，产生较大内应力，影响机器寿命；注射压力过低，则会造成熔料冲模不满。所选用的注射压力要大于制品所需注射压力，要考虑熔料粘度、制品形状、塑化和模具温度及制品精度等因素。 22009.712.51742.6DPPMpaD（3-5）3.4 注射速率注射速率是指单位时间从喷嘴射出的熔料量。 （3-6）24szzzvqD vt注射速率，cm3；zqVs 实际注射容量，cm3；tz注射时间，s;32D料筒内径，cm;Vz注射速度，cm/s;注射速度 Vz 是单位时间内螺杆或柱塞移动距离， （3-7）zztsvS螺杆（或柱塞）最大注射行程，cm;tz注射时间，s;44/1ZVcm s233.142.64214zqcm3.5 塑化能力塑化能力是指单位时间内塑化装置所能塑化的物料量（通常以标准聚苯乙烯为基准） 。注塑机的塑化装置应当在规定时间内，保证能够提供足够量的塑化均匀的熔料。塑化装置要与注塑机的成型周期配合，如果塑化能力高而空循环时间过长，则不能发挥塑化装置的能力；反之则会加长成型周期。所以塑化能力的高低会影响到生产效率的高低。提高螺杆转速、增加驱动功率、改进螺杆的结构都可提高塑化能力。Q=3.6W/T （3-8）Q塑化能力，g/sW实际注射量，gT塑化时间（一个生产周期内）机器的