塑料注射成型机液压系统的设计剖析

1、 TOC o 1-5 h z绪论1主要技术参数2工况分析43.1和模油缸缸负载3.1.2空行程油缸推力3.2注射座整体移动油缸负载3.3注射液压缸负载3.4顶出油缸负载3.5初算驱动油缸所需的功率油缸工作压力和流量的确定4.1油缸工作压力的确定4.2油缸几何尺寸的确定根据和模油缸最大推力确定和模油缸内径根据注射座最大推力确定注射座移动油缸内径根据注射油缸最大推力确定注射油缸内径根据顶出油缸最大推力确定顶出油缸内径4.3根据确定的油缸直径标准值，计算实际使用的油缸工作压力，绘制整个动作循环图油缸所需流量的确定油缸功率图的绘制5液压系统方案和工作原理图的拟定6液压元件的选择油泵的选择油泵工作压力的

2、确定油泵流量的确定613油泵电机功率的确定6.2控制的选择6.3油管内径的确定6316.3.26.3.36.3.4大泵吸油管内径计算小泵吸油管内径计算大泵压油管内径计算小泵压油管内径计算6.3.5双泵并联，压力油汇合后油管内径的确定7压力系统性能的验算7.1系统的压力损失验算7.1.1局部压力损失计算7.1.2沿程损失计算7.2液压系统发热量的计算和油冷却器传热面积的确定7.2.1液压系统发热量的计算7.2.2油箱容量计算和油箱散热面积的确定7.2.3油冷却器的计算参考文献致谢附录1绪论注塑机是中国产量和应用量最大的塑机品种，也是中国塑机出口的主力80年代以后，中国注塑机行业得到快速发展，年增

3、长率在20沖上，并逐步形成了以浙江宁波、广东东莞、顺德等地为主的加工基地。其中，宁波的注塑机产销量占全国总产销量的五成以上。其中包括全球产销量第一的中国宁波海天集团有限公司和十多家外资企业，涉及到的零部件配套企业多达数百家。目前，中国大型骨干注塑机生产企业大多是合资企业，引进了国外先进的技术和管理模式。在技术方面，中国生产的注塑机已从普通机型向大型机、全电动机、电液复合机和专用注塑机方面发展。其中海天开发出了中国最大锁模力的注塑机，用于汽车配件的生产；震雄开发出了全电动用于光盘生产的专用机和用于PET瓦坯注塑的专用机型。虽然从整体上看，中国生产的注塑机还主要是低端产品，但以海天和震雄为代表的注

4、塑机生产企业正努力向中端市场发展。在应用方面，中国注塑机以通用型为主，一般性的塑料制品如玩具、文具、日用品、家具、装修材料的生产占据最大的市场份额。其次，注塑机主要用于大型家电，如冰箱、彩电、洗衣机、空调机、计算机壳体等的生产，这一应用市场占据了中国工程塑料总量的40鸠上，国产注塑机在这一市场上占有率较高。注塑机应用的另外一个重要领域是包装制品的生产，主要用于PET瓦坯、塑料瓶、瓶盖等产品。其中PET瓦坯专用注塑机市场目前主要以进口设备为主。一些专用注塑机如用于生产精细陶瓷组件的陶瓷注塑机和生产钕铁硼电子组件的磁性注塑机，由于用量不太大，没有得到机械生产企业的重视。但随着市场的进一步细分，开发

5、相关专用机型具有重要意义。我设计这台机器的目的是：为了进一步了解注塑机的结构和其工作原理，把我们学习的理论用到实际中去。2SX-ZY-250型塑料注射成型机液压系统设计参数项目单位SX-ZY-250公称注射量3cm250螺杆直径mm45螺杆行程mm270最大注射压力MPa130注射容量（理论值）3cm270螺杆转速r/min0180注射座仃程mm365合模力KN1600启模力KN60顶出力KN36注射总力KN160注射座最大推力KN40快速闭模速度mm/s100慢速闭模速度mm/s20快速启模速度mm/s105慢速启模速度mm/s40快速注射速度mm/s25注射座前移速度mm/s48注射座后退

6、速度mm/s60顶出速度mm/s353工况分析塑料注射成型机液压系统的特点是整个动作循环过程中，系统的负载变化和速度变化均变大，在进行工况分析时必须加以考虑。合摸油缸负载闭摸动作的工况特点是：模具闭合过程中的负载是轻载，速度有慢一快一慢的变化；模具闭合后的负载为重载，速度为零根据合模力确定合模油缸推力由于合模机构形式不同，合模油缸推力的计算方法也就不一样。SIZY250注射机合模机构采用了液压一机械组合形式。70图3.1根据连杆机构受力分析可得合模油缸推力为：P仁=器/18.6X（11/|）+1试中P1Z合模油缸为保证模具锁紧所需的油缸推力，牛；P合一模具锁紧所需的合模力，牛。合11/1有关长

7、度之比，S）ZY250注射机合模机构取11/1=0.8，故为保证模具锁紧力（1600KN所需的油缸推力为；P1z=1600000/15-9=100628（牛）3.1.2空行程时油缸推力空行程时油缸推力P1（只需满足克服摩擦力的要求。根据同类型机台实测结果，取P1q=0.14P1z则：P1q=0.14X100628=14088（牛）SXZY250注射机闭模速度较小，因此惯性力很小，可忽略。启模时油缸推力启模时油缸推力P2Z需满足启模力和克服油缸摩擦力的要求，即：P2z=P启+T=60000+0-lX60000=66000（牛）3.2注射座整体移动油缸负载注射座整体移动过程中，油缸推力P3q只需满

8、足克服各种摩擦力的要求，而当喷嘴接触模具浇时，则必须保持注射座油缸最大推力P3z为40KN以使注射成型过程正常进行。根据类比，取P3q=0.23P3则P3q=0.23X40000=9200（牛）。3z3.3注射油缸负载注射过程中，负载是变化的，当熔融塑料注人模腔时，注射压力由零逐渐沿AB上升，模腔注满时压力由B急速上升到C点，当冷却时塑料收缩，压力降低，为防止收缩需补缩保压，其压力为DE曲线如下：BJA.0_图3.2根据最大注射压力和螺杆直径，可确定注射缸的最大推力为：P4z=1/4兀d2螺Pa=26.6（KN保压过程中油缸负载一般要比注射过程油缸负载小，其值随制品形状，塑料品种以及成型工艺条

9、件不同而异。3.4顶出油缸负载顶出油缸的最大推力P5z需满足制品顶出力和克服油缸摩擦力的要求，即:P=R+T=36+0.1X36=39.6(KN5z顶3.5初算驱动油缸所需的功率根据上述工况分析可知，在注射过程中，系统所需的功率为最大，N=(PmaxXV/n)X10-3试中N驱动油缸所需的功率，千瓦；Pmax最大的负载，牛V在最大负载时的工作速度，米/秒；n包括油泵在内的驱动装置总效率。N=(PmaxXV/n)X10-3=206.6X103X25X10-3X10-3/0.8=6.5(KW4油缸工作压力和流量的确定油缸工作压力的确定根据注射成型工艺对压力和速度的要求，结合我国目前生产的情况及油泵

10、供应情况，初选油缸工作压力为6.5MP&表4.1国产注塑机压力流量参数XS-ZS-22XS-ZS-60XS-ZY-125XS-ZY-125AXS-ZY-250AXS-ZY-350AXS-ZY-500XS-ZY-1000XS-ZY-3000XS-ZY-4000注射量20、3060125125A250350500100030004000MPa6.56.56.57.0-14.07.0-14.06.56.514.014.0-32.032.0KW5.5111110+1030222240+5.6+5.545+5555+75+11+1.1表4.2国外产注塑机压力流量参数注身量3060125250500100

11、02000压力范围5-14.85-167-217-217-217-217-21流量范围80130210210360185240压力百分比7mpa60%7、14mpa各50%14、21mpa各40%14占57%21占23%14mpa占40%14-21mpa占60%4.2油缸几何尺寸的确定421根据合模油缸最大推力确定合模油缸内径合模油缸采用当活塞杆油缸，工作腔为无杆腔，油缸内径计算，即：A-兀D4=Pmax/P试中a油缸工作面积，mPmax油缸所克服的最大负载，n；P油缸的工作压力，Pa。D=(4Pmax兀P)1/2=(4X100628/3.14x12X106)1/2=0.1(m)合SIZY25

12、0注射机合模油缸内径取0.1m。活塞杆直径d合取为0.4D合，即：合合d=0.4D=0.4X0.1=0.04(m)合合SIZY250注射机合模油缸活塞杆直径取为0.04m。4.2.2根据注射座注射座最大推力确定注射座移动油缸内径注射座移动油缸采用单活塞杆油缸，工作腔为无杆腔，油缸内径为：D注座=(4Pmax/兀p)i/2=(4X40000)/(3.14X12X1000000)1/2=0.065(m)SXZY250注射机注射座移动油缸内径取为0.065m。活塞杆直径d注座取为0.4D注座，即d注座X0.4D注座=0.4X0.065=0.026(m)。根据注射油缸最大推力确定注射油缸内径注射油缸采

13、用双活塞杆油缸，位于工作腔端的活塞杆用来作为行程控制预塑加料，活塞杆直径取与螺杆直径相同，即为45mm注射油杆内径可用下式计算：D注=(4Pmax+兀d2p)/(兀p)1/2=(4X206600+3.14X0.0452螺X6.5X106)/(3.14X6.5X106)1/2=0.206(m)根据顶出油缸最大推力确定顶出油缸内径顶出油缸采用单活塞杆油缸，工作腔为无杆腔，油缸内径按公式计算，即：D顶=(4Pmax)/(兀p)=(4X39.6X103)/(3.14X6.5X103)1/2=0.088活塞杆直径d=0.4D=0.4X0.088=0.0352(m)4.3根据确定的油缸直径标准值，计算实际

14、使用的油缸工作压力，绘制整个动作循环压力图SIZY250注射机，各动作循环的油缸工作压力和动作如表4.3所示。表4.3SXZY250注射机液压系统油缸工作压力及动作时间表工况油缸工作腔压力计算公式油缸作腔压力（兆帕）时间（秒）內模空行程一P=4P1q兀D合=(4X14088)/(314X0.仁)1.83.5模P=4XP1z/兀D2合=(4X100628)/(314X0.12)12.83.5汪座前移一P=(4XP3q)/(兀Df注座)=(4X9200)/(3.14X0.0652)2.85P=(4P3z)/(兀D2注座)=(4X40000)/(314X00652)125注射P=4P4/%(Df注一

15、d2螺)=(4X206600)/3.14X(0.206220.0452)6.53保压根据制品形状，塑料品种及成型工艺条件的不同而异，一般比注射压力底。取1216预塑SXZY250注射机的螺杆是米用电机经过齿轮减速箱而驱动的，故螺杆传动装置所需的为零。015冷却冷却阶段各油缸皆不进压力油，故油缸所需压力为|=|=零。030启模P=4P2/兀(3合一d2合)=4X66000/3.14(0.120.042)104顶出P=(4P5z)/(兀D2顶)=4X39600/(314X0.0882)6.54P=4P1q/兀(D)合一d2合)=4X14088/3.14X(0.12-0.042)-1、j1tJ2.1

16、44.4油缸所需流量的确定SIZY250注射机各动作循环中油缸所需流量如表4.4所示表4.4SXZY250注射机动作循环中油缸所需流量工况油泵所需流量计算公式流量（升/分）慢速闭模Qmin=6vmin兀14D2合x104=6X0.02x3.14x0.I2X104/49.5快速闭模Qmax=6vmax兀/4D2合x104=6X0.1x3.14x0.I2X104/447注射座刖移2424Q=6v兀/4D注座x10=6x0.048x3.14x0.065x10/49.5注射座后移Q=6v兀/4(D2注座-d2注座)x10a4=6x0.06x314x(0.0652-00262)x104/410快速注射Q

17、max=6vmax兀/4(D2注-d2螺)x104=6x0.025x3.14x(0.206a-0.0452)x104/447.5保压保压是为了补缩，故所需流量很小。但该阶段系统所耗油量视所选小泵而定12预预塑时螺杆传动装置不需油泵供油0塑冷却冷却阶段各油缸皆不进压力油，故油缸所需流量为零0快速启模Qmax=6vmax兀/4(D2合-d2合)X104=6X0.105X3.14X(012-0.04a2)X104/441.5顶出Q=6v兀/4D2顶X104=6X0.035X3.14X0.O882X104/412.7慢速启模Qmin=6vmin兀/4(D2合-d2合)X104=6X0.04X3.14X

18、(0.12-0.042)X104/41584.5油缸功率图的绘制图4.5SXZY250注射机当采用固定预塑方式时流量循环图表4.5SXZY250注射机各种动作循环中油缸所需功率工况油泵所需功率计算公式功率（千瓦）慢速闭模N=PQX10/60=(1.8X10X虫5X10)/60(式中P帕，Q升/分)029快速闭模N=PQX10-6/60=(1.8X106X47X10-6)/601.4注N=PQX10-6/60=(6.5X106X47.5X10-6)/605.2射保压N=PQX10七/60=(12X106X12X10-6)/602.4预塑预塑时螺杆传动装置所需功率由单独的预塑电机供给3.5冷却在冷

19、却阶段各油缸皆不进压力油，故油缸所需功率为零0快及速顶启出模本机采用在启模工程中顶出制品故N=PQX10-6/60=(10X106X(41.5+13)X10-6)/609慢速启模N=PQX10-6/60=(2.1X106X15.8X10-6)/600.555液压系统方案和工作原理图的拟定根据以上工况分析和计算，可初步拟定出液压系统方案。根据塑料注射机工作部件速比很大，但又不需要大范围无级调速的特点，本机拟采用量不同的两个定量油泵并联供油的开式系统，这一方案与单泵供油系统相比效率较高，系统发热少；而与变量油系统相比，结构简单，成本低。为满足注射速度的调节，选用调速阀进行口节流调速，其特点是注射油

20、缸回油的阻力小，可以获得较大的注射推力，而且调速范围较大，速度稳定性较好。缺点是油通过调速阀发热后进入注射油缸，造成油缸泄漏增加。根据塑料的品种、制作的几何形状和模具的浇注系统的不同，注射系统采用了两级压力控制，以便灵活地控制注射压力和保压压力。为了便于实现自动循环，系统的换向控制阀多数采用三位四通电液换向阀和电磁抽阀。采用电液换向阀换向过程比较平稳，适用于压力较高及流量较大的场合，但结构较复杂，成本高。三位四通换向阀滑中位机能除注射电液换向阀和控制两级压力动作的电磁换向阀外，皆采用O型，其换向停止的位置精度较高，且能满足本机并联多油缸油路系统的工作需要。注射电液换向阀和控制两级压力动作的电磁

21、换向阍采用Y型机能，既满足本机并联多油缸油路系统的工作需要，又分别利用中位丫型机能满足螺杆预料后退时注射油缸左腔形成真空进行吸油的需要和使控制两级压力大小的远程调压阀处于非工作状态位置进行卸荷的需要。在启模系统中采用进油节流增加启模阻力，以满足模过程中实现制品顶出的要求，从而缩短辅助时间，提高生产率。本系统除采用时间继电器控制保压和冷却动作外，其余皆采用行程开关控制各油缸可靠地依次动作和进行速度换接。为使用加工塑料得到良好的塑化质量，本机在注射系统中采用了背压阀，控制螺杆退回时间，以使塑化的塑料比较密实，且有利于分离气体的排出。ZJi1314lIX卜DT4DTLITMTi瓷的型庵连图11图5.

22、1SX-ZY-250注射机液压系统的工作原理图表5.1SXZY250注射机动作顺序说明动作DlD2DsDgDtDLO1）：EiEr慢速闭搅+快速闭模+慢速闭模+注対飓整休刖进+汁射十十保压预塑+注射座幕体后退+Jr?tft-+十制品顶出+螺秆后退6液压元件的选择6.1油泵的选择6.1.1油泵工作压力的确定油泵工作压力按公式计算，即：P=P+SAPB由于在注射液压系统中，压力油所经过的数量较多，故压力损失刀AP亦较大，查表取P=0.8Mpa注射油缸最大工作压力P可根据表11取6.5Mpa于是油缸工作压力即为：P=6.5+0.8=7.3(MPaB所选油泵的额定工作压力应为：P额=1.25P=9.1

23、(MPaB根据上述计算结果，应选额定压力为14Mpa勺双级叶片泵。6.1.2油泵流量的确定油泵流量可按公式计算，即：QK(刀Qmax=1.lX226=248.6(升/分)B根据油泵的额定压力和流量的计算结果以及快、慢运动所需的要求，应选用双级叶片泵油泵系列。6.1.3油泵电机功率的确定注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量是变化的，故油泵电机功率应按公式计算，即：N赳(NXt：+NnXtn)/(t+tn)N等值功率，KWNi,N个动作循环中各阶段所需的功率，KWn,t个动作循环中各阶段所需的时间，So1n在选择驱动油泵的电机时，应首先比较等值功率与各个动作的最大功率。当最大功率在电机允许的短

24、时超载范围内时，可按等值功率选取电机，否则应按最大功率选取电机。即：Nmax=KIAITiA油箱散热面积，一般只计算四周和底部面积，米2iT油箱允许温度与环境温度差，CIKi油箱散热的系数，焦/米2时.CoK与环境通风散热的条件有关，周围通风很差时取K=(78)x4186.8焦/米2时匕：周围通风良好时取K=13X4186.8焦/米2时.oC:用风扇冷却时取K=20X4186.8焦/米2时匕：用循环水强制冷却时取K=(95150)X41868焦/米:时.C:屮KATi取油箱散热的系数K=13X4186.8焦咪2时.C:油箱允许温度T=30C,则：H=13X4186.8X2.5X30=4.08X

25、106焦/时散(2)冷却器所需的冷却面积计算冷却器所需的冷却面积可用下式计算，即：A=(H-H)t散m式中A冷却器散热的面积，米2H、一液压系统总的发热量，焦/时；H散一油箱散热量，焦/时；K冷却器的总传热系数，一般例管式冷却器可取K=(120300)X4186.8焦/米:时.0C;tm油与冷却水之间的平均温度差,0C前已述及，系统总的发热量H总值系平均热量计算所得，而实际上系统的发热量的变化的。故在设计冷却器时，为了适应传热负载的波动，总传动系数K宜取较小值-般例管式冷却器可取K=(120300)X4186.8焦/米:时eC;取K为120X4186.8焦/米2时.0Co平均温度差tm按下式计算，即：tm=(T1+T2)/2-(t1+t2)/2m1212式中T1T2油的入及出温度，0C般情况下：T1600C,T1+T2=510oCt1t2冷却水的入口及出口温度，般情况下：t120300C,11-t2=35C。取油的入温度Tj=60C,出温度T2=5OoC;冷却水的入温度ti=25oCj出温度1=300C2贝厶t=(60+50)/2-(25+30)/2=27.5oCm故：A=(11.37X106-4.08X106)/(120X4