注塑機液壓系統(tǒng)設(shè)計

。機電課程設(shè)計題目：注塑機液壓系統(tǒng)設(shè)計…學(xué)院：機械工程學(xué)院專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名：完成日期：%課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：注塑機液壓系統(tǒng)設(shè)計姓名系別機械工程專業(yè)機械設(shè)計及其自動化班級學(xué)號指導(dǎo)老師教研室主任一、設(shè)計要求及任務(wù)1．設(shè)計要求>（1）公稱注射量：250cm3；螺桿直徑:d=40mm；螺桿行程：s1=200mm；最大注射壓力p=153MPa；注射速度：vw=0.07m/s；螺桿轉(zhuǎn)速：n=60r/min；螺桿驅(qū)動功率：Pm=5kW；注射座最大推力：Fz＝27(kN)；注射座行程：s2=230(mm)；注射座前進(jìn)速度：vz1=0.06m/s；注射座后退速度：vz2=0.08m/s；最大合模力（鎖模力）Fh=900(kN)；開模力：Fk=49(kN)；動模板（合模缸）最大行程：s3=350(mm)；快速合模速度：vhG=0.1m/s；慢速合模速度：vhG=0.02m/s；快速開模速度：vhG=0.13m/s；慢速開模速度：vhG=0.03m/s；（2）注塑機工作參數(shù)設(shè)計計算；（3）液壓系統(tǒng)原理方案設(shè)計；液壓系統(tǒng)設(shè)計計算及元件選擇；（4）注塑機及液壓系統(tǒng)總圖設(shè)計。2．設(shè)計任務(wù)（1）繪制注塑機合模缸、注塑裝置和液壓系統(tǒng)油箱的裝配圖；（2）繪制液壓系統(tǒng)原理圖；（3）系統(tǒng)零部件的計算與選型；~（4）按照要求編寫設(shè)計說明書和打印圖紙。二、進(jìn)度安排及完成時間1．設(shè)計時間：兩周，2012年6月2．進(jìn)度安排第19周：布置設(shè)計任務(wù)，查閱資料，熟悉設(shè)計要求及任務(wù)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。第20周：整理資料，撰寫設(shè)計說明書，答辯，交設(shè)計作業(yè)。（印稿及電子文檔）。目錄？摘要………………Ⅰ第1章緒論……………4注塑機概述…………………4注塑機的工作循環(huán)過程……………………4注塑機對液壓系統(tǒng)的要求…………………4液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)……………4注塑機液壓系統(tǒng)原理圖………5第2章計算執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)………………7—各液壓缸的載荷力計算………7液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算………8制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖…………10第3章液壓元件的選擇………………13液壓泵的選擇…………………13液壓閥的選擇…………………14液壓馬達(dá)的選擇………………14確定油箱的有效容積…………15，第4章液壓系統(tǒng)性能驗算……………16驗算回路中的壓力損失………17系統(tǒng)總輸出功率………………18冷卻器所需冷卻面積的計算…………………18心得體會………………………19參考文獻(xiàn)………………………20@注塑機液壓系統(tǒng)~摘要：注塑機是一種通用設(shè)備，通過它與不同專用注塑模具配套使用，能夠生產(chǎn)出多種類型的注塑制品。注塑機主要由機架，動靜模板，合模保壓部件，預(yù)塑、注射部件，液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等部件組成；注塑機的動模板和靜模板用來成對安裝不同類型的專用注塑模具。合模保壓部件有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是用液壓缸直接推動動模板工作，另一種是用液壓缸推動機械機構(gòu)通過機械機構(gòu)再驅(qū)動動模板工作（機液聯(lián)合式）。注塑機工作時，按照其注塑工藝要求，要完成對塑料原料的預(yù)塑、合模、注射機筒快速移動、熔融塑料注射、保壓冷卻、開模、頂出成品等一系列動作，因此其工作過程中運動復(fù)雜、動作多變、系統(tǒng)壓力變化大。關(guān)鍵詞：注塑機；通用設(shè)備；專用注塑模具。:><I第1章緒論注塑機概述大型塑料注射機目前都是全液壓控制。其基本工作原理是：粒狀塑料通過料斗進(jìn)入螺旋推進(jìn)器中，螺桿轉(zhuǎn)動，將料向前推進(jìn)，同時，因螺桿外裝有電加熱器，而將料熔化成粘液狀態(tài)，在此之前，合模機構(gòu)已將模具閉合，當(dāng)物料在螺旋推進(jìn)器前端形成一定壓力時，注射機構(gòu)開始將液狀料高壓快速注射到模具型腔之中，經(jīng)一定時間的保壓冷卻后，開模將成型的塑科制品頂出，便完成了一個動作循環(huán)。|注塑機的工作循環(huán)過程合?！⑸洹骸鋮s→開?！敵觥輻U預(yù)塑進(jìn)料其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間較長，直到開模前這段時間都是鎖模階段。注塑機對液壓系統(tǒng)的要求是1)具有足夠的合模力2)模具的開、合模速度可調(diào)3)注射座整體進(jìn)退{(lán)4)注射壓力和注射速度可調(diào)5)保壓及壓力可調(diào)6)制品頂出速度要平穩(wěn)頂出速度平穩(wěn)，以保證成品制品不受損壞。液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)表液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)公稱注射量：250cm3螺桿直徑:d=40mm螺桿行程：s1=200mm；最大注射壓力p=153MPa注射速度：vw=0.07m/s螺桿轉(zhuǎn)速：n=60r/min螺桿驅(qū)動功率：Pm=5kW注射座最大推力：Fz＝27(kN)注射座行程：s2=230(mm)注射座前進(jìn)速度：vz1=0.06m/s注射座后退速度：vz2=0.08m/s>最大合模力（鎖模力）Fh=900(kN)開模力：Fk=49(kN)動模板最大行程：s3=350(mm)快速合模速度：vhG=0.1m/s慢速合模速度：vhG=0.02m/s快速開模速度：vhG=0.13m/s慢速開模速度：vhG=0.03m/s1111YA21推料缸6注塑機液壓系統(tǒng)原理圖A-大流量液壓泵E-小流量液壓泵1、2-電液換向閥3-電磁換向閥4、5-電液換向閥6、21-電磁換向閥7、8、9-溢流閥10、11、12-單向閥13-液控單向閥14-節(jié)流閥15、16-調(diào)速閥17、18-單向順序閥19-行程閥20-液壓馬達(dá)AB10YA9YA8YA7YA6YA5YA4YA3YA2YA1YA齒輪料斗料筒噴嘴注射座移動缸合模缸增力缸201918171615141312111098754321表注塑機液壓系統(tǒng)原理圖電磁鐵動作表動作程序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA11YA合模啟動慢移＋－－－－－－－－＋－快速合模＋－－－＋－－－－＋－增壓鎖模＋－－－－－＋－－＋－注射座整體快移－－－－－－＋－＋＋－注射－－－＋＋－＋－＋＋－注射保壓－－－＋－－＋－＋＋－減壓排氣－＋－－－－－－＋＋－再增壓＋－－－－－＋－＋＋－預(yù)塑進(jìn)料－－－－－＋＋－＋＋－注射座后移－－－－－－－＋－＋－開模慢速開模＋－－－－－－－－＋－快速開模＋－－－＋－－－－＋－推料頂出缸伸出－－－－－－－－－＋＋頂出缸縮回－－－－－－－－－＋－系統(tǒng)卸荷－－－－－－－－－－－注：“＋”表示電磁鐵通電；“－”表示電磁鐵斷電。第2章負(fù)載分析各液壓缸的載荷力計算合模缸的載荷力合模缸在模具閉合過程中是輕載，其外載荷主要是動模及其連動部件的起動慣性力和導(dǎo)軌的摩擦力。鎖模時，動模停止運動，其外載荷就是給定的鎖模力。開模時，液壓缸除要克服給定的開模力外，還克服運動部件的摩擦阻力。注射座移動缸的載荷力座移缸在推進(jìn)和退回注射座的過程中，同樣要克服摩擦阻力和慣性力，只有當(dāng)噴嘴接觸模具時，才須滿足注射座最大推力。注射缸注射階段負(fù)載注射缸的載荷力在整個注射過程中是變化的，計算時，只須求出最大載荷力。式中，d——螺桿直徑，由給定參數(shù)知：d＝0.04m；p——噴嘴處最大注射壓力，已知p＝153MPa。由此求得Fw＝192kN。各液壓缸的外載荷力計算結(jié)果列于表l。取液壓缸的機械效率為η=，求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表1中。F=Fw/η=213.表2-1各液壓缸的載荷力液壓缸名稱工況液壓缸外載荷/kN活塞上的載荷力合模缸合模90100鎖模9001000開模4955座移缸移動3預(yù)緊2730注射缸注射192213進(jìn)料液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計算取液壓馬達(dá)的機械效率為，則其載荷轉(zhuǎn)矩液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算初選系統(tǒng)工作壓力塑料注射機屬小型液壓機，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設(shè)計手冊，初步確定系統(tǒng)工作壓力為。計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸確定合模缸的活塞及活塞桿直徑合模缸最大載荷時，為鎖模工況，其載荷力為1000kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)。活塞直徑此時p1是由增壓缸提供的增壓后的進(jìn)油壓力，初定增壓比為5，則p1＝5×＝，鎖模工況時，回油流量極小，故p2≈0，求得合模缸的活塞直徑為取Dh＝0.2m。按表2—5取d/D＝，則活塞桿直徑dh＝×0.2m＝0.14m，取dh＝0.15m。為設(shè)計簡單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體(見圖1)，增壓缸的活塞直徑也為0.2m。其活塞桿直徑按增壓比為5，求得，取dz＝0.09m。注射座移動缸的活塞和活塞桿直徑座移動缸最大載荷為其頂緊之時，此時缸的回油流量雖經(jīng)節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為，取Dy＝0.1m由給定的設(shè)計參數(shù)知，注射座往復(fù)速比為／＝，查表2—6得d/D＝，則活塞桿直徑為：dy＝×0.1m＝0.05m確定注射缸的活塞及活塞桿直徑當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時，注射缸的載荷達(dá)到最大值213kN，此時注射缸活塞移動速度也近似等于零，回油量極??；故背壓力可以忽略不計，這樣，取Ds＝0.22m；活塞桿的直徑一般與螺桿外徑相同，取ds＝0.04m。計算液壓馬達(dá)的排量液壓馬達(dá)是單向旋轉(zhuǎn)的，其回油直接回油箱，視其出口壓力為零，機械效率為，這樣計算注射缸在注射階段的流量A1=π/2*[(Dy/2)-(dy/2)]=Q=A1*v=計算液壓執(zhí)行元件實際工作壓力計算注射缸在注射階段的壓力P1=F+P2A2/A1=.P1=2πT/q=Mpa.按最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)排量，計算出各工況時液壓執(zhí)行元件實際工作壓力，見表2。表2液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)排量表2-2液壓執(zhí)行元件實際工作壓力工況執(zhí)行元件名稱載荷背壓力工作壓力計算公式合模行程合模缸100鎖模增壓缸1000—座前進(jìn)座移缸3座頂緊30—注射注射缸213預(yù)塑進(jìn)料液壓馬達(dá)838—計算液壓執(zhí)行元件實際所需流量根據(jù)最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸或液壓馬達(dá)的排量及其運動速度或轉(zhuǎn)速，計算出各液壓執(zhí)行元件實際所需流量，見表3。表3液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸或液壓馬達(dá)的排量及其運動速度或轉(zhuǎn)速工況執(zhí)行元件名稱運動速度結(jié)構(gòu)參數(shù)流量/（）計算公式慢速合模合模缸快速合模3座前進(jìn)座移缸座后退注射注射缸預(yù)塑進(jìn)料液壓馬達(dá)慢速開模合模缸快速開模制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖制定系統(tǒng)方案⑴執(zhí)行機構(gòu)的確定本機動作機構(gòu)除螺桿是單向旋轉(zhuǎn)外，其他機構(gòu)均為直線往復(fù)運動。各直線運動機構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動，螺桿則用液壓馬達(dá)驅(qū)動。從給定的設(shè)計參數(shù)可知，鎖模時所需的力最大，為900kN。為此設(shè)置增壓液壓缸，得到鎖模時的局部高壓來保證鎖模力。⑵合模缸動作回路合模缸要求其實現(xiàn)快速、慢速、鎖模，開模動作。其運動方向由電液換向閥直接控制?？焖龠\動時，需要有較大流量供給。慢速合模只要有小流量供給即可。鎖模時，由增壓缸供油。⑶液壓馬達(dá)動作回路螺桿不要求反轉(zhuǎn)，所以液壓馬達(dá)單向旋轉(zhuǎn)即可，由于其轉(zhuǎn)速要求較高，而對速度平穩(wěn)性無過高要求，故采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。⑷注射缸動作回路注射缸運動速度也較快，平穩(wěn)性要求不高，故也采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。由于預(yù)塑時有背壓要求，在無桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。⑸注射座移動缸動作回路注射座移動缸，采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態(tài)，故采用Y型中位機能的電磁換向閥。⑹安全聯(lián)鎖措施本系統(tǒng)為保證安全生產(chǎn)，設(shè)置了安全門，在安全門下端裝一個行程閥，用來控制合模缸的動作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，安全門沒有關(guān)閉時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進(jìn)控制油，電液換向閥不能換向，合模缸也不能合模。只有操作者離開，將安全門關(guān)閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而保障了人身安全。⑺液壓源的選擇該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中需油量變化較大，另外，閉模和注射后又要求有較長時間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動作時，雙泵同時供油，慢速動作或保壓時由小泵單獨供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。擬定液壓系統(tǒng)圖液壓執(zhí)行元件以及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起。去掉重復(fù)多余的元件，把控制液壓馬達(dá)的換向閥與泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用?？紤]注射缸同合模缸之間有順序動作的要求，兩回路接合部串聯(lián)單向順序閥。再加上其他一些輔助元件便構(gòu)成了250克塑料注射機完整的液壓系統(tǒng)圖，其動作循環(huán)表，見表4。表4動作循環(huán)表電磁鐵動作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA快速合模慢速合模增壓鎖模注射座前進(jìn)注射注射保壓減壓（放氣）再增壓預(yù)塑進(jìn)料注射座后退慢速開?？焖匍_模系統(tǒng)卸荷第3章液壓元件的選擇液壓泵的選擇液壓泵工作壓力的確定pP≥pl＋∑Δppl是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)，最高壓力是增壓缸鎖模時的入口壓力，pl＝；∑Δp是泵到執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到增壓缸之間串接有一個單向閥和一個換向閥，取∑Δp＝。液壓泵工作壓力為pP＝＋MPa＝液壓泵流量的確定qP≥K(∑qmax)由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在快速合模工況，∑qmax＝3L/s。取泄漏系數(shù)K為，求得液壓泵流量qP＝3.6L/s(216L/min)選用YYB-BCl71/48B型雙聯(lián)葉片泵，當(dāng)壓力為7MPa時，大泵流量為157.3L/min，小泵流量為44.1L/min。電動機功率的確定注射機在整個動作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動機功率。從工況圖看出，快速注射工況系統(tǒng)的壓力和流量均較大。此時，大小泵同時參加工作，小泵排油除保證鎖模壓力外，還通過順序閥將壓力油供給注射缸，大小泵出油匯合推動注射缸前進(jìn)。前面的計算已知，小泵供油壓力為pP1＝，考慮大泵到注射缸之間的管路損失，大泵供油壓力應(yīng)為pP2＝＋MPa＝，取泵的總效率ηP＝，泵的總驅(qū)動功率為＝kW考慮到注射時間較短，不過3s，而電動機一般允許短時間超載25%，這樣電動機功率還可降低一些。P＝×100/125＝kW驗算其他工況時，液壓泵的驅(qū)動功率均小于或近于此值。查產(chǎn)品樣本，選用22kW的電動機。液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統(tǒng)工作壓力在7MPa左右，所以液壓閥都選用中、高壓閥。所選閥的規(guī)格型號見表5。表2-5250克塑料注射機液壓閥名細(xì)表序號名稱實際流量選用規(guī)格1三位四通電液換向閥34DYM-B32H-T2三位四通電液換向閥34DYY-B32H-T3三位四通電液換向閥34DY-B10H-T4三位四通電液換向閥34DYO-B32H-T5二位四通電液換向閥24DYO-B32H-T6二位四通電液換向閥24DO-H10H-T7溢流閥YF-B20C8溢流閥YF-B20C9溢流閥YF-B20C10單向閥DF-B20K11液控單向閥AY-H32B12單向閥DF-B10K13單向閥DF-B32K14節(jié)流閥LF-B10C15調(diào)速閥QF-B10C16調(diào)速閥QF-B20C17單向順序閥XDIF-B20F18單向順序閥XDIF-B32F19行程滑閥24C-10B液壓馬達(dá)的選擇在節(jié)已求得液壓馬達(dá)的排量為0.8L／r，正常工作時，輸出轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)工作壓力為7MPa。選雙斜盤軸向柱塞式液壓馬達(dá)。其理論排量為0.873L/r，額定壓力為20MPa，額定轉(zhuǎn)速為8～l00r/min，最高轉(zhuǎn)矩為3057N·m，機械效率大于。確定油箱的有效容積按下式來初步確定油箱的有效容積V＝aqV已知所選泵的總流量為201.4L/min，這樣，液壓泵每分鐘排出壓力油的體積為0.2m3。參照表4—3取a＝5，算得有效容積為V＝5×0.2m3＝1m3表2-6主要管路內(nèi)徑管路名稱通過流量允許流速管路內(nèi)徑實際取值大泵吸油管小泵吸油管1大泵排油管小泵排油管雙泵并聯(lián)后管路注射缸進(jìn)油管路第4章液壓系統(tǒng)性能驗算驗算回路中的壓力損失本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個液壓執(zhí)行元件動作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的要算注射缸動作回路，故主要驗算由泵到注射缸這段管路的損失。沿程壓力損失沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長5m，管內(nèi)徑0.032m，快速時通過流量2.7L/s；選用20號機械系統(tǒng)損耗油，正常運轉(zhuǎn)后油的運動粘度ν＝27mm2/s，油的密度ρ＝918kg/m3。油在管路中的實際流速為油在管路中呈紊流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：求得沿程壓力損失為：局部壓力損失局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失Δp2，以及通過控制閥的局部壓力損失Δp3。其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計算通過控制閥的局部壓力損失。參看圖2，從小泵出口到注射缸進(jìn)油口，要經(jīng)過順序閥17，電液換向閥2及單向順序閥18。單向順序伺17的額定流量為50L/min，額定壓力損失為。電液換向閥2的額定流量為190L/min，額定壓力損失MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為從大泵出油口到注射缸進(jìn)油口要經(jīng)過單向閥13，電液換向閥2和單向順序閥18。單向閥13的額定流量為250L/min，額定壓力損失為MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為：由以上計算結(jié)果可求得快速注射時，小泵到注射缸之間總的壓力損失為∑p1＝＋MPa＝大泵到注射缸之間總的壓力損失為∑p2＝＋MPa＝由計算結(jié)果看，大小泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是適合的。另外要說明的一點是：在整個注射過程中，注射壓力是不斷變化的，注射缸的進(jìn)口壓力也隨之由小到大變化，當(dāng)注射壓力達(dá)到最大時，注射缸活塞的運動速度也將近似等于零，此時管路的壓力損失隨流量的減小而減少。泵的實際出口壓力要比以上計算值小一些。綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為，也就是溢流閥7的調(diào)定壓力。系統(tǒng)總輸出功率求系統(tǒng)的輸出有效功率：由前面給定參數(shù)及計算結(jié)果可知：合模缸的外載荷為90kN，行程0.35m；注射缸的外載荷為192kN，行程0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率5kW，工作時間15s；開模時外載荷近同合模，行程也相同。注射機輸出有效功率主要是以上這些?？偟陌l(fā)熱功率為：