立式注塑機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文.doc

第1章 注射成型機(jī)的概述和發(fā)展趨勢1.1概述注射成型機(jī)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(shè)備，是集機(jī)械、電氣、液壓于一體的塑料成型設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，塑料制件被越來越廣泛地應(yīng)用到國防工業(yè)、機(jī)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(lǐng)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(jī)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(fù)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(yīng)性強(qiáng)；機(jī)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(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已成為塑料加工業(yè)和塑料機(jī)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(jī)的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢國內(nèi)生產(chǎn)立式注塑機(jī)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(jī)的研發(fā)技術(shù)水平還比較落后，生產(chǎn)的立式機(jī)市場競爭能力較弱。國內(nèi)立式注塑機(jī)基本上通過進(jìn)口來滿足市場的需求，立式注塑機(jī)生產(chǎn)實力較強(qiáng)的企業(yè)主要分布在中國臺灣地區(qū)，如臺灣豐鐵機(jī)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(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，在立式機(jī)的生產(chǎn)領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷。近幾年來, 世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的注塑機(jī)生產(chǎn)廠家都在不斷提高普通注塑機(jī)的功能、質(zhì)量、輔助設(shè)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(jī)、專用注塑機(jī)、反應(yīng)注塑機(jī)和精密注塑機(jī), 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(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。但這主要指普通型注塑機(jī), 在特大型、特殊、專用、精密注塑機(jī)、立式注塑機(jī)等品種方面, 有的尚屬空白, 這是與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的主要差距。當(dāng)今世界，注射成型技術(shù)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮。高度電腦化、自動化、單機(jī)多功能化、輔助設(shè)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(jī)、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(jī)將愈來愈重要。為配合汽車等重工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的大型、超大型注塑機(jī)也將有更大的需求。目前，注塑機(jī)的總體技術(shù)發(fā)展趨勢1、高速、高效、節(jié)能型注塑機(jī)2、精密注塑機(jī)3、大型注塑機(jī)4、全電動注塑機(jī)5、低發(fā)泡注塑機(jī)6、全液壓注塑機(jī)7、多物料復(fù)合注塑機(jī)隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用以及立式注塑機(jī)的不斷投入使用，我國立式注塑機(jī)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(jī)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(dá)國家的差距，促進(jìn)我國立式注塑機(jī)的蓬勃發(fā)展。1.3課題研究意義國內(nèi)外權(quán)威人士認(rèn)為，21世紀(jì)在材料領(lǐng)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(xué)都有廣泛應(yīng)用，這是我國塑機(jī)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(dá)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(jī)械工業(yè)將有極大的發(fā)展?jié)摿?尤其是立式注塑機(jī),其在我國的市場占有率較低，因此研究設(shè)計立式注塑機(jī)可在一定程度上填補國內(nèi)注塑機(jī)行業(yè)的空白,而且立式注塑機(jī)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(yīng)于復(fù)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(yīng)用于國防、機(jī)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(lǐng)域。因此研究立式注塑機(jī)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。第2章 總體設(shè)計方案2.1合模裝置的初步設(shè)計注塑機(jī)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(yīng)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(jī)的穩(wěn)定性及工作性能。故設(shè)計時采用液壓式合模裝置。2.2鎖模方式的初步設(shè)計一般立式注塑機(jī)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(jī)的合模系統(tǒng)有特殊要求；后者可利用模具的重力進(jìn)行合模，在相同的條件下可增加合模力。故設(shè)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(shè)計注塑機(jī)塑化注射裝置基本上有雙階柱塞式、螺桿柱塞式和往復(fù)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(yán)重；料筒清理不方便；結(jié)構(gòu)上不夠緊湊等。而往復(fù)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；注射壓力損失小；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(shè)計時采用往復(fù)螺桿式注射裝置。2.4驅(qū)動裝置的初步設(shè)計注塑機(jī)常用的驅(qū)動方式有油馬達(dá)和電動機(jī)。目前除大型注塑機(jī)考慮使用電動機(jī)驅(qū)動外，其余絕大多數(shù)均使用油馬達(dá)直接驅(qū)動螺桿。采用油馬達(dá)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(fù)荷工作；對螺桿能起安全保護(hù)作用；液壓馬達(dá)體積比同規(guī)格的電動機(jī)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(shè)計時采用液壓馬達(dá)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(jī)的重心，提高注塑機(jī)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(jī)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(jī)器上。四柱式因承載大，定位導(dǎo)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(shè)計時采用四柱式布置。 第3章 注射系統(tǒng)的設(shè)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(yù)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(yù)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(dāng)完全充模后，能在預(yù)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(jī)筒及加熱冷卻元件組成，在螺桿頭部還可設(shè)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(jī)構(gòu)、主軸套和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機(jī)或液壓馬達(dá)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(yù)塑后退動作相聯(lián)系，起塑化和計量作用。3.1螺桿的設(shè)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(jìn)模具型腔的功能。塑化時，機(jī)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(jī)筒前端的熔體注射進(jìn)模腔中。螺桿的結(jié)構(gòu)和工作特性對注射成型機(jī)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螺桿的直徑螺桿直徑。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(jī)的螺桿設(shè)計中已經(jīng)了解到。但是注射螺桿僅作預(yù)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1822之間，長的也很少超過24就能滿足要求。從設(shè)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(jī)筒的制造、縮短機(jī)身長度、減輕機(jī)器的重量以及對機(jī)筒的清理方面都會帶來好處。設(shè)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mm。3.1.4螺桿的螺紋螺距s及螺紋角為了方便螺桿的加工，一般取螺紋螺距mm，螺紋升角=1740。3.1.5螺桿螺棱法向?qū)挾萫一般e=(0.080.12) ，這里取。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(jìn)的現(xiàn)象。對于結(jié)晶型熔解熱大的塑料，高速時如對機(jī)筒溫度不作相應(yīng)調(diào)整，則會因料不能得到充分地預(yù)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(xué)，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ldpehdpepphpvcpsabs（通用型）pmmapcmppo轉(zhuǎn)速80306080287030602030407073設(shè)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(jī)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(jī)調(diào)換螺桿不僅強(qiáng)度大，同時又會影響機(jī)器的生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計一種適應(yīng)性比較強(qiáng)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(jī)器的成本。故設(shè)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(jī)械設(shè)計表2-3-2，通用型螺桿各段的長度分別為：加料段：5060 l 壓縮段：2030 l 均化段: 2030 l,， ,對于通用型螺桿均化段槽深取加料段的槽深壓縮段如圖3-1所示： 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。故設(shè)計時取 3.1.9螺桿與機(jī)筒的間隙螺桿與機(jī)筒的間隙值是設(shè)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/t726794表4，當(dāng)螺桿的直徑為1530mm時，螺桿與機(jī)筒的最大徑向間隙0.12mm。3.1.10螺桿的驅(qū)動功率及扭矩參考塑料機(jī)械設(shè)計，按照經(jīng)驗公式計算。螺桿的驅(qū)動功率計算公式如下：式中: 螺桿的驅(qū)動功率（kw）；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）；n 螺桿的轉(zhuǎn)速（r/min）。其中 故 螺桿扭矩的計算公式如下： 式中:螺桿扭矩（）；d螺桿的直徑（cm）；比例系數(shù)，對于熱塑性塑料； 由樹脂性能而定的指數(shù)，。螺桿的扭矩：。螺桿的扭矩需留2030的余量，以作備用，故。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為調(diào)質(zhì)hb220-270,螺桿工作表面的粗糙度不低于ra3.2m。3.2螺桿頭的設(shè)計最高的壓力發(fā)生在螺桿最前端的螺桿頭位置，因此，從加工的觀點來說，可藉由裝配一個閉鎖組件，避免材料回流到后面的牙部之中；此種情形在射出及保持壓力階段特別地重要。最簡單的設(shè)計，就是在螺桿前端加裝一個比螺桿根徑大的螺桿頭，由于在螺桿頭及料管之間的間隙相當(dāng)?shù)男?，使得壓力升高且避免材料回流；而螺桿的角度在度之間。無論如何，如果要做到完全的防止回流，那么一定要使用止逆閥才可以。這次設(shè)計采用一般適合熱塑性塑料的螺桿頭，實圖如下。增加輸出量的螺牙設(shè)計，在射出階段時，避免材料的堆積以及防止回流。材料選用45號鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)hb220270熱處理。結(jié)構(gòu)圖如圖2-83.3料筒的設(shè)計料筒是注射系統(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料筒的內(nèi)徑db及外徑d0機(jī)筒內(nèi)徑根據(jù)螺桿的直徑取，機(jī)筒采用整體式結(jié)構(gòu)。為了使機(jī)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(jī)筒外徑和內(nèi)徑之比為22.5，設(shè)計時取機(jī)筒外徑。料筒基本結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。 圖2-11料筒基本結(jié)構(gòu) 1-電熱圈；2-螺孔；3-加料口3.3.2料筒的材料料筒材料常用38crmnal。3.3.3料筒的技術(shù)要求料筒內(nèi)面氮化處理深0.5mm,硬度hv9001000，粗糙度應(yīng)在ra1.6m以上。機(jī)筒外表面用砂布打磨干凈。3.4噴嘴噴嘴是機(jī)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(dāng)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(jìn)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(jìn)入模腔，補充制品冷卻收縮所需的熔體。因此，噴嘴設(shè)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(yuǎn)近。3.4.1噴嘴的結(jié)構(gòu)形式注射時，塑料熔體在螺桿的推動下，以極高的剪切速度流經(jīng)射嘴而進(jìn)入模腔。在這種高速剪切作用下，熔體溫度快速升高。特別是對于粘度較高的pvc、pp-r、pmma、pc、高抗沖擊abs等，過小的噴嘴孔直徑會造成塑料的高溫分解。而對于充模困難的薄壁精密制品，則宜用射程較遠(yuǎn)的噴嘴，對于厚壁制品則需要補塑作用好的噴嘴。另外，對于某些熔體粘度很低的塑料(如pa等)，需要使用具有防流涎功能的自鎖噴嘴。在許多機(jī)器上，除了針對一般粘度的通用型噴嘴，還有自鎖噴嘴、pvc噴嘴、pmma噴嘴等特殊噴嘴可供選用，如果需要，也可以選用射程較遠(yuǎn)的針對薄壁制品的專用噴嘴。這次選用的是適合用于熱塑性塑料的噴嘴。如下圖2-103.4.2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(jī)械設(shè)計表2-3-16，當(dāng)機(jī)器的注射量為30200g時，hpvc要求的噴嘴口徑為34mm。設(shè)計時取噴嘴的口徑為5mm。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(dāng)拉桿有效間距為280449時，注射噴嘴球半徑為13mm。第4章 合模系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)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(jī)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(yīng)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(yīng)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(jī)器的循環(huán)次數(shù)。此外，合模裝置還應(yīng)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(hù)裝置等）。合模裝置是由模板、拉桿、合模機(jī)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(qiáng)度和剛度，以保證合模裝置可靠地工作。合模裝置的設(shè)計，就是根據(jù)合模裝置的受力情況，在滿足強(qiáng)度或剛度的條件下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.1導(dǎo)柱的設(shè)計導(dǎo)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(dǎo)向基準(zhǔn)。它承受著合模力的拉伸作用和運動部件的重力作用。因此，導(dǎo)柱必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、硬度和低的表面粗糙度。在導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮到提高其耐疲勞能力，故在導(dǎo)柱截面變化處應(yīng)有圓弧過渡并設(shè)置必要的卸荷槽，以減少應(yīng)力集中和提高其耐疲勞能力。4.1.1導(dǎo)柱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(jī)，導(dǎo)柱主要受到合模力對拉桿的拉伸應(yīng)力。所以，將導(dǎo)柱可簡化為受純拉伸的桿件，其強(qiáng)度條件以下公式來確定。式中 ： 合模力（n）；導(dǎo)柱直徑（cm）；導(dǎo)柱根數(shù)；拉桿材料的許用拉伸應(yīng)力，取為=8500n/cm。合模力給出，拉桿根數(shù)z=4，所以按純拉伸計算，初選拉桿直徑考慮到模板的安裝固定，取拉桿直徑。4.1.2導(dǎo)柱的固定導(dǎo)柱與上模板的固定采用軸肩支撐雙螺母鎖緊的方式。導(dǎo)柱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導(dǎo)柱的材料導(dǎo)柱的材料采用45鋼。4.1.4導(dǎo)柱的技術(shù)要求導(dǎo)柱調(diào)質(zhì)處理，硬度為220-250hbs，表面粗糙度不大于0.8m，直度允差不大于0.05/1000。導(dǎo)柱的導(dǎo)向面與模板導(dǎo)柱孔的配合應(yīng)保證必要的導(dǎo)向精度，一般可選為h7/f7h8/f7。4.2模板的設(shè)計模板主要用于安裝成型模具、導(dǎo)柱、合模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)等，并和導(dǎo)柱構(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(jī)器的使用性能。4.2.1模板模具安裝螺孔的排列及尺寸4.2.2上模板的基本尺寸根據(jù)塑料機(jī)械設(shè)計，模板的面積（hv）大約是拉桿間有效面積（）的2.5倍。設(shè)計時取 。具體尺寸如圖4-2所示： 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280449時，模具的定位孔直徑為mm。 4.2.3下模板的基本尺寸下模板的尺寸除應(yīng)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：圖4-3 下模板的尺寸由于下模板上要設(shè)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(shè)計見后。4.2.4上下模板間的最大距離設(shè)計任務(wù)書中給出模具最大厚度為280mm，模具最小厚度為100mm，上模板的行程一般不小于模具的最大厚度，故取=280mm。對于液壓式注塑機(jī)，模板間的最大距離=+=280+100=380mm。4.2.5模板的厚度模板的厚度可根據(jù)剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核計算。初步取模板的厚度h=60mm。式中：剪切應(yīng)力；合模力；模板的厚度；模具安裝最小截面的周長；缸蓋材料的許用應(yīng)力。，根據(jù)模板上螺紋孔的排列，估算模具安裝截面的周長，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(shè)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(zhǔn)，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(yīng)平行，并和中心對稱。模板做固定模具用的工作面應(yīng)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(shè)計為了取出模內(nèi)制品，在各類的合模裝置上均需設(shè)置頂出裝置。頂出裝置設(shè)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(jī)上主要使用的頂出形式有 ：機(jī)械頂出、液壓頂出、氣壓吹出數(shù)種。機(jī)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(jìn)行頂出，從而影響到機(jī)器的循環(huán)周期。而且頂出時，模具上的頂板（頂桿）復(fù)位，需要在閉模后當(dāng)模具的頂板（頂桿）脫離機(jī)器的頂桿后才能實現(xiàn)。這對加工需復(fù)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(fù)位，因而使用方便，能適應(yīng)多種場合，有利于縮短機(jī)器的循環(huán)周期，簡化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和適應(yīng)自動化生產(chǎn)的要求，故設(shè)計時采用液壓頂出，即用專門設(shè)置在下模板上的頂出油缸進(jìn)行頂出。頂出油缸設(shè)置在下模板中心，為單桿中心頂出。第5章 液壓裝置的設(shè)計5.1 液壓馬達(dá)設(shè)計5.1.1 選擇液壓馬達(dá)密度：一般塑料密度范圍為0.921.09克/厘米3理論注射質(zhì)量為60g，那么理論注射容量為60g（0.921.09）g/cm3=(55.265.4) cm3所以理論注射容量定為66 cm3。螺桿轉(zhuǎn)速 =294r/min （高熔體速度，v=0.41.5m/s）選用bmd-e160作為這次設(shè)計的注塑機(jī)的螺桿驅(qū)動裝置。bmd系列擺線液壓馬達(dá)是一種內(nèi)嚙合擺線齒輪式小型、低速、大扭矩液壓馬達(dá)。它的結(jié)構(gòu)簡單，外觀新穎，底速穩(wěn)定性好使用壽命長。實物圖如圖2-2bmd-e160液壓馬達(dá)主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示 型號公稱排量ml/r工作壓力mpa輸出扭矩nm轉(zhuǎn)速r/min額定最高額定最高額定最高bmd-e1601601417.52673343003755.1.2馬達(dá)的布置及其與螺桿的連接馬達(dá)與螺桿呈一線排列，雙注射油缸布置在馬達(dá)的兩側(cè)。這種布置要求液壓馬達(dá)需同螺桿一起作軸向位移，液壓馬達(dá)與螺桿的聯(lián)結(jié)方式為固定式。5.1.3液壓馬達(dá)的固定由于馬達(dá)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(dá)定位端面配合采用h9/f9。5.2注射油缸的設(shè)計5.2.1活塞桿的設(shè)計活塞桿是把活塞組件上還原而來的機(jī)械能施功于負(fù)載的零件，是液壓傳遞機(jī)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(qiáng)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=230285,最后要表面高頻淬火，hrc=4555?；钊麠U的摩擦密封面一般鍍鉻,并拋光,鍍鉻層厚度0.030.05mm。(2) 活塞桿的直徑根據(jù)強(qiáng)度要求計算活塞桿的直徑式中：注射壓力；螺桿的直徑； 活塞桿材料的許用應(yīng)力。 。根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.7-2,取活塞桿直徑。5.2.2缸體的設(shè)計缸筒的技術(shù)要求高，工藝過程復(fù)雜，是液壓缸中較難加工的零件，所以在設(shè)計中的技術(shù)要求應(yīng)合理適當(dāng)。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(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高。(1) 缸體的內(nèi)徑根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.5-9，當(dāng)速比為1.46，活塞桿直徑為40mm時，缸體內(nèi)徑為70mm。(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(jìn)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： 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)工作平衡條件得式中：液壓缸的機(jī)械效率；注射油缸進(jìn)油腔的壓力；注射油缸回油腔的壓力；馬達(dá)的重力；注射壓力；螺桿的截面積；注射油缸進(jìn)油腔的截面積；注射油缸回油腔的截面積。，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.5-5,當(dāng)回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)時，背壓力為0.51.5mpa,設(shè)計時取， 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.7-64，當(dāng)系統(tǒng)壓力p=31.5mpa時，缸體外徑為54mm，故缸體的壁厚。缸體壁厚校核根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷公式37.7-24,當(dāng)時,式中:缸體壁厚；缸體的內(nèi)徑；試驗壓力（mpa），當(dāng)工作壓力時，； 缸體材料的許用應(yīng)力；強(qiáng)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。， 。 滿足要求，故缸體外徑取為90mm。(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hb241285，缸體內(nèi)徑采用h9配合。5.2.3活塞的設(shè)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。設(shè)計時取。(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(shè)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(qiáng)度計算。，式中:剪切應(yīng)力；注射油缸進(jìn)油腔的壓力；注射油缸進(jìn)油腔的截面積；缸體內(nèi)徑；缸蓋的厚度；缸蓋材料的許用應(yīng)力。， 。缸蓋油孔的大小根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.9-14，當(dāng)公稱壓力為40mpa時，取內(nèi)孔徑d=10mm，管螺紋連接尺寸為m121.5，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=20mm。(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s70mm，根據(jù)機(jī)械設(shè)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(yīng)用極為廣泛。o形密封圈是橡膠密封圈的一種，設(shè)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(dǎo)套之間也采用o形密封圈密封。5.2.8緩沖裝置的設(shè)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(jī)件，常在液壓缸兩端設(shè)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(shè)計通過使用緩沖套和在端蓋開設(shè)梯形孔進(jìn)行緩沖。5.3移模油缸的設(shè)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(shè)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(jī)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(shè)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(shè)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(jī)筒、螺桿、機(jī)筒支架、液壓馬達(dá)、馬達(dá)支架等，重點估算這些零部件的重量。液壓馬達(dá)的質(zhì)量在馬達(dá)的參數(shù)中已知，馬達(dá)支架的重量注射油缸重量的計算單個注射缸各部分零件體積的計算材料均為45鋼，45鋼的密度=7.85g/cm3故單個注射油缸的質(zhì)量為移模油缸的重量移模缸各部分零件體積的計算機(jī)筒的重量的計算機(jī)筒架的重量螺桿的重量螺桿的材料為38crmoal，其密度=7.72 g/cm3上模板的重量上模板以上零部件的重量總計如下：故上模板以上部分的重力5.4.1活塞桿的設(shè)計(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=230285,最后要表面高頻淬火，hrc=4555。(2) 活塞桿的直徑根據(jù)拉伸強(qiáng)度要求計算活塞桿的直徑由 得式中：合模力；活塞桿的直徑；活塞桿材料的許用應(yīng)力。，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.7-2,取活塞桿直徑。5.4.2缸體的設(shè)計(1) 缸體的內(nèi)徑根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.5-9，當(dāng)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(qiáng)度要求計算缸體壁厚。式中：缸體的外徑；合模力；缸體材料的許用拉伸應(yīng)力；缸體的內(nèi)徑。，, 設(shè)計時，盡可能減小注塑機(jī)的體積與重量，取。(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hb241285，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(jìn)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： 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)工作平衡條件得式中:液壓缸的機(jī)械效率；合模油缸進(jìn)油腔的壓力；合模油缸回油腔的壓力；上模板以上部分的重力；合模力；合模油缸進(jìn)油腔的截面積；合模油缸回油腔的截面積。，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.5-5,當(dāng)回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)時，背壓力為0.51.5mpa,設(shè)計時取，, 。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(shè)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。設(shè)計時取。(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(shè)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(qiáng)度計算，式中:剪切應(yīng)力；注射油缸進(jìn)油腔的壓力；注射油缸進(jìn)油腔的截面積；缸體內(nèi)徑；缸蓋的厚度；缸蓋材料的許用應(yīng)力。， 。缸蓋油孔的大小根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.9-14，當(dāng)公稱壓力為40mpa時，取內(nèi)孔徑d=12mm，管螺紋連接尺寸為m221.5，油孔開在缸蓋的側(cè)面。考慮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。計算導(dǎo)柱螺釘?shù)某叽绯醪饺÷葆敒閙12，螺釘個數(shù)為8個。螺紋處的拉應(yīng)力:式中：螺紋擰緊系數(shù)，靜載時，取k=1.251.5；螺紋內(nèi)徑；螺釘數(shù)目；螺紋處所受拉力；螺釘材料的許用應(yīng)力。，螺釘材料為45鋼，故，故m12滿足要求。5.4.6合模油缸的行程由于模板的行程為280mm，故合模缸的行程s280mm，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷表37.7-3，取s=300mm。5.4.7合模油缸的固定合模缸一端通過活塞桿端部的螺紋與安裝于下模板上的螺母連接，并用六角螺母鎖緊；另一端通過底部缸蓋用螺釘與合模缸支撐板連接。5.4.8合模油缸的密封活塞與缸體間用兩個o形密封圈密封，缸蓋與法蘭之間，活塞桿與缸蓋之間也采用o形密封圈密封。5.4.9緩沖裝置的設(shè)計合模油缸緩沖裝置的設(shè)計考慮到缸體內(nèi)部尺寸，僅在端蓋上開梯形孔進(jìn)行緩沖。結(jié)束語 注塑機(jī)是塑料成型機(jī)中最常的成型機(jī)，而塑料成型機(jī)械制造業(yè)是一個新興工業(yè)，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料成型機(jī)械的制造已成為現(xiàn)代工業(yè)中的一個重要行業(yè)，雖然現(xiàn)在還很年輕，但發(fā)展前景十分廣闊。只有掌握注塑機(jī)的基本內(nèi)容，才能夠把發(fā)展我國的注塑機(jī)，提高注塑機(jī)的水平，縮短與一些發(fā)達(dá)國家的注塑機(jī)的差距變?yōu)楝F(xiàn)實。這次的設(shè)計主要對注塑機(jī)的注塑裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，掌握了注塑機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成，由于時間的關(guān)系，對注塑機(jī)還有很多有待學(xué)習(xí)的部分，由于這次設(shè)計的時間限制，又不具備試驗的條件，就主要對注塑機(jī)的注射裝置的結(jié)構(gòu)原理部分進(jìn)行掌握設(shè)計，對加熱、冷卻等系統(tǒng)未作進(jìn)一步的研究，而各種材料的選取也只采用了類比的選法，未作進(jìn)一步的校驗。參考文獻(xiàn)1 北京化工學(xué)院,華南工學(xué)院合編.塑料機(jī)械設(shè)計.北京:輕工業(yè)出版社,19862 北京化工學(xué)院,天津輕工學(xué)院.塑料成型機(jī)械.北京：中國輕工業(yè)出版社,20023 許福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20044 賈銘新,曹誠明.液壓傳動與控制.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,19935 徐灝,邱宣懷,蔡春源.機(jī)械設(shè)計手冊第5卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,19926 郝興明,王伯平,史保萱.金屬工藝學(xué).北京：海洋出版社，20027 陳昭怡,吳桂英.材料力學(xué).北京：中國建材工業(yè)出版社，20058 廖念釗,莫雨松等.互換性與技術(shù)測量.北京:中國計量出版社，20009 邱宣懷,郭可謙等.機(jī)械設(shè)計.北京：高等教育出版社，199710 張克惠.塑料材料學(xué).西安：西北工業(yè)出版社,200011 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