XS-ZY250注塑機合模機構設計【三維PROE】

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The utility model is mainly composed of a fixed template, a movable template, a pull rod, a hydraulic cylinder, a connecting rod, a die adjusting mechanism and a ejecting mechanism.First of all, this paper briefly introduces the development of the injection molding machine industry and the future development direction. Then, through the analysis of the characteristics of the injection molding machine at home and abroad, the design scheme is finally selected as a hydraulic hyperbolic elbow connecting rod mechanism. The design includes the design of the components, including the clamping cylinder, the top out cylinder and the double curved elbow. The connecting rod mechanism, the base and so on, the hydraulic system design and so on; finally, use the CAD software to draw the assembly drawing of the injection molding machine, and select the typical parts to draw the part drawing, and use the Pro/E three-dimensional design software for the three-dimensional design.Key words: Injection molding machine, Clamping, Double elbow connecting rod, cylinder目 錄摘 要IAbstractI第1章 緒論11.1 選題背景及意義11.2國內外發展現狀11.3 注塑機概述31.3.1 注塑機的工作原理31.3.2 注塑成型機的基本功能41.3.3 注塑機的分類4第2章 總體方案設計52.1 設計參數要求52.2 方案設計52.2.1整機構成分析52.2.2合模裝置方案設計52.2.3頂出裝置方案設計82.2.4調模裝置方案設計8第3章 主要零部件設計93.1合模油缸設計93.1.1確定活塞及活塞桿直徑93.1.2合模缸缸體壁厚的確定93.1.3活塞桿及強度校核113.1.4合模缸的結構設計153.2 頂出機構設計153.2.1頂出油缸設計163.3雙曲肘連桿機構設計163.3.1結構尺寸確定163.3.2強度校核173.4底座設計20第4章 液壓系統設計214.1液壓系統設計要求214.1.1對液壓系統的要求214.1.2液壓系統設計參數214.2 制定系統方案214.4.2擬定液壓系統圖224.3液壓元件的選擇234.3.1液壓泵的選擇234.3.2電動機功率的確定234.3.3液壓閥的選擇244.3.4液壓馬達的選擇254.3.5油管內徑計算254.3.6確定油箱的有效容積254.4液壓系統性能驗算254.4.1驗算回路中的壓力損失254.4.2液壓系統發熱溫升計算27總 結29參考文獻30致 謝3131XS-ZY250注塑機合模機構設計第1章 緒論1.1 選題背景及意義隨著塑料工業的發展，塑料制品在各行各業中都有越來越廣的應用。當今，在一些高新尖端技術上，各種塑料制品的技術要求越來越高，壁厚超薄、外形尺寸超精密、重量超清，以及生產加工時的超高速循環、對價格昂貴的模具有很好的保護等要求，不但對注射成型加工工藝方法提出高的要求。鎖模裝置是注塑機的最主要的部件，它在合模速度、合模精度、鎖模力上達到相關的要求才能滿足這些制品的生產，因此在傳統液壓、三模板、有拉桿注塑機鎖模裝置的基礎上開發了全電動、二板式、無拉桿注塑機等注塑機新機種。注塑機是一種通用設備，通過它與不同專用注塑模具配套使用，能夠生產出多種類型的注塑機制品。而注塑機合模結構是保證模具可靠的閉鎖和實現模具啟閉動作及頂出塑料的部件，是注塑機核心結構之一。為了保證模具不被很大的壓力沖擊毀壞，必須由某些機構產生很大的外力抵抗外力沖擊并且保證模具可靠的閉鎖。這就是研究塑料注射機合模結構意義所在。1.2國內外發展現狀注塑機的鎖模裝置，伴隨著50年代注塑機的出現，結構就一直在不斷創新發展。最由最初的直壓式至70年代末出現了肘桿式、單缸充液式等。當時這類鎖模裝置得到了快速的發展，但一直受到既要鎖模力大，又要快速、節能這一矛盾的制約。盡管全液壓式注塑機存在液壓油的可壓縮性問題，但是液壓在靜止的時候壓力處處相得，所以模板和模具受力都相當均勻，而且具有開合模精度，不需調模，不需加潤滑，磨損較少，開合模行程長等特點。這些與單缸液壓式鎖模機構相比，已經得到了非?？斓陌l展。80年代末我國廣東順德泓利機器有限公司開發的四缸差動注塑機，是世界上第一臺外循環直壓型兩板機的雛型。其后他們在此基礎上開發出了全液壓四缸直鎖二板式注塑機。該機采用了獨特的合模機構和液壓系統，實現了鎖模力和注射力的自適用和模具定位的自適用，使產品具有節能、精密可靠、運行平穩等諸多優點。在國內的精密注塑機發展史上具有非常重要的意義。目前這種合模機構已經被應用到新開發的光盤注塑機上。80年代末5鉸點斜排列肘桿式的發明充分展示了肘桿式注塑機的優點。電動式注塑機起步較晚，從20世紀80年代開始發展起來。日精樹脂公司于1983年率先向市場推出型號為MM5電動式注塑機。由于伺服電動機的成熟應用和價格的大幅度下降，近年來全電動式注塑機越來越為市場青睞，越來越多的注塑機商，如日精、法那克、東洋機械金屬公司、新瀉鐵工所、住友、等公司，都進行了開發和生產，但是主要廠家還是集中于日本。90年代初以德國為首的歐洲推出了許多新的全液壓式注塑機，其中二板直壓式是這類結構的代表。而日本卻把重點放在開發全電動式注塑機上，并取得了相當大的成果。由著名的加拿大Engel公司首先開發成功的無拉桿注塑機，標志著注塑機的發展又上了一個新的水平。中國塑料工業經過長期的奮斗和面向全球的開放，已形成門類較齊全的工業體系，成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅的基礎材料產業，作為一種新型材料，其使用領域已遠遠超越上述三種材料。進入21世紀以來，中國塑料工業取得了令世人矚目的成就，實現了歷史性的跨越。作為輕工行業支柱產業之一的塑料行業，近幾年增長速度一直保持在10%以上，在保持較快發展速度的同時，經濟效益也有新的提高。從合成樹脂、塑料機械和塑料制品生產來看，都顯示了中國塑料工業強勁的發展勢頭。我國的注塑機從無到有、從小到大、從單一品種到多品種，有了長足的發展，特別是改革開放以來，我國注塑機的研究和制造業呈現出一片前所未有的新氣象，我國注塑機的產量現成為世界上生產大國，為我國的塑料工業發展作出了巨大貢獻。我國的塑料工業發展前景廣闊，相比于工業發達國家的塑料工業，我國的塑料工業還處于初級階段，注塑機加工塑料制品占塑料制品總量的三分之一，所以注塑機在我國發展前景廣闊?；仡?009，世界塑料機械行業走過艱辛的一年：日本塑料機械銷售業績直降50%，法國塑料機械市場縮水40%，中國臺灣地區09年臺灣塑料和橡膠機械產量下跌超過30。但是據統計數據顯示，2009年下半年中國大陸塑料機械行業強勁反彈。據中國塑料機械協會副會長錢耀恩先生透露，2010年中國塑料機械行業迎來了百年不遇的發展機遇：一是中國汽車消費行業迅猛發展，汽車塑料用量猛增；二是中國政府在刺激經濟的發展、拉動投資等方面很見成效，從四萬億投資計劃到汽車下鄉、建材下鄉、再到輕工業產振興規劃都讓人們對中國經濟的恢復與發展充滿信心。 據有關數據統計，預計到2010年，北美人均塑料消費量將達到145千克;西歐人均塑料達到22.8千克，僅為發達國家的六分之一。這也意味著我國塑料產業還擁有較大的攀升空間和發展前景，市場需求的增加將帶動塑料機械行業的快速增長。特別是特大型、精密、專用注塑機，低溫、大功率型單螺桿擠出機，以及相關工業制品應用的吹塑機械等產品的發展前景看好。 塑料機械產業明顯的躍升，促使注射產品的應用領域進一步擴大，而且具有較高技術含量和高附加值的注射產品開發應用不斷增多，提高了我國注塑行業的整體水平。企業技術裝備、市場開發能力、產品應用范圍和參與市場競爭的能力等方面與以往相比均有了較大提高，沿海工業發達地區的注射產品檔次接近港臺同類產品的水平。沿海經濟法達地區，憂郁經濟高速增長，急需注塑產品的配套服務，給注塑行業發展帶來機遇。目前國內經濟發達地區廣東、浙江、上海、江蘇和山東等省市注塑產品產量約占全國總產量65%，且從過去勞動密集型逐漸轉向技術、資本密集型發展，生產力布局日趨合理。目前注塑行業年加工能力350萬噸以上，單機注塑加工容量可從4克5萬克。塑料制品的廣泛應用為塑機行業的發展提供了不竭的動力，我國塑料行業的巨大發展潛力為中國塑料機械行業的迅速成長開拓了廣闊的空間。目前，注塑機分為肘桿式（機械式）、全液壓式、全電動式、電動/液壓復合式四類，這四類各有各的優缺點，各有各的市場。在我國，產品結構不甚合理，肘桿式在市場中占主導地位，而全電動式注塑機在國內還是“瘸腿”，目前沒有一家企業正式批量生產，僅作為樣品機進行宣傳。此外電動/液壓復合式注塑機作為一種集液壓和電驅動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式高性能的優點，已成為當今精密注塑機發展的方向。中國是世界最大的信息產業市場，手機機體90%以上的塑料件全部由國外塑機生產，以塑料為主原料的數碼產業，國產塑機更是無人問津。就全球市場格局而言，全球建筑市場的持續發展，將會拉動對塑料管材、壁板等擠壓制品的需求，進而推動擠出設備的需求增長。因此，預計全球擠出設備需求，將超過其他類型的塑機產品。美國工業市場研究公司的調查表明，美國和日本塑料機械需求將重新顯現復蘇跡象，西歐市場需求將在2009年加速增長。中國、印度和俄羅斯塑料機械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發展中國家和地區，對塑料機械需求也將逐步增長。1.3 注塑機概述1.3.1 注塑機的工作原理注塑機的工作原理是利用塑料的熱物理性質，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，在料筒內裝有在外動力馬達作用下驅動旋轉的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實，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，當螺桿旋轉時，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，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機構的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。注塑機作業循環流程如圖1-1所示圖1-1注塑機工作程序框圖1.3.2 注塑成型機的基本功能注射成型機必須具備以下基本功能： 對所加工的塑料物料能實現塑化、計量并把熔融物料壓入模具模腔的功能； 對成型模具能實現啟閉和鎖緊的功能； 對成型過程中所需的能量能實現轉換、傳遞和控制的功能； 對成型過程及工藝條件可進行設定與調整的功能。1.3.3 注塑機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：臥式注塑機是最常用的類型。其特點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。它的優點是重心低、工作平穩、模具安裝、操作及維修均較方便，模具開檔大，占用空間高度??；但占地面積大，大、中、小型機均有廣泛應用。（2）立式注塑機：其特點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行塑化，易實現自動化及多臺機自動線管理等優點。缺點是頂出制品不易自動脫落，常需人工或其它方法取出，不易實現全自動化操作和大型制品注射；機身高，加料、維修不便。（3）角式注塑機：注射裝置和合模裝置的軸線互成垂直排列。根據注射總成中心線與安裝基面的相對位置有臥立式、立臥式、平臥式之分：臥立式，注射總成線與基面平行，而合?？偝芍行木€與基面垂直；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。角式注射機的優點是兼備有臥式與立式注射機的優點，特別適用于開設側澆口非對稱幾何形狀制品的模具。第2章 總體方案設計2.1 設計參數要求本次設計為塑料注射機合模結構設計，所設計的合模結構可以保證模具可靠的閉鎖。注射成型機參數指標（鎖模力1800kn、頂出行程90mm、最大模厚：350mm、最小模厚:200mm）。2.2 方案設計2.2.1整機構成分析注塑機根據注射成型工藝要求是一個機電一體化很強的機種，主要由注射部件、合模部件、機身、液壓系統、加熱系統、控制系統、加料裝置等組成。如圖2所示。注塑機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合模部件合模裝置調模裝置頂出裝置機 身液壓系統泵、液壓馬達、閥蓄能器、冷卻器、管路等油路控制加熱系統冷卻系統控制系統動作程控料筒溫度控制液壓泵電機控制故障檢測報警控制安全保護加料裝置圖2-1 注塑機整機組成示意圖2.2.2合模裝置方案設計合模機構有液壓式、機械式和機械-液壓復合式。（1）液壓曲肘連桿式屬機械-液壓復合式，其結構特點是液壓缸通過曲柄連桿機構驅動模板實現啟閉模運動，充分利用了曲柄連桿機構的行程、速度、力的放大特性和自鎖特性，達到快速、高效和節能的效果。常用的液壓曲肘連桿式形式有：雙曲肘內翻式、雙曲肘外翻式、撐肘式、單曲肘擺缸式和單曲肘掛缸式。其中雙曲肘內翻式，如圖2-2所示。這種形式的動作原理是：啟閉模時，合模缸1進油，活塞桿推動雙曲肘連桿機構5帶動動范本6及其模具實現啟閉模運動；模具接觸時，曲肘連桿5處于未伸直狀態，在合模油缸1推力作用下曲肘連桿機構5產生力的放大作用，使合模系統發生變形，直至曲肘連桿5伸直進入自鎖為止。模具接觸時連桿未伸直的程度是通過調模裝置與合模油缸相配合，按工藝所要求的鎖模力來調整的。圖2-2 雙曲肘內翻式結構原理示意1-合模油缸；2-調模裝置；3-后范本；4-拉桿；5-曲肘連桿；6-動范本；7-定范本；8-頂出油缸；（2）直壓式合模此種結構的特點是其開關模動作及鎖模動作都是通過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速度和活塞產生的最大軸向力確定。圖2-3 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-底板這種結構的工作原理是：開關模時，移模油缸5進油，推動活塞桿，從而帶動拉桿及動范本運動，實現開關模動作；進入鎖模狀態后，鎖模油缸4進油，在油的推力作用下產生大的鎖模力，通過鎖模油缸活塞桿對底板7的力的作用而壓緊模具，實現鎖模。（3）直壓式與肘桿式的比較 直壓式合模力F = P油缸S油缸，故調節合模力較容易，但壓力確定后不允許超載。而肘桿式注塑機是通過連桿機構的力擴大以后產生的，故通常情況下可以超載10%以上。 由于結構關系，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品。 肘桿式剛性比直壓機剛性好，因為高壓鎖模時，肘桿式是全部鑄鋼變形后產生的，合模力當剛要超載時，因為液壓油與鑄鋼的彈性模量差10倍左右，故同樣要產生飛邊情況下，肘桿式注塑機產生的飛邊要小得多。 肘桿式注塑機由于合模力是通過力的放大作用產生的，且高壓鎖模后，在注射、保壓過程中可卸壓，而直壓式在注射、保壓過程中始終高壓保持，且直壓式合模油缸直徑遠大于肘桿式，故肘桿式較省電。 肘桿式合模機構都是通過連桿機構產生合模力，故要有高的模板平行度及長的壽命，其所要求的加工精度較高，且零件較多，成本較高。而直壓式是通過合模大油缸產生合模力，幫其密封存要求較高，隨著時間的推移，較易磨損，產生泄漏后，合模力會下降。綜合上述分析合模部件方案設計合模機構采用液壓雙曲肘連桿式。2.2.3頂出裝置方案設計頂出裝置要有足夠的頂出力，頂出速度，頂出次數和頂出精度，是在頂出油缸的作用下作頂出動作。本注塑機采用如下頂出裝置的方案頂出油缸是通過導桿固定在動模板上的。如圖2-4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2-4 臥式機頂出裝置示意圖1-頂出油缸；2-活塞；3-活塞桿；4-導桿；5-頂出板；6-頂出桿；7-動范本；8-電子尺2.2.4調模裝置方案設計考慮到本次最厚模具為350mm，最薄模具為200mm，故調模范圍為0150mm，因此采用最簡單的螺桿方式調節即可。綜上所述，設計的XS-ZY250注塑機合模機構方案如下圖示：圖2-5 XS-ZY250注塑機合模機構示意圖第3章 主要零部件設計合模部分位于機器床身的左側，其主要由固定模板、移動模板、拉桿、液壓缸、連桿、模具調整機構、頂出機構以及安全保護機構等組成。其一,實現模具的可靠開合動作和必要的行程;其二,在注射和保壓時,提供足夠的鎖模力;其三,開模時,提供頂出制件的頂出力及相應的行程。3.1合模油缸設計180克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，參考設計手冊，初步確定系統工作壓力為8MPa。3.1.1確定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1800kN，工作在活塞桿受壓狀態?；钊睆酱藭rp1是由增壓缸提供的增壓后的進油壓力，初定增壓比為5，則p158.0MPa=40MPa，鎖模工況時，回油流量極小，故p20，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=0.7180mm=126mm，取d=125mm。移模行程為30mm，因此按照油缸標準行程系列取合模油缸行程為40mm。為設計簡單加工方便，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3.1.2合模缸缸體壁厚的確定缸體材料選用27SiMn無縫鋼管，其抗拉強度，屈服強度。取抗拉強度，屈服強度，則 （4-4）式中 許用應力， 安全系數，取 =31、缸筒壁厚： 當時，可用下面的實用公式計算： （4-5） 式中 最大工作壓力， 材料的許用應力， D缸體內徑，mm 缸筒壁厚，mm 取壁厚為，則缸筒外徑為。2、缸筒壁厚應作四個方面的驗算：（1）額定工作壓力應低于一定極限值，以保證工作安全 （4-6） （2）同時額定工作壓力也應與安全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發生 （4-7）式中 缸筒發生完全塑性變形的壓力， （4-8）因此， （3）缸筒的爆裂壓力 （4-9）（4）驗算缸筒徑向變形應處在允許的范圍內 （4-10）式中 缸筒材料泊松比，鋼材取缸筒材料彈性模數，鋼材取變形量不應超過密封圈允許范圍。為了加強兩端耳部聯結強度，設計中加大了油缸缸底耳座和活塞桿端銷孔直徑，以及缸底耳座和活塞桿頭部銷孔處的厚度及寬度，增加聯結部位的強度。3.1.3活塞桿及強度校核（1）活塞桿采用45號鋼實心桿，端部接球頭端蓋，活塞桿外徑，其抗拉強度，屈服強度。取抗拉強度，屈服強度，活塞桿的安全系數取1.5，則實心直徑為： （4-11）式中 活塞桿直徑，m 缸的推力，N 材料的許用應力，則壁厚為：此處取活塞桿壁厚為。則活塞桿內部實心直徑。（2）活塞桿的強度計算活塞桿在穩定工況下，如果只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行計算： （4-12） 式中 活塞桿的作用力，N；活塞桿外徑，m；活塞桿內徑，m；材料的許用應力，MPa；安全系數，即可，此處??；把數據代入式（4-12）得：如果液壓缸工作時，活塞桿所承受的彎曲應力矩不可忽略時（如偏心載荷等），則可以按下式計算活塞桿的應力： （4-13） 式中 活塞桿斷面積，；活塞桿斷面模數，；活塞所承受的彎曲力矩，如果活塞桿僅受軸向偏心載荷時，則，式中為作用線至活塞桿軸心線最大撓度處的垂直距離mm。這里求得：則代入式（4-13）得：（3）活塞桿彎曲穩定性驗算當液壓缸支撐長度時，需驗算活塞桿彎曲穩定性。若受力完全在軸線上，主要按下式驗證： （4-14） （4-15）式中 活塞桿彎曲失穩臨界壓縮力，；安全系數，活塞桿即可，此處??；液壓缸安裝及導向系數，兩端鉸接；實際彈性模數；材料組織缺陷系數，鋼材一般??；活塞桿截面不均勻系數，一般??；材料的彈性模數，鋼材??；活塞桿橫截面慣性矩，； 活塞桿截面面積，；受力偏心量，；活塞桿材料屈服極限，。式中圓環截面：又代入式（4-15）得：則由式（4-14）得：（2）若受力偏心時，當推力與支承的反作用力不完全處在軸線上，可用下式驗證： （4-16）式中 ，一端固定，一端球鉸接 （4-17） 把以上值代入上式（4-17）可求得則由式（4-16）和式（4-14）求得： 活塞桿導向套裝在液壓缸的有桿側端蓋內，用以對活塞桿進行導向，內裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。3.1.4合模缸的結構設計合模缸的結構由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。缸體是合模缸的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度?；钊呛夏８椎年P鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊?；钊梢蕴自诨钪?，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導向環與缸體內徑配合。導向環多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護密封圈的尼龍擋圈兼做導向環?；钊棵芊馊γ芊?，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.658.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內夾橡膠壓制而成的單向實心密封圈。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈。以上兩種密封圈的使用，簡化了活塞結構，裝配方便，但密封圈本身加工較復雜?；钊妮S向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環加彈性擋圈固定?；钪突钊麠U是合模缸傳遞機械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷。合模油缸的結構如下圖示：圖 3-1 合模油缸3.2 頂出機構設計參數要求：頂出行程，90mm；頂出力，28kN3.2.1頂出油缸設計（1）系統壓力選定250克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，參考設計手冊，初步確定系統工作壓力為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，此時缸的回油流量雖經節流閥，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適當加大，頂出行程為65mm，結合油缸行程標準系列取頂出油缸行程。由給定的設計參數知，注射座往復速比為0.08/0.061.33，查表2-6得d/D0.5，則活塞桿直徑為：D=0.580mm=40mm頂出油缸的尺寸及結構設計與前述類似，該處不再一一復述。頂出油缸詳細尺寸結構如下圖示：圖 3-2 頂出油缸3.3雙曲肘連桿機構設計3.3.1結構尺寸確定雙曲肘連桿機構的設計的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設計鑒于各種方法的優缺點，采用了幾何作圖法的方式來求解。圖 3-2 雙曲肘連桿機構結構尺寸示意圖3.3.2強度校核（1）曲肘連桿的強度校核在曲肘連桿進行校核時，假設前梁失去作用，全部作用力都作用在曲肘連桿上，即。圖5-1表達了曲肘連桿的結構簡圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖。 圖5-9 曲肘連桿的結構受力分析圖由圖5-9分析可知，曲肘連桿中間主缸處彎矩最大，應當進行強度校核。其截面圖如圖5-10所示。1）形心位置：各板件的計算數據如表5-2所示：表3-2 曲肘連桿截面各板件的計算數據表零件號12345數量11521總面積140264160192100形心位置13121021總慣性矩57166.738332853.3392161666.7結構件的形心位置為： （5-2）2）慣性矩： （5-3）3）彎曲應力： （5-4）4） 安全系數： （5-5）所以曲肘連桿彎曲強度校核滿足設計要求。（2）曲肘連桿上平衡油缸耳板與銷軸強度校核1）耳板強度校核耳板結構如圖53所示。圖 33 耳板結構簡圖耳板受擠時，有 (510)式中 耳板數量；偏載系數，取1.2；耳板厚度；銷孔直徑。已知（平衡油缸推力），代入式(52、15)得耳板選取材料為15Mn，厚度為100mm，。擠壓安全系數查表可知，耳板許用安全系數，比較知，耳板設計合適。2）銷軸強度校核設銷軸的截面積為，抗彎模數為，銷軸所受彎矩為，所受剪力為，則銷軸彎曲應力和剪應力分別為： (kN) (mm2) (mm3)彎曲應力 剪應力 (MPa)其合力為： (MPa)安全系數為： 查得：為1.3可知，符合強度條件。銷軸強度合格。3.4底座設計底座安裝于工作臺下部，與基礎相連。底座僅承受機器之總重量。底座材料可選用鑄鐵件或焊接結構。主要考慮到外形的美觀，對精度無要求。底座由鑄造制成，目前以鑄造為多，一般采用ZG35B鑄鋼。 底座的寬邊尺寸由立柱的寬邊中心距確定，上梁和活動梁的窄邊尺寸應盡可能小些，以便鍛造天車的吊鉤容易接近壓塊機中心，梁的中間高度則由強度確定。設計底座時，為了減輕重量，根據“ 等強度梁”的概念，設計成圖所示的不等高梁，即立柱柱套處的高度h 小于中間截面的高度H。但在過渡區( A處) 會有應力集中。由于上底座外形尺寸很大，為了節約金屬和減輕重量，盡量使各個尺寸在允許的范圍內降到最小。梁體做成箱形結構，在安裝缸的地方做成圓筒形，安裝立柱的地方做成方筒形，中間加設筋板，以提高剛度，降低局部應力。第4章 液壓系統設計4.1液壓系統設計要求4.1.1對液壓系統的要求注射機合模機構液壓系統的設計與注射機整個液壓系統都相關聯要綜合考慮，因此本次對整個液壓系統進行設計。注射機的工作循環為：合模注射保壓冷卻開模頂出螺桿預塑進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。（1）合模運動要平穩，兩片模具閉合時不應有沖擊；（2）當模具閉合后，合模機構應保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構應保持注射壓力，使塑料充滿型腔；（3）預塑進料時，螺桿轉動，料被推到螺桿前端，這時，螺桿同注射機構一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機構必需有一定的后退阻力；（4）為保證安全生產，系統應設有安全聯鎖裝置。4.1.2液壓系統設計參數上述設計選定的塑料注射機液壓系統設計參數如下： 螺桿直徑 50mm 注射容量 250cm3 最大注射壓力 147MPa 注射速率 114g/s 系統工作壓力 6.0MPa 螺桿驅動功率 24kW 螺桿轉速 0200r/min 注射座行程 50mm 最大鎖模力 1800kN 移模行程 500mm 頂出力 28kN 頂出行程 90mm4.2 制定系統方案執行機構的確定 本機動作機構除螺桿是單向旋轉外，其他機構均為直線往復運動。各直線運動機構均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅動，螺桿則用液壓馬達驅動。從給定的設計參數可知，鎖模時所需的力最大，為1800kN。為此設置增壓液壓缸，得到鎖模時的局部高壓來保證鎖模力。合模缸動作回路 合模缸要求其實現快速、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。液壓馬達動作回路 螺桿不要求反轉，所以液壓馬達單向旋轉即可，由于其轉速要求較高，而對速度平穩性無過高要求，故采用旁路節流調速方式。注射缸動作回路 注射缸運動速度也較快，平穩性要求不高，故也采用旁路節流調速方式。由于預塑時有背壓要求，在無桿腔出口處串聯背壓閥。注射座移動缸動作回路 注射座移動缸，采用回油節流調速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態，故采用Y型中位機能的電磁換向閥。安全聯鎖措施本系統為保證安全生產，設置了安全門，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，安全門沒有關閉時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進控制油，電液換向閥不能換向，合模缸也不能合模。只有操作者離開，將安全門關閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而保障了人身安全。液壓源的選擇該液壓系統在整個工作循環中需油量變化較大，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。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，提高系統效率。4.4.2擬定液壓系統圖圖4-1 注塑機液壓系統原理圖液壓執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。去掉重復多余的元件，把控制液壓馬達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，兩回路接合部串聯單向順序閥。再加上其他一些輔助元件便構成了180克塑料注射機完整的液壓系統圖，見圖2，其動作循環表，見表4-1。表4-1 電磁鐵動作表電磁鐵動作1YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA快速合模慢速合模增壓鎖模注射座前進注射注射保壓減壓（放氣）再增壓預塑進料注射座后退慢速開?？焖匍_模系統卸荷4.3液壓元件的選擇4.3.1液壓泵的選擇 液壓泵工作壓力的確定pPplppl是液壓執行元件的最高工作壓力，對于本系統，最高壓力是增壓缸鎖模時的入口壓力，pl8MPa；p是泵到執行元件間總的管路損失。由系統圖可見，從泵到增壓缸之間串接有一個單向閥和一個換向閥，取p0.5MPa。液壓泵工作壓力為pP(80.5)MPa8.5MPa 液壓泵流量的確定qPK(qmax)由工況圖看出，系統最大流量發生在快速合模工況，qmax3L/s。取泄漏系數K為1.2，求得液壓泵流量qP3.6L/s (216L/min)選用YYB-BCl71/48B型雙聯葉片泵，當壓力為8MPa時，大泵流量為157.3L/min，小泵流量為44.1L/min。4.3.2電動機功率的確定注射機在整個動作循環中，系統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。前面的計算已知，小泵供油壓力為pP18.0MPa，考慮大泵到注射缸之間的管路損失，大泵供油壓力應為pP2(8.00.5)MPa8.5MPa，取泵的總效率P0.8，泵的總驅動功率為27.313 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。P27.313100/12521.85 kW驗算其他工況時，液壓泵的驅動功率均小于或近于此值。查產品樣本，選用22kW的電動機。4.3.3液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統工作壓力在8.0MPa左右，所以液壓閥都選用中、高壓閥。所選閥的規格型號見表3-2。表3-2 ZS900塑料注射機液壓閥名細表序號名稱實際流量選用規格1三位四通電液換向閥2.6234DYM-B32H-T2三位四通電液換向閥3.3634DYY-B32H-T3三位四通電液換向閥0.5034DY-B10H-T4三位四通電液換向閥3.3634DYO-B32H-T5二位四通電液換向閥0.7424DYO-B32H-T6二位四通電液換向閥0.5024DO-H10H-T7溢流閥0.74YF-B20C8溢流閥2.62YF-B20C9溢流閥2.62YF-B20C10單向閥0.74DF-B20K11液控單向閥3.36AY-H32B12單向閥0.50DF-B10K13單向閥2.62DF-B32K14節流閥0.65LF-B10C15調速閥0.70QF-B10C16調速閥1.70QF-B20C17單向順序閥0.74XDIF-B20F18單向順序閥2.70XDIF-B32F19行程滑閥0.5024C-10B4.3.4液壓馬達的選擇在3.3節已求得液壓馬達的排量為0.8Lr，正常工作時，輸出轉矩769N.m，系統工作壓力為8.0MPa。選SZM0.9雙斜盤軸向柱塞式液壓馬達。其理論排量為0.873L/r，額定壓力為20 MPa，額定轉速為8l00r/min，最高轉矩為3057Nm，機械效率大于0.90。4.3.5油管內徑計算本系統管路較為復雜，取其主要幾條(其余略)，有關參數及計算結果列于表3-3。表3-3主要管路內徑管路名稱通過流量允許流速管路內徑實際取值大泵吸油管2.620.850.0630.065小泵吸油管0.73510.0310.032大泵排油管2.624.50.0270.032小泵排油管0.7354.50.0140.015雙泵并聯后管路3.364.50.0310.032注射缸進油管路2.664.50.0280.0324.3.6確定油箱的有效容積按下式來初步確定油箱的有效容積：VaqV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43取a5，算得有效容積為：V50.2m31 m34.4液壓系統性能驗算4.4.1驗算回路中的壓力損失 本系統較為復雜，有多個液壓執行元件動作回路，其中環節較多，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油管路的壓力損失。此管路長 5m，管內徑0.032m，快速時通過流量2.7L/s；選用20號機械系統損耗油，正常運轉后油的運動粘度27mm2/s，油的密度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，其沿程阻力系數為：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p2，以及通過控制閥的局部壓力損失p3。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油口，要經過順序閥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0.4MPa。電液換向閥2的額定流量為190L/min，額定壓力損失0.3 MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失0.2 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油口要經過單向閥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0.2 MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為： 由以上計算結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(0.030.88)MPa0.91MPa 大泵到注射缸之間總的壓力損失為p 2(0.030.65)MPa0.68MPa由計算結果看，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，注射缸的進口壓力也隨之由小到大變化，當注射壓力達到最大時，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，確定系統的最高工作壓力為6.8MPa，也就是溢流閥7的調定壓力。4.4.2液壓系統發熱溫升計算計算發熱功率 液壓系統的功率損失全部轉化為熱量。發熱功率計算如下PhrPrPc對本系統來說，Pr是整個工作循環中雙泵的平均輸入功率。系統總輸出功率求系統的輸出有效功率：由前面給定參數及計算結果可知：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熱功率為：Phr(15.33)kW12.3kW計算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為1m3，按V0.8abh求得油箱各邊之積：abh1/0.8m31.25m3取a為1.25m，b、h分別為1m。求得油箱散熱面積為：At1.8h(ab)1.5ab(1.8l(1.251) 1.51.25)m2 5.9m2油箱的散熱功率為：PhcK1AtT式中 K1油箱散熱系數，查表51，K1取16W/(m2)； T油溫與環境溫度之差，取T35。Phc165.935kW3.3kWPhr12.3kW由此可見，油箱的散熱遠遠滿足不了系統散熱的要求，管路散熱是極小的，需要另設冷卻器。冷卻器所需冷卻面積的計算冷卻面積為：式中 K傳熱系數，用管式冷卻器時，取K116W(m2)； tm平均溫升()；取油進入冷卻器的溫度T160，油流出冷卻器的溫度T250，冷卻水入口溫度tl25，冷卻水出口溫度t230。則：所需冷卻器的散熱面積為：考慮到冷卻器長期使用時，設備腐蝕和油垢、水垢對傳熱的影響，冷卻面積應比計算值大30，實際選用冷卻器散熱面積為：A1.32.8m23.6m2總 結這次設計的三個月時間里，我從不了解到深刻的理解錘式破碎機的設計課題，對我們大學四年所學到的知識，特別是對機械設計、機械原理、以及機械制圖方面的知識有了更深的理解和提高。并且從中培養了自己對問題的獨立思考能力以及分析問題的能力，對資料和文獻的檢索能力，也培養了我們將所學基礎理論與專業知識運用解決實際問題的能力。對培養我們的獨立工作能力和創新精神具有很重要的作用。當然，在這些過程中也存在許多沒有解決好的并有待改進和提高的問題。雖然在設計中難免有不足之處，但是通過這次的鍛煉對我今后在事業上的成功奠定了堅實的基礎。這次的設計之所以能夠順利完成，這是與宋老師的細心指導是分不開的，同時在設計的過程中還得到了同組的兩位同學的熱心幫助，在此非常感謝他們，特別是要感謝宋老師在這幾個月來對我的細心指導使我順利完成這次畢業設計。當然這次的設計肯定不是十分完美的，在設計中的許多不足之處，望老師能夠給予批評指正。參考文獻1馮辛安機械制造裝備及設計M北京：機械工業出版社，2001. 2王連明. 陳鐵鳴機械設計M哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社,1998. 3陳萬林.王東旭. 塑料模具設計與制造教程. 北京：北京希望電子出版,2000.4朱成實吳瓊吳敬東