【正文】 ....................................................................... 50 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 1 緒 論 、 塑料注射成型機(jī)概述 塑 料注射成型機(jī)（簡稱注塑機(jī)）是一種能將塑料加熱塑化，借助螺桿（或柱塞）的推力，將塑料熔體射入閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻定型或固化后制成成品的塑料成型加工設(shè)備。它配置不同的模具，可以成型外形復(fù)雜的制品，是塑料機(jī)械的主要機(jī)種之一。 塑料注射成型機(jī)按外形分類可以分為臥式、立式和角式三種；按合模機(jī)構(gòu)分類可以分為液壓、液壓機(jī)械式、電動機(jī)械式三種形式；按加工能力分類又有以下分類形式： 分類 合模力（ N） 理論注射容積（ cm3 ） 超小型 ＜ 160 ≤ 16 小型 160～ 2021 16～ 630 中型 2500～ 2021 800～ 3150 大型 5000～ 12500 4000～ 10000 超大型 ＞ 16000 ＞ 16000 按使用范圍的不同又可分為普通成型 機(jī)和其他注射式成型機(jī)，如組合式注射成型機(jī)、精密注射式成型機(jī)、熱固 性注射成型機(jī)、排氣式注射成型機(jī)、低發(fā)泡注射式成型機(jī)、鞋用注射式成型機(jī)、反應(yīng)注射式成型機(jī)、雙色與多色注射式成型機(jī)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 塑料注射式成型機(jī)一般由以下幾個部分組成： 1．合模部件 它 是安裝模具 用的成型部件。主要由模板、動模板、合模機(jī) 合模油缸、頂出裝置等組成、 2．注射部件 它是注塑機(jī)的塑化部件。主要由加料裝置、料筒、螺桿、噴嘴、預(yù)塑裝置、注射油缸及注射座移動油缸等組成。 3．液壓傳動及電氣控制系統(tǒng) 它是注塑機(jī)的動力操縱控制部件 、 注射成型機(jī)的工作原理 注射成型機(jī)的工作原理是：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)，同時螺桿外裝有電加熱器，而將塑料熔化成粘液狀態(tài)，在此之前，合模機(jī)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(jī)構(gòu)開始將液狀料高壓快速注射到模 具型腔之中，給一定時間的保壓冷卻后開模，把成型的塑料制品由頂出機(jī)構(gòu)頂出，從而 完成了一個工作循環(huán)。 注射成型機(jī)的工作循環(huán)如下所示： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 主要由油泵、液壓缸、各種閥類、電機(jī)、電器元件以及控制儀表等組成。 、技術(shù)要求及已知參數(shù) 依照塑料注射式成型機(jī)的 合?！⑸洹骸鋮s→開?！敵龅?工作 ∟→螺桿預(yù)料進(jìn)料 循環(huán)以及合模的具體的動作：快速合模、慢速合模、鎖模。而且 ，鎖模 的 時 間比較長（直 到開模淺的這段時間都是鎖模機(jī)構(gòu)）。塑料注射成型機(jī)對其液壓系統(tǒng)的具體要求是：合模運動要求平穩(wěn)，兩片模具閉合時不應(yīng)有沖擊；模具閉合后，合模機(jī)構(gòu)應(yīng)保持閉合壓力，以防止注射時，將模具沖開。注射后，注射機(jī)構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充分注滿型腔；預(yù)塑進(jìn)料時，螺桿轉(zhuǎn)動，料被螺旋推進(jìn)器推到螺桿的前端，這時，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，注視機(jī)構(gòu)必有一定的后退阻力；系統(tǒng)應(yīng)具有安全設(shè)置，以確保安全生產(chǎn)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 塑料注射成型機(jī)的已知參數(shù)如下： 對液壓系統(tǒng)的要求 ⑴合模運動要平 穩(wěn)，兩片模具閉合時不應(yīng)有沖擊； ⑵當(dāng)模具閉合后，合模機(jī)構(gòu)應(yīng)保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機(jī)構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔； ⑶預(yù)塑進(jìn)料時，螺桿轉(zhuǎn)動，料被推到螺桿前端，這時，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； ⑷為保證安全生產(chǎn)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置。 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 250 克塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下： 螺桿直徑 40mm 螺桿行程 200mm 最大注射壓力 153MPa 螺桿驅(qū)動功率 5k 螺桿轉(zhuǎn)速 60r/min 注射座行程 230mm 注射座最大推力 27kN 最大合模力 (鎖模力 ) 900kN 開模力 49kN 動模板最大行程 350mm 快速閉模速度 慢速閉模速度 快速開模速度 慢速開模速度 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 注射速度 注射座前進(jìn)速度 注射座后移速度 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 2. 250 克塑料注射祝液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 液壓執(zhí)行元件載荷力和載荷轉(zhuǎn)矩計算 ⑴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。 ⑵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。 ⑶注射缸載荷力 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。 pdFW 24?? 式中， d—— 螺桿直徑，由給定參數(shù)知： d＝ ； 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(jī)械效率為 ，求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表 1 中。 表 1 液壓缸名稱 工況 液壓缸外載荷 Fw/kN 活塞上的載荷力 F/kN 合模缸 合模 90 100 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 鎖模 900 1000 開模 49 55 座移缸 移動 3 頂緊 27 30 注射缸 注射 192 213 進(jìn)料 液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計算 ： mNnPT cW ???? ??? 79660/ 1052 3? 取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為 ，則其載荷轉(zhuǎn)矩 初選系統(tǒng)工作壓力 250 克塑料注射機(jī)屬小型液壓機(jī)，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 ⑴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)?；钊睆? ? ?)1(4 221 ?? ??? pp FD 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 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 mmDh 101004 64 ??? ???，取 Dh＝ 。 按表 2— 5 取 d/D＝ ，則活塞桿直徑 dh＝ ＝ ，取dh＝ 。 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 。其活塞桿直徑按增壓比為 5，求得 mDd hz 22 ??? ，取 dz＝ 。 ⑵ )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 mmpFD y 10344 641??? ???? ?? ，取 Dy＝ 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＝ ＝ ⑶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?。还时硥毫梢院雎圆挥?，這樣 mmpFD s 6 41??? ???? ?? ，取 Ds＝ ； 活塞桿的直徑一般與螺桿外徑相同，取 ds＝ 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 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(jī)械效率為 ，這樣 rmrmp TV mWM /????? ???? ?? 計算液壓執(zhí)行 元件實際工作壓力 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。 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。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 制定系統(tǒng)方案 ⑴ 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定 本機(jī)動作機(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)運動。各直線運動機(jī)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(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，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 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 一． 選擇液壓回路： 1. 合模缸回路：合模缸要求實 現(xiàn)其速度快速、慢速、鎖模、開模動作。其運動方向采用三位四通電液 換向閥直接控制，快速運動時，需要有較大流量。慢速合模只要有小流量即可。鎖模時，由增壓缸供油。 2．液壓馬達(dá)回路：由于單向液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速要求較高，動力較大，功率較大，而對速 度平穩(wěn)性無過高要求，故采用回路效率較高、油液溫開較小、經(jīng)濟(jì)較好的旁路節(jié)流回路。 3．注射缸回路：注射缸的運動速度較大，平穩(wěn)性要求不高，也采用旁路節(jié)流回路。由于預(yù)塑進(jìn)料時有背壓要求 （可以使加工的塑料得到良好的塑化質(zhì)量） ，可在缸的無桿腔的出口油路處串連一背壓閥 ，控制螺桿的退回時間，使塑化的塑料比較密集，也有利于氣山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 體的排出。注射缸的運動方向也 采用三位四通電液動換向閥控制。 4．注射座移動缸回路：此回路采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求不工作時，出于浮動狀態(tài)，故采用 Y型中位機(jī)座的三位四通電磁換向閥。 5．液壓源：由各液 壓執(zhí)行元件實際流量列表可知，整個液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中所需流量變化較大，閉模和注射后又要求有較長的時間的保壓，而且從提高效率、節(jié)約能源的方面考慮，采用雙泵供油回路。液壓缸快速動作時，雙泵同時供油，慢速動作或保壓時，小泵單獨供油。 6．安全連鎖裝置：為了保證安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)中設(shè)置安全門，在安全門的下端安裝一個行程閥，用來控制合模缸的動作。將行程閥串聯(lián)在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，從而使得在安全門沒有關(guān)閉時，行程閥沒有被按下，液動換向閥不能進(jìn)控制油，電液換向閥不能實現(xiàn)換向，合模缸不能合模。只有操作者離開 時，將安全門關(guān)閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而保證了操作人員的人身安全。 7．頂出缸的要求：制品在冷卻后成型，被頂出時，頂出速度要穩(wěn)定，以防止制成品受損，而且，頂出缸的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同制品的頂出要求，所