【導(dǎo)讀】寫的成果，設(shè)計中所引用他人的文字、研究成果，均已在設(shè)計中加以說明；本設(shè)計和資料若有不實之處，本人愿承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。經(jīng)過查找各種資料最終選定設(shè)計臥式單缸液壓馬達直接驅(qū)動的往復(fù)螺桿式注射裝。本文首先簡要介紹了注塑機行業(yè)的發(fā)展情況和今后的發(fā)展方向，其次就是對注射裝置。的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容包括對液壓馬達的選擇，和對螺桿、料筒、噴嘴、料斗等的設(shè)計，同時還對注塑機的基本參數(shù)進行了計算。最后使用CAD軟件畫出注塑機和注射裝置的裝配。圖，并且選出典型零件畫出零件圖。

　　

【正文】 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斷面時，壓力上升得大時，將會對輸出量產(chǎn)生影響，壓力甚至于會使塑料破壞。一般止逆閥的設(shè)計，都會將通道截面積設(shè)計成螺桿尾端的環(huán)狀通道面積的８０％以上。 這次設(shè)計采用 最普遍的環(huán)狀止逆閥，動作原理如圖 28所示，它 包含了三個部分。 1頭部 藉由螺紋軸和螺桿接在一起 2環(huán)座 3軸向滑動環(huán) 在關(guān)閉的位置時，滑動環(huán)緊地靠在環(huán) 座上，接觸面系和軸成４５～６０度之錐面；在進料階段，滑動環(huán)位于打開的位置，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 號鋼，進行調(diào)質(zhì) HB220— 270 熱處理。 圖 28加工熱塑性材料之環(huán)狀止逆閥 22 實物如下圖 29 圖 29環(huán)狀止逆閥 噴嘴設(shè)計 噴嘴是連接塑化裝置與模具流道的重要部件， 注射時， 料筒 內(nèi)的熔料在螺桿的推動下，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，射程遠近、補縮作用的優(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，伸進定模板孔中的長度受到限制，因此所用模具的主流道較長。為彌補這種缺陷而加大 噴 嘴的長度，成為直通式 噴 嘴的一種改進型式，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，會產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。 (2)自鎖 式 噴 嘴 注射過程中，為了防止熔料的流涎或回縮，需要對 噴 嘴通道實行暫時封鎖而采用自鎖式 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)的閥芯實現(xiàn)自鎖的。注射時，閥芯受熔料的高壓而被頂開，熔型遂向模具射出。熔膠時，閥芯在彈簧作用下復(fù)位而自鎖。其優(yōu)點是能有效地杜絕注射低粘度塑料時的 “ 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，補縮作用小，對彈簧的要求高。 23 （ 3） 杠桿針閥式 噴 嘴 這種噴嘴與自鎖式 噴 嘴一樣，也是在注射過程中對 噴 嘴通道實行暫時啟閉的一種， 它是用外在液壓系統(tǒng)通過杠桿來控制聯(lián)動機構(gòu)啟閉閥芯的。使用時可根據(jù)需要使縱的液壓系統(tǒng)準確及時地開啟閥芯，具有使用方便，自鎖可 靠 ，壓力損失小，計量準確等優(yōu)點。此外，它不使用彈簧，所以，沒有更換彈簧之慮，主要缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。 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、 PPR、 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 210 圖 210噴嘴結(jié)構(gòu) 料筒設(shè)計 料筒結(jié)構(gòu) 料筒 的結(jié)構(gòu)其實就是一根中間開了下料口的圓管。 這次設(shè)計的料筒基本結(jié)構(gòu)如圖 211 所示。 24 圖 211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 ,硬度 Hv900～ 1000 在塑料的塑化過程中，其前進和混合的動力都是來源于螺桿和 料筒 的相對旋轉(zhuǎn)。 塑料在接近熔點溫度時 ,與料筒相接觸的塑料已開始熔融而形成一層熔膜。當熔膜厚度超過螺桿與料筒間的間隙時，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面匯集成旋渦狀的流動區(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程。同時，螺桿的旋轉(zhuǎn)使固體床和機筒 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，或者由于局部壓力過大造成摩擦生熱劇增，從而產(chǎn)生局部過熱。 在螺桿均化段，固體床已經(jīng)因體積過小而破裂形成分散在熔池里的小固體顆粒。這些固體顆粒通過各自與包覆周圍的熔體摩擦及熱傳遞而熔融。面這時，螺桿的功能主要是通過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、 PPR、 PVC 等 )時會出現(xiàn)某一段剪切熱過高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象 — 般可通過降低螺桿轉(zhuǎn)速得以消除。但這勢必影響生產(chǎn)效率。為了實現(xiàn)對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)計時針 對的主要問題是以上塑料的固體摩擦系數(shù)、熔體粘度、熔融 25 速度等。 加料口 加料口的結(jié)構(gòu)形式直接影響進料效果和塑化部件的吃料能力，注塑機大多數(shù)靠料斗中物料的自重加料，所以這次采用最常用的對稱形料口，如下圖 212 所示。 圖 212 加料口形狀 加熱裝置設(shè)計 為使機筒內(nèi)的物料在某一恒定的熔融溫度范圍，防止物料在機筒內(nèi)發(fā)生大量的化學(xué)反應(yīng)，使熔體呈現(xiàn)出最好的流動特性，接近于固化的臨界狀態(tài)，因此，要對料筒進行加熱。注塑機料筒的加熱方式有電阻電熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，常用的是電阻加熱和陶瓷加熱，這次設(shè)計采用一般的 電阻電熱 。 料筒一般被分成幾個恒溫的加熱區(qū)間 , 每個加熱區(qū)間都有 獨立的加熱器。加熱器由熱電阻加熱線圈構(gòu)成 , 給加熱器通電則熱電阻釋放熱量。各加熱區(qū)間的溫度設(shè)定值沿著料筒應(yīng)有一定的溫度分布。注塑塑料通過料斗進入料筒中 , 在螺桿的推動作用下向噴嘴移動。塑料經(jīng)過每個加熱區(qū)間時吸收熱量溫度升高達到熔融狀態(tài)。注塑制品質(zhì)量與料筒內(nèi)熔體的質(zhì)量有直接關(guān)系 ,為了保證熔體質(zhì)量 , 要合理設(shè)置各區(qū)間的料筒溫度設(shè)定值 , 并且將該區(qū)間的溫度控制在一定的精度范圍之內(nèi)。因此在注塑過程中 , 料筒溫度控制成為影響注塑制品質(zhì)量 的關(guān)鍵技術(shù)。 這次的設(shè)計 是具有 4個加熱區(qū)間段的注塑機。 各段溫度設(shè)定值如下 : 第一段料筒內(nèi)塑料的加熱溫度設(shè)定值確定為 180℃ , 第二段、第三段料筒內(nèi)塑料的加熱溫度設(shè)定值為 200℃ , 第四段料筒內(nèi)塑料的加熱溫度設(shè)定值確定為 190℃。 在料筒溫度控制系統(tǒng)中 , 控制變量為加熱器提供的熱量 , 被控變量為被加熱塑料的溫度。由于注塑機料筒沒有設(shè)置冷卻散熱系統(tǒng) , 因此塑料降溫過程是完全依賴于自然散熱。由于料筒的壁較厚 , 自然散熱的速度很慢 , 因此塑料升溫和降溫過程是一個典型的非線性過程。因為各個區(qū)間加 26 熱器的加熱功率不同 , 同時 各區(qū)間段內(nèi)塑料總量也不相同 , 因此在加熱過程中 , 各個區(qū)間段的溫度不是同步變化的 , 存在著溫度差異 , 因此相鄰塑料加熱區(qū)間段內(nèi)塑料會進行熱傳遞 , 導(dǎo)致加熱區(qū)間段之間的溫度會相互影響 , 具有耦合性。隨著溫度的升高 , 塑料的比熱容、熱擴散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、密度等參數(shù)也都會發(fā)生變化 , 因此 , 注塑機的料筒溫度對象具有多變量、非線性、強耦合、時變等特點 。 加料斗設(shè)計 加料斗是儲存塑料原料的部件，也有的在加料斗上加上發(fā)熱和吹風(fēng)裝置做成干燥料斗。加料斗的形狀一般是下部圓錐形與上部圓筒形。圓錐形的錐面斜度對于不同粒 度、不同顆粒形狀、顆粒之間摩擦系數(shù)和粘結(jié)系數(shù)不同的塑料部有不同的最佳值 。這次設(shè)計采用的錐度為 50176。，壁厚為 3mm。 材料選用 45 號鋼，進行調(diào)質(zhì) HB220— 270 熱處理 螺桿驅(qū)動傳動的連接件設(shè)計 根據(jù)選擇的液壓馬達型號，液壓馬達和軸之間采用聯(lián)軸器進行連接，這其中還需要用到鍵來進行定位。 首先我們確定選用凸緣聯(lián)軸器（ GB/T58432021）型號 GY5 鍵根據(jù)液壓馬達的型號確定為 GB/T1096 鍵 8 7 35 注射油缸的密封圈采用 O型密封圈 GB/ 注射裝置機架導(dǎo)向設(shè)計 推理座 :注射時，推理座通過推力軸推動螺桿進行注射；而預(yù)塑時，通過油壓馬達驅(qū)動推力軸帶動螺桿旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)預(yù)塑。 座移油缸：當座移油缸進油時，實現(xiàn)注射座的前進或后退動作，并保證注塑噴嘴與模具主澆套圓弧面緊密地接觸，產(chǎn)生封閉熔體的注射座壓力。 將注射座裝在與主軸平行的導(dǎo)柱上，機筒的軸線也與這些導(dǎo)柱平行，并且在同一個軸向平面上，導(dǎo)柱配裝上活塞，液壓缸在其上面運動，液壓缸與注座連接，使得注座可以全過程滑動。注射油缸的工作原理是 :注射油缸進油時，活塞帶動活塞桿及其置于推力座內(nèi)的軸承，推動螺桿前進或后退。通過活塞桿頭部的螺 母，可以對兩個平行活塞桿的軸向位置以及注射螺桿的軸向位置進行同步調(diào)整。 27 3 注塑機的基本參數(shù) 密度：一般塑料密度范圍為 ~ 克 /厘米 ^3 理論注射質(zhì)量為 60g，那么理論注射容量為 60g（ ~） g/cm^3=(~) cm^3所以理論注射容量定為 66 cm^3 螺桿轉(zhuǎn)速 Ns= （ min1 ） = =294r/min（高熔體速度， v=～ ） （ 31） 理論注射量 注射量在一定程度上反映了注塑機的加工能力，標志著所能生產(chǎn)的塑料制品的最大質(zhì)量，一般有理論注射容積和注射質(zhì)量兩種表示方法。 VL= D2S （ 32） 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。 VL= D2S=66 cm3 （ 33） D=,所以 S=4cm 在注射過程中，一方面熔料的密度會隨溫度和壓力的變化而變化，另一方面在壓力的作用下會有少量的熔料回流，并且在保壓時需要對熔料因冷卻而產(chǎn)生的收縮量進行補充，所以實際注射量要小于理論注射量。用射出系數(shù)進行修正。射出系數(shù)通常在 — 范圍內(nèi)選取。 Vs=aVL （ 33） Vs———— 實際注射容量， cm3 a—— 射出系數(shù)。 4?4??Dv60 ?? 28 選用射出系數(shù)為 ，則 Vs= 66= cm3 理論注射質(zhì)量 注塑機對空注射時，螺桿或柱塞做一次最大注射行程時所射出的熔料的最大質(zhì)量，以克（ g）表示。 W= ? V （ 33） W—— 理論注射質(zhì)量， g V—— 理論注射容積， cm3 ? —— 塑料密度 W=60g(已知 ) 注射壓力 注射熔料時，為了克服熔料流經(jīng)噴嘴、流道和模具型腔時的流動阻力，螺桿（或柱塞）必須對熔料施以足夠大的壓力，這種壓力就稱為注射壓力。 002020 PDDD4PD4D ???????? ?? （ 34） P—— 注射壓力， MPa。D0—— 注射油缸內(nèi)徑， cm。 D—— 螺桿（或柱塞）外徑， cm。P0—— 注塑機工作時的油路壓力， MPa 注射壓力過高，可能產(chǎn)生飛邊，脫模困難，影響制品表現(xiàn)質(zhì)量，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，影響機器壽命；注射壓力過低，則會造成熔料沖模不滿。所選用的注射壓力要大于制品所需注射壓力，要考慮熔料粘度 、制品形狀、塑化和模具溫度及制品精度等因素。 P= = =174Mpa （ 35） 注射速