《中型液压肘杆式注塑机设计》8000字（论文）

II1绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1研究背景近年来，人们对“便捷、高效”的要求越来越高，因此刺激了一批新兴注塑机的出现，其中以中型注塑机是最具代表性的，相较于传统的油压注塑机，中型注塑机不仅“节能、环保”而且“方便、快捷”，随着对高精度注塑件的使用范围的不断扩大及伺服驱动和控制技术的研究进步，中型机电动化是业内达成的共识，注射系统需要承载着高速、复杂且苛刻的工艺条件，这是全电动机的至关重要的组成部分，是中型注塑机机型成败的关键REF_Ref11222\w\h[9]。1.1.2意义（1）理论意义随着科学技术的进步，测量技术的发展，许多现代的控制设备已经发生了性能和结构性质的改变。注塑机也已经从简单的注塑工件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。在工业生产效率的催促下，自动化的水平和范围不断扩大，注塑技术也越来越趋向高要求。（2）实践意义第一，研究中型注塑机问题能够加快国家制定科学发展的政策，能够推动工业信息工程的完善。第二，研究注塑机模型问题能够为传统工业系统提供一定的借鉴作用。第三，研究注塑机的运动形式能够为工业运动系统提供一定的启示，从而加快工业系统网络化，信息化，系统化的完善。1.2国内外研究现状（1）国内研究现状中国塑机行业在低端注塑机领域中，制造水平已经与发达国家相差无几，加上劳动力价格的优势，使得中国的低端注塑机出口占据了世界的半壁江山，此外近几年来，中国塑机行业不仅在中端注塑机领域有了长足的进步，而且在高端注塑机领域取得了突破，因而，中国塑机的市场份额将会逐步扩大REF_Ref9792\w\h[2]。（2）国外研究现状2008年全球注塑机出口总额为54.6亿美元，其中德国注塑机产业规模居世界首位，出口总额占全世界出口总额的20%以上，在全球注塑机竞争中处于优势地位，意大利和日本分列第二、三位，美国的注塑机出口份额逐年下降，己由2000年的9.8%降叠2008年的5.3%，日本的电动注塑机在全世界占有重要地位，其中在北美地区的电动注塑机占有率已经达到30%左右REF_Ref9792\w\h[2]。1.3注塑机的基本工作原理及特点1.3.1注塑机的基本工作原理注塑机是利用热成型原理来进行工作的，即将物料从物料口中倒入，物料口与旋转螺杆相连，螺杆外有电热丝进行加热使物料融化，然后螺杆经过电机的带动下进行旋转将融化的物料从螺杆螺口处注入到成型模具里，在模具外压力的作用下经过冷却使得物料成型，然后动模具在电机的带动下脱离模具使得成型后的成品可以从模具上脱落下来。1.3.2注塑机注塑部分的结构组成螺杆：螺杆连接料口被料筒包裹，由电机驱动是经过旋转运动来带动物料在料筒中移动的结构，是注塑成型部分的重要组成结构。螺杆头：将融化的塑料经过螺杆的旋转作用引导至储料空间中，使得储料空间形成高压的环境，为下一步喷嘴出料做基础。料筒：内部用融化的物料，承受热熔力，外部有加热的电热丝为内部的物料进行持续的加热起到融化物料和防止物料冷却的作用喷嘴：提高精度与塑化程度，与模具之间形成一定的液压，保持料筒内的空间密闭，防止成型过程中的压力将液体挤压出来。2总体设计2.1注塑机的分类注塑机的行业近年来在飞速的发展，注塑机的种类和类型也在不断的增加。可以按照塑化的方式、按照机器传动的方式也可以按照操作方式等分类，更加具体的分类方式现如今也没有得到专业性的统一。2.2注塑机的基本组成2.2.1注射装置使物料均匀受热，保证统一的融化程度，注射到模腔中。注射装置一般是由物料漏斗、物料仓、旋转螺杆、螺杆头、注射喷嘴等组成。在中型注塑机工作的过程中，该装置要实现塑化程度的度量、注射熔融物料和对物料进行保温保压等方面的要求。因此合格的注射装置的基本要求有：①在一定时间内，提供成分和温度均匀的熔融物料；②将融化的物料以稳定的速度和温度进行注入。2.2.2注射装置的设计（1）旋转螺杆部件的设计由于物料的熔化温度有不同所以旋转螺杆装置也有着一些差距分为较多的类型，考虑到本设计的形状和使用场景本设计使用的是耐温程度一般的旋转螺杆部件。螺杆头要经过保温保压等阶段，使用螺杆头需要很高的耐热和耐压性并且对螺杆头的形状也有一定的要求，因为本设计形状小巧，所以使用锥型螺杆头。（2）螺杆的传动装置传动装置与注塑座架一起进行往返运动,所以要求装置的结构要简单一些，螺杆有两种位置形式方式，分为交叉和对称，本设计采用的方式是交叉。有着减速驱动的特点一般调整齿轮来改变转速。（3）注射座注射座有两种形式，在日常的生产和生活中一般采用的是液压缸移动注射座。液压缸在运动过程中需要克服运动的摩擦阻力向前移动。一般来说克服回退现象所需的力，要远远大于运动的阻力。所以为了克服这种现象，设融化物料的液体压力为注射压力，则使油缸运动的力大小为：（式2-2）式中P——推动油缸运动的力（公斤力）——主浇套直径（厘米）——注射压力（公斤力/）2.2.3合模部件合模部分是注塑机系统的重要组成部分，一般是由定模具、动模具，和顶出装置组成的。定模具与料筒相连是固定不动的。动模具依靠电机带动，在注射进行的过程中，先由动模具与定模具相结合形成密闭的模具腔室，然后注射融化的物料进入腔室中在高压的作用下形成成品雏形。然后经过保温降压、降温保压等一系列过程形成成品。2.3电气系统本设计的控制部分手动控制与plc电气控制相结合，在电脑上编辑好plc系统程序之后，由u盘等传输装置将plc程序传输到注塑机的计算控制器上，经过一定的系统识别经由计算机控制器上的输出装置输出到电气控制器上面，已达到使用电气控制的目的。该操作有着操作简单、修改容易、试错成本低的特点。并且在后续的维修和检测方面也有着极大的方便和快捷。其中电动机采用的是一键启动的启动方式，电动机的启动和物料传输桶外的电热阻丝的启动分开使得各个电气系统独立。但是也支持plc编程系统，又可以使得两种程式结合起来。让系统操作更加便捷和联系。2.4液压系统2.4.1确定液压系统由于熔融物料要经过喷嘴进入合模装置，在合模装置中要进行加热加压的物理学形式。所以选择的液压装置需要很大的液压力的产生，而且在不同的成型阶段所需要的液压力的大小是不同的所以本设计选择双联液压系统装置，可以在不同的腔室内可以有着不同的压力选择。2.4.2选择速度调节方式由于工作系统的要求，液压系统的速度大小也是需要根据系统内部的具体情况来不断变化的。在初期阶段，融化的物料从注射装置经过料筒要注射到合模装置中期间需要液压系统进行缓慢的行进移动，由较低的运动速率靠近合模系统。然后进行第二步，当熔融的物料接近喷嘴快开始注射的时候需要液压系统快速靠近合模装置使得合模装置完全贴紧。第三步，当喷嘴正在注射融化的物料的时候，需要保证合模内部的压力，所以需要有强大的外部力进行压制。所以尽管此时的液压传动速度为零但是依旧需要较大的液压力。最后经过降温保压作用使得合模装置内的物料冷却成型，形成半成品然后此时就进行最后一个环节，退模出品，此时就需要液压系统缓慢的离开合模装置，此时的速度就相对较慢一些然后退出一定距离之后就可以快速退回到零点进行第二次注塑过程。3合模机构设计3.1合模装置简述合模装置可以保证模具的开合和闭合，并且可以使注塑成型的制成品从模具上被顶出脱落。所以，合模装置决定着制成品的质量。一个合格的合模装置，对力、速度和安装模具等方面有很高的要求3.2合模类型的确定合模部分是注塑机系统的重要组成部分，一般是由定模具、动模具，和顶出装置组成的。定模具与料筒相连是固定不动的。动模具依靠电机带动，在注射进行的过程中，先由动模具与定模具相结合形成密闭的模具腔室，然后注射融化的物料进入腔室中在高压的作用下形成成品雏形。然后经过保温降压、降温保压等一系列过程形成成品。合模装置大致可以分为三种而每一种又能够分成多种形式。一个好的合模装置需要有一定的硬度和刚度保证在注射过程中自身不会被损坏并且要保证有良好的密闭性保证在高压下融化的物料不会沿着缝隙溢出。模具装着还要有相当的路程来使得定模具可以来回运动。在运动过程与注射过程相互配合。即在动模具开始的行动时速度要快，然后再注射过程中的速度要缓慢，而后脱模时速度要快，形成快慢快的运动行进形式。3.3肘杆机构设计方案3.3.1肘杆机构的运动分析（1）肘杆机构尺寸的确定=1\*GB3①定为430mm。②连杆机构主要收到压力和拉力的作用，所以应该选用强度高，硬度大的材料使用对受力分析，取（3-1）假设截面积都为则式中是材料抗压应力是屈服极限可得取则销轴承受外力时产生的形变是弹性形变，其规律遵循的是胡克定律，要能满足：式中——最大合模力——弹性模量（E=200）——直径——接触长度——形变量计算销轴直径时：1．接触长度为轴直径的四倍。即：2．形变量（3-2）∴。为材料拉伸许用应力（3-3）取（2）肘杆设计取材料为45号钢各个肘杆受力所受的最大力∴∴取（3-4）-肘杆的宽度。取L′=32mm同连杆（3）中型连杆的计算与此类似，得使用45号钢。3.3.2肘杆机构力的放大倍（1）双曲轴机构数力的放大倍数肘杆机构可以放大力的作用效果，用力M来表示：（3-5）亦可以用这种方法来计算曲肘机构力的放大倍数。设杆的水平交角为，则将的弧度值带入式中。（3-6）3.3.3变形力与移动模力的关系变形力的计算：（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）（3-11）取K=1.45（3-12）（3-13）（3-14）可得，在注塑机运行的初始阶段，模具闭合时的力的大小呈现二次抛物线的形式。接触开始时，变形力为，模具闭合后的力是最大的。（2）肘杆机构的工作状态在油缸推力下，调整既定的肘杆系统，会出现三种情况。①与线相割与）；在肘杆的工作过程中，出现了是机构移动的机构模力小于机构因为弹性形变而产生的阻力（）。是模具移动的力太小不足使得其停在了处，让力只能到达而不能达到②（与相切于）出现,这说明系统可能运行到处就停下了，使得力的运行只能达到。③（于线不相交、不相切）：（）这种情况下是能达到合格的，所以合格的肘杆机构在设计之初必须保证，才能在正常的工作条件下运行。（3）计算油缸推力模具闭合时的力的大小与呈现的是二次抛物线的形式，呈现的是双曲线的关系，油箱在工作的过程中所承受的力是使油箱发生形状形变的力，并且这个力在随着系统的运动和注射过程的推进在不断地改变这大小和方向。系统的运动在之前时，减小增大。油缸启动推力从零不断增大。由时，减小，最终停止变成零，所以在系统运动的过程中油箱所需要的力是变力，需要跟着过程的变化而变化，在处达到最大值。令则（3-15）当和时，油缸的推力都是零，∵时，变形力，,则以上各式中可得出,，又可求出最终得出。3.4对合模装置进行工况分析（1）合模油缸负载①.根据合模力确定推力已在前面求出②.空行时的油缸推力（3-16）空行过程中油缸的推力只需要克服摩擦力。实测可取系数为0.14（2）顶出油缸负载最大推力：.（3-17）（3）油缸几何尺寸的确定①．油缸的最大直径是依据油缸运动时所需要的推力决定的。考虑到摩擦和各种制造安装精度，取②.根据顶出油缸的最大推力来确定顶出油缸的内径取（3-18）取3.5顶出装置顶出装置是在注塑过程完成之后，将制成品从合模装置中顶出脱落的装置。一个合格的顶出装置要操作方便，可以沿着轴线进行运动，还需要有足够的力使制成品从模具上脱落下来。3.5.1顶出形式顶出形式主要是：气压、机械、液压顶出等。（1）机械顶出定模装置固定不动，动模装着在电机的带动下来回沿着轴线来回的移动使得成型的制成品可以从模具上脱落下来达到机械顶出的目的。（2）液压顶出液压顶出是在动模装置上进行的，在动模装置移动的过程中，由液压缸牵动液压杆进行运动，经过液压杆的带动使得装置发生顶出作用将成型品从模具上顶出脱落下来。本设计采用液压顶出。3.5.2顶出速度和顶出力影响顶出力的大小的因素有很多，顶出装置液压缸的液压系数，液压力和模具装置的摩擦系数等都或多或少的在影响着顶出力的大小所以顶出力的大小需要经过实验的测算。顶出速度的大小也跟顶出力有着一定的关系，但由于合模装置和顶出装置的性能和运动方式的差异顶出速度也存在着一定的差异。但现有的注塑机的顶出速度经过系统的测算和统计来说顶出速度的大小一般在2m/s左右。3.6主要零件的设计校核合模装置是是由定模装置、动模装置、和脱模系统组成的密闭装置。其中很多部件需要承受很大的液压和冲击力。所以这些零件要具有高强度和高刚度，来保证合模装置工作的可靠性。3.6.1模板强度计算模板是起到固定的作用的，也为系统提供了坐标基准。其主要收到弯曲力。所以，模板的制造和模板结构都影响会对机器系统的使用和维护产生一定的影响。（1）前模板强度计算前模板承受全部的合模力与拉杆相连。形成剪力和弯矩，其最大弯矩为：（3-19）、—最大弯矩（公斤力厘米）—合模力—中心距（厘米）—模具最小尺寸（为0.5左右）。(3-20)—应力到轴的距离（厘米）—的惯性矩（）—弯曲应力，取为(3-21)—面积—高度—宽度—的重心距—截面到轴的距离计算惯性力矩Jx，根据移轴定理得：式中为的截面对平行轴的自身中心轴的惯性矩<(2)前模板的挠度计算（3-22）总挠度为（3-23）B总挠度：本设计的并且要满足即使用本设计是满足要求。3.6.2拉杆的设计与校核拉汗装置在合模系统中承担受力和支撑的重要作用，并且引导着动模板的移动。所以拉杆在硬度和刚度方面有很高的要求，拉杆表面要保证高精度、高光洁度和一定的硬度。（1）拉杆的形状结构与要求。①使用两端轴肩的定位形式，但是装拆不方便，常用于中型机上。②使用分别为螺母固定与轴肩定位的形式。主要在合模系统上出现这种形式。③使用轴肩定位与固定螺母的形式即是一端可以用使用调节装置进行调节，另一端可以使用固定螺母进行调节的双调节方式。④使用轴肩定位与套环定位形式，其中后者是可以进行对开调整的。这种的调节方式主要应用于需要强应力的机械，大多为大型注塑机。⑤使用两端为套环定位形式。（1）计算拉杆强度按纯度拉伸计算，初选拉杆直径—合模力—拉杆直径（3-27）—根数—选用750kgf/mm2选用拉杆疲劳强度计算拉伸应力（3-28）压应力（取开模力）当系统超载是的拉杆强度，去材料的屈服极限,拉杆的超载系数为1.4.则最大拉应力为：（3-29）。所以满足所需要的条件3.6.3拉杆螺母（1）螺母结构螺母有整体螺母和分开螺母，两种形式的螺母在结构上基本上是一致的。但是对开式的螺母可以承受的力要比分开式的螺母所能承受的力要大很多，所以对开式螺母一般应用在大型的注塑机上面。关于螺纹形状，公制的三角型螺纹由于承受的应力水平较低所以被应用于中型注塑机上，相应的锯齿型的螺纹承受的应力水平较高，一般用于大型注塑机。所以，本设计选用整体螺纹，齿形选用梯形螺纹。材料45号钢.（2）螺纹强度计算拉杆螺母需要承受很大力，螺母的螺纹强度需要进行多方面的分析和计算，例如螺纹的形状，螺距的大小，螺纹挤压度强等。螺纹挤压度强：(3-30）作用在单圈螺纹上的力。式中—合模力—螺纹工作圈—拉杆根数。螺纹的抗剪强度：—螺距—螺纹牙型系纹（3-31）—（3-32）螺纹弯曲强度（3-33）按照机械手册的原则来说，本设计符合标准。3.7调模装置3.7.1选择调模装置调节装置可以调节动模具和定模具。调节装置一般采用：（1）设计动模板为两块组板，并且厚度可以调。（2）设计肘杆为长度可以调节的形式。（3）设计整个肘杆机构为可绕轴旋转的结构。通过改变模形板的位置方法来改变的，通过改变螺母位置来改变定模具装置的位置来达到调整合模装置的高度和模力的大小。设置调节装置，使得四个螺母的位置和拧紧程度是一致的，所以要选第三种调模装置，其模板的尺寸较小，形状精度和装置刚度较高。并且可以进行手动的转轮调节，使得模具的位置达到自己的预期标准。由于调模精度要求不高，所以本次设计采用手动式链轮调模。3.7.2设计链条（1）传动功率的确定较小的链条的轮齿数为.较大的链条的轮齿数为选取,使用的是单行链条，既定的功率。转速15转(2)链条的选择选定链条型号为节距(3)数量和中心距的计算初选中心距a0=(30—50)P=(30—50)∗31.75=952.5～1587.5mm数量为（3-34）取链长数量节中心距的系数（3-35）(4)确定链跳的速度（3-36）4结论本次设计的中型注塑机主要解决了家用塑料过多和居家隔离期间的中型塑料制品的使用问题，并且解决了一下问题：（1）传统注塑机体型大，操作复杂。（2）满足设计结构的刚度、强度等要求。（3）满足设计结构的合理合理性。（4）保证了的合理的形成，液压系统的强度和刚度满足制造的要求标准。（5）可以根据所需要的塑料制品的大小和形状来进行模具的定制和选择，可以兼容。（6）设计步骤合理，拟定的设计路线较为成熟。（7）模板在闭模减缓，可以使模具安全的运行，平稳的顶出制成品。本设计的控制部分手动控制与plc电气