《中型液壓肘桿式注塑機設(shè)計》8000字（論文）

II1緒論1.1課題研究背景及意義1.1.1研究背景近年來，人們對“便捷、高效”的要求越來越高，因此刺激了一批新興注塑機的出現(xiàn)，其中以中型注塑機是最具代表性的，相較于傳統(tǒng)的油壓注塑機，中型注塑機不僅“節(jié)能、環(huán)?！倍摇胺奖?、快捷”，隨著對高精度注塑件的使用范圍的不斷擴大及伺服驅(qū)動和控制技術(shù)的研究進步，中型機電動化是業(yè)內(nèi)達成的共識，注射系統(tǒng)需要承載著高速、復雜且苛刻的工藝條件，這是全電動機的至關(guān)重要的組成部分，是中型注塑機機型成敗的關(guān)鍵REF_Ref11222\w\h[9]。1.1.2意義（1）理論意義隨著科學技術(shù)的進步，測量技術(shù)的發(fā)展，許多現(xiàn)代的控制設(shè)備已經(jīng)發(fā)生了性能和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的改變。注塑機也已經(jīng)從簡單的注塑工件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)效率的催促下，自動化的水平和范圍不斷擴大，注塑技術(shù)也越來越趨向高要求。（2）實踐意義第一，研究中型注塑機問題能夠加快國家制定科學發(fā)展的政策，能夠推動工業(yè)信息工程的完善。第二，研究注塑機模型問題能夠為傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)提供一定的借鑒作用。第三，研究注塑機的運動形式能夠為工業(yè)運動系統(tǒng)提供一定的啟示，從而加快工業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，信息化，系統(tǒng)化的完善。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國塑機行業(yè)在低端注塑機領(lǐng)域中，制造水平已經(jīng)與發(fā)達國家相差無幾，加上勞動力價格的優(yōu)勢，使得中國的低端注塑機出口占據(jù)了世界的半壁江山，此外近幾年來，中國塑機行業(yè)不僅在中端注塑機領(lǐng)域有了長足的進步，而且在高端注塑機領(lǐng)域取得了突破，因而，中國塑機的市場份額將會逐步擴大REF_Ref9792\w\h[2]。（2）國外研究現(xiàn)狀2008年全球注塑機出口總額為54.6億美元，其中德國注塑機產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界首位，出口總額占全世界出口總額的20%以上，在全球注塑機競爭中處于優(yōu)勢地位，意大利和日本分列第二、三位，美國的注塑機出口份額逐年下降，己由2000年的9.8%降疊2008年的5.3%，日本的電動注塑機在全世界占有重要地位，其中在北美地區(qū)的電動注塑機占有率已經(jīng)達到30%左右REF_Ref9792\w\h[2]。1.3注塑機的基本工作原理及特點1.3.1注塑機的基本工作原理注塑機是利用熱成型原理來進行工作的，即將物料從物料口中倒入，物料口與旋轉(zhuǎn)螺桿相連，螺桿外有電熱絲進行加熱使物料融化，然后螺桿經(jīng)過電機的帶動下進行旋轉(zhuǎn)將融化的物料從螺桿螺口處注入到成型模具里，在模具外壓力的作用下經(jīng)過冷卻使得物料成型，然后動模具在電機的帶動下脫離模具使得成型后的成品可以從模具上脫落下來。1.3.2注塑機注塑部分的結(jié)構(gòu)組成螺桿：螺桿連接料口被料筒包裹，由電機驅(qū)動是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)運動來帶動物料在料筒中移動的結(jié)構(gòu)，是注塑成型部分的重要組成結(jié)構(gòu)。螺桿頭：將融化的塑料經(jīng)過螺桿的旋轉(zhuǎn)作用引導至儲料空間中，使得儲料空間形成高壓的環(huán)境，為下一步噴嘴出料做基礎(chǔ)。料筒：內(nèi)部用融化的物料，承受熱熔力，外部有加熱的電熱絲為內(nèi)部的物料進行持續(xù)的加熱起到融化物料和防止物料冷卻的作用噴嘴：提高精度與塑化程度，與模具之間形成一定的液壓，保持料筒內(nèi)的空間密閉，防止成型過程中的壓力將液體擠壓出來。2總體設(shè)計2.1注塑機的分類注塑機的行業(yè)近年來在飛速的發(fā)展，注塑機的種類和類型也在不斷的增加?？梢园凑账芑姆绞健凑諜C器傳動的方式也可以按照操作方式等分類，更加具體的分類方式現(xiàn)如今也沒有得到專業(yè)性的統(tǒng)一。2.2注塑機的基本組成2.2.1注射裝置使物料均勻受熱，保證統(tǒng)一的融化程度，注射到模腔中。注射裝置一般是由物料漏斗、物料倉、旋轉(zhuǎn)螺桿、螺桿頭、注射噴嘴等組成。在中型注塑機工作的過程中，該裝置要實現(xiàn)塑化程度的度量、注射熔融物料和對物料進行保溫保壓等方面的要求。因此合格的注射裝置的基本要求有：①在一定時間內(nèi)，提供成分和溫度均勻的熔融物料；②將融化的物料以穩(wěn)定的速度和溫度進行注入。2.2.2注射裝置的設(shè)計（1）旋轉(zhuǎn)螺桿部件的設(shè)計由于物料的熔化溫度有不同所以旋轉(zhuǎn)螺桿裝置也有著一些差距分為較多的類型，考慮到本設(shè)計的形狀和使用場景本設(shè)計使用的是耐溫程度一般的旋轉(zhuǎn)螺桿部件。螺桿頭要經(jīng)過保溫保壓等階段，使用螺桿頭需要很高的耐熱和耐壓性并且對螺桿頭的形狀也有一定的要求，因為本設(shè)計形狀小巧，所以使用錐型螺桿頭。（2）螺桿的傳動裝置傳動裝置與注塑座架一起進行往返運動,所以要求裝置的結(jié)構(gòu)要簡單一些，螺桿有兩種位置形式方式，分為交叉和對稱，本設(shè)計采用的方式是交叉。有著減速驅(qū)動的特點一般調(diào)整齒輪來改變轉(zhuǎn)速。（3）注射座注射座有兩種形式，在日常的生產(chǎn)和生活中一般采用的是液壓缸移動注射座。液壓缸在運動過程中需要克服運動的摩擦阻力向前移動。一般來說克服回退現(xiàn)象所需的力，要遠遠大于運動的阻力。所以為了克服這種現(xiàn)象，設(shè)融化物料的液體壓力為注射壓力，則使油缸運動的力大小為：（式2-2）式中P——推動油缸運動的力（公斤力）——主澆套直徑（厘米）——注射壓力（公斤力/）2.2.3合模部件合模部分是注塑機系統(tǒng)的重要組成部分，一般是由定模具、動模具，和頂出裝置組成的。定模具與料筒相連是固定不動的。動模具依靠電機帶動，在注射進行的過程中，先由動模具與定模具相結(jié)合形成密閉的模具腔室，然后注射融化的物料進入腔室中在高壓的作用下形成成品雛形。然后經(jīng)過保溫降壓、降溫保壓等一系列過程形成成品。2.3電氣系統(tǒng)本設(shè)計的控制部分手動控制與plc電氣控制相結(jié)合，在電腦上編輯好plc系統(tǒng)程序之后，由u盤等傳輸裝置將plc程序傳輸?shù)阶⑺軝C的計算控制器上，經(jīng)過一定的系統(tǒng)識別經(jīng)由計算機控制器上的輸出裝置輸出到電氣控制器上面，已達到使用電氣控制的目的。該操作有著操作簡單、修改容易、試錯成本低的特點。并且在后續(xù)的維修和檢測方面也有著極大的方便和快捷。其中電動機采用的是一鍵啟動的啟動方式，電動機的啟動和物料傳輸桶外的電熱阻絲的啟動分開使得各個電氣系統(tǒng)獨立。但是也支持plc編程系統(tǒng)，又可以使得兩種程式結(jié)合起來。讓系統(tǒng)操作更加便捷和聯(lián)系。2.4液壓系統(tǒng)2.4.1確定液壓系統(tǒng)由于熔融物料要經(jīng)過噴嘴進入合模裝置，在合模裝置中要進行加熱加壓的物理學形式。所以選擇的液壓裝置需要很大的液壓力的產(chǎn)生，而且在不同的成型階段所需要的液壓力的大小是不同的所以本設(shè)計選擇雙聯(lián)液壓系統(tǒng)裝置，可以在不同的腔室內(nèi)可以有著不同的壓力選擇。2.4.2選擇速度調(diào)節(jié)方式由于工作系統(tǒng)的要求，液壓系統(tǒng)的速度大小也是需要根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的具體情況來不斷變化的。在初期階段，融化的物料從注射裝置經(jīng)過料筒要注射到合模裝置中期間需要液壓系統(tǒng)進行緩慢的行進移動，由較低的運動速率靠近合模系統(tǒng)。然后進行第二步，當熔融的物料接近噴嘴快開始注射的時候需要液壓系統(tǒng)快速靠近合模裝置使得合模裝置完全貼緊。第三步，當噴嘴正在注射融化的物料的時候，需要保證合模內(nèi)部的壓力，所以需要有強大的外部力進行壓制。所以盡管此時的液壓傳動速度為零但是依舊需要較大的液壓力。最后經(jīng)過降溫保壓作用使得合模裝置內(nèi)的物料冷卻成型，形成半成品然后此時就進行最后一個環(huán)節(jié)，退模出品，此時就需要液壓系統(tǒng)緩慢的離開合模裝置，此時的速度就相對較慢一些然后退出一定距離之后就可以快速退回到零點進行第二次注塑過程。3合模機構(gòu)設(shè)計3.1合模裝置簡述合模裝置可以保證模具的開合和閉合，并且可以使注塑成型的制成品從模具上被頂出脫落。所以，合模裝置決定著制成品的質(zhì)量。一個合格的合模裝置，對力、速度和安裝模具等方面有很高的要求3.2合模類型的確定合模部分是注塑機系統(tǒng)的重要組成部分，一般是由定模具、動模具，和頂出裝置組成的。定模具與料筒相連是固定不動的。動模具依靠電機帶動，在注射進行的過程中，先由動模具與定模具相結(jié)合形成密閉的模具腔室，然后注射融化的物料進入腔室中在高壓的作用下形成成品雛形。然后經(jīng)過保溫降壓、降溫保壓等一系列過程形成成品。合模裝置大致可以分為三種而每一種又能夠分成多種形式。一個好的合模裝置需要有一定的硬度和剛度保證在注射過程中自身不會被損壞并且要保證有良好的密閉性保證在高壓下融化的物料不會沿著縫隙溢出。模具裝著還要有相當?shù)穆烦虂硎沟枚＞呖梢詠砘剡\動。在運動過程與注射過程相互配合。即在動模具開始的行動時速度要快，然后再注射過程中的速度要緩慢，而后脫模時速度要快，形成快慢快的運動行進形式。3.3肘桿機構(gòu)設(shè)計方案3.3.1肘桿機構(gòu)的運動分析（1）肘桿機構(gòu)尺寸的確定=1\*GB3①定為430mm。②連桿機構(gòu)主要收到壓力和拉力的作用，所以應該選用強度高，硬度大的材料使用對受力分析，?。?-1）假設(shè)截面積都為則式中是材料抗壓應力是屈服極限可得取則銷軸承受外力時產(chǎn)生的形變是彈性形變，其規(guī)律遵循的是胡克定律，要能滿足：式中——最大合模力——彈性模量（E=200）——直徑——接觸長度——形變量計算銷軸直徑時：1．接觸長度為軸直徑的四倍。即：2．形變量（3-2）∴。為材料拉伸許用應力（3-3）?。?）肘桿設(shè)計取材料為45號鋼各個肘桿受力所受的最大力∴∴?。?-4）-肘桿的寬度。取L′=32mm同連桿（3）中型連桿的計算與此類似，得使用45號鋼。3.3.2肘桿機構(gòu)力的放大倍（1）雙曲軸機構(gòu)數(shù)力的放大倍數(shù)肘桿機構(gòu)可以放大力的作用效果，用力M來表示：（3-5）亦可以用這種方法來計算曲肘機構(gòu)力的放大倍數(shù)。設(shè)桿的水平交角為，則將的弧度值帶入式中。（3-6）3.3.3變形力與移動模力的關(guān)系變形力的計算：（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）（3-11）取K=1.45（3-12）（3-13）（3-14）可得，在注塑機運行的初始階段，模具閉合時的力的大小呈現(xiàn)二次拋物線的形式。接觸開始時，變形力為，模具閉合后的力是最大的。（2）肘桿機構(gòu)的工作狀態(tài)在油缸推力下，調(diào)整既定的肘桿系統(tǒng)，會出現(xiàn)三種情況。①與線相割與）；在肘桿的工作過程中，出現(xiàn)了是機構(gòu)移動的機構(gòu)模力小于機構(gòu)因為彈性形變而產(chǎn)生的阻力（）。是模具移動的力太小不足使得其停在了處，讓力只能到達而不能達到②（與相切于）出現(xiàn),這說明系統(tǒng)可能運行到處就停下了，使得力的運行只能達到。③（于線不相交、不相切）：（）這種情況下是能達到合格的，所以合格的肘桿機構(gòu)在設(shè)計之初必須保證，才能在正常的工作條件下運行。（3）計算油缸推力模具閉合時的力的大小與呈現(xiàn)的是二次拋物線的形式，呈現(xiàn)的是雙曲線的關(guān)系，油箱在工作的過程中所承受的力是使油箱發(fā)生形狀形變的力，并且這個力在隨著系統(tǒng)的運動和注射過程的推進在不斷地改變這大小和方向。系統(tǒng)的運動在之前時，減小增大。油缸啟動推力從零不斷增大。由時，減小，最終停止變成零，所以在系統(tǒng)運動的過程中油箱所需要的力是變力，需要跟著過程的變化而變化，在處達到最大值。令則（3-15）當和時，油缸的推力都是零，∵時，變形力，,則以上各式中可得出,，又可求出最終得出。3.4對合模裝置進行工況分析（1）合模油缸負載①.根據(jù)合模力確定推力已在前面求出②.空行時的油缸推力（3-16）空行過程中油缸的推力只需要克服摩擦力。實測可取系數(shù)為0.14（2）頂出油缸負載最大推力：.（3-17）（3）油缸幾何尺寸的確定①．油缸的最大直徑是依據(jù)油缸運動時所需要的推力決定的?？紤]到摩擦和各種制造安裝精度，取②.根據(jù)頂出油缸的最大推力來確定頂出油缸的內(nèi)徑?。?-18）取3.5頂出裝置頂出裝置是在注塑過程完成之后，將制成品從合模裝置中頂出脫落的裝置。一個合格的頂出裝置要操作方便，可以沿著軸線進行運動，還需要有足夠的力使制成品從模具上脫落下來。3.5.1頂出形式頂出形式主要是：氣壓、機械、液壓頂出等。（1）機械頂出定模裝置固定不動，動模裝著在電機的帶動下來回沿著軸線來回的移動使得成型的制成品可以從模具上脫落下來達到機械頂出的目的。（2）液壓頂出液壓頂出是在動模裝置上進行的，在動模裝置移動的過程中，由液壓缸牽動液壓桿進行運動，經(jīng)過液壓桿的帶動使得裝置發(fā)生頂出作用將成型品從模具上頂出脫落下來。本設(shè)計采用液壓頂出。3.5.2頂出速度和頂出力影響頂出力的大小的因素有很多，頂出裝置液壓缸的液壓系數(shù)，液壓力和模具裝置的摩擦系數(shù)等都或多或少的在影響著頂出力的大小所以頂出力的大小需要經(jīng)過實驗的測算。頂出速度的大小也跟頂出力有著一定的關(guān)系，但由于合模裝置和頂出裝置的性能和運動方式的差異頂出速度也存在著一定的差異。但現(xiàn)有的注塑機的頂出速度經(jīng)過系統(tǒng)的測算和統(tǒng)計來說頂出速度的大小一般在2m/s左右。3.6主要零件的設(shè)計校核合模裝置是是由定模裝置、動模裝置、和脫模系統(tǒng)組成的密閉裝置。其中很多部件需要承受很大的液壓和沖擊力。所以這些零件要具有高強度和高剛度，來保證合模裝置工作的可靠性。3.6.1模板強度計算模板是起到固定的作用的，也為系統(tǒng)提供了坐標基準。其主要收到彎曲力。所以，模板的制造和模板結(jié)構(gòu)都影響會對機器系統(tǒng)的使用和維護產(chǎn)生一定的影響。（1）前模板強度計算前模板承受全部的合模力與拉桿相連。形成剪力和彎矩，其最大彎矩為：（3-19）、—最大彎矩（公斤力厘米）—合模力—中心距（厘米）—模具最小尺寸（為0.5左右）。(3-20)—應力到軸的距離（厘米）—的慣性矩（）—彎曲應力，取為(3-21)—面積—高度—寬度—的重心距—截面到軸的距離計算慣性力矩Jx，根據(jù)移軸定理得：式中為的截面對平行軸的自身中心軸的慣性矩<(2)前模板的撓度計算（3-22）總撓度為（3-23）B總撓度：本設(shè)計的并且要滿足即使用本設(shè)計是滿足要求。3.6.2拉桿的設(shè)計與校核拉汗裝置在合模系統(tǒng)中承擔受力和支撐的重要作用，并且引導著動模板的移動。所以拉桿在硬度和剛度方面有很高的要求，拉桿表面要保證高精度、高光潔度和一定的硬度。（1）拉桿的形狀結(jié)構(gòu)與要求。①使用兩端軸肩的定位形式，但是裝拆不方便，常用于中型機上。②使用分別為螺母固定與軸肩定位的形式。主要在合模系統(tǒng)上出現(xiàn)這種形式。③使用軸肩定位與固定螺母的形式即是一端可以用使用調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)，另一端可以使用固定螺母進行調(diào)節(jié)的雙調(diào)節(jié)方式。④使用軸肩定位與套環(huán)定位形式，其中后者是可以進行對開調(diào)整的。這種的調(diào)節(jié)方式主要應用于需要強應力的機械，大多為大型注塑機。⑤使用兩端為套環(huán)定位形式。（1）計算拉桿強度按純度拉伸計算，初選拉桿直徑—合模力—拉桿直徑（3-27）—根數(shù)—選用750kgf/mm2選用拉桿疲勞強度計算拉伸應力（3-28）壓應力（取開模力）當系統(tǒng)超載是的拉桿強度，去材料的屈服極限,拉桿的超載系數(shù)為1.4.則最大拉應力為：（3-29）。所以滿足所需要的條件3.6.3拉桿螺母（1）螺母結(jié)構(gòu)螺母有整體螺母和分開螺母，兩種形式的螺母在結(jié)構(gòu)上基本上是一致的。但是對開式的螺母可以承受的力要比分開式的螺母所能承受的力要大很多，所以對開式螺母一般應用在大型的注塑機上面。關(guān)于螺紋形狀，公制的三角型螺紋由于承受的應力水平較低所以被應用于中型注塑機上，相應的鋸齒型的螺紋承受的應力水平較高，一般用于大型注塑機。所以，本設(shè)計選用整體螺紋，齒形選用梯形螺紋。材料45號鋼.（2）螺紋強度計算拉桿螺母需要承受很大力，螺母的螺紋強度需要進行多方面的分析和計算，例如螺紋的形狀，螺距的大小，螺紋擠壓度強等。螺紋擠壓度強：(3-30）作用在單圈螺紋上的力。式中—合模力—螺紋工作圈—拉桿根數(shù)。螺紋的抗剪強度：—螺距—螺紋牙型系紋（3-31）—（3-32）螺紋彎曲強度（3-33）按照機械手冊的原則來說，本設(shè)計符合標準。3.7調(diào)模裝置3.7.1選擇調(diào)模裝置調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)動模具和定模具。調(diào)節(jié)裝置一般采用：（1）設(shè)計動模板為兩塊組板，并且厚度可以調(diào)。（2）設(shè)計肘桿為長度可以調(diào)節(jié)的形式。（3）設(shè)計整個肘桿機構(gòu)為可繞軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。通過改變模形板的位置方法來改變的，通過改變螺母位置來改變定模具裝置的位置來達到調(diào)整合模裝置的高度和模力的大小。設(shè)置調(diào)節(jié)裝置，使得四個螺母的位置和擰緊程度是一致的，所以要選第三種調(diào)模裝置，其模板的尺寸較小，形狀精度和裝置剛度較高。并且可以進行手動的轉(zhuǎn)輪調(diào)節(jié)，使得模具的位置達到自己的預期標準。由于調(diào)模精度要求不高，所以本次設(shè)計采用手動式鏈輪調(diào)模。3.7.2設(shè)計鏈條（1）傳動功率的確定較小的鏈條的輪齒數(shù)為.較大的鏈條的輪齒數(shù)為選取,使用的是單行鏈條，既定的功率。轉(zhuǎn)速15轉(zhuǎn)(2)鏈條的選擇選定鏈條型號為節(jié)距(3)數(shù)量和中心距的計算初選中心距a0=(30—50)P=(30—50)?31.75=952.5～1587.5mm數(shù)量為（3-34）取鏈長數(shù)量節(jié)中心距的系數(shù)（3-35）(4)確定鏈跳的速度（3-36）4結(jié)論本次設(shè)計的中型注塑機主要解決了家用塑料過多和居家隔離期間的中型塑料制品的使用問題，并且解決了一下問題：（1）傳統(tǒng)注塑機體型大，操作復雜。（2）滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)的剛度、強度等要求。（3）滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理合理性。（4）保證了的合理的形成，液壓系統(tǒng)的強度和剛度滿足制造的要求標準。（5）可以根據(jù)所需要的塑料制品的大小和形狀來進行模具的定制和選擇，可以兼容。（6）設(shè)計步驟合理，擬定的設(shè)計路線較為成熟。（7）模板在閉模減緩，可以使模具安全的運行，平穩(wěn)的頂出制成品。本設(shè)計的控制部分手動控制與plc電氣