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目 錄第一章 注射成型的概述和發(fā)展趨勢 .11.1 概述 11.2 我國立式塑料注射成型機的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢 11.3 課題研究意義 1第二章 總體設計方案 .22.1 合模裝置的初步設計 22.2 鎖模方式的初步設計 22.3 注射裝置的初步設計 22.4 驅(qū)動裝置的初步設計 22.5 液壓油缸的布置形式 22.6 模板的平面布置形式 22.7 整體結(jié)構(gòu)方案示意圖 3第三章 注射系統(tǒng)的設計 .43.1 螺桿的設計 43.1.1 螺桿的直徑 sD43.1.2 螺桿的長徑比 .43.1.3 螺桿的長度 L43.1.4 螺桿的螺紋螺距 S 及螺紋角 θ .43.1.5 螺桿螺棱法向?qū)挾?e53.1.6 螺桿的轉(zhuǎn)速 n53.1.7 螺桿的結(jié)構(gòu)及各段的長度、螺槽的深度 .53.1.8 螺桿的行程 s63.1.9 螺桿與機筒的間隙 δ .63.1.10 螺桿的驅(qū)動功率及扭矩 63.1.11 螺桿的材料 73.1.12 螺桿的技術(shù)要求 73.2 螺桿頭的設計 73.3 機筒的設計 73.3.1 機筒的內(nèi)徑 Db及外徑 D0 73.3.2 機筒的材料 .73.3.3 機筒的技術(shù)要求 .83.4 噴嘴 83.4.1 噴嘴的結(jié)構(gòu)形式 .83.4.2 噴嘴的口徑 .83.4.3 噴嘴球半徑 .93.5 料斗． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．9第四章 合模系統(tǒng)的設計 104.1 拉桿的設計 .104.1.1 拉桿的直徑 104.1.2 拉桿的固定 114.1.3 拉桿的材料 114.1.4 拉桿的技術(shù)要求 114.2 模板的設計 .114.2.1 模板模具安裝螺孔的排列及尺寸 114.2.2 上模板的基本尺寸 124.2.3 下模板的基本尺寸 134.2.4 上下模板間的最大距離 144.2.5 模板的厚度 144.2.6 模板的材料 154.2.7 模板的技術(shù)要求 154.3 頂出裝置的設計 .15第五章 液壓裝置的設計 165.1 液壓馬達 .165.1.1 液壓馬達的選取 175.1.2 馬達的布置及其與螺桿的連接 165.1.3 液壓馬達的固定 165.2 注射油缸的設計 .175.2.1 活塞桿的設計 175.2.2 缸體的設計 175.2.3 活塞的設計 195.2.4 缸蓋的設計 205.2.5 注射油缸的行程 215.2.6 注射油缸的固定 215.2.7 注射油缸的密封 215.2.8 緩沖裝置的設計 215.3 移模油缸的設計 .215.4 合模油缸的設計 .215.4.1 活塞桿的設計 225.4.2 缸體的設計 235.4.3 系統(tǒng)的工作壓力 245.4.4 活塞的設計 255.4.5 缸蓋的設計 255.4.6 合模油缸的行程 275.4.7 合模油缸的固定 275.4.8 合模油缸的密封 275.4.9 緩沖裝置的設計 27總結(jié) 28參考文獻 29致謝 30天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）1第一章 注射成型機的概述和發(fā)展趨勢1.1 概述注射成型機是將熱塑性塑料或熱固性塑料制成各種塑料制件的主要成型設備，是集機械、電氣、液壓于一體的塑料成型設備。隨著現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學技術(shù)的發(fā)展，塑料制件被越來越廣泛地應用到國防工業(yè)、機械、電氣、航空、交通運輸、建筑、農(nóng)業(yè)、文教、衛(wèi)生及人們生活各個領域。注射成型法是塑料制品的主要成型方法之一。它是利用注射裝置將注射機筒中已經(jīng)熔融的熱塑性塑料或熱固性塑料以高壓、高速注入到閉合的成型模具型腔中，經(jīng)冷卻固化成型后，制成與模具型腔形狀幾乎完全一致的塑料制品。它具有以下特點：可成型形狀復雜、尺寸精確及帶有嵌件的是塑料制件；對各種塑料加工的適應性強；機器生產(chǎn)率高以及易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等。因此注射成型技術(shù)及注射成型機得到極為廣泛的應用，現(xiàn)在已成為塑料加工業(yè)和塑料機械行業(yè)中的一個重要組成部分。1.2 我國立式塑料注射成型機的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢國內(nèi)生產(chǎn)立式注塑機的廠家寥寥無幾，一方面是由于市場的需求量不是很大，另一方面國內(nèi)立式注塑機的研發(fā)技術(shù)水平還比較落后，生產(chǎn)的立式機市場競爭能力較弱。國內(nèi)立式注塑機基本上通過進口來滿足市場的需求，立式注塑機生產(chǎn)實力較強的企業(yè)主要分布在中國臺灣地區(qū)，如臺灣豐鐵機械公司等，這些公司經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，逐步掌握了立式注塑機的生產(chǎn)技術(shù)，在立式機的生產(chǎn)領域獨領風騷。近幾年來, 世界上工業(yè)發(fā)達國家的注塑機生產(chǎn)廠家都在不斷提高普通注塑機的功能、質(zhì)量、輔助設備的配套能力,以及自動化水平。同時大力開發(fā)、發(fā)展大型注塑機、專用注塑機、反應注塑機和精密注塑機, 以滿足生產(chǎn)塑料合金、磁性塑料、帶嵌件和數(shù)碼光盤制品的需求。注塑機是目前中國塑料機械中發(fā)展速度最快、水平與工業(yè)發(fā)達國家差距較小的塑機品種之一。但這主要指普通型注塑機, 在特大型、特殊、專用、精密注塑機、立式注塑機等品種方面, 有的尚屬空白, 這是與工業(yè)發(fā)達國家的主要差距。當今世界，注射成型技術(shù)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新設備層出不窮。高度電腦化、自動化、單機多功能化、輔助設備多樣化、組合迅速且安裝、維修、保養(yǎng)便利將成為趨勢。全電動注塑機、氣輔和水輔注塑成型技術(shù)、多層注塑技術(shù)方興未艾。用于瓶坯、光盤、磁性材料以及生產(chǎn)特種工程塑料薄壁產(chǎn)品的專用注塑機將愈來愈重要。為配合汽車等重工業(yè)領域發(fā)展的大型、超大型注塑機也將有更大的需求。目前，注塑機的總體技術(shù)發(fā)展趨勢 1、高速、高效、節(jié)能型注塑機 2、精密注塑機 3、大型注塑機 4、全電動注塑機 5、低發(fā)泡注塑機 6、全液壓注塑機 7、多物料復合注塑機隨著塑料制品的廣泛應用以及立式注塑機的不斷投入使用，我國立式注塑機的發(fā)展將根據(jù)市場的需求，不斷總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗，以臥式機為鑒，推陳出新，掌握其重要生產(chǎn)技術(shù)，不斷提高國內(nèi)企業(yè)的自主研發(fā)能力，不斷縮小與發(fā)達國家的差距，促進我國立式注塑機的蓬勃發(fā)展。天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）21.3 課題研究意義國內(nèi)外權(quán)威人士認為，21 世紀在材料領域?qū)⑹撬芰系奶煜?。由于塑料的可再生特點，塑料制品對于其它材料的可替代性，決定了塑料工業(yè)將持續(xù)發(fā)展，在農(nóng)用灌溉、產(chǎn)品包裝、建筑材料、汽車構(gòu)件、信息產(chǎn)業(yè)、生命科學都有廣泛應用，這是我國塑機產(chǎn)業(yè)能夠持續(xù)繁榮發(fā)展的市場前景。與西方發(fā)達國家年人均塑料消費品 100 多公斤相比，我國年人均塑料消費品不足 13 公斤。因此，我國的塑料機械工業(yè)將有極大的發(fā)展?jié)摿?尤其是立式注塑機,其在我國的市場占有率較低，因此研究設計立式注塑機可在一定程度上填補國內(nèi)注塑機行業(yè)的空白,而且立式注塑機具有占地面積較小，容易安放嵌件，裝卸模具較方便等優(yōu)點,適應于復雜、精巧產(chǎn)品的自動成型及嵌件成型、模內(nèi)組合成型, 被廣泛應用于國防、機電、汽車、交通運輸、建材、包裝、農(nóng)業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€領域。因此研究立式注塑機對塑料工業(yè)的發(fā)展及塑料制品的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）3第二章 總體設計方案2.1 合模裝置的初步設計注塑機的合模裝置按工作原理分主要有液壓式和肘桿式兩種。液壓式合模裝置的優(yōu)點如下：在油缸已定的情況下，合模力僅與工作油的壓力有關(guān)，因此要改變合模力可直接通過調(diào)節(jié)工作油的壓力來實現(xiàn)，調(diào)整方便，讀數(shù)易于顯示；若油缸已定，移模速度僅取決于油泵的流量，在移模的過程中，油泵的流量不變，其移模速度不變；動模板在油缸行程范圍內(nèi)的任意點，可以停止并施壓，故對不同厚度的模具適應性好，合模時，模具和模板因僅受活塞桿推力的作用故受力比較均勻。而肘桿式合模裝置相對于液壓式而言，尺寸較大，在工作過程中容易受力不均,從而影響立式注塑機的穩(wěn)定性及工作性能。故設計時采用液壓式合模裝置。2.2 鎖模方式的初步設計一般立式注塑機的鎖模方式有:上模固定，下模上升閉模；下模固定，上模下降閉模。前者由于要克服模具的重力，對注塑機的合模系統(tǒng)有特殊要求；后者可利用模具的重力進行合模，在相同的條件下可增加合模力。故設計時采用后者，即下模固定，上模下降閉模。2.3 注射裝置的初步設計注塑機塑化注射裝置基本上有雙階柱塞式、螺桿柱塞式和往復螺桿式。前兩種共同存在著以下缺點：料筒內(nèi)滯料現(xiàn)象嚴重；料筒清理不方便；結(jié)構(gòu)上不夠緊湊等。而往復螺桿式同柱塞式相比具有如下優(yōu)點：塑化能力大；塑化速率快、均化好；注射壓力損失??；結(jié)構(gòu)緊湊、熔料停滯分解現(xiàn)象少、清理料筒方便等。故設計時采用往復螺桿式注射裝置。2.4 驅(qū)動裝置的初步設計注塑機常用的驅(qū)動方式有油馬達和電動機。目前除大型注塑機考慮使用電動機驅(qū)動外，其余絕大多數(shù)均使用油馬達直接驅(qū)動螺桿。采用油馬達驅(qū)動主要有以下優(yōu)點：可在比較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)螺桿的無級調(diào)速；一般屬于恒力矩傳動；傳動特性軟、啟動慣性小、不會超負荷工作；對螺桿能起安全保護作用；液壓馬達體積比同規(guī)格的電動機小得多，傳動裝置易于實現(xiàn)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單的要求等。故設計時采用油馬達驅(qū)動裝置。2.5 液壓油缸的布置形式為了降低立式注塑機的重心，提高注塑機的穩(wěn)定性，注射油缸、移模油缸及合模油缸均采用雙缸對稱布置。2.6 模板的平面布置形式注塑機模板的平面布置形式有二柱式、四柱式、C 式臥放、D 式立放。二柱式在受偏載或者模板面積較大時，容易引起模具開縫溢料，主要用在小型機器上。四柱式因天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）4承載大，定位導向性能好，較為普遍采用。至于采用 C 式臥放還是 D 式立放，主要從便于模具的安裝和操作來考慮。設計時采用四柱式布置。2.7 整體結(jié)構(gòu)方案示意圖綜上所述,本文主要設計的是一臺立式注塑機的機械結(jié)構(gòu)部分，其結(jié)構(gòu)方案圖如圖1-1 所示： 上上 上上 上上上上上圖 2-1 臺式注射機的機械結(jié)構(gòu)部分天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）5第三章 注射系統(tǒng)的設計注射系統(tǒng)在工作過程中具有塑化、注射和保壓的功能,其必須滿足以下要求：(1)在預定的時間內(nèi)能將固態(tài)的塑料熔融塑化為黏流態(tài)的物料，并且能按預定的熔料量、溫度為注射成型提供均勻的熔料；(2)根據(jù)工藝要求能將塑化好的熔料以適合的壓力和速度注射入模具的型腔中；(3)當完全充模后，能在預定的時間內(nèi)持續(xù)對模腔中的熔料保持一定的壓力，保證制品的補縮和徹底排掉氣體。注射系統(tǒng)的主要組成部分包括塑化注射裝置、驅(qū)動裝置和計量裝置等。塑化注射裝置由螺桿、機筒及加熱冷卻元件組成，在螺桿頭部還可設置防止熔體倒流的止逆環(huán)或各種剪切混煉元件。螺桿驅(qū)動裝置主要由減速器機構(gòu)、主軸套和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機或液壓馬達組成。計量裝置是由支架和行程擋塊組成的裝置，它與螺桿預塑后退動作相聯(lián)系，起塑化和計量作用。3.1 螺桿的設計注射螺桿是注射系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件。注射螺桿具有塑化物料和將物料注進模具型腔的功能。塑化時，機筒的加熱和螺桿的轉(zhuǎn)動使塑料在往前輸送的過程中實現(xiàn)塑料的熔融，將固態(tài)塑料變?yōu)轲ち鲬B(tài)的熔體；注射時，螺桿往前移動將機筒前端的熔體注射進模腔中。螺桿的結(jié)構(gòu)和工作特性對注射成型機的生產(chǎn)效率和注塑制品的質(zhì)量都有很大的影響。螺桿的主要技術(shù)參數(shù)有螺桿直徑、螺桿的長徑比、螺桿的行程、螺桿的轉(zhuǎn)速、螺桿的扭矩、螺桿的驅(qū)動功率、螺桿的塑化能力等。3.1.1 螺桿的直徑 sD螺桿直徑 。m20s?3.1.2 螺桿的長徑比長徑比大的螺桿，可以得到低溫均質(zhì)的熔體和穩(wěn)定的擠出以及高的塑化能力，這在擠出機的螺桿設計中已經(jīng)了解到。但是注射螺桿僅作預塑用，塑化時出料的穩(wěn)定性對制品質(zhì)量的影響甚小，并且塑料塑化時所經(jīng)過的時溫歷程要比擠出螺桿要長。所以，注射螺桿的長徑比，沒有必要取得像擠出螺桿那樣長。一般在 18～22 之間，長的也很少超過 24 就能滿足要求。從設計制造和使用的角度來看，也是希望用效果相近而長度較短的螺桿。這樣對螺桿機筒的制造、縮短機身長度、減輕機器的重量以及對機筒的清理方面都會帶來好處。設計時取螺桿的長徑比為 20。3.1.3 螺桿的長度 L一般根據(jù)螺桿的長徑比來確定螺桿的長度。螺桿的長徑比為 20，則螺桿的長度 。m402L??3.1.4 螺桿的螺紋螺距 S 及螺紋角 θ為了方便螺桿的加工，一般取螺紋螺距 ，螺紋升角 θ=17o40′。DSs天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）63.1.5 螺桿螺棱法向?qū)挾?e一般 e=(0.08～0.12) ，這里取 。sDm2D1.0s?3.1.6 螺桿的轉(zhuǎn)速 n螺桿的塑化能力與螺桿的轉(zhuǎn)速成正比。在一般情況下螺桿的塑化能力隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加。但在較高的轉(zhuǎn)速條件下，其塑化能力的增加也非正比增加，有時卻相反。這是由于螺桿加料處的摩擦條件在改變，甚至發(fā)生料加不進的現(xiàn)象。對于結(jié)晶型熔解熱大的塑料，高速時如對機筒溫度不作相應調(diào)整，則會因料不能得到充分地預熱而使塑化能力得不到提高。此外，螺桿轉(zhuǎn)速又關(guān)系到螺桿對塑料的剪切速率和熔料的軸向溫差，故對熱敏性塑料（PVC 等）螺桿轉(zhuǎn)速要低，而對熱穩(wěn)定性好、粘度低的塑料（PS、PE 等）需要較高的轉(zhuǎn)速。因此，對螺桿轉(zhuǎn)速的確定，主要根據(jù)塑化能力、剪切均化等方面的要求來確定。查閱《塑料材料學》 ，各種常用塑料注塑時所需螺桿的轉(zhuǎn)速如表 3-1：表 3-1 各種常用塑料注塑所需螺桿的轉(zhuǎn)速材料 LDPE HDPE PP HPVC PS ABS（通用型） PMMA PC MPPO轉(zhuǎn)速 80 30～60 ≤80 28 70 30～60 20～30 40～70 73設計時取螺桿的最高轉(zhuǎn)速 n=80 r/min。3.1.7 螺桿的結(jié)構(gòu)及各段的長度、螺槽的深度注塑機在使用過程中，由于經(jīng)常需要更換塑料品種，所以拆換螺桿也比較頻繁。停機調(diào)換螺桿不僅強度大，同時又會影響機器的生產(chǎn)效率。因此，設計一種適應性比較強的通用性螺桿，通過調(diào)整工藝條件（溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、背壓等）來滿足不同塑料制品的加工要求。這樣可免于經(jīng)常更換螺桿，同時也可降低機器的成本。故設計時采用通用型螺桿，既可加工非結(jié)晶型塑料，又可加工結(jié)晶型塑料。參考《塑料機械設計》表 2-3-2，通用型螺桿各段的長度分別為：加料段 ：50～60％ L 1壓縮段 ：20～30％ L 2均化段 : 20～30％ L3，m0%5L1?，2。3對于通用型螺桿均化段槽深 取 加料段的槽，～ s3D08.5h?，m6.108.hs3?深 壓縮段 如圖 3-1 所示：，.h1?，4.2天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）7201034.6圖 3-1 螺桿各段的尺寸3.1.8 螺桿的行程 s螺桿的行程一般取為 3.5 (螺桿的直徑)左右為宜。sD故設計時取 。m7025.3.s???3.1.9 螺桿與機筒的間隙 δ螺桿與機筒的間隙值是設計時的重要數(shù)據(jù),間隙大了,將會使塑化能力下降和注塑時熔料的回泄量增加。反之,間隙小了又會增加制造方面的困難和螺桿的功率消耗。根據(jù)實際使用情況，根據(jù) JB/T7267—94 表 4，當螺桿的直徑為 15～25mm 時，螺桿與機筒的最大徑向間隙 δ≤0.12mm。3.1.10 螺桿的驅(qū)動功率及扭矩參考《塑料機械設計》 ，按照經(jīng)驗公式計算。螺桿的驅(qū)動功率計算公式如下： 4.152sNnCDs?式中:—螺桿的驅(qū)動功率（kw） ；s—由螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)及傳動方式有關(guān)的系數(shù)，取 C=0.00016；—螺桿的直徑（cm） ；sn —螺桿的轉(zhuǎn)速（r/min） 。其中，cm2Ds?i,/r8016.C故 。WNs 8.417020165.??螺桿扭矩的計算公式如下：mstD0M??式中:—螺桿扭矩（ ） ；t ?天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）8D —螺桿的直徑（cm） ；s—比例系數(shù)，對于熱塑性塑料 ；?5.12～??—由樹脂性能而定的指數(shù)， 。m37m～螺桿的扭矩：。N1205.10M3t ???螺桿的扭矩需留 20％～30％的余量，以作備用，故。6%2t ?3.1.11 螺桿的材料螺桿的材料一般為氮化鋼（38CrMoAl）或其它合金材料。3.1.12 螺桿的技術(shù)要求螺桿的表面硬度 HRC65～70，氮化層深度至 0.5～0.8mm，螺桿工作表面的粗糙度不低于 Ra0.8μm。3.2 螺桿頭的設計螺桿頭采用 PVC 型形式，如圖 3-2 所示： α圖 3-2 PVC 螺桿頭α 角取為 30°，為了便于加工其它類型塑料，減少螺桿的更換次數(shù)，螺桿頭部設計為帶有螺紋，當要加工其它類型的塑料時，可更換為帶有相同螺紋直徑的止逆型螺桿頭。3.3 機筒的設計機筒（也稱料筒）是注射系統(tǒng)中的一個重要零件，它與螺桿共同完成對塑料的輸送、塑化和注射工作。3.3.1 機筒的內(nèi)徑 Db及外徑 D0機筒內(nèi)徑根據(jù)螺桿的直徑取 ，機筒采用整體式結(jié)構(gòu)。m2sb?為了使機筒具有足夠的熱容量和合適的熱慣性，根據(jù)經(jīng)驗一般取機筒外徑和內(nèi)徑之比為 2～2.5，設計時取機筒外徑 。480.4.s0??天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）93.3.2 機筒的材料機筒的材料用 45 鋼。3.3.3 機筒的技術(shù)要求機筒的內(nèi)表面鍍鉻,內(nèi)表面硬度不應低于 HRC65，粗糙度應在 Ra0.8μm 以上。機筒外表面用砂布打磨干凈。3.4 噴嘴噴嘴是機筒與模具之間的連接零件。注射時，在螺桿推力的作用下，熔體以很高的流動速度通過噴嘴而注入模具的型腔。當熔體以高速流經(jīng)小孔徑的噴嘴時，會受到很大的剪切作用，此時有部分壓力能在克服阻力時轉(zhuǎn)變成熱量，使熔體的溫度升高，對熔體起進一步的塑化和均化作用；另一部分壓力能則轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶?，使熔體的流速加快；在保壓階段，少量的熔體經(jīng)過噴嘴進入模腔，補充制品冷卻收縮所需的熔體。因此，噴嘴設計的是否完善，會影響到注射熔料的壓力損失、剪切熱的多少、補縮作用的大小和射程的遠近。3.4.1 噴嘴的結(jié)構(gòu)形式噴嘴的結(jié)構(gòu)形式主要由加工塑料的特性和用途來定。噴嘴按照結(jié)構(gòu)特點可分為多種類型：開式、鎖閉式和特殊用途等。設計時噴嘴采用開式結(jié)構(gòu)中的 PVC 型，PVC 型噴嘴結(jié)構(gòu)簡單、壓力損失小、補縮效果好，主要用于厚壁制品和熱穩(wěn)定性差的高黏度塑料，如聚氯乙烯、聚碳酸酯、有機玻璃以及一些含有填充劑的塑料。具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3-3 所示： α圖 3-3 噴嘴的結(jié)構(gòu)由于螺桿頭與噴嘴內(nèi)部不可能完全配合，需存有一定的物料，故取 α=24°。3.4.2 噴嘴的口徑噴嘴的口徑關(guān)系到熔料的壓力損失、剪切發(fā)熱及其補縮作用。參考《塑料機械設天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）10計》表 2-3-16，當機器的注射量為 30～200g 時，HPVC 要求的噴嘴口徑為 3～4mm。設計時取噴嘴的口徑為 4mm。3.4.3 噴嘴球半徑噴嘴的頭部形狀采用球形。根據(jù) JB/T7267-94 表 3，當拉桿有效間距為 280～449時，注射噴嘴球半徑為 15mm。天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）11第四章 合模系統(tǒng)的設計合模裝置是保證成型模具可靠的閉緊和實現(xiàn)模具啟閉動作及頂出制品的部件。因此，合模裝置的性能好壞，直接關(guān)系到成型制品的質(zhì)量和數(shù)量。一個比較完善的合模裝置，應該滿足在規(guī)定的注射量范圍內(nèi)，對力、速度、安裝模具與取出制品時空間位置這三方面的要求，即(1)機構(gòu)要有足夠的合模力和系統(tǒng)剛性，保證模具在熔料的壓力作用下，不產(chǎn)生開縫溢料的現(xiàn)象；(2)模板要有足夠的安裝模具的面積和啟閉模具的行程，以適應成型不同制品或模具的要求；(3)模板在啟閉的過程中，有一個比較理想的變速過程，即運動速度應是慢—快—慢的變化過程。這樣，既可以使制品平穩(wěn)頂出，模具安全運行，又能提高機器的循環(huán)次數(shù)。此外，合模裝置還應備有一些必要的其它裝置（如頂出制品裝置、抽芯裝置和安全保護裝置等） 。合模裝置是由模板、拉桿、合模機構(gòu)等組成的一個力的封閉系統(tǒng)，合模裝置在工作過程中，其大部分零件均在較大的變載作用下工作。因此，這些受力零件必須具有足夠的強度和剛度，以保證合模裝置可靠地工作。合模裝置的設計，就是根據(jù)合模裝置的受力情況，在滿足強度或剛度的條件下，進行結(jié)構(gòu)設計。4.1 拉桿的設計拉桿又稱導柱，是連接前后模板承受合模力和保證動模板平行移動的重要零件，是動模板的導向基準。它承受著合模力的拉伸作用和運動部件的重力作用。因此，拉桿必須具有足夠的強度和剛度，導向表面應有足夠的精度、硬度和低的表面粗糙度。在拉桿的結(jié)構(gòu)設計中，應考慮到提高其耐疲勞能力，故在拉桿截面變化處應有圓弧過渡并設置必要的卸荷槽，以減少應力集中和提高其耐疲勞能力。4.1.1 拉桿的直徑在一般情況下，合模裝置承受偏心載荷的作用比較小。加上構(gòu)件的剛性較大，偏載所形成的影響就更小了。對于立式注塑機，拉桿主要受到合模力對拉桿的拉伸應力。所以，將拉桿可簡化為受純拉伸的桿件，其強度條件以下公式來確定。 ??????Z0.785DP2pcm式中 ： —合模力（N） ；cm—拉桿直徑（cm） ；p天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）12—拉桿根數(shù)；Z—拉桿材料的許用拉伸應力，取為 =8500N/cm3。??????合模力給出 ，拉桿根數(shù) Z=4，所以按純拉伸計算，初選拉桿直徑KN50Pcm???。cm3.48507.1Z78.D3p ???考慮到模板的安裝固定，取拉桿直徑 。Dp4.1.2 拉桿的固定拉桿與上模板的固定采用軸肩支撐雙螺母鎖緊的方式。拉桿與合模油缸支撐板的固定采用直接與該板螺紋聯(lián)結(jié)，并用薄螺母鎖緊。4.1.3 拉桿的材料拉桿的材料采用 45 鋼。4.1.4 拉桿的技術(shù)要求拉桿調(diào)質(zhì)處理，表面鍍鉻，表面硬度不低于 HRC45，表面粗糙度不大于 0.8μm，直度允差不大于 0.05/1000。拉桿的導向面與模板拉桿孔的配合應保證必要的導向精度，一般可選為 H7/f7～H8/f7。4.2 模板的設計模板主要用于安裝成型模具、拉桿、合模機構(gòu)、頂出機構(gòu)等，并和拉桿構(gòu)成一個力的封閉系統(tǒng)，在合模時將成型模具鎖緊。模板結(jié)構(gòu)和加工精度及其剛度都將直接影響到機器的使用性能。4.2.1 模板模具安裝螺孔的排列及尺寸由于國內(nèi)有關(guān)立式注塑機的研究欠缺，至今沒有規(guī)定立式注塑機的相關(guān)標準，故可根據(jù)臥式注塑機的標準規(guī)定對模板進行設計。根據(jù) JB/T7267-94 附錄 A，當拉桿有效間距為 280～314 時，模板上模具安裝孔的排列及尺寸如圖 4-1 所示：天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）13圖 4-1 模具安裝孔的排列及尺寸安裝螺紋的尺寸（直徑×深度）為 M12×30。4.2.2 上模板的基本尺寸根據(jù)《塑料機械設計》 ，模板的面積（H×V）大約是拉桿間有效面積（ ）0VH?的 2.5 倍。設計時取 。???????3945206.1305.V62.1H5.V00 ???????具體尺寸如圖 4-2 所示： 天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）14M12上30140228035 14028639140353646 5+.63 圖 4-2 上模板的尺寸上模板的定位孔直徑根據(jù) JB/T7267-94 表 3，拉桿有效間距為 280～449 時，模具的定位孔直徑為 mm。 063. 125?4.2.3 下模板的基本尺寸下模板的尺寸除應能保證拉桿的有效間距及承受模具外，還要考慮合模液壓缸的安裝尺寸及其連接，具體尺寸見圖 4-3 所示：天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）15M12上304140351402 28035863654 98圖 4-3 下模板的尺寸由于下模板上要設置頂出裝置，故下模板頂出孔直徑的大小根據(jù)頂出液壓缸的活塞桿的直徑的大小來確定，初步取頂出孔的直徑與活塞桿的直徑相同，活塞桿直徑的設計見后。4.2.4 上下模板間的最大距離設計任務書中給出模具最大厚度 為 280mm，模具最小厚度 為 100mm，上maxHminH模板的行程 一般不小于模具的最大厚度，故取 =280mm。mSmS對于液壓式注塑機，模板間的最大距離 = + =280+100=380mm。axin4.2.5 模板的厚度模板的厚度可根據(jù)剪切強度進行校核計算。初步取模板的厚度 h=60mm。??????hcFS式中：τ—剪切應力；天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）16—合模力；F—模板的厚度；h—模具安裝最小截面的周長；c—缸蓋材料的許用應力。???，50KNF?根據(jù)模板上螺紋孔的排列，估算模具安裝截面的周長，m72491402c????，??MPa8?∴ ，MPa1205.65hcFS33 ????故所取模板厚度滿足要求。4.2.6 模板的材料模板的材料為 35 或 45 鋼的鑄鍛件。設計取為 45 鋼。4.2.7 模板的技術(shù)要求模板是拉桿的定位基準，為了使上模板運動自如和模具閉合時四周均勻貼合，模板的拉桿孔應平行，并和中心對稱。模板做固定模具用的工作面應保持平行，在100mm 內(nèi)不平行度允差不超過 0.03mm。工作面的平面度的極限偏差≤0.05mm，拉桿孔中心對工作面的垂直度允差為 0.03：100mm。4.3 頂出裝置的設計為了取出模內(nèi)制品，在各類的合模裝置上均需設置頂出裝置。頂出裝置設計得是否完善，將對制品質(zhì)量和產(chǎn)量都有較大的影響。對頂出裝置的要求主要有如下幾點：(1)頂出位置可選、行程可調(diào)、頂出次數(shù)可隨意，直到頂出制品落下為止；(2)力量足夠，速度合適；(3)操作方便。目前注塑機上主要使用的頂出形式有 ：機械頂出、液壓頂出、氣壓吹出數(shù)種。機械頂出結(jié)構(gòu)簡單，但這種裝置必須在快速開模轉(zhuǎn)為慢速時才能進行頂出，從而影響到機器的循環(huán)周期。而且頂出時，模具上的頂板（頂桿）復位，需要在閉模后當模具的頂板（頂桿）脫離機器的頂桿后才能實現(xiàn)。這對加工需復位后才能安放嵌件的模具就很不方便，因而不予采用。液壓頂出由于頂出力量、速度、位置、行程以及次數(shù)都能得到方便的調(diào)節(jié)，可自行復位，因而使用方便，能適應多種場合，有利于縮短機器的循環(huán)周期，簡化模具結(jié)構(gòu)設計和適應自動化生產(chǎn)的要求，故設計時采用液壓頂出，即用專門設置在下模板上的頂出油缸進行頂出。頂出油缸設置在下模板中心，為單桿中心頂出。天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）17第五章 液壓裝置的設計5.1 液壓馬達5.1.1 液壓馬達的選取立式注塑機上使用液壓馬達是用來驅(qū)動螺桿，因此馬達的選取依賴于螺桿的相關(guān)參數(shù)，主要是螺桿的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速。查《實用機械設計手冊》表 14.7-2，選取YMC-30 型擺線馬達，該類馬達結(jié)構(gòu)簡單緊湊，起動特性好，調(diào)速平穩(wěn)，短期超載能力強。由于采用了能自動補償磨損的平面配油機構(gòu)，故效率高、壽命長，與同排量的其它類別液壓馬達相比，具有體積小、重量輕、輸出扭矩大等優(yōu)點。具體參數(shù)如下：表 5-1 液壓馬達的參數(shù)排量（mL/r）最高壓力（MPa）最大扭矩（）mN?轉(zhuǎn)速（r/min）質(zhì)量（kg）外形尺寸（mm）230 12 300 10～200 6.2 201.5具體尺寸如圖 5-1 所示：圖 5-1 液壓馬達的尺寸5.1.2 馬達的布置及其與螺桿的連接馬達與螺桿呈一線排列，雙注射油缸布置在馬達的兩側(cè)。這種布置要求液壓馬達需同螺桿一起作軸向位移，液壓馬達與螺桿的聯(lián)結(jié)方式為固定式。5.1.3 液壓馬達的固定天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）18由于馬達上有安裝孔和定位端面，因此，可在兩注射油缸間焊接一支板，采用M10 的螺釘連接，馬達定位端面配合采用 H9/f9。5.2 注射油缸的設計5.2.1 活塞桿的設計活塞桿是把活塞組件上還原而來的機械能施功于負載的零件，是液壓傳遞機械力的主要零件。在不同的工作環(huán)境下承受壓縮、拉伸、彎曲、振動、沖擊，甚至扭轉(zhuǎn)等載荷的作用，所以要求它具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，而且還要具有耐磨性和耐腐蝕性。(1) 活塞桿的材料及其技術(shù)要求材料采用 45 鋼,粗加工后要調(diào)質(zhì)處理,硬度 HB=230～285,最后要表面高頻淬火，HRC=45～55?；钊麠U的摩擦密封面一般鍍鉻,并拋光,鍍鉻層厚度 0.03～0.05mm。(2) 活塞桿的直徑根據(jù)強度要求計算活塞桿的直徑 ??????????2131dP0d42/PASF）（π ）（π式中：—注射壓力；P—螺桿的直徑；1d—活塞桿材料的許用應力。???，Ma50?，m21??，P∴ 。m8.152015][d61?????根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.7-2,取活塞桿直徑 。2md?5.2.2 缸體的設計缸筒的技術(shù)要求高，工藝過程復雜，是液壓缸中較難加工的零件，所以在設計中的技術(shù)要求應合理適當。要求過低會影響整個液壓缸的工作性能和使用壽命，要求過高會導致生產(chǎn)成本的提高。(1) 缸體的內(nèi)徑根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.5-9，當速比為 1.46，活塞桿直徑為 22mm 時，缸體內(nèi)徑為 40mm。天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）19(2) 缸體的壁厚初步計算系統(tǒng)的工作壓力由于活塞桿固定，因此，注射時，活塞桿端為進油口，另一端為出油口；螺桿撤退時與之相反。系統(tǒng)簡化工作原理圖如圖 5-2 所示：P12 P2cmA1 1圖 5-2 注射油缸系統(tǒng)工作原理示意圖注射時活塞桿受拉，回退時活塞桿受壓。根據(jù)系統(tǒng)工作平衡條件得 APG2PAcm1????）（?式中：—液壓缸的機械效率；—注射油缸進油腔的壓力；1—注射油缸回油腔的壓力；2P—馬達的重力；mG—注射壓力；c—螺桿的截面積；A—注射油缸進油腔的截面積；1—注射油缸回油腔的截面積。2，%95??根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.5-5,當回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)時，背壓力為 0.5～1.5MPa,設計時取 ，MPa12?，N76.08.96mgG?天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）20，MPa150cm?，）（ 2323m10.4A??????，）（16??，）（ 2323232 108.40??? ????∴ ，MPa7.9A%95GP2mc1??根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.7-64，當系統(tǒng)壓力 P=31.5MPa 時，缸體外徑為54mm，故缸體的壁厚 。m40???缸體壁厚校核根據(jù)《機械設計手冊》第五卷公式 37.7-24,當 時,16Al2.3???cPy?????)][.l（式中:—缸體壁厚；?—缸體的內(nèi)徑；Al?—試驗壓力（MPa） ，當工作壓力 時， ；yPMPa16?P25.1y?—缸體材料的許用應力；][?—強度系數(shù)，對于無縫鋼管， =1；??c—計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度。，m40Al??，MPa5.31，??2?∴ 。????mc5.615.32.103.4)][.ly ????????c??（∴ 滿足要求，故缸體外徑取為 54mm。m7?(3) 缸體的材料及其技術(shù)要求缸體材料為 45 鋼無縫鋼管調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)到 HB241～285，缸體內(nèi)徑采用 H9 配合。5.2.3 活塞的設計天津工業(yè)大學 2012 屆專科生畢業(yè)設計（論文）21(1) 活塞的外徑活塞外徑與缸體內(nèi)徑一致，采用間隙配合。(2) 活塞的寬度 B根據(jù)《液壓與氣壓傳動》第 2 版，活塞寬度 ,D 為缸體內(nèi)徑。??D0.16B～?設計時取 。m406.D.0???(3) 活塞與活塞桿的連接活塞與活塞桿采用一端軸肩固定，一端螺母鎖緊。(4) 活塞的材料活塞的材料采用 45 鋼表面鍍鉻。5.2.4 缸蓋的設計(1) 缸蓋的材料缸蓋的材料選用 45 鋼。(2) 缸蓋的厚度缸蓋的厚度按剪切強度計算。 ?????SF，%95AP1dh?????????dh式中:—剪切應力；—注射油缸進油腔的壓力；1P—注射油缸進油腔的截面積；A—缸體內(nèi)徑；d—缸蓋的厚度；h—缸蓋材料的許用應力。???，MPa5.31?，2304A）（ ???，md∴ 。?? m14.08%951044.%95Ph 63- 2361 ????????）（缸蓋油孔的大小根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.9-14，當公稱壓力為 40MPa天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）22時，取內(nèi)孔徑 d=5mm，管螺紋連接尺寸為 M14×1.5，油孔開在缸蓋的側(cè)面?？紤]油管的連接以及其他安裝尺寸，取缸蓋的厚度 h=25mm。(3) 缸蓋的連接缸蓋的連接采用螺釘與缸體上的法蘭連接。采用法蘭連接具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單；易加工，易裝卸。5.2.5 注射油缸的行程由于螺桿的行程為 70mm，故注射缸的行程 S≥70mm，根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.7-3，取 S=80mm。5.2.6 注射油缸的固定注射油缸通過活塞桿端部的螺紋與安裝于移模油缸缸蓋的螺母連接，并用六角螺母鎖緊。5.2.7 注射油缸的密封注射油缸的密封形式采用橡膠圈密封。橡膠圈密封是一種使用耐油橡膠制成的密封圈，這種密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后能自動補償，密封性能隨著壓力的加大而提高，因此密封可靠，對密封表面的加工要求不高，所以應用極為廣泛。O 形密封圈是橡膠密封圈的一種，設計時采用該類密封圈?；钊c缸體間用兩個 O 形密封圈密封，活塞與活塞桿之間用 O 形密封圈密封，缸蓋與法蘭之間，活塞桿與導套之間也采用 O 形密封圈密封。5.2.8 緩沖裝置的設計為了避免活塞在行程兩端撞沖缸蓋，產(chǎn)生噪聲，影響工件精度以致?lián)p壞機件，常在液壓缸兩端設置緩沖裝置。其作用是利用對油液的節(jié)流原理來實現(xiàn)對運動部件的制動。設計通過使用緩沖套和在端蓋開設梯形孔進行緩沖。5.3 移模油缸的設計由于移模油缸在工作過程中所需壓力較小，因此，在零部件的設計上可選取部分尺寸與注射油缸相同。僅在活塞桿的長度和缸體的長度方面需根據(jù)螺桿與機筒的尺寸來確定。具體尺寸可在繪圖的過程中逐步確定。5.4 合模油缸的設計由于合模油缸在工作的過程中，還要承受上模板以上零部件的重量，故在設計之前，先估算這些零部件的重量。這些零部件主要有注射油缸、移模油缸、上模板、機筒、螺桿、機筒支架、液壓馬達、馬達支架等，重點估算這些零部件的重量。液壓馬達的質(zhì)量在馬達的參數(shù)中已知， kg2.6m?馬 達馬達支架的重量 3910.3710245.910V??????馬 達 支 架 .378m?馬 達 支 架天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）23注射油缸重量的計算單個注射缸各部分零件體積的計算 3692m102.510645V??? ????法 蘭缸 蓋 ??3698.78 ??缸 體 924.活 塞 桿材料均為 45 鋼，45 鋼的密度 ρ=7.85g/cm3故單個注射油缸的質(zhì)量為 ??kg26.91038.2.86.508.7Vm3???????注移模油缸的重量移模缸各部分零件體積的計算 3692m.164????法 蘭缸 蓋 ??36921025.0718 ??????缸 體 3692.3V活 塞 桿 ?kg42.50.m???移機筒的重量的計算 ??36922 m1084.71047 ????????機 筒 kg5.83機 筒機筒架的重量 6.2.5.Vm3??機 筒 支 架螺桿的重量 392m105.4710470??????螺 桿螺桿的材料為 38CrMoAl，其密度 ρ=7.72 g/cm3kg.63?螺 桿上模板的重量 369105103450V??????上 模 板 .828.7m3模 板上模板以上零部件的重量總計如下： kg48.1602.6.87.93.14.542.106.92 mmmM?????? 其 它馬 達模 板機 筒 支 架馬 達 支 架螺 桿機 筒移注故上模板以上部分的重力 。N78.9gG?5.4.1 活塞桿的設計(1) 活塞桿的材料及其技術(shù)要求天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）24材料采用 45 鋼,粗加工后要調(diào)質(zhì)處理,硬度 HB=230～285,最后要表面高頻淬火，HRC=45～55。(2) 活塞桿的直徑根據(jù)拉伸強度要求計算活塞桿的直徑由 得???????2d4FS??d?式中：—合模力；F—活塞桿的直徑；d—活塞桿材料的許用應力。???， ，N250150P3????MPa120????。m54Fd63??根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.7-2,取活塞桿直徑 。m56d?5.4.2 缸體的設計(1) 缸體的內(nèi)徑根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.5-9，當速比為 2，活塞桿直徑為 56mm 時，缸體內(nèi)徑為 80mm。(2) 缸體的壁厚按照拉伸強度要求計算缸體壁厚。 ??????????????230231D14F?6230D????????式中：—缸體的外徑；—合模力；F—缸體材料的許用拉伸應力；???—缸體的內(nèi)徑。0D天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）25，KN250F?,??MPa1?,m8D0∴ ??????。m14.9501801254014 623636230 ???????????????????? ????設計時，盡可能減小注塑機的體積與重量，取 。mD(3) 缸體的材料及其技術(shù)要求缸體材料為 45 鋼無縫鋼管調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)到 HB241～285，缸體內(nèi)徑采用 H9 配合。5.4.3 系統(tǒng)的工作壓力由于活塞桿固定，因此，合模時，活塞桿端為進油口，另一端為出油口；開模時與之相反。系統(tǒng)簡化工作原理圖如圖 5-3 所示：P1 P1A1 A12 2F圖 5-3 合模油缸的系統(tǒng)工作原理示意圖注射時活塞桿受拉，回退時活塞桿受壓。根據(jù)系統(tǒng)工作平衡條件得 FG2AP1????）（?式中:—液壓缸的機械效率；—合模油缸進油腔的壓力；1—合模油缸回油腔的壓力；2P—上模板以上部分的重力；G天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）26—合模力；F—合模油缸進油腔的截面積；1A—合模油缸回油腔的截面積。2，%95??根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.5-5,當回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)時，背壓力為 0.5～1.5MPa,設計時取 ，MPa12?，173NG，）（ 2323m0.5084A??????,232 1057.164???）（）（ ?∴ 。Pa92.5PF21???故系統(tǒng)的壓力較高，在必要的時候，可使用增壓缸以減輕油泵的壓力。5.4.4 活塞的設計(1) 活塞的外徑活塞外徑與缸體內(nèi)徑一致，采用間隙配合。(2) 活塞的寬度 B根據(jù)《液壓與氣壓傳動》第 2 版，活塞寬度 ,D 為缸體內(nèi)徑。??D0.16B～?設計時取 。m4806.D.0???(3) 活塞與活塞桿的連接由于活塞與活塞桿的直徑相差較小，故將活塞與活塞桿做成一體。(4) 活塞的材料活塞的材料采用 45 鋼表面鍍鉻。5.4.5 缸蓋的設計(1) 缸蓋的材料缸蓋的材料選用 45 鋼。(2) 缸蓋的厚度按許用剪切強度計算 ?????SF，%95AP1，dh?天津工業(yè)大學 2012 屆?？粕厴I(yè)設計（論文）27???????%95P1dhA式中:—剪切應力；—注射油缸進油腔的壓力；1P—注射油缸進油腔的截面積；A—缸體內(nèi)徑；d—缸蓋的厚度；h—缸蓋材料的許用應力。???，MPa92.51?，23084A）（ ???，md∴ 。?? m84.1608%951084.5%9Ph3- 2361 ????????）（缸蓋油孔的大小根據(jù)《機械設計手冊》第五卷表 37.9-14，當公稱壓力為 40MPa時，取內(nèi)孔徑 d=12mm，管螺紋連接尺寸為 M22×1.5，油孔開在缸蓋的側(cè)面?？紤]油管的連接以及其他安裝尺寸，取缸蓋的厚度 h=50mm。(3) 缸蓋的連接缸蓋的連接采用螺釘與缸體上的法蘭連接。計算拉桿螺釘?shù)某叽绯醪饺÷葆敒?M24，螺釘個數(shù)為 8 個。螺紋處的拉應力: ??????Zd4KF21式中：—螺紋擰緊系數(shù)，靜載時，取 K=1.25～1.5；—螺紋內(nèi)徑；1d—螺釘數(shù)目；Z—螺紋處所受拉力；F—螺釘材料的許用應力。???，25.1K?，m40d