畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱 小型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班 級 學(xué)生姓名 一、研究意義隨著注塑技術(shù)的發(fā)展，注塑產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對注塑機(jī)注射系統(tǒng)的控制質(zhì)量提出了更高的要求。國內(nèi)注塑機(jī)的發(fā)展速度異常快，但控制水平較低，檔次不高，絕大多數(shù)仍基于繼電器和可編程控制，自動化程度較低，產(chǎn)品競爭能力不強(qiáng)【1】 。近年來，隨著注塑機(jī)在行業(yè)中的比重不斷加大，其出口量已超過造紙機(jī)，成為我國輕工系統(tǒng)最大宗的出口設(shè)備。但隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，勞動力缺乏，加之對制品的質(zhì)量要求越來越高，注塑機(jī)的節(jié)能高效、自動化程度高的性能己為用戶所追求；同時(shí)，對于大中規(guī)模注塑工廠，甚至量少、品種多的小規(guī)模注塑車間，在保證制品質(zhì)量的前提下，如何利用成熟的自動化設(shè)備，提高產(chǎn)品精度，降低廢品、次品率，節(jié)約原材料和能源，來降低成本，增強(qiáng)市場競爭已引起人們的高度重視，采用先進(jìn)的控制技術(shù)和管理手段已成為必然的趨勢 【2】 。本課題在于通過對已有技術(shù)的吸收、繼承和發(fā)展，設(shè)計(jì)出具有一定市場競爭力的精密注塑機(jī)微機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。二、 所屬領(lǐng)域的研究狀況1. 注塑機(jī)的概述注塑機(jī)又名注射成型機(jī)或注射機(jī)。注塑機(jī)根據(jù)注射成型工藝要求是一個(gè)機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，要由注射部件、合模部件、機(jī)身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加料裝置等組成?，F(xiàn)代注塑機(jī)一般由注射裝置、鎖模裝置、液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)等部分組。它是將熱塑性塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全電式。注塑機(jī)能加熱塑料，對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔 【3】 。注塑機(jī)一般工作原理如圖1：閉模注射座前進(jìn)注射保壓冷卻 預(yù)塑啟模注射座后退頂出制品頂出桿退回閉模圖 1 注塑機(jī)的一般工藝過程2. 我國注塑機(jī)的發(fā)展80 年代以來，CAD／CAE／CAPP／CAM 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在塑機(jī)制造業(yè)的廣泛采用，促進(jìn)了我國注塑機(jī)研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。以寧波海天公司為代表的一批國家級高新技術(shù)企業(yè)都相繼引進(jìn)美國 UGS 公司和 PTC 公司的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析等軟件，實(shí)現(xiàn)了三位立體參數(shù)化建模，機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，對關(guān)鍵零件分析，對高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值、危險(xiǎn)區(qū)域等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計(jì)算，幫助設(shè)計(jì)人員迅速地了解、評估和修改設(shè)計(jì)方案，保證重要零件結(jié)構(gòu)合理性和可靠性達(dá)到完美結(jié)合。目 前 中 國 生 產(chǎn) 注 塑 機(jī) 的 廠 家 較 多 ， 據(jù) 不 完 全 統(tǒng) 計(jì) 已 超 過 60家 。 注 塑 機(jī) 的結(jié) 構(gòu) 形 式 有 立 式 和 臥 式 兩 種 。 按 生 產(chǎn) 出 的 制 品 可 分 為 普 通 型 和 精 密 型 注 塑 機(jī) 。 一次 注 射 量 45-51000g； 鎖 模 力 200-36000kN。普 通 臥 式 注 塑 機(jī) 仍 是 注 塑 機(jī) 發(fā) 展 的 主 導(dǎo) 方 向 ， 其 基 本 結(jié) 構(gòu) 幾 乎 沒 有 大 的 變化 ， 除 了 繼 續(xù) 提 高 其 控 制 及 自 動 化 水 平 、 降 低 能 耗 外 ， 生 產(chǎn) 廠 家 根 據(jù) 市 場 的 變 化正 在 向 組 合 系 列 化 方 向 發(fā) 展 ， 如 同 一 型 號 的 注 塑 機(jī) 配 置 大 、 中 、 小 三 種 注 射 裝 置 ，組 合 成 標(biāo) 準(zhǔn) 型 和 組 合 型 ， 增 加 了 靈 活 性 ， 擴(kuò) 大 了 使 用 范 圍 ， 提 高 了 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。注 塑 機(jī) 是 目 前 中 國 塑 料 機(jī) 械 中 發(fā) 展 速 度 最 快 、 水 平 與 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 家 差 距 較小 的 塑 機(jī) 品 種 之 一 。 但 主 要 指 普 通 型 注 塑 機(jī) ， 在 特 大 型 、 各 種 特 殊 、 專 用 、 精 密注 塑 機(jī) 的 多 數(shù) 品 種 方 面 ， 有 的 產(chǎn) 品 尚 屬 空 白 ， 這 是 與 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 家 的 主 要 差 距 。3.國外注塑機(jī)的發(fā)展從注塑機(jī)問世起，鎖模力在 1000-5000kN，注射量在 50-2000g 的中小型注射機(jī)占絕大多數(shù)。到了 70 年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使大型注射機(jī)得到了迅速發(fā)展。美國最為明顯。在 1980 年美國約有 140 臺 10000kN 以上鎖模力的大型注塑機(jī)投入市場，到 1985 年增至 500 多臺。日本名機(jī)公司已經(jīng)成功地制造了當(dāng)今世界上最大的注塑機(jī)，其鎖模力達(dá)到 120000kN，注射量達(dá)到 92000g。注塑機(jī)的控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和專用計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過程。自 60 年代末美國費(fèi)洛斯公司首先應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，經(jīng)過 80 年代以來的高速發(fā)展，已經(jīng)不是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間、冷卻過程及液壓回路的各種參數(shù)的綜合控制 【4】 。4.注塑機(jī)發(fā)展趨勢近年來由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對注射制品日益增長的需要，推動了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。目前注塑機(jī)發(fā)展的另一個(gè)重要方面，是各種專用注塑機(jī)，如排氣式注塑機(jī)、發(fā)泡注塑機(jī)、多色注塑機(jī)等等。隨著世界各國在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴(yán)格的要求，節(jié)能已完成為注塑機(jī)電液系統(tǒng)的研究重點(diǎn)，針對閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的不足，德、日等國發(fā)展了應(yīng)用變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型的注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)。為進(jìn)一步降低能耗，減少噪音，最新一代的注塑機(jī)是用轉(zhuǎn)速可調(diào)的電動機(jī)驅(qū)動液壓泵為動力源，在保壓、冷卻及空轉(zhuǎn)工況保持很低轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能、降噪的目的。隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，注塑機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣，工業(yè)生產(chǎn)對注塑機(jī)的性能要求也越來越高。高速、節(jié)能、低噪聲和高度自動化等特點(diǎn)代表著注塑機(jī)的發(fā)展方向。注塑機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和完善必將推動注塑成型技術(shù)的進(jìn)步 [5]。5.注塑機(jī)的液壓傳動系統(tǒng)液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 的 作 用 是 實(shí) 現(xiàn) 注 塑 機(jī) 按 工 藝 過 程 所 要 求 的 各 種 動 作 提 供 動 力 ，并 滿 足 注 塑 機(jī) 各 部 分 所 需 壓 力 、 速 度 、 溫 度 等 的 要 求 。 它 主 要 由 各 自 種 液 壓 元 件和 液 壓 輔 助 元 件 所 組 成 ， 其 中 油 泵 和 電 機(jī) 是 注 塑 機(jī) 的 動 力 來 源 。 各 種 閥 控 制 油液 壓 力 和 流 量 ， 從 而 滿 足 注 射 成 型 工 藝 各 項(xiàng) 要 求 。1. 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的組成注塑機(jī)是機(jī)、電、液一體化、集成化和自動化的程度都很高。無論是機(jī)械液壓式還是全液壓式，液壓部分都占有相當(dāng)?shù)谋戎担瑢ψ⑺軝C(jī)的技術(shù)性能、節(jié)能、環(huán)保以及成本占有重要部分。注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)由主回路、執(zhí)行回路及輔助回路系統(tǒng)組成，如圖 2 所示。圖 2 油路系統(tǒng)組成圖1，2，3，4，5，6—分別為合模油缸、滑模油缸、頂出油缸、注射座油缸、注射油缸、液壓馬達(dá)；7，8，9，10，11，12—分別為油缸的控制模塊（CU） 、指令模塊（CM） ；13—系統(tǒng)壓力（P） 、流量（Q）的控制和指令模塊；14—泵；15—電機(jī)（M） ；16—進(jìn)油過濾器；17—油冷卻器； 18—油箱；P—進(jìn)油管路（高壓） ；T—回油管路。 （低壓）油路總管線（P、T、P）的上部分是執(zhí)行回路系統(tǒng)，下部分是主回路系統(tǒng)及輔助回路系統(tǒng)。執(zhí)行回路系統(tǒng)：主要由各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸）和指令及控制裝置（電磁閥）組成。其功能是將進(jìn)入管路 P 的高壓油按程序放到油缸的左腔或右腔中去，推動活塞桿執(zhí)行動作。高壓油進(jìn)入的時(shí)間、順序和位置是通過電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)的，工作指令通過電信號發(fā)給電磁閥的電磁鐵，控制其閥芯動作，將控制油路（P）的高壓油，進(jìn)入換向閥推動閥芯動作，將高壓油接通到油缸中去；而各油缸中的回油經(jīng)回油管路T 及輔助油路系統(tǒng)放回油箱。主回路系統(tǒng)：由動力源和控制模塊組成。動力源系統(tǒng)（電機(jī)、油泵）產(chǎn)生油壓（P）和流量（Q） ，與指令（CU）及控制（CM）模塊（壓力閥、流量閥等）組成回路。從泵來的高壓油，進(jìn)入主管路的時(shí)間、順序、壓力及流量，是通過流量閥，壓力閥是電磁鐵獲得，指令的時(shí)間、順序和強(qiáng)弱，由控制其閥芯的推力和開度來確定的。執(zhí)行回路與主回路之間是通過進(jìn)油管路 P（高壓） ，回油管路 T（低壓）以及控制回路 P（高壓）形成“連接網(wǎng)絡(luò)” 。2.注塑機(jī)對液壓系統(tǒng)的要求是：① 具有足夠的合模力 熔融塑料以 120～200 MPa 的高壓注入模腔，在已經(jīng)閉合的模具上會產(chǎn)生很大的開模力，所以合模液壓缸必須產(chǎn)生足夠的合模力，確保對閉合后的模具的鎖緊，否則注塑時(shí)模具會產(chǎn)生縫隙使塑料制品產(chǎn)生溢邊，出現(xiàn)廢品。② 模具的開、合模速度可調(diào) 當(dāng)動模離靜模距離較遠(yuǎn)時(shí)，即開合模具為空程時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，要求動?？焖龠\(yùn)動；合模時(shí)要求動模慢速運(yùn)動，以免沖擊力太大撞壞模具，并減少合模時(shí)的振動和噪聲。因此，一般開、合模的速度按慢一快一慢運(yùn)動的規(guī)律變化。③ 注射座整體進(jìn)退 要求注射座移動液壓缸應(yīng)有足夠的推力，確保注塑時(shí)注射嘴和模具澆口能緊密接觸，防止注射時(shí)有熔融的塑料從縫隙中溢出。④ 注射壓力和注射速度可調(diào) 注塑機(jī)為了適應(yīng)不同塑料品種、制品形狀及模具澆注系統(tǒng)的工藝要求，注射時(shí)的壓力與速度在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。⑤ 保壓及壓力可調(diào) 當(dāng)熔融塑料依次經(jīng)過機(jī)筒、注射嘴、模具澆口和模具型腔完成注射后，需要對注射在模具中的塑料保壓一段時(shí)間，以保證塑料緊貼模腔而獲得精確的形狀，另外在制品冷卻凝固而收縮過程中，熔化塑料可不斷充入模腔，防止產(chǎn)生充料不足的廢品。保壓的壓力也要求根據(jù)不同情況可以調(diào)整。6.注塑機(jī)液壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)在注塑生產(chǎn)中引入微機(jī)、控制理論及電液比例／伺服技術(shù)，已成為各注塑機(jī)制造廠商追求的目標(biāo)。事實(shí)證明，這也是提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足各行業(yè)對注塑制品日益增長的質(zhì)量要求最為有效的技術(shù)措施和途徑。同時(shí)，其可觀的節(jié)能效果，生產(chǎn)效率的顯著提高和優(yōu)良的控制、操作性能等，使得主機(jī)的技術(shù)附加值得以提高，增強(qiáng)了其市場競爭力。現(xiàn)今注塑機(jī)控制通常指液壓與電氣組合控制，電液比例控制及單元在注塑機(jī)上得到成功應(yīng)用，并越來越趨于廣泛與普及，具有便于調(diào)節(jié)和維護(hù)、縮小安裝體積、簡化控制回路、延長壽命、滿足加工制品特殊要求、實(shí)現(xiàn)成型過程多級速度與壓力控制的特點(diǎn)，以及在節(jié)能、節(jié)省物料、縮短成型周期、提高生產(chǎn)效率、降低廢品率、提高制品質(zhì)量等方面獲得顯著成效，并已成為提高注塑機(jī)檔次、技術(shù)附加值及獲得高質(zhì)量制品的有效途徑 [6]【7】 。三、課題主要內(nèi)容和要求1 課題主要內(nèi)容本課題以小型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，確定設(shè)計(jì)方案，了解注塑機(jī)的組成和工作原理，重點(diǎn)是注塑成型、液力傳動、液壓伺服系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)。確定各種部件型號，繪制二維圖，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，改進(jìn)完善方案設(shè)計(jì)和主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并撰寫設(shè)計(jì)說明書。2 課題要求① 完成調(diào)研分析、小型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，建立注塑機(jī)液壓傳動系統(tǒng)模型，進(jìn)行運(yùn)動仿真等；② 完成 2500 字以上開題報(bào)告；③ 按規(guī)范撰寫設(shè)計(jì)說明書 1 份，包括題目、中英文摘要與關(guān)鍵詞、目錄、正文、致謝、附錄、參考文獻(xiàn)，其中正文 1.0 萬字以上；④ 翻譯外文文獻(xiàn)，漢字達(dá) 3000 以上；⑤ 傳動系統(tǒng)原理圖、結(jié)構(gòu)等技術(shù)文件符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件繪制；⑥ 設(shè)計(jì)文檔資料齊全、規(guī)范。四、研究方法、步驟和措施① 參閱有關(guān)注塑機(jī)的有關(guān)書籍和資料，明確一般注塑機(jī)液壓傳動系統(tǒng)和工作原理； ② 參閱有關(guān)注塑機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)書籍，掌握注塑機(jī)應(yīng)該具備的一些部件和動力參數(shù)；③ 明確對液壓傳動系統(tǒng)的工作要求進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，確定初步設(shè)計(jì)方案；④ 根據(jù)工作部件的運(yùn)動形式，合理地選擇液壓執(zhí)行元件，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和選擇液壓元件；⑤ 進(jìn)行必要的液壓系統(tǒng)驗(yàn)算；⑥ 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；⑦ 繪制液壓系統(tǒng)工作圖，編制技術(shù)文件；⑧ 在老師的指導(dǎo)下，認(rèn)真按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)進(jìn)度任務(wù)。五、參考文獻(xiàn)[1] 王文紅，嚴(yán)鋒，可編程控制器在注塑機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新．2005(7)：64～66．[2] 鐘漢如．注塑機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社．[3] 王興天. 注塑技術(shù)與注塑機(jī)[M]. 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