注塑机合模机构设计

目录中文摘要 I第一章引言 11.1 注塑机整机的工作原理 11.2 注塑机的结构组成 2第二章合摸机构方案设计 42.1 .合模机构的类型和选择 42.2 .液压肘杆式合模机构的常见形式和选择 62.3 .合模机构的参数和尺寸计算 72.3.1 合模力的确定 72.3.2 模板尺寸及拉杆间距 82.3.3 动模板行程Sm 92.4 肘杆机构的尺寸参数确定 102.4.1 运动特性分析 112.4.2 力学特性分析 122.4.3 肘杆机构自锁及正常运动条件 142.4.4 肘杆机构的速度分析 142.4.5 肘杆机构的尺寸参数确定 182.5 具体速度和加速度分析 20第三章内翻式合摸机构机械结构设计 253.1 合摸机构装配图和主要的零件设计图 253.2 肘杆机构的强度校核 253.3 较轴的剪切强度校核 253.4 注塑机的调模机构 26第四章注塑机的液压系统 27第五章其它机构 305.1 注塑机的机械保险装置 305.2 注塑机的注射装置 305.2.1 ,注塑机的注塑油缸数类型的选择与确定 305.2.2 ,注塑机的注塑装置的其他部件 31参考文献 32总结 33第一章引言塑料工业是国民经济重要工业部门， 又是一个新兴的综合性很强的工业体系， 这 在很大程度上涉及到塑料加工的设备的先进与否。所以为塑料制品行业提供加工装备 的塑料机械行业，近几年发展迅速，其发展速度与所创主要经济指标在机械工业的 194个行业中名列前茅。塑料机械年制造能力约 20万台（套），门类齐全，在世界排 名第一。而在众多塑料加工设备中，塑料成型加工设备是重点，主要有注塑机、挤出 机、中空吹塑成型机及其辅助设备。在成型加工中，注塑占重要位置，其设备是注射 成型机，又称注塑机。注塑成型的特点是：可一次成型外形复杂、尺寸精确、表面光泽的塑料制件；模 具可以快速更换，以便制造适应市场需求的产品；特别适宜工程塑料及特种塑料的成 型，获得有特殊性能、特殊用途的制品等。合模机构是注塑机的重要部件之一，因为合模机构提供的锁模力最终决定力模具 模腔的平均压力，而模具模腔的平均压力的决定了制品的产品质量。 现在，随着塑料 的品种的日益丰富，性能越来越多样性和优越性，以及现在社会对塑料制品的需求量 不断上升，且需求品种也越来越多样性。合模力从超小型的200kN到超大型的大于20000kN几乎包含了社会生产生活中的各个领域。但平常用的最多的，较常见的是 小型机。1.1 注塑机整机的工作原理注塑机利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融；在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑 化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的 物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料 空间，完成塑化过程；然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压， 将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中；型腔中的熔料经过保压、冷却、 固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品 从模具顶出落下。通俗点来说，注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，其借助螺杆的推力，将 已塑化好的熔融状态的塑料注射入模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑 机作业循环流程如图1-1所示。其中制品冷却与螺杆塑化是同时进行的。图1-1注塑机工作程序框图1.2 注塑机的结构组成注塑成型机主要由合模部件、注射部件、液压系统、控制系统、机身、加热系 统、加料装置等组成。如图1-2所示。图1-2注塑机组成示意图由图1-2可大致地看到注塑机是一个机电一体化程度很高的设备，其中合模性 能对提高制品质量、提高生产效率有重要影响。本文主要从合模部件、注射部件、液 压系统和控制系统这四个方面展开具体的结构分析和有关参数确定。1.3 合模装置配套的注塑机机型随着塑料的性能和可塑性的提高， 以及近年来，随着医疗器械以及电子产品消费 的不断增长，产品的更新换代越来越快，塑料制品的生命周期因此也变得越来越短， 导致小型注塑成型制品的需求逐年增加，因而生产这些制品的小型注射成型机也引起 了人们的广泛关注。基于这一点，本注塑机主要用于生产食品包装、电子产品包装、 商用机器壳体以及医疗器械等制品。根据上述制品相关性能的要求，比如电子产品包装和医疗器械都应该具备优良的 各项性能。故选择 PVC （聚氯乙烯，白色粉末，其力学性能、化学性能、电性能、 阻燃性优良，密度1.38g/cm3 ）作为制品注塑用料。根据聚氯乙烯的成型性能确定其 注塑工艺条件，如表1-1所示。表1-1温度/C压力/ MPa转速/rpm喷嘴均化段压缩段加料段模具注射保压背压螺杆150-170170-190165-180160-17030-6080-13040-605-1020-30根据用途和制品塑料品种，该注塑机注塑多类形状的制品，要求能方便地更换模 具，且制品尺寸较小（最大180m储180mm,质量较轻，属于日常用品，小型机便能 达到要求，故选择卧式螺杆式注塑机。具特点是注射总成的中心线与合模总成的中心 线同心或一致，并平行于安装地面。它的优点是重心低、工作平稳、模具安装、操作 及维修均较方便，模具开档大，占用空间高度小。第二章合摸机构的方案设计2.1 合模机构的类型和选择合模机构是注塑机的重要部件之一， 其功能是实现启闭运动，使模具闭合产生系 统弹性变形达到锁模力，将模具锁紧。对于一个比较好的合模机构应该具备三个方面 的特性：1）足够的锁模力和系统刚性，保证模具在熔料压力作用下，不会产生开缝溢料现象；2）模板要有足够的模具安装空间及模具开启行程；3）快速的移模速度及较慢的合紧模具速度，移模时要具备慢 -快-慢的运动特性。现按锁模力的实现方式讨论全液压式、液压肘杆式和电动式合模机构的优缺点。（1）全液压式全液压式合模机构可分为直动式、增压式和充液式。1）直动式合模机构。其特35这是一种非常简单的合模机锁模动作由液压油升压来完点是启闭模动作和合模力的产生都由合模油缸直接完成, 构。合模机构的合模动作由液压油作用在活塞上来实现, 成。这种合模机构不满足合模机构的运动特性， 耗能大，精度低，目前已经很少应用2）增压式合模机构。由合模油缸、充液阀、稳压油缸和增压缸组成。此类合模机构的锁模力受液压系统和密封的限制，固增压有限，主要用于中小型注塑机。3）充液式合模机构。这种开合方式模精度高、模板受力均衡、不需调模、不需加油润滑、磨 损较少、开合模行程长；但容易内泄造成升压时间长、爬行、甚至让模、速度慢、漏 能、能耗高、容易造成液压冲压、液压系统复杂、成本高、大油缸加工困难。（2）液压肘杆式液压肘杆式合模机构由移模液压缸和曲肘连杆两部分串联而成，是通过液压系统驱动曲肘连杆机构来实现模具的启闭和锁紧。 它可以用很小的液压缸推力，通过肘杆 机构的力的放大作用来获得较大的锁模力。在开合模过程中，这种机构能实现慢-快-慢的运动过程，提高了合模速度，节约了能耗并提高了效率。在输入功率相同的情况 下，肘杆式合模机构的运动速度优于其它形式的合模机构，如在相同的尺寸和运动速 度下，肘杆式合模的输入功率比全液压式约节省10%-20%。另外，肘杆式合模机构的开模力通常是有限的，这一点在小吨位机器上更为明显。液压肘杆式是目前使用最 为普遍的合模机构。但这种方式不足的是：1）结构复杂、易磨损、开合模精度差;2）加工精度要求极高，在成型过程中使得模板受力不均，不能成型精密产品；需要 复杂的调模结构和润滑系统，开合模行程短，而且销轴等磨损后造成的受力不均， 会 加速机器损坏，例如：销轴和拉杆断裂、模板开裂、调模螺母咬死等。（3）电动式电动式合模机构指用电机作动力源来驱动模版移动而实现合模、锁模的合模机构。目前，较流行的是全电动肘杆式即所谓电动机械式合模机构。全电动肘杆式合模机构使用伺服电机配以滚珠丝杠、齿形带等元件替代液压系统驱动曲肘连杆机构来实 现模具的启闭和锁紧，整个装置的调模、顶出均采用伺服电机来执行的合模机构。 具 有节能、控制精度和重复精度高、效率高和环保清洁等优点。但不足的是滚珠丝杠会 带来新的问题：1）滚珠丝杠的磨损会导致精度下降；2）对制造、装配的要求较高，若两者的精度不够，则会在滚珠丝杠上出现附加的径 向力，从而加速滚珠丝杠的磨损；3）当成型面积较大时，如果在肘杆未完全撑直时就开始注射，滚珠丝杠要承受很大 的轴向力，加速滚珠丝杠损坏；4）成本太高，特别是电气控制系统，在目前注塑机技术条件下，市场普及度较低。表1-2为全液压式和肘杆式（液压肘杆式和全电动肘杆式） 合模机构的性能对比。 综述以上三种类型合模装置的对比分析，本设计选择液压肘杆式合模装置。表1-2全液压肘杆式移模速度速度较慢，在整个移模行程中，速度可设定为常数速度较快，在整个移模行程中是 变化的，并处于较高的速度状态， 效率较局移模力、锁模力在整个行程范围内，移模力口锁模力为常数与构件的材料、尺寸精度、质量、 速度有关，对锁模力有放大作用对模具适 应性对不同高度的模具易于适应，因 施力于模具中心且均匀，模具的 使用寿命长调整要求高，合模力的调整与显 示较复杂系统刚度合模状态液压刚性较弱，难以产 生追加合模力，超载时制品易形 成飞边合模状态机械系统刚性较好，在 胀模力作用卜，产生追加合模力， 允许适量短时间的超载工作自锁性不能自锁，一般要继续供应液压 油，能耗较大合模后曲肘连杆进入自锁，液压 油可卸掉，节能噪音在合模稳压时，易产生流体噪音开合模时，易产生启动的机械噪音2.2液压肘杆式合模机构的常见形式和选择卜面主要以双曲肘五支较连杆合模机构展开论述计算，其主要结构为内翻式和外翻式两种。(1)双曲肘内翻式五支较连杆机构，如图 2- 1所示。图2- 1双曲肘内翻式1合模油缸；2一调模装置；3后模板；4一连杆机构；5动模板；6拉 杆；7前模板动作原理：启闭模时，合模油缸1进油，推动双曲肘连杆机构4带动动模板5及 其模具实现启闭模运动；模具接触时，曲肘连杆处于未伸直状态，在合模油缸1推力 作用下曲肘连杆机构产生力的放大作用， 使合模系统发生变形，直至曲肘连杆伸直进 入自锁为止。模具接触时连杆未伸直的程度是通过调模装置 2与合模油缸相配合，按工艺所要求的锁模力来调整的其特点是，启模时，双曲肘相对于轴线向内翻转，结构较外翻式简单、紧凑，较 适用于中小型机，是比较有代表性的，是目前应用最为普遍的合模机构。图2-2双曲肘外翻式1 合模油缸；2曲肘连杆机构动作原理：启闭运动原理和锁模原理与外翻式相同， 所不同的是结构特点，在后 模板和前模板上的支较靠近中心布置， 启模时双曲肘相对于轴线向外翻转，减小了支 较跨度，增加了动模板的支承刚性，减小了挠度，较适用于大型机。综上所述，比较双曲肘内、外翻式的特点，结合本注塑机为小型机，所以选择双 曲肘内翻式合模机构。2.3合模机构的参数和尺寸计算2.3.1 合模力的确定合模力也称锁模力，其含义为合模机构锁模后，熔料注入模腔时，模板对模具形 成的最终锁紧力。.液压肘杆式合模机构的合模力是通过合模油缸产生的推力借助曲 肘连杆机构的传递和放大，作用在动模板上，然后使模具产生合模的力。具体原理是，当模具刚接触时（还未产生明显的弹性变形），由于曲肘连杆尚未 完全伸直，即在图-3中L1与水平线的夹角（合模角仪）接近3。时，产生曲肘锁模 角及连杆角，开始进入锁模状态。此时继续油缸施加推力，那么整个合模机构就要发 生弹性变形，产生变形力。最大变形力是曲肘连杆机构在伸直后进入自锁状态下发生的，此时进入锁模状态的锁模力等于变形力。当熔料以一定注射压力和流速进入模具空腔时，为使模具不至于被熔料胀开，合模力应满足下面的公式Fm - spA其中Fm合模力；s安全系数,一般取1.1-1.6,此处取1.2;p 模腔平均压力(Mpa),根据制品要求和物料特性，此处模腔平均压力确定为25 Mpa；A 制品在分型面上的投影面积(cm2);根据制品最大尺寸180mme 180mm代入上式Fm - spA= 1.2 25 106 180 180 10 上=972 KN =97.2t由于合模力不足时会产生“飞边”，所以要确保机器的锁模力的大于制品加工所 需的最大锁模力，此处合模力定为 120% 2.3.2模板尺寸及拉杆间距模板是用来固定模具的，模板尺寸 H(mm)xV(mm),拉杆间H 0(mm)MV0(mm)。制品的最大成型面积决定了模板尺寸和拉杆间距，而拉杆间距决定了模具的尺寸。根据经验，模板面积约为注塑机最大成型面积的4-10倍，为便于模具从上往下安装，设计模板的长H水平放置。根据制品最大尺寸180mme 180mm按模板面积约为注塑 机最大成型面积的7倍计算，定模板尺寸 H (mm)x V(mm)= 550父450 ,拉杆间距H0(mm) xv0(mm) =370乂270 ,如图 2-3 表示。370图2-3模版尺寸及拉杆间距2.3.3动模板行程Sm动模板行程是指动模板能够移动的最大距离， 用Sm (mm)表示。移动模板行程- 股与成型制品的高度有关，为了制品能够顺利地取出，动模板行程要大于制品最大高 度的2倍，如图2-4所示。3图2-4模板最大开距与移动模板行程1-定模板；2-固定阴模；3-制品；4-动模板动模板行程的关系可用下式表示Sm - L lSm -2L式中二脱模间隙；l 料把高度；L 最大制品高度。根据最大制品高度L =150mm、料把高度l =30mm、取脱模间隙:=15mm,由 上式Sm - L l =195mmSm - 2L =300mm在实际生产中，为了缩短一次制品的循环时间，提高生产效率，减少机器磨损和 动力消耗，成型时尽可能使用最短的模板行程。此处取动模板行程300mm。2.4肘杆机构的尺寸参数确定根据双曲肘内翻式的传统结构，绘制出运动简图如下图2-5:图2-5肘杆机构运动简图YL1一后连杆长度；L2前连杆长度;L4一小连杆长度；L5一后连杆上的支杆长度E一偏心度，即十字头上的滑动点 C与支点A的水平线垂直距离； 0一后连杆转角,也称合开模转角；P 一前连杆转角；了一后连杆上主杆与支杆的夹角，即 L1与L5的夹角；6 斜排角，即L1与L2共线时,L1与过A点的水平线的夹角；邛一小连杆与过C点的水平线的夹角；中m一锁模状态下，小连杆与过 C点的水平线的夹角；”一开模到最大行程的状态下，小连杆与过 C点的水平线的夹角;口max一开模到最大行程的状态下的开模转角；工一合模油缸活塞的行程；Sm一动模板的移动行程；以A为原点，建立如图所示的XAY坐标系。2.4.1 运动特性分析（1）合模行程一一动模板的移动行程 Sm当合模转角转到任意角度口时，B点所处的位置点为Xc(4-1)(4 -2)xc = L1cos（-二）L2cos :L1sin（：二）=L2sin ： （L1 L2）sin 二 从上式得出LlsinG ： M）-（L1 L2）sin sin -二L2从而得到cos - - 1 - sin2= 1 - sin（：二）-（1： ）sin21 1其中九=三，称为杆长比，代入四.式得L2xc = L1cos（:二）L2、1 sin（-）。（1 ）sin 寸2下面分析合模转角U转到极限位置时，Xc的值当口 =0时，P=9,即L1与L2共线时，肘杆合模机构处于锁模状态，（有Xcmax = L1cos 二 L2 1 - sin -(1 1 )sin 2= (L1 L2)cos 1 当otnotmax时，即L1处于坐标系XOY勺第四象限，理论值是在L5与L4共线 状态下，但是这是不可能达到的，现Umax是在合模转角a转到一定位置时的值，即达 到动模板行程300mm的设计要求的值，此时Xc有最小值XcminXcmin =LlcOSCmax 1)L2.1 -SinCmax )-(1 幅的寸所以动模板的行程Sm - xcmax - xcmin=(L1 L2)cos 二-L1cos(: max ?) 一 L2 1 - sin(二 max 二)一(1 )sin 12(2)合模油缸活塞的行程So由图-7所知，当十字头滑块从初始位置(开模起始点)a=0f=max,变化到终 点位置(开模终点)口=4*,邛=平0时，可得到合模油缸活塞的行程SoSo =L4cos 0 L5cos180 -(二 max -) L5cos(l) - L4cos max=L4cos 0 - L4cos max L5cos(1)一 L5cosc max -)偏心度E = L4sin 中+L5sin(u +8 + 7)(4-3)S。 L42 -E-L5sin(: max。)2 - . L42 - E - L5sin( )2L5cosC) -cos(： max F .)2.4.2力学特性分析图-8力的特性分析Fci 小连杆（二力杆）上的C点受到得杆向力；hd 支点A到小连杆的距离；Ffi 前连杆（二力杆）上的F点受到得杆向力；hf 支点A到前连杆的距离。（1）力的放大倍数M,即动模板的合模力与合模液压缸的推力的比值M = -mFo其中Fo 合模油缸的推力Fm 动模板的合模力（锁模力）若不计机构在运动中的摩擦力、自重、惯性力等因素的影响，可根据以图2-6的力学分析和静力平衡关系求得MF0 - 2 Fc1 cos =0Fcihd -Ffihf =0 （因为两者的转矩相等）F cos :- 巳=0f12其中%、hf的关系式可以通过几何分析得到hd =L5sin（:工-）hf = L1sin(:二-)由式4.得:=arcsin sin(:-)-(1;：i， )sin 由式4.得E -L5sin(1 u ): arcsinL4从而得到力的放大倍数MFmF02Ff 1cos : hf 1cos :2Fc1 cos :hd cos :cdL5sin(:，)cos :L1sin(: 二 一)cos :(4-4)2.4.3肘杆机构自锁及正常运动条件根据式4.得到合模油缸的推力F0_Fm_ L1sin（：1 一）cos :F 二二 F M L5sin（:二， ）cos :(4-5)根据式4.及摩擦圆理论（转动副的自锁条件为驱动力位于摩擦圆之内）可确定肘杆机构自锁条件：限+8+匕=155 （假设值）即肘杆机构正常运动条件：:馋+3+彳0155从而得到最大合模角:max 155 -（3+彳0）2.4.4肘杆机构的速度分析，如图2-7（1）肘杆机构的速度传动比图2-7肘杆机构速度分析根据图-9的几何关系得Vc cos ：VD =sin(:-):)vWD=vDcos(：1 - 90 ) = vD sin(:二)Vf = D L1(由得到 Ff L1 = Fd L5, Ff Vf =FdVd)L5vF sin( - 1-)vb ;cos -所以动模板白移动速度Vm与合模油缸活塞的移动速度V0之比vF sin（: 一）VmVbcos :i 二一二一二V0VcVc cossin（:二：）化解整理得到3.1L1sin（： ）cos_L5sin（ : ）cos :比较分析式3.1与式2.1,这结果与通过力的特性分析的得到的结果是一致的卜面在对式3.1进行分析，分子分母同乘以sin(a+6+Y),则i的表达式可以 表达为i =ia叽的形式：L1sin（ -） cos ： sin（ 1 i =：L5cos - sin（：二 ）sin（-） 其中前部分表达式 sins_9_E2为 vB与 vWD 之比， 即iaL5cos 二 sin（：1）vF sin（ ：1-）Vbcos :L1sin（:1-）ia =：vWDvDsin（:二） L5cos : sin（:）后一部分表达式 竺我已汇 为vWD与Vc之比，即ibsin（二二 ）vWD vD sin（- ,二）ib =VcVcVC cos :sin（:u）sin（：1:）cos : sin（:与vCsin（: 1:）所以总的速度传动比可以表示为两个分速度传动比之积，即i =ia其中Vc 驱动速度，即合模油缸活塞的移动速度 Vo ；VD 后连杆上的D点以半径L5绕支点A的绝对速度；VwdVD的水平分量；Vf 后连杆上的F点以半径L1绕支点A的绝对速度；Vb 合模速度，即动模板的移动速度；Vbf 前连杆上的B点以半径L2相对于F点的相对转动速度。（2）速度传动比的特性分析从上面的表达式分析可得出以下结论：a.总的速度传动比i主要由后连杆的长度L1与其支杆长度L5所决定的，要提高移 模速度，应尽可能加大L1的及减小L5。b.在合模转角口很小的范围内，总的速度传动比i是由式3.1中的cos邛所决定的。 cos函数在从80趋向于90的范围内，曲线的斜率很大，函数值下降率很快，例如, 从80变化到85 , cos的函数值增长了近2倍。所以在合模角口很小的范围内，总的速度传动比式3.1中的cos中所决定的。因为平880，90）相对于9侔4口6口） 和?（之15）很大，当合模转角 口趋近于0时，日=-P , cosT 0, cosT 1 ,sin(6 +Y+#)t 1,此时有. L1sin（:1-）cos :lim i =-二 0；j0 L5cos isin（: 3 ）cos I-即此时总的速度传动比已经没有，这非常符合合模终点，模具刚好被锁紧时防止速度 过快模具被冲击的条件。当然上述分析是理想状态下，实际效果是，当主肘杆在伸展 位置时，分速度传比ia中的分子表达式sin（a+8 + B）趋向于0,分速度传比ib在这种 情况下趋向于一个很小的值，但是一个有限的值，总的速度传动比i在这种情况下同理趋向于一个很小的值。c.在合模转角口很大时，总的速度传动i比是由式3.1分母中的 sin呢+8 + 了 +中所决定的。开模趋向于终点时，即（a+8+T +中）趋向于180,sin（a +日+）趋向于零，总的速度比趋向于无穷大。 但这只有当后连支杆L5和小 连杆L4共线的情况下，即开模行程结束时位伸展状态时才会出现。一般在设计的肘 杆系统中，不会有这种情况出现。根据前面肘杆机构自锁及正常运动条件 amax1 55- （ +Y +中0）即（a+a+Y+邛）要小于 155。（3）影响速度传动比的主要参数a.夹角K的变化对速度传动比的影响九是影响分速度传动比ia的主要因素，既影响速度传动比的最大值和最小值，也 影响合模转角的极限值的位置。速度传动比的最大值随着 人的增大而减小，并移向 较大的开模转角；而相反，最小值的提高并在较小的开模转角时达到。 通过改变角九， 改变分速度传动比ia来达到调节总的速度传动比i ,使其不超过所要求的极限值。一 般选取八定15 。b. E在角九为定值情况下的变化对速度传动比的影响若E90范围内，总的速度传动比小于1;总 的速度传动比最大值在(a +8 +Y) 90范围内，在分速度传动比ia以下获得其最小值； 而在(90范围内，在分速度传动比ia以上获得其最大值。综合考虑以上两方面，选择 EL5。2.4.5肘杆机构的尺寸参数确定(1)尺寸约束条件根据目前市场上的注塑机肘杆机构尺寸和广泛采用的设计经验即有关可得出相 关杆长尺寸和角度。有关角度取值范围：后连杆L1和支连杆L4之间的夹角Vfc15s; 斜排角8 ft：4*6口； Umax+尸+邛0 M155* ；(日+中)=90、当支连杆L4在 (口+8+) =90 口回转角时，支连杆L4的回转角不能超过中=75.，以防止干涉。有 关长度取值范围：动模板的移动行程Sm与合模油缸活塞的行程 S。之比(Sm / S。)为I .31.4; E )2L5COsC ) -COs(： max 口 )代入数值得：S0 =4532 -90 -110sin(113515 )2 - , 532 -90 -110sin(515 )2110cos(515 ) -cos(113 515 )解得：S0 = 222mm所以得到动模板的移动行程Sm与合模油缸活塞的行程So之比：Sm _ 300S0222= 1.35力的放大倍数M为:L5sin(飞:)cos -L1sin( -二一)cos :代入数值得:110sin(051580 )cos5180sin(055 )cos80= 19.88 : 20圆整可得到M =20,即达到设计要求，从而得到合模油缸所需提供的力为F0 =Fm改=6t20根据以上计算得出肘杆尺寸图，如图2-8所示222图2-8肘杆尺寸图2.5速度和加速度分析综合考虑设计要求，选择额定油泵压力 p=16MPa ,而压力油经溢流阀调压后得到pi =14MPa ,则可以计算出合模油缸缸径 DD4 60000N二 14 106=0.074mm根据缸径和活塞杆的运动形式，选择单活塞杆SD基本型拉杆式液压缸，缸径80mm,反过来的到合模油缸的推力 F0_ 2 、2工二（80mm）14 1。6;447t较大与6t,不太符合设计要求，重新调解溢流阀，最后确定进入合模油缸腔的压力为 p2 =11.94MPa根据生产力要求，合模时间T=5s,且已知合模油缸活塞的行程S= 222mm,则 合模油缸活塞的平均速度vV 洛=222=44.4mm/sT 5位置0:合模起点，当合模转角a =113。时，如图2-9图 2-9 1=113因为是合模起点，所以速度 50=0和力口速度am0=0。位置1:当合模转角口 =100叩寸，如图2-10。图-12 1=100设定此时合模油缸活塞的速度v01 =20mm/s由式3.1L1sin( ：，)cos ：i =-L5sin( ： u )cos -180sin(100539)cos6=152110sin(1005156 )cos39vm1 =vc1i =20 1.52 =30.4mm/sSm1 =300 -274.6 = 25.4mm2am1 =31.75mm/s位置2:当合模转角口 =80时，如图2-11164,2.216,9图 2-11 ： =80同理可得vm2 = 72.125mm/s , Sm2=83.1mm, am2=50.5mm/s2图 2-12 1=60同理可得vm3 =91.5mm/ s ,2Sm3 =156.3mm , am3 = 24.2mm/ s位置4:当合模转角a =40口时，如图2-132vm4 =90.125mm/s , Sm4 =228.4mm, am4=1.4mm/s位置5:当合模转角a =20叩寸，如图2-142vm5=24mm/s, Sm5 = 280.8mm, am5=-82mm/s位置6:当合模转角a=0o时，图略I合模终点，所以这时跟合模起点一样，速度 仁=0和加速度力=0,而动模板 刚好走完全部行程，即Sm6 = 300mm。根据以上对合模行程、速度以及加速度分析，绘制合模行程、速度以及加速度关 于合模角u的曲线图，如图2-152-17所示。图2-15合模行程曲线图图2-17动模板加速度曲线图通过分析以上三张曲线图能够很清楚地看出，之前的肘杆尺寸参数的设计是合乎要求的。其中合模角11360这一阶段，动模板移动速度逐渐较快增大，过了 600后速度缓慢增大，知道合模角过了 50后速度开始迅速下降，在30的时候下降的最快，过了 30。后速度下降变慢，直到减至 0,这时动模板刚好走完全部行程，即Sm6 = 300mm。第三章内翻式合模机构机械结构设计3.1 合模机构机械结构及主要零件设计图根据第二章的分析及计算结果设计合模机构机械结构和主要零件注塑机调摸合模机构装配图详见设计图注塑机 -1;后模板详见设计图注塑机-2; 动模板详见设计图注塑机-3;前模板详见设计图注塑机-4;十字滑块详见设计图注塑 机-5;液压马达座详见设计图注塑机-6;主后拉杆详见设计图注塑机-7;调模丝母详 见设计图注塑机-8;调模销轴详见设计图注塑机-9;3.2 肘杆机构的强度校核后连杆的静强度校核当在锁模状态下时，肘杆所受的力最大，所以只校核肘杆在此状态下的强度。后 连杆的横截面积2A = 26mm 60mm = 15.6cm材料为 45调质（840C 淬火，600C 回火），查表得：ab =600MPa,as = 355MPa ,当后连杆与前连杆共线进入锁模状态时，在其二力杆方向受的力为F。cos :1200kNcos5= 1204.6kN因为肘杆机构为完全上下对称结构，则后连杆受到的正应力= 386.1MPaF 1204.6kN/21_2A 15.6cm而许用应力二 b 600卜二=400MPans1.5式中ns为材料安全系数，取值为1.5。显然仃 仃,即校核通过。3.3 较轴的剪切强度校核由于较轴设计时尺寸受限，工作条件较恶劣，制造与安装精度、润滑条件等对其 寿命影响较大，所以它是肘杆合模机构中最容易损坏的部件。 当承受较大载荷时，常 用的结构是采用多剪切面的较轴。多剪切面的较轴可使结构紧凑、接触面上的负荷分 布均匀，对摩擦面的工作条件也有较大改善。根据所设计的锁模机构特点，选择较轴白材料为40Cr,直径为38mm。较轴的强 度主要决定于剪切应力，而弯曲应力因影响较小，在计算中给予适当的修正就可以。因此，较轴的强度可按纯剪切考虑，设计为6个剪切面。也是当后连杆与前连杆共线进入锁模状态时，剪切应力为= 88.6MPaFs 1204.6kN/2/6 二ZT2A 二 D2而许用应力=120MPa显然七 可，即校核通过。3.4 注塑成型机的调模机构调模装置是用来调整动模板与定模板之间距离， 其作用是适应不同厚度的注塑成 型模具。考虑合模力大小和机构的适应性，选择拉杆螺母调距。此结构是通过改变后后模板的位置来实现调整的。结构如图3-1所示，由液压马达驱动小齿轮，小齿轮带动大内齿圈转动，大齿圈再带动四个调模螺母转动，而调模螺母内孔与拉杆 为螺旋传动，同时调模螺母固定在后固定模板上，它既转动又移动，从而使整个肘杆机构前后移动，达到调模的目的。大齿圈可使四个调节螺母同步调节。大齿圈固定方式，通过4个滚珠轴承以其内圈进行定位，相当于大齿圈内圈挂在 4个轴承外圈上，然后在通过4个滚珠轴承左右两侧的大轴套夹住大齿圈左右两侧， 从而进行轴向定位。调模丝母的尺寸参数详见注塑成型机 -8。第四章液压系统注塑成型机液压系统及其工作原理图4-1注塑机液压系统原理图1变量叶片泵；2、6、13、16、23二位四通电磁换向阀；3、4、5、27三位四通电磁换向阀；7、8、9、17一流阀；10、11、12、19、24插装阀；14液控单向阀；15、20、26.单向阀；18节流阀；21、22、25单向节流阀；I合模液压缸；II注射装置液压缸；III 一注射液压缸；IV一顶出液压缸；V一单向定量液压马达；VI一增压器；VII 一双向定量液压马达；B1-B4压力表；F1滤油器；F2水冷却器；SQ一行程开关图4-1所示为该注塑机的液压系统原理图，系统的油源为恒压控制变量叶片泵1 , 可与有关液压阀组成压力匹配回路、流量匹配回路及差动回路等，以实现节能。整个系统共5个执行器（合模液压缸I、注射装置液压缸II、注射液压缸III、顶 出液压缸IV、单向定量液压马达 V）,增压器VI用于合模装置高压锁模，双向定量 液压马达VII用于调模装置。顶出缸和注射装置液压缸的运动分别由二位四通电磁换 向阀23和三位四通电磁换向阀4控制，调模装置马达由三位四通电磁换向阀 27控制， 其他液压缸和液压马达的运动则由插装阀及其电磁换向阀和先导压力阀等元件控制， 电磁换向阀的信号源为有关执行器上的行程开关。整个系统可以分解为调模、合模锁模、注射装置前移、注射、保压、冷却和预塑、 注射装置后退和顶出等回路。各回路的工作原理如下。1）调模液压回路当电磁铁19YA和20YA无信号输入时，三位四通电磁换向阀 27 O”型机能， 油口 P、T、A、B封闭，保持模厚不变。当电磁铁 19YA得电信号时，压力油经阀 27进入调模马达VII的右腔，左腔油经阀27后至回油T,从而驱动马达旋转，将模 厚调大。同理，当电磁铁20YA得电信号时，将模厚调大。2）合模和锁模液压回路液压系统的整个工作循环从模具闭合开始。机器用按钮启动以后，电磁铁 1YA 通电使三位四通电磁换向阀3切换至右位，使合模液压缸I的C腔经阀3通油箱。A、 B腔差动连接，故动模版快速前进。当动模版接近顶模版时，压下行程开关SQ17,使电磁铁1YA断电，17YA通电，液压缸I的C腔回油经背压阀10,合模力自动降 低，速度减慢，以减小合模的冲击力。待合模到位后，压下行程开关SQ13,使电磁铁1YA及2YA通电，液压缸I的B、 C腔通油箱卸压，泵1的压力油经二位四通电磁换向阀16及单向阀20进入锁模增压 器IV的左腔，增压器右腔的高压油进入液压缸 I的A腔，将模具锁紧。快速合模的 速度可以通过调节插装阀24的开口量开调节。锁模时，B腔的回油通过阻尼孔，以 提高锁模过渡过程的稳定性。3）射装置前移和注射液压回路在锁模的同时，电磁铁4YA带电，三位四通电磁换向阀4切换至左位，液压泵1 的压力油经阀4进入注射装置液压缸II的E腔，带动整个注射装置前移，使喷嘴与 模具贴合，并压下行程开关SQ16,使电磁铁3YA通电，三位四通电磁换向阀5切换 至右位，液压泵1的压力油经单向阀15和减压阀19及单向节流阀22进入注射液压 缸III的J腔，带动螺杆以高压高速将头部熔料注入模腔，注射液压缸的前进速度取 决于单向节流阀22的开度。此时螺杆头部作用于熔料上的注射压力（一次压力）由 直动式溢流阀8调节。注射液压回路属于容积节流联合调速，变量叶片泵1输出的流量取决于节流阀的 开度，泵输出的流量一直与负载所需流量相匹配，功率损失较小。4）保压由于低温模具的冷却作用，使注入模腔的熔料产生收缩，为制得质地致密的制品， 应对熔料保持一定的压力补缩，为此在注射行程最后，压下行程开关SQ18,使电磁铁18YA通电，此时，注射液压缸III的J腔压力改由压力阀9控制，调节改阀可以 使螺杆作用于熔料的保压压力（二次压力）获得不同值。在保压时，螺杆因补缩而有 少量的前移。5）制品的冷却和预塑当保压到模腔的熔料失去从浇口流回的可能性时，注射液压缸III内的保压可以卸去（此时合模液压缸内的高压也可以撤除），使制品在模具内冷却定型。此时，电 磁铁13YA通电，二位四通电磁换向阀 6切换至右位，液压泵的压力油经单向阀 11 及插装阀12和节流阀18组成的溢流节流阀，进入预塑7压马达V,马达驱动螺杆转 动（转动速度由插装阀12和节流阀18组成的溢流节流阀调定和稳速），将来自料斗 的粒状塑料向前输送并使其塑化。由于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆转动的同时又发生后退，螺杆的后退量表 示了螺杆头部所积存的熔料体积量。当回退到计量值时，行程开关 SQ19被压下，电 磁铁13YA断电，螺杆停止转动，准备下一次注射。制品冷却与螺杆塑化在时间是重叠的， 在一般情况下，螺杆塑化计量时间少于制 品冷却时间。液压马达驱动螺杆工作期间，由于溢流节流阀的作用，既保证了螺杆转速恒定和 重复计量精度，又使液压泵的工作压力始终跟负载压力变化，从而实现了压力匹配。 6）注射装置后退和开模顶出制品待螺杆塑化计量完毕后，为了使喷嘴不至于因长时间和冷模接触而形成冷料等 缘故，经常需要将喷嘴撤离模具，即注射装置后退。为此行程开关SQ19发讯使电磁铁5YA通电，换向阀4切换至右位，液压泵的压力油经阀 4进入注射装置液压缸II 的F腔，带动整个注射装置后退。喷嘴后退到位后，压下行程开关SQ15,使电磁铁6YA通电，换向阀3切换至左位，模具打开，开模到位后，压下行程开关 SQ25,使 电磁铁10YA通电，液压泵的压力油经阀23和单向节流阀25进入顶出液压缸V的左 腔，推动顶出杆将制品从模具内顶出，完成整个工作循环。注塑机液压原理图详见设 计图注塑机-00第五章其它机构5.1 注塑成型机的机械保险装置为保证人、机和模具的绝对安全，除应设置电气、液压保险外，还应设置机械保 险装置。为防止误动作，万一电气、液压的安全保险装置或程序失灵时，在安全门未关 闭的状态下，动模板失去合模能力。即当合模油缸刚启动的时候，全安全门未关闭一 一保险挡板(图-22)未被压下一一保险挡板挡住前模板上的安全通孔一一保险杆直 接定在了保险挡板上一一实现机械强制保险。值得一提的是，在合模油缸刚启动的时候，即合模转角a =113邛寸，力的放大比MM _ L5sin( ： u ) cos _ 110sin(11351510 )cos34一 L1sin(二 二) cos :-180sin(113534 )cos10= 0.659显然，肘杆机构在这时反而将合模油缸的推力缩小了，即动模板的推力相对锁模力来说很小，从而达到机械保险的动作要求。5.2 注塑成型机的注射装置5.2.1 注塑机的注塑油缸数类型的选择与确定目前，常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式，并通过液压马达直接驱动螺杆注塑。下面就对单缸形式和双缸形式作简单的分析比较。(1)单缸注射装置单缸注射装置的原理与双缸注射装置基本上相同，只是在结构布置上有所差异而 已，具体原理在双缸注射装置中阐述。单缸注射装置的结构特点是，在注射活塞与活塞杆之间布置有滚动轴承和径向轴承，结构较复杂。由于螺杆、油马达、注射油缸是 一线式排列，导致轴向尺寸加大，注射座的尾部偏差因素加大，影响其稳定性。(2)双缸注射装置双缸注射装置的原理是：如图 5-1。预塑时，在塑化部件1中的螺杆，通过液压 马达4驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达轴键连接。螺杆旋 转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中， 与此同时，螺杆在物料 的反作用下后退，使注射液压缸3后退，完成计量。注射时，注射液压缸 3的杆腔进油带动螺杆以高压高速将头部熔料注入模具型腔。图5-1双缸注射1-塑化部件；2-注射座；3-注射液压缸；4-液压马达5.2.2注塑成型机的注塑装置的其他部件1）螺杆 螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有 效长度，在其表面经过很长的热历程，要经过从玻璃态到黏弹态再到黏流态的转变， 最后在注射液压缸的作用下将熔料通过喷嘴注入模腔。根据最初的机型确定、材料性 质以及产品质量要求，选择用通用型螺杆。2）螺杆头，在注射螺杆中，螺杆头的作用是：预塑时，能将塑化好的熔体放流 到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流。根据 产品注塑用塑料为PVC,其热稳定性较差，可用无止逆环型尖头形螺杆头。3）料筒，它是塑化部件的重要零件，内装螺杆外装加热圈，起加热料使用料从 完成玻璃态到黏弹态再到黏流态的转变，同时还承受复合应力和热应力的作用。4）喷嘴，喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要部。其作用有：预塑时，建立 背压，驱除气体，防止熔体流涎，提高塑化能力和计量精度；注射时，与模具主浇套 形成接触压力，保持喷嘴与浇套良好接触，形成密闭流道，防止塑料熔体在高压下外 溢；保压时，便于向模具制品中补料，而冷却定型时增加回流阻力，减小或防止模腔 中熔体向回流等。根据产品注塑用塑料为 PVC,选用直通式螺杆。参考文献1吴宗泽.机械设计课程设计手册M.3版.北京：高等教育出版社，2006.2濮良贵.机械设计M.8版.北京：高等教育出版社,2007.3孙桓.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社,2006.4廖念钊.互换性与技术测量M.4版.北京：中国计量出版社,2006.5陈青葵.注塑成型.北京：化学工业出版社,2007.6王兴天.注塑技术与注塑机.北京：化学工业出版社,2005.口杨卫明.注塑成型新技术.北京：化学工业出版社,2008.8宋锦春.液压与气压传动.北京:科学出版社，2006.9李壮云.液压气动与液力工程手册（上册）.北京：电子工业出版社,2008.10傅衣铭.材料力学.长沙：湖南大学出版社，2007.11张俊彦理论力学.北京：北京大学出版社，2006.12张春伟.肘杆式注塑机合模机构合模点配置方法研究.塑料工业.2008，第36第6 期：34-37.13欧笛声.双曲肘五孔斜排合模机构的设计改进.广西工学院学报，2005-12，第16卷 第4期.总结本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难 免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导师的指导，以及一起工作的同事的支持， 想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的导师老师。整个过程中都给予了 我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误，对我的毕业论文的不当之处进行全面的修改指导。 除了敬佩李老师的专业水平外，他 的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样。我再说一次谢谢！