ZS900注塑機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其設(shè)備就是注塑機(jī)。本文著手設(shè)計(jì)一款注塑量為180g合模力為900KN的注塑機(jī)。
本文首先簡(jiǎn)要介紹了注塑機(jī)行業(yè)的發(fā)展情況和今后的發(fā)展方向，接著通過(guò)查閱資料分析國(guó)內(nèi)外注塑機(jī)特點(diǎn)，最終選定設(shè)計(jì)方案為臥式雙缸液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的往復(fù)螺桿式注塑機(jī)，其合模、移座及頂出均通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)，屬于全液壓式注塑機(jī)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括對(duì)注塑部件的設(shè)計(jì)包括螺桿、料筒、噴嘴、料斗等，合模部件設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等。最后使用CAD軟件繪制注塑機(jī)和注射裝置的裝配圖，并且選出典型零件畫出零件圖。
關(guān)鍵詞： 注塑機(jī)，注射，合模，油缸
Abstract
In the molding process, injection occupies an important place, their equipment is the injection molding machine. This paper set out to design an injection volume of 180g of 900KN clamping force injection molding machine.
This article briefly describes the development and the future direction of the injection molding machine industry, followed by access to data analysis features of the injection molding machine at home and abroad, the final selection of the design is a horizontal cylinder hydraulic motor direct drive reciprocating screw injection molding machine, which mold, ejector seats and were moved by hydraulic cylinders to achieve, are fully hydraulic injection molding machine. Design elements include injection molded parts design includes screw, barrel, nozzle, hopper, mold component design, hydraulic system design, and so on. Final assembly drawing using CAD software and injection molding machine device and select the typical parts draw parts diagram.
Keywords: Injection Molding Machines, Injection, Mold, Cylinder
目 錄
摘 要 1
Abstract 1
第一章 緒論 4
1.1 選題背景 4
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 4
1.3 注塑機(jī)概述 6
1.3.1 注塑機(jī)的工作原理 6
1.3.2 注塑成型機(jī)的基本功能 6
1.3.3 注塑機(jī)的分類 6
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 8
2.2 方案設(shè)計(jì) 8
2.2.1 注射部件方案設(shè)計(jì) 9
2.2.2合模部件方案設(shè)計(jì) 9
第三章 注射部件設(shè)計(jì) 13
3.1 螺桿設(shè)計(jì) 13
3.1.1螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.1.2 材料與熱處理方式 15
3.1.3 螺桿塑化部件的特點(diǎn) 16
3.2 螺桿頭與止逆閥設(shè)計(jì) 16
3.2.1 螺桿頭設(shè)計(jì) 16
3.2.2 螺桿頭的基本要求 17
3.2.3 止逆閥設(shè)計(jì) 17
3.3 噴嘴設(shè)計(jì) 18
3.4 料筒設(shè)計(jì) 19
3.4.1 料筒結(jié)構(gòu) 19
3.4.2 加料口 20
3.5 注塑缸設(shè)計(jì) 20
2.5.1確定注射缸的活塞及活塞桿直徑 20
3.5.2 液壓缸主要尺寸的確定 21
3.5.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.6 移座油缸設(shè)計(jì) 25
第四章 合模部件設(shè)計(jì) 26
4.1 合模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.1.1合模油缸設(shè)計(jì) 26
4.2 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
4.2.1頂出油缸設(shè)計(jì) 27
第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
5.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 28
5.1.1對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 28
5.1.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 28
5.2 制定系統(tǒng)方案 28
2.4.2擬定液壓系統(tǒng)圖 29
5.3液壓元件的選擇 30
5.3.1液壓泵的選擇 31
5.3.2電動(dòng)機(jī)功率的確定 31
5.3.3液壓閥的選擇 31
5.3.4液壓馬達(dá)的選擇 32
5.3.5油管內(nèi)徑計(jì)算 32
5.3.6確定油箱的有效容積 33
5.4液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 33
5.4.1驗(yàn)算回路中的壓力損失 33
5.4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 34
參考文獻(xiàn) 37
結(jié) 論 38
致 謝 39
第一章 緒論
1.1 選題背景
塑料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要工業(yè)部門，又是一個(gè)新興的綜合性很強(qiáng)的工業(yè)體系。它是由塑料制品成型及應(yīng)用，塑料原料設(shè)備，塑料回收，再生與利用及相應(yīng)的樹(shù)脂合成設(shè)備，助劑設(shè)備，塑料準(zhǔn)備設(shè)備，塑料成型設(shè)備，塑料二次加工設(shè)備，塑料輔助設(shè)備，機(jī)頭與模具制造等組成的工業(yè)體系。
塑料加工機(jī)械按其工藝流程可分為塑料準(zhǔn)備加工設(shè)備，塑料成型加工設(shè)備，塑料二次加工設(shè)備，塑料輔助加工設(shè)備，廢舊塑料回收加工設(shè)備。其中，塑料成型加工設(shè)備是塑料加工設(shè)備中的重點(diǎn)，主要有注塑機(jī)及其輔助設(shè)備，擠出機(jī)及其輔助設(shè)備，中空吹塑機(jī) 壓延成型設(shè)備，滾塑成型設(shè)備，泡沫塑料成型設(shè)備。
在成型加工中，注塑占有占有重要位置，其設(shè)備就是注塑機(jī)。注塑成型與擠出成型相比，注塑成型是周期性的生產(chǎn)單個(gè)制件，而擠出機(jī)是連續(xù)成型的。
注塑成型的特點(diǎn)如下：可一次成型外形復(fù)雜，尺寸精確，表面光潔的塑料制件；能成型帶有金屬嵌件的制件，使之有良好的裝配性能和互換性，有利于塑件的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化；注塑成型的模具可快速更換，以便制造適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品；特別適宜工程塑料及特種塑料的成型，獲得有熱書性能、特殊用途的制品；自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”管理。注塑制品廣泛的應(yīng)用在家電、汽車、機(jī)械、電子、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)林、交通運(yùn)輸、宇航、軍工等行業(yè)。
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
中國(guó)塑料工業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的奮斗和面向全球的開(kāi)放，已形成門類較齊全的工業(yè)體系，成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅(qū)的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，作為一種新型材料，其使用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越上述三種材料。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就，實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。作為輕工行業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一的塑料行業(yè)，近幾年增長(zhǎng)速度一直保持在10%以上，在保持較快發(fā)展速度的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也有新的提高。從合成樹(shù)脂、塑料機(jī)械和塑料制品生產(chǎn)來(lái)看，都顯示了中國(guó)塑料工業(yè)強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。
我國(guó)的注塑機(jī)從無(wú)到有、從小到大、從單一品種到多品種，有了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)注塑機(jī)的研究和制造業(yè)呈現(xiàn)出一片前所未有的新氣象，我國(guó)注塑機(jī)的產(chǎn)量現(xiàn)成為世界上生產(chǎn)大國(guó)，為我國(guó)的塑料工業(yè)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)的塑料工業(yè)發(fā)展前景廣闊，相比于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的塑料工業(yè)，我國(guó)的塑料工業(yè)還處于初級(jí)階段，注塑機(jī)加工塑料制品占塑料制品總量的三分之一，所以注塑機(jī)在我國(guó)發(fā)展前景廣闊。回顧2009，世界塑料機(jī)械行業(yè)走過(guò)艱辛的一年：日本塑料機(jī)械銷售業(yè)績(jī)直降50%，法國(guó)塑料機(jī)械市場(chǎng)縮水40%，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)09年臺(tái)灣塑料和橡膠機(jī)械產(chǎn)量下跌超過(guò)30％……。但是據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2009年下半年中國(guó)大陸塑料機(jī)械行業(yè)強(qiáng)勁反彈。據(jù)中國(guó)塑料機(jī)械協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)錢耀恩先生透露，2010年中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)迎來(lái)了百年不遇的發(fā)展機(jī)遇：一是中國(guó)汽車消費(fèi)行業(yè)迅猛發(fā)展，汽車塑料用量猛增；二是中國(guó)政府在刺激經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、拉動(dòng)投資等方面很見(jiàn)成效，從四萬(wàn)億投資計(jì)劃到汽車下鄉(xiāng)、建材下鄉(xiāng)、再到輕工業(yè)產(chǎn)振興規(guī)劃都讓人們對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)與發(fā)展充滿信心。
據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2010年，北美人均塑料消費(fèi)量將達(dá)到145千克;西歐人均塑料達(dá)到22.8千克，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的六分之一。這也意味著我國(guó)塑料產(chǎn)業(yè)還擁有較大的攀升空間和發(fā)展前景，市場(chǎng)需求的增加將帶動(dòng)塑料機(jī)械行業(yè)的快速增長(zhǎng)。特別是特大型、精密、專用注塑機(jī)，低溫、大功率型單螺桿擠出機(jī)，以及相關(guān)工業(yè)制品應(yīng)用的吹塑機(jī)械等產(chǎn)品的發(fā)展前景看好。
塑料機(jī)械產(chǎn)業(yè)明顯的躍升，促使注射產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，而且具有較高技術(shù)含量和高附加值的注射產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用不斷增多，提高了我國(guó)注塑行業(yè)的整體水平。企業(yè)技術(shù)裝備、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)能力、產(chǎn)品應(yīng)用范圍和參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力等方面與以往相比均有了較大提高，沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的注射產(chǎn)品檔次接近港臺(tái)同類產(chǎn)品的水平。沿海經(jīng)濟(jì)法達(dá)地區(qū)，憂郁經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，急需注塑產(chǎn)品的配套服務(wù)，給注塑行業(yè)發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)廣東、浙江、上海、江蘇和山東等省市注塑產(chǎn)品產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量65%，且從過(guò)去勞動(dòng)密集型逐漸轉(zhuǎn)向技術(shù)、資本密集型發(fā)展，生產(chǎn)力布局日趨合理。目前注塑行業(yè)年加工能力350萬(wàn)噸以上，單機(jī)注塑加工容量可從4克～5萬(wàn)克。
塑料制品的廣泛應(yīng)用為塑機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了不竭的動(dòng)力，我國(guó)塑料行業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿橹袊?guó)塑料機(jī)械行業(yè)的迅速成長(zhǎng)開(kāi)拓了廣闊的空間。目前，注塑機(jī)分為肘桿式（機(jī)械式）、全液壓式、全電動(dòng)式、電動(dòng)/液壓復(fù)合式四類，這四類各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，各有各的市場(chǎng)。在我國(guó)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不甚合理，肘桿式在市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位，而全電動(dòng)式注塑機(jī)在國(guó)內(nèi)還是“瘸腿”，目前沒(méi)有一家企業(yè)正式批量生產(chǎn)，僅作為樣品機(jī)進(jìn)行宣傳。此外電動(dòng)/液壓復(fù)合式注塑機(jī)作為一種集液壓和電驅(qū)動(dòng)于一體的新型注塑機(jī)，它融合了全液壓式高性能的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今精密注塑機(jī)發(fā)展的方向。中國(guó)是世界最大的信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，手機(jī)機(jī)體90%以上的塑料件全部由國(guó)外塑機(jī)生產(chǎn)，以塑料為主原料的數(shù)碼產(chǎn)業(yè)，國(guó)產(chǎn)塑機(jī)更是無(wú)人問(wèn)津。
就全球市場(chǎng)格局而言，全球建筑市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，將會(huì)拉動(dòng)對(duì)塑料管材、壁板等擠壓制品的需求，進(jìn)而推動(dòng)擠出設(shè)備的需求增長(zhǎng)。因此，預(yù)計(jì)全球擠出設(shè)備需求，將超過(guò)其他類型的塑機(jī)產(chǎn)品。美國(guó)工業(yè)市場(chǎng)研究公司的調(diào)查表明，美國(guó)和日本塑料機(jī)械需求將重新顯現(xiàn)復(fù)蘇跡象，西歐市場(chǎng)需求將在2009年加速增長(zhǎng)。中國(guó)、印度和俄羅斯塑料機(jī)械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)，對(duì)塑料機(jī)械需求也將逐步增長(zhǎng)。
1.3 注塑機(jī)概述
1.3.1 注塑機(jī)的工作原理
注塑機(jī)的工作原理是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力馬達(dá)作用下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲(chǔ)料空間，完成塑化過(guò)程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融料通過(guò)噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過(guò)保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開(kāi)啟模具，并通過(guò)頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。注塑機(jī)作業(yè)循環(huán)流程如圖1-1所示
圖1-1注塑機(jī)工作程序框圖
1.3.2 注塑成型機(jī)的基本功能
注射成型機(jī)必須具備以下基本功能：
① 對(duì)所加工的塑料物料能實(shí)現(xiàn)塑化、計(jì)量并把熔融物料壓入模具模腔的功能；
② 對(duì)成型模具能實(shí)現(xiàn)啟閉和鎖緊的功能；
③ 對(duì)成型過(guò)程中所需的能量能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的功能；
④ 對(duì)成型過(guò)程及工藝條件可進(jìn)行設(shè)定與調(diào)整的功能。
1.3.3 注塑機(jī)的分類
按合模部件與注射部件配置的型式有臥式、立式、角式三種
（1）臥式注塑機(jī)：臥式注塑機(jī)是最常用的類型。其特點(diǎn)是注射總成的中心線與合?？偝傻闹行木€同心或一致，并平行于安裝地面。它的優(yōu)點(diǎn)是重心低、工作平穩(wěn)、模具安裝、操作及維修均較方便，模具開(kāi)檔大，占用空間高度?。坏嫉孛娣e大，大、中、小型機(jī)均有廣泛應(yīng)用。
（2）立式注塑機(jī)：其特點(diǎn)是合模裝置與注射裝置的軸線呈一線排列而且與地面垂直。具有占地面積小，模具裝拆方便，嵌件安裝容易，自料斗落入物料能較均勻地進(jìn)行塑化，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及多臺(tái)機(jī)自動(dòng)線管理等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是頂出制品不易自動(dòng)脫落，常需人工或其它方法取出，不易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作和大型制品注射；機(jī)身高，加料、維修不便。
（3）角式注塑機(jī)：注射裝置和合模裝置的軸線互成垂直排列。根據(jù)注射總成中心線與安裝基面的相對(duì)位置有臥立式、立臥式、平臥式之分：①臥立式，注射總成線與基面平行，而合模總成中心線與基面垂直；②立臥式，注射總成中心線與基面垂直，而合?？偝芍行木€與基面平行。角式注射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是兼?zhèn)溆信P式與立式注射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于開(kāi)設(shè)側(cè)澆口非對(duì)稱幾何形狀制品的模具。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求
（1）注射容量：180g； （2）注射質(zhì)量：150g；
（3）注射速率：90g/s； （4）螺桿轉(zhuǎn)速：0～200rpm；
（5）合模力：900kN； （6）移模行程：30mm；
（7）頂出行程：65mm； （8）頂出力：25kN
2.2 方案設(shè)計(jì)
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，主要由注射部件、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。如圖2所示。
注塑機(jī)
注射部件裝置
塑化部件
螺桿
料筒
螺桿頭
噴嘴
注射座
注射油缸
座移油缸
液壓馬達(dá)
合模部件
合模裝置
調(diào)模裝置
頂出裝置
機(jī) 身
液壓系統(tǒng)
泵、液壓馬達(dá)、閥
蓄能器、冷卻器、管路等油路控制
加熱系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)
控制系統(tǒng)
動(dòng)作程控
料筒溫度控制
液壓泵電機(jī)控制
故障檢測(cè)報(bào)警控制
安全保護(hù)
加料裝置
圖2-1 注塑機(jī)組成示意圖
2.2.1 注射部件方案設(shè)計(jì)
目前，常見(jiàn)的注塑裝置有單缸形式和雙缸形式，我廠注塑機(jī)都是雙缸形式的，并且都是通過(guò)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿注塑。本注射機(jī)選用雙缸形式，結(jié)構(gòu)如下圖：
圖2-2 臥式機(jī)雙缸注射注塑裝置示意圖
（a）是俯視圖； （b）為注射座與導(dǎo)桿支座間的平視圖
1-油壓馬達(dá)；2，6 -導(dǎo)桿支座；3-導(dǎo)桿；4-注射油缸；5-加料口；
7-推力座；8-注射座；9-塑化部件；10-座移油缸
工作原理是：預(yù)塑時(shí)，在塑化部件中的螺桿通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸一端與螺桿鍵連接，另一端與液壓馬達(dá)鍵連接，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲(chǔ)料室中，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，并通過(guò)推力軸承使推力座后退，通過(guò)螺母拉動(dòng)活塞桿直線后退，完成計(jì)量，注射時(shí)，注射油缸的桿腔進(jìn)油通過(guò)軸承推動(dòng)活塞桿完成動(dòng)作，活塞的桿腔進(jìn)油推動(dòng)活塞桿及螺桿完成注射動(dòng)作。
2.2.2合模部件方案設(shè)計(jì)
（1）合模機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
合模機(jī)構(gòu)有液壓式、機(jī)械式和機(jī)械-液壓復(fù)合式。
1）液壓曲肘連桿式
屬機(jī)械-液壓復(fù)合式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是液壓缸通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)模板實(shí)現(xiàn)啟閉模運(yùn)動(dòng)，充分利用了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的行程、速度、力的放大特性和自鎖特性，達(dá)到快速、高效和節(jié)能的效果。常用的液壓曲肘連桿式形式有：雙曲肘內(nèi)翻式、雙曲肘外翻式、撐肘式、單曲肘擺缸式和單曲肘掛缸式。其中雙曲肘內(nèi)翻式，如圖9所示。這種形式的動(dòng)作原理是：?jiǎn)㈤]模時(shí)，合模缸1進(jìn)油，活塞桿推動(dòng)雙曲肘連桿機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)動(dòng)范本6及其模具實(shí)現(xiàn)啟閉模運(yùn)動(dòng)；模具接觸時(shí)，曲肘連桿5處于未伸直狀態(tài)，在合模油缸1推力作用下曲肘連桿機(jī)構(gòu)5產(chǎn)生力的放大作用，使合模系統(tǒng)發(fā)生變形，直至曲肘連桿5伸直進(jìn)入自鎖為止。模具接觸時(shí)連桿未伸直的程度是通過(guò)調(diào)模裝置與合模油缸相配合，按工藝所要求的鎖模力來(lái)調(diào)整的。
圖2-3 雙曲肘內(nèi)翻式結(jié)構(gòu)原理示意
1-合模油缸；2-調(diào)模裝置；3-后范本；4-拉桿；5-曲肘連桿；6-動(dòng)范本；7-定范本；8-頂出油缸；
2）直壓式合模
此種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是其開(kāi)關(guān)模動(dòng)作及鎖模動(dòng)作都是通過(guò)油缸直接作用完成的。移模速度和合模力的大小分別由活塞桿的移動(dòng)速度和活塞產(chǎn)生的最大軸向力確定。
圖2-4 直壓式合模裝置示意圖
1-上范本；2-拉桿；3-下范本；4-鎖模油缸；5-移模油缸；6-電子尺；7-底板
這種結(jié)構(gòu)的工作原理是：開(kāi)關(guān)模時(shí)，移模油缸5進(jìn)油，推動(dòng)活塞桿，從而帶動(dòng)拉桿及動(dòng)范本運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)模動(dòng)作；進(jìn)入鎖模狀態(tài)后，鎖模油缸4進(jìn)油，在油的推力作用下產(chǎn)生大的鎖模力，通過(guò)鎖模油缸活塞桿對(duì)底板7的力的作用而壓緊模具，實(shí)現(xiàn)鎖模。
3）直壓式與肘桿式的比較
① 直壓式合模力F = P油缸×S油缸，故調(diào)節(jié)合模力較容易，但壓力確定后不允許超載。而肘桿式注塑機(jī)是通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)的力擴(kuò)大以后產(chǎn)生的，故通常情況下可以超載10%以上。
② 由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，通常情況下直壓式的容模量大于肘桿式，特別適用于深容器產(chǎn)品。
③ 肘桿式剛性比直壓機(jī)剛性好，因?yàn)楦邏烘i模時(shí)，肘桿式是全部鑄鋼變形后產(chǎn)生的，合模力當(dāng)剛要超載時(shí)，因?yàn)橐簤河团c鑄鋼的彈性模量差10倍左右，故同樣要產(chǎn)生飛邊情況下，肘桿式注塑機(jī)產(chǎn)生的飛邊要小得多。
④ 肘桿式注塑機(jī)由于合模力是通過(guò)力的放大作用產(chǎn)生的，且高壓鎖模后，在注射、保壓過(guò)程中可卸壓，而直壓式在注射、保壓過(guò)程中始終高壓保持，且直壓式合模油缸直徑遠(yuǎn)大于肘桿式，故肘桿式較省電。
⑤ 肘桿式合模機(jī)構(gòu)都是通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生合模力，故要有高的模板平行度及長(zhǎng)的壽命，其所要求的加工精度較高，且零件較多，成本較高。而直壓式是通過(guò)合模大油缸產(chǎn)生合模力，幫其密封存要求較高，隨著時(shí)間的推移，較易磨損，產(chǎn)生泄漏后，合模力會(huì)下降。
綜合上述分析合模部件方案設(shè)計(jì)合模機(jī)構(gòu)采用直壓式合模。
（2）頂出裝置方案設(shè)計(jì)
頂出裝置要有足夠的頂出力，頂出速度，頂出次數(shù)和頂出精度，是在頂出油缸的作用下作頂出動(dòng)作。
本注塑機(jī)采用如下頂出裝置的方案頂出油缸是通過(guò)導(dǎo)桿固定在動(dòng)模板上的。如圖12所示，其主要的由頂出油缸和頂出桿組成，油缸為雙作用活塞式油缸。
圖2-5 臥式機(jī)頂出裝置示意圖
1-頂出油缸；2-活塞；3-活塞桿；4-導(dǎo)桿；5-頂出板；6-頂出桿；7-動(dòng)范本；8-電子尺
綜上述本注塑機(jī)的方案如下：
圖2-6 注塑機(jī)
第三章 注射部件設(shè)計(jì)
3.1 螺桿設(shè)計(jì)
3.1.1螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算
圖3-1通用型螺桿的幾何形狀及各部尺寸代號(hào)
L—螺紋部分長(zhǎng)；L1—加料段長(zhǎng)；L2—塑化段長(zhǎng)；L3—計(jì)量段長(zhǎng)；S—螺距； D—螺桿直徑；h1—加料段螺紋深；h3—計(jì)量段螺紋深；e—螺棱寬； R1，R2—螺紋根部圓角半徑
（1）螺桿直徑與注射行程的關(guān)系
螺桿直徑和注射行程距離的大小是決定注塑制品形狀和質(zhì)量保證的關(guān)鍵。從保證注射料量、一次塑化能力和注射壓力等條件考慮，螺桿直徑與注射行程的比值一般取3～5。如果這個(gè)比值大，說(shuō)明螺桿行程大，這樣，螺桿的工作部分長(zhǎng)度就會(huì)縮小，這將影響原料的塑化質(zhì)量；如果這個(gè)比值小，說(shuō)明螺桿行程小，這時(shí)，為了保證一次注射量，就要把螺桿直徑加大，這會(huì)加大注射功率的消耗。
本注塑機(jī)理論注射容量為180g，一般塑料密度范圍為0.92~1.09克/厘米^3
即理論注射容量為180g×（0.92~1.09）g/cm^3=(165.6~196.2) cm^3
取注射理論容量定為180 cm^3
本注塑機(jī)要求注射質(zhì)量為150g，一般塑料密度范圍為0.92~1.09克/厘米^3
即實(shí)際注射容量為150g×（0.92~1.09）g/cm^3=(138~163.5) cm^3
取實(shí)際注射容量定為150 cm^3
采用一般通用型螺桿。L1=60％L，L2=20％L,參照海天注塑機(jī)HTF60W2-Ⅱ的主要技術(shù)參數(shù)和一般加工熱塑性塑料的螺桿的主要尺寸表3-1，參照表3-1螺桿的直徑系列初選螺桿（柱塞）直徑D=40mm。
確定注塑螺桿（柱塞）的最大行程S
?VL——?理論注射量，cm3；
D——螺桿（柱塞）直徑，cm；
S——螺桿（柱塞）的最大行程，cm。
表3-2一般加工熱塑性塑料的螺桿的主要尺寸
直徑/mm
螺紋深度（進(jìn)料）hF/mm
螺紋深度（計(jì)量）hM /mm
螺紋深度比hF/ hM
螺紋徑向間隙/mm
注釋
30
4.3
2.1
2.0:1
0.15
表面粗糙度2~4μm
40
5.4
2.6
2.1:1
0.15
R１約1~4mm
60
7.5
3.4
2.2:1
0.15
R２約5mm（直徑30~60mm）
80
9.1
3.8
2.4:1
0.20
R３約10mm（直徑60~150mm）
100
10.7
4.3
2.5:1
0.20
導(dǎo)程t=D(0.7D)
120
12
4.8
2.5:1
0.25
LS/t通常大約為20
>120
最大14
最大5.6
最大3:1
0.25
螺紋寬度0.1D
最大進(jìn)料長(zhǎng)度D
（2）螺紋距S、螺紋棱寬e和螺桿機(jī)筒間的裝配間徑值選擇
注塑機(jī)用螺桿一般多為等螺紋距型，螺紋距與螺桿直徑值相等S=40mm，這時(shí)該螺桿的螺紋升角為17°。螺紋棱寬，通常e=0.1D=0.1×40=4mm(D為螺桿直徑）。
螺桿與機(jī)筒的裝配間隙，也就是指螺桿外徑與機(jī)筒內(nèi)徑裝配后的徑向間隙值。如果這個(gè)值大，則原料的塑化能力和塑化質(zhì)量下降，注射時(shí)熔料的回流量增加，這將影響一次注射量的準(zhǔn)確性，直接影響注塑件的成型質(zhì)量。如果徑向間隙過(guò)小，對(duì)原料的塑化能力、質(zhì)量都會(huì)提高，但是，過(guò)小的裝配間隙會(huì)給機(jī)筒和螺桿的機(jī)械加工帶來(lái)較大難度。正常工作條件下，一般取螺桿與機(jī)筒的裝配間隙在（0.002～0.005) D=（0.002～0.005)×40=0.08～0.2mm之間（D為螺桿直徑）。
（3）長(zhǎng)徑比L/D
螺桿的長(zhǎng)徑比是指螺桿的螺紋、部位長(zhǎng)度與螺桿直徑之比值，即L/D,一般常用值為21～25。這個(gè)比值大，可提高塑化原料質(zhì)量，溫度也比較好控制；為了提高塑化能力，螺桿的工作轉(zhuǎn)速也可提高些。但是長(zhǎng)徑比過(guò)大，對(duì)機(jī)筒和螺桿的加工難度也相應(yīng)地增加，則提高了加工費(fèi)用。此處螺桿長(zhǎng)徑比L/D=15。
（4）螺桿上各段螺紋長(zhǎng)度的選擇
為了保證塑化原料工作的穩(wěn)定進(jìn)行，要求螺桿上的加料段、塑化段和計(jì)量段長(zhǎng)度應(yīng)有固定的比例分配關(guān)系。表3-4列出了螺桿各：段長(zhǎng)度值范圍，可供選擇參考。
由于此次選用的是通用型螺桿，故此螺桿加料段長(zhǎng)度選165mm，塑化段長(zhǎng)度為82.5mm，計(jì)量段長(zhǎng)度取82.5mm。
（5）螺紋槽深和壓縮比
螺桿的螺紋槽深是指計(jì)量段螺紋槽深h3值，這個(gè)值對(duì)注塑機(jī)的生產(chǎn)能力和功率消耗影響較大。h3值的選擇，要考慮被塑化原料的比熱容、導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性、黏度及塑化時(shí)的壓力等因素影響，一般取h3=(0.04～0.07)D=0.07×40=2.8mm(D為螺桿直徑，當(dāng)直徑小時(shí)取大些值）。同一種原料塑化，在注塑機(jī)中h3值要比擠出機(jī)中h3值大些，一般要深15%～20%。h1=(0.12～0.14)D=0.12×40=4.8mm。
壓縮比是指螺桿上加料段槽深h1與計(jì)量段槽深h3的比值，即h1/h3同一種原料塑化，在注塑機(jī)中壓縮比要比擠出機(jī)中壓縮比小些。壓縮比的大小對(duì)原料的塑化質(zhì)量有較大影響，在注塑機(jī)中原料的塑化質(zhì)量還可以通過(guò)調(diào)整螺桿的背壓來(lái)得到改善。
表3-3 SZ900注塑機(jī)注射螺桿基本參數(shù)
直徑D/mm
長(zhǎng)徑比
螺紋深度(進(jìn)料) h1/mm
螺紋深度（計(jì)量）h3/mm
螺紋深度比h1 /h3
螺紋徑向間隙/mm
螺距S/mm
螺紋寬度e/mm
螺旋升角
φ/°
40
15:1
5.0
2.6
2.2:1
0.15
40
4
17
圖3-2 螺桿零件圖
3.1.2 材料與熱處理方式
對(duì)材質(zhì)的要求：由注射過(guò)程可知，螺桿是在高溫、一定腐蝕、強(qiáng)烈磨損、大扭矩下工作的，因此，螺桿必須：
1）耐高溫，高溫下不變形；
2）耐磨損，壽命長(zhǎng)；
3）耐腐蝕，物料具有腐蝕性；
4）高強(qiáng)度，可承受大扭矩，高轉(zhuǎn)速；
5）具有良好的切削加工性能；
6）熱處理后殘余應(yīng)力小，熱變形小等。
目前我國(guó)常用的螺桿材料有45號(hào)鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl等。熱處理方式為調(diào)質(zhì)、滲碳、高頻淬火、鍍硬鉻等。
材料及熱處理選用：這次的設(shè)計(jì)材料選用38CrMOAl。熱處理：調(diào)質(zhì)HB220—270，高頻淬火HRC45--48
3.1.3 螺桿塑化部件的特點(diǎn)
① 螺桿具有塑化和注射兩種功能；
② 螺桿在塑化時(shí)，僅作預(yù)塑用；
③ 塑料在塑化過(guò)程中，所經(jīng)過(guò)的熱歷程要比擠出長(zhǎng)；
④ 螺桿在塑化和注射時(shí)，均要發(fā)生軸向位移，同時(shí)螺桿又處于時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過(guò)程的非穩(wěn)定性。
3.2 螺桿頭與止逆閥設(shè)計(jì)
3.2.1 螺桿頭設(shè)計(jì)
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(diǎn)來(lái)說(shuō)，可藉由裝配一個(gè)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(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，就是在螺桿前端加裝一個(gè)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60~90度之間。無(wú)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(jì)采用一般適合熱塑性塑料的螺桿頭，實(shí)圖如下。增加輸出量的螺牙設(shè)計(jì)，在射出階段時(shí)，避免材料的堆積以及防止回流。材料選用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)HB220—270熱處理。結(jié)構(gòu)圖如圖2-8
圖3-3 螺桿頭結(jié)構(gòu)
3.2.2 螺桿頭的基本要求
①螺桿頭要靈活、光潔；
②止逆環(huán)與料筒配合間隙要適宜，即要防止熔體回流，又要靈活；
③既有足夠的流通截面，又要保證止逆環(huán)端面有回程力，使在注射時(shí)快速封閉；
④結(jié)構(gòu)上應(yīng)拆裝方便，便于清洗；
⑤螺桿頭的螺紋與螺桿的螺紋方向相反，防止預(yù)塑時(shí)螺桿頭松脫。
3.2.3 止逆閥設(shè)計(jì)
因?yàn)橹鼓骈y上面有密封的組件，可藉由移動(dòng)而和另外組件密合達(dá)到防止逆流的效果。防腐蝕處理，通常是鍍鉻或鎳；而高合金鋼的螺桿頭也同樣被使用。
止逆閥是裝配在螺桿最前端的組件，它最主要的功用在于射出及保持壓力階段時(shí)，防止塑料之回流。如果經(jīng)由一個(gè)能夠迅速關(guān)閉的斷面而產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力差，那么，這個(gè)止逆閥的功用將是最好的。在進(jìn)料階段，當(dāng)熔體通過(guò)斷面時(shí)，在反方向同樣地有壓力差，使得在有背壓的狀況下，塑料熔體仍然可以持續(xù)地往前輸送。如果熔融塑料在通過(guò)斷面時(shí)，壓力上升得大時(shí)，將會(huì)對(duì)輸出量產(chǎn)生影響，壓力甚至于會(huì)使塑料破壞。一般止逆閥的設(shè)計(jì)，都會(huì)將通道截面積設(shè)計(jì)成螺桿尾端的環(huán)狀通道面積的80%以上。
這次設(shè)計(jì)采用最普遍的環(huán)狀止逆閥，動(dòng)作原理如圖2-8所示，它包含了三個(gè)部分。
1-頭部 藉由螺紋軸和螺桿接在一起
2-環(huán)座
3-軸向滑動(dòng)環(huán)
在關(guān)閉的位置時(shí)，滑動(dòng)環(huán)緊地靠在環(huán)座上，接觸面系和軸成45~60度之錐面；在進(jìn)料階段，滑動(dòng)環(huán)位于打開(kāi)的位置，靠在像是散熱片一樣的３到４片的肋上。止逆環(huán)的材料選用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)HB220—270熱處理。
圖3-4 加工熱塑性材料之環(huán)狀止逆閥
3.3 噴嘴設(shè)計(jì)
噴嘴是連接塑化裝置與模具流道的重要部件，注射時(shí)，料筒內(nèi)的熔料在螺桿的推動(dòng)下，以高壓和快速流經(jīng)噴嘴嘴注入模具。因此噴嘴的結(jié)構(gòu)形式、噴孔大小以及制造精度將影響熔料的壓力和溫度損失，射程遠(yuǎn)近、補(bǔ)縮作用的優(yōu)劣以及是否產(chǎn)生“流涎"現(xiàn)象等。目前使用的噴嘴種類繁多，且都有其適用范圍，這里只討論用得最多三種。
(1)直通式噴嘴??這種噴嘴呈短管狀，熔料流經(jīng)這種噴嘴時(shí)壓力和熱量損失都很小，而且不易產(chǎn)生滯料和分解，所以其外部一般都不附設(shè)加熱裝置。但是由于噴嘴體較短，伸進(jìn)定模板孔中的長(zhǎng)度受到限制，因此所用模具的主流道較長(zhǎng)。為彌補(bǔ)這種缺陷而加大噴嘴的長(zhǎng)度，成為直通式噴嘴的一種改進(jìn)型式，又稱為延伸式噴嘴。這種噴嘴必須添設(shè)加熱設(shè)置。為了濾掉熔料中的固體雜質(zhì)，噴嘴中也可加設(shè)過(guò)濾網(wǎng)。以上兩種噴嘴適用于加工高粘度的塑料，加工低粘度塑料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。
(2)自鎖式噴嘴??注射過(guò)程中，為了防止熔料的流涎或回縮，需要對(duì)噴嘴通道實(shí)行暫時(shí)封鎖而采用自鎖式噴嘴。自鎖式噴嘴中以彈簧式和針閥式最廣泛，這種噴嘴是依靠彈簧壓合噴嘴體內(nèi)的閥芯實(shí)現(xiàn)自鎖的。注射時(shí)，閥芯受熔料的高壓而被頂開(kāi)，熔型遂向模具射出。熔膠時(shí)，閥芯在彈簧作用下復(fù)位而自鎖。其優(yōu)點(diǎn)是能有效地杜絕注射低粘度塑料時(shí)的“流涎”現(xiàn)象，使用方便，自鎖效果顯著。但是，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，注射壓力損失大，射程較短，補(bǔ)縮作用小，對(duì)彈簧的要求高。
（3）杠桿針閥式噴嘴??這種噴嘴與自鎖式噴嘴一樣，也是在注射過(guò)程中對(duì)噴嘴通道實(shí)行暫時(shí)啟閉的一種，它是用外在液壓系統(tǒng)通過(guò)杠桿來(lái)控制聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟閉閥芯的。使用時(shí)可根據(jù)需要使縱的液壓系統(tǒng)準(zhǔn)確及時(shí)地開(kāi)啟閥芯，具有使用方便，自鎖可靠，壓力損失小，計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。此外，它不使用彈簧，所以，沒(méi)有更換彈簧之慮，主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。
注射時(shí)，塑料熔體在螺桿的推動(dòng)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(duì)于粘度較高的PVC、PP-R、PMMA、PC、高抗沖擊ABS等，過(guò)小的噴嘴孔直徑會(huì)造成塑料的高溫分解。而對(duì)于充模困難的薄壁精密制品，則宜用射程較遠(yuǎn)的噴嘴，對(duì)于厚壁制品則需要補(bǔ)塑作用好的噴嘴。另外，對(duì)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(duì)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(duì)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2-10
圖3-5 噴嘴結(jié)構(gòu)
3.4 料筒設(shè)計(jì)
3.4.1 料筒結(jié)構(gòu)
料筒的結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一根中間開(kāi)了下料口的圓管。這次設(shè)計(jì)的料筒基本結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。
圖3-6 料筒基本結(jié)構(gòu)
1-電熱圈；2-螺孔；3-加料口
料筒材料常用38CrMnAl,氮化處理深0.5mm,硬度Hv900～1000
在塑料的塑化過(guò)程中，其前進(jìn)和混合的動(dòng)力都是來(lái)源于螺桿和料筒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。塑料在接近熔點(diǎn)溫度時(shí),與料筒相接觸的塑料已開(kāi)始熔融而形成一層熔膜。當(dāng)熔膜厚度超過(guò)螺桿與料筒間的間隙時(shí)，螺棱頂部把熔膜從料筒內(nèi)壁徑向地刮向螺棱根部，從而逐漸在螺棱的推進(jìn)面匯集成旋渦狀的流動(dòng)區(qū)——熔池。
由于熔融段螺槽深度的逐漸變淺以及熔池的擠壓，固體床被擠向料筒內(nèi)壁，這樣就加速了熱料筒向固體床的傳熱過(guò)程。同時(shí)，螺桿的旋轉(zhuǎn)使固體床和機(jī)筒內(nèi)壁之間的熔膜產(chǎn)生剪切作用，從而使熔膜和固體床分界面間的固體熔化。隨著固體床的螺旋形向前推移，固體床的體積逐漸縮小，而熔池的體積逐漸增大。如果固體床厚度減小的速度低于螺槽深度變淺的速度，則固體床就可能部分或完全堵塞螺槽，使塑化產(chǎn)生波動(dòng)，或者由于局部壓力過(guò)大造成摩擦生熱劇增，從而產(chǎn)生局部過(guò)熱。
在螺桿均化段，固體床已經(jīng)因體積過(guò)小而破裂形成分散在熔池里的小固體顆粒。這些固體顆粒通過(guò)各自與包覆周圍的熔體摩擦及熱傳遞而熔融。面這時(shí)，螺桿的功能主要是通過(guò)攪拌塑料熔體使之混合均勻，熔體的速度分布從貼近料筒壁的最高速到貼近螺槽底部的最低速。如果螺槽深度不大而熔體粘度很高，則這時(shí)熔體分子間的摩擦?xí)軇×摇?
由于各種塑料的熔融速度、熔體粘度、熔融溫度范圍、粘度對(duì)溫度及剪切速率的敏感程度、高溫分解氣體的腐蝕性、塑料顆粒間的摩擦系數(shù)差異很大，通常意義上的普通通用螺桿在加工某些熔體特性比較突出的塑料(如Pc、PA、高分子ABS、PP-R、PVC等)時(shí)會(huì)出現(xiàn)某一段剪切熱過(guò)高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象—般可通過(guò)降低螺桿轉(zhuǎn)速得以消除。但這勢(shì)必影響生產(chǎn)效率。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些塑料的高效塑化，有些則采用塑料的專用塑化螺桿和料筒。這些專用螺桿和料筒在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)的主要問(wèn)題是以上塑料的固體摩擦系數(shù)、熔體粘度、熔融速度等。
3.4.2 加料口
加料口的結(jié)構(gòu)形式直接影響進(jìn)料效果和塑化部件的吃料能力，注塑機(jī)大多數(shù)靠料斗中物料的自重加料，所以這次采用最常用的對(duì)稱形料口，如下圖2-12所示。
圖3-7 加料口形狀
3.5 注塑缸設(shè)計(jì)
2.5.1確定注射缸的活塞及活塞桿直徑
參照250g注塑機(jī)，其最大注射壓力為153MPa，本注塑機(jī)注塑容量相比要小，故取最大注射壓力為120MPa。
注射缸工作壓力通常選7~9MPa，本注塑機(jī)選用8Mpa。
本注塑機(jī)采用雙缸雙作用往復(fù)式油缸推動(dòng)螺桿移動(dòng)，因此單注射個(gè)油缸的最大負(fù)載為：
當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時(shí)，注射缸的載荷達(dá)到最大值75.4kN，此時(shí)注射缸有桿腔進(jìn)油，且注射缸活塞移動(dòng)速度也近似等于零，回油量極??；故背壓力可以忽略不計(jì)，這樣
活塞桿的直徑d一般與螺桿直徑相同，考慮到該處為雙缸故單個(gè)油缸活塞桿直徑可適當(dāng)減小，并且為保證密封圈標(biāo)準(zhǔn)化活塞桿直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)系列，參照下表，d＝32mm。
表3-4 活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
故有：活塞直徑，考慮到摩擦及壓力損失等因素，活塞直徑應(yīng)適當(dāng)加大，結(jié)合活塞直徑標(biāo)準(zhǔn)系列取活塞直徑：
表3-5 活塞直徑系列
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
(220)
250
320
400
500
630
3.5.2 液壓缸主要尺寸的確定
液壓缸壁厚和外經(jīng)的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。
液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算
式中 ——液壓缸壁厚(m)；D——液壓缸內(nèi)徑(m)；
——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍；
——缸筒材料的許用應(yīng)力。無(wú)縫鋼管。則：
在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠，如在切削過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。
液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經(jīng)為為
2）液壓缸工作行程的確定
液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參閱表3-6中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。
前述已算得螺桿最大工作行程為S=143.3mm，故結(jié)合表3-6中的標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸選取液壓缸行程
表3-6液壓缸行程系列
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
3) 缸蓋厚度的確定
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。
無(wú)孔時(shí)
有孔時(shí)
式中 t——缸蓋有效厚度(m)；——缸蓋止口內(nèi)徑(m)；
——缸蓋孔的直徑(m)。
液壓缸：
無(wú)孔時(shí) ，取 t=35mm
有孔時(shí)，取 t’=40mm
4) 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定
當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（如下圖2所示）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。
圖3-8 液壓缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度
對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求：
式中 L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。
活塞的寬度B一般取B=(0.6~1.0)D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定；
當(dāng)D<80mm時(shí)，取；當(dāng)D>80mm時(shí)，取。
為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過(guò)分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即
最小導(dǎo)向長(zhǎng)度：，取 H=72mm
活塞寬度：B=0.8D=100mm
缸蓋滑動(dòng)支承面長(zhǎng)度：
不需要隔套
5) 缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。
缸體內(nèi)部長(zhǎng)度
3.5.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
1) 缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。
本次設(shè)計(jì)中采用外半環(huán)連接，如下圖3所示：
圖3-9 缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；加工裝配方便
缺點(diǎn)：外型尺寸大；缸筒開(kāi)槽，削弱了強(qiáng)度，需增加缸筒壁厚
2) 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
參閱<<液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)>>P15表2-8，采用組合式結(jié)構(gòu)中的螺紋連接。如下圖4所示：
圖3-10 活塞桿與活塞螺紋連接方式
特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。
2) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開(kāi)，以提高密封性能。
在本次設(shè)計(jì)中，采用導(dǎo)向套導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)形式，其特點(diǎn)為：
導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可用耐磨材料。
蓋與桿的密封常采用Y形、V形密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸。
3) 防塵方式常用J形或三角形防塵裝置?；钊盎钊麠U處密封圈的選用
活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。
在本次設(shè)計(jì)中采用O形密封圈。
3.6 移座油缸設(shè)計(jì)
參照250g注塑機(jī)，移座時(shí)負(fù)載為3kN，座頂緊的壓力為30kN，該注塑機(jī)注射容量相對(duì)較小因此取座頂緊的壓力為25kN。
座移動(dòng)缸最大載荷為其頂緊之時(shí)，此時(shí)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
考慮到摩擦及壓力損失等因素活塞直徑應(yīng)適當(dāng)加大，，油缸行程取。
由給定的設(shè)計(jì)參數(shù)知，注射座往復(fù)速比為0.08/0.06＝1.33，查表2-6得d/D＝0.5，則活塞桿直徑為：
d=0.5×80mm=40mm
移座油缸主要尺寸及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與注塑缸類似，此處不再一一復(fù)述，移座油缸詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示：
圖3-11 移座油缸
第四章 合模部件設(shè)計(jì)
合模部分位于機(jī)器床身的左側(cè)，其主要由固定模板、移動(dòng)模板、拉桿、液壓缸、連桿、模具調(diào)整機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)以及安全保護(hù)機(jī)構(gòu)等組成。其一,實(shí)現(xiàn)模具的可靠開(kāi)合動(dòng)作和必要的行程;其二,在注射和保壓時(shí),提供足夠的鎖模力;其三,開(kāi)模時(shí),提供頂出制件的頂出力及相應(yīng)的行程;
4.1 合模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
參數(shù)要求：合模力，900kN；移模行程，30mm；
4.1.1合模油缸設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)壓力選定
180克塑料注射機(jī)屬小型液壓機(jī)，載荷最大時(shí)為鎖模工況，此時(shí)，高壓油用增壓缸提供；其他工況時(shí)，載荷都不太高，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，初步確定系統(tǒng)工作壓力為8MPa。
（2）確定合模缸的活塞及活塞桿直徑
合模缸最大載荷時(shí)，為鎖模工況，其載荷力為900kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆?
此時(shí)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＝5×8.0MPa=40MPa，鎖模工況時(shí)，回油流量極小，故p2≈0，求得合模缸的活塞直徑為
，取D=180mmm
按表2-5取d/D=0.7，則活塞桿直徑d=0.7×180mm=126mm，取d=125mm。
移模行程為30mm，因此按照油缸標(biāo)準(zhǔn)行程系列取合模油缸行程為40mm。
為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體，增壓缸的活塞直徑也為180m。其活塞桿直徑按增壓比為5，求得
，取d=80m。
增壓缸行程為取
合模油缸的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與前述類似，該處不再一一復(fù)述，合模油缸詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)如下圖示：
圖 4-1 合模油缸
4.2 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
參數(shù)要求：頂出行程，65mm；頂出力，25kN
4.2.1頂出油缸設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)壓力選定
250克塑料注射機(jī)屬小型液壓機(jī)，載荷最大時(shí)為鎖模工況，此時(shí)，高壓油用增壓缸提供；其他工況時(shí)，載荷都不太高，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.5MPa。
（2）確定頂出油缸的活塞及活塞桿直徑
頂出缸最大載荷為25kN，此時(shí)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
考慮到摩擦及壓力損失等因素活塞直徑應(yīng)適當(dāng)加大，，
頂出行程為65mm，結(jié)合油缸行程標(biāo)準(zhǔn)系列取頂出油缸行程。
由給定的設(shè)計(jì)參數(shù)知，注射座往復(fù)速比為0.08/0.06＝1.33，查表2-6得d/D＝0.5，則活塞桿直徑為：
D=0.5×80mm=40mm
頂出油缸的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與前述類似，該處不再一一復(fù)述。
合模油缸詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)如下圖示：
圖 4-2 合模油缸
第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
5.1.1對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
注射機(jī)的工作循環(huán)為：
合?！⑸洹骸鋮s→開(kāi)?！敵觥輻U預(yù)塑進(jìn)料
其中合模的動(dòng)作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時(shí)間較長(zhǎng)，直到開(kāi)模前這段時(shí)間都是鎖模階段。
（1）合模運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，兩片模具閉合時(shí)不應(yīng)有沖擊；
（2）當(dāng)模具閉合后，合模機(jī)構(gòu)應(yīng)保持閉合壓力，防止注射時(shí)將模具沖開(kāi)。注射后，注射機(jī)構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔；
（3）預(yù)塑進(jìn)料時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，料被推到螺桿前端，這時(shí)，螺桿同注射機(jī)構(gòu)一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機(jī)構(gòu)必需有一定的后退阻力；
（4）為保證安全生產(chǎn)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置。
5.1.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)
上述設(shè)計(jì)選定的塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
螺桿直徑 40mm 螺桿行程 160mm
最大注射壓力 120MPa 螺桿驅(qū)動(dòng)功率 5kW
系統(tǒng)工作壓力 8.0MPa 螺桿驅(qū)動(dòng)功率 5kW
注射缸直徑 125mm 移座缸直徑 80mm
合模缸直徑 180mm 頂出缸直徑 80mm
螺桿轉(zhuǎn)速 0~200r/min 注射座行程 50mm
注射座最大推力 25kN 最大合模力(鎖模力) 900kN
頂出力 25kN 動(dòng)模板最大行程 40mm
5.2 制定系統(tǒng)方案
⑴執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定
本機(jī)動(dòng)作機(jī)構(gòu)除螺桿是單向旋轉(zhuǎn)外，其他機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。各直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，螺桿則用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。從給定的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，鎖模時(shí)所需的力最大，為900kN。為此設(shè)置增壓液壓缸，得到鎖模時(shí)的局部高壓來(lái)保證鎖模力。
⑵合模缸動(dòng)作回路
合模缸要求其實(shí)現(xiàn)快速、慢速、鎖模，開(kāi)模動(dòng)作。其運(yùn)動(dòng)方向由電液換向閥直接控制。快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，由增壓缸供油。
⑶液壓馬達(dá)動(dòng)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(duì)速度平穩(wěn)性無(wú)過(guò)高要求，故采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。
⑷注射缸動(dòng)作回路
注射缸運(yùn)動(dòng)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(shí)有背壓要求，在無(wú)桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。
⑸注射座移動(dòng)缸動(dòng)作回路
注射座移動(dòng)缸，采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求其不工作時(shí)，處于浮動(dòng)狀態(tài)，故采用Y型中位機(jī)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(gè)行程閥，用來(lái)
控制合模缸的動(dòng)作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動(dòng)閥控制油路上，安全門沒(méi)有關(guān)閉時(shí)，行程閥沒(méi)被壓下，液動(dòng)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(kāi)，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(gè)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(zhǎng)時(shí)間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動(dòng)作時(shí)，雙泵同時(shí)供油，慢速動(dòng)作或保壓時(shí)由小泵單獨(dú)供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。
2.4.2擬定液壓系統(tǒng)圖
圖5-1 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖
液壓執(zhí)行元件以及各基本回路確定之后，把它們有機(jī)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(dòng)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180克塑料注射機(jī)完整的液壓系統(tǒng)圖，見(jiàn)圖2，其動(dòng)作循環(huán)表，見(jiàn)表2-4。
表5-1 電磁鐵動(dòng)作表
電磁鐵
動(dòng)作
1YA
2 YA
3 YA
4 YA
5 YA
6 YA
7 YA
8 YA
9 YA
10 YA
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