注塑机结构毕业设计.docx
《注塑机结构毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注塑机结构毕业设计.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
注塑机结构毕业设计
注塑机结构毕业设计
题 目:
院：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：
教师职称：
本科毕业设计论文
注塑机结构设计与控制 机械工程学院
毕业设计任务书
一、课题名称：
二、指导教师：
三、设计内容与要求：
1.课题概述2.设计内容及要求3.设计原始资料
4.设计课题的特点与目的5.设计成果四、设计参考书五、设计说明书要求1.封面2.目录3.内容摘要4.引言5.正文6.结束语7.附录
六、毕业设计进程安排七、毕业设计答辩及论文要求1.毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或
目录
摘要......................................................................ⅠAbstract...................................................................Ⅱ第1章绪论.................................................................1国内外发展状况..........................................................1课题的提出..............................................................3第2章注塑机概论..........................................错误！
未定义书签。
注塑成型机的分类........................................................4注塑机的基本组成及工作过程..............................................4注塑机的基本组成......................................................4注塑机的工作过程......................................................4注塑机的基本功能......................................................5本机介绍..............................................................6第3章注射装置.............................................................7注射装置简介............................................................7注射装置的型式..........................................................7注射装置的设计..........................................................8螺杆式塑化部件........................................................8螺杆头与止逆阀设计...................................................14喷嘴设计.............................................................16料筒设计.............................................................17螺杆驱动传动的连接件设计.............................................20注射装置机架导向设计.................................................21第4章合模装置............................................................22合模装置简介...........................................................22合模机构主要部件的设计及计算...........................................22调模装置的选择.......................................................23肘杆机构的设计计算...................................................15拉杆的设计计算.......................................................25
注塑机结构设计与控制
顶出装置的选择.......................................................26第5章PLC控制程序设计....................................................28PLC的基本原理.........................................................28PLC的基本结构.........................................................28PLC的工作原理.........................................................29PLC机型的选择步骤与原则...............................................30.....................................................................30.....................................................................32................................................................................................................................................5．5............................................................................................................................................................................................................................结语.........................................................................致谢.......................................................................
注塑机结构设计与控制
第2章注塑机概论
注塑成型机的分类
根据注射装置对塑料的塑化方式的不同可分为柱塞式和螺杆式两大类，尤其以螺杆式注塑机最为常见。
根据合模装置的不同可以分为机械式、液压式和液压机械式。
根据注射装置的排列方式的不同可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多工位注射成型机，而其中卧式注射成型机较为常见。
按机器的特殊结构和用途还可以分为热塑性通用型注射成型机、热固性塑料注射成型机、排气式注射成型机、发泡注射成型机、多组分注射成型机、鞋用注射成型机等。
注塑机的基本组成及工作过程
注塑机的基本组成
一台通用型注塑机主要包括以下部件：
合模装置、注射装置、液压传动系统和电器控制系统。
注射装置：
其主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射入模腔内，因此，注射装置应具有塑化良好、计量准确的性能。
合模装置：
主要作用是保证模具地闭合和实现启模动作，是成型制品的工作部分。
注射时要求合模装置给模具以足够的合模力，防止制品发生飞边现象。
液压传动和电器控制系统：
注射成型是塑料塑化、模具闭合、塑料注射入模腔、压力保持、制品固化成型、开模取出制品等工序组成的连续过程。
液压和电器系统则是为了保证注塑机按工艺过程预定的要求和动作顺序，准确无误地进行工作而设置的传动和控制系统。
注塑机工作过程
闭模与合紧注塑机的成型周期一般从模具闭合开始。
模具首先低压快速进行闭合，当动模板与定模板快要接近时，合模的动力系统自动切换成低压、低速，在确认模具内无异物时，再切换成高压将模具合紧。
注射装置前移和注射在确认模具达到所要求的合紧程度后，注射装置前移，使喷嘴与模具贴合，便可以向注射油缸通入压力油，则与油缸活塞杆相接的螺杆以高压、
4
注塑机结构设计与控制 高速将头部的熔料注入模腔，此时螺杆头部作用于熔料上的压力为注射压力。
注射压力和速度，以及熔料与模具的温度，决定了塑料能否充满模腔。
压力保持注入模腔的熔料，于低温模具的冷却作用会产生收缩，压力保持就是对熔料保持一定的压力进行补缩，使制品致密，此时螺杆作用于熔料上的压力称为保压压力。
保压时，螺杆因补缩而有少量前移。
制品冷却和预塑当保压进行到模腔注入的熔料失去从浇口回流的可能性时，保压压力即可卸去，使制品冷却定型，此时螺杆在液压马达的驱动下转动，来自料斗的粒状塑料借助旋转螺杆的输送作用，不断沿螺槽向前运动。
塑料在运动的过程中，于外部加热及螺杆剪切作用发生剧烈的内摩擦，温度均匀升高，最终逐步软化成为熔融粘流状态，并不断地被输送到料筒前端。
于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆后退，当退至计量值时，螺杆即停止转动，准备下一次注射。
注射装置后退和开模顶出制品制品冷却后，合模装置升模并自行顶落制品，注塑机作业循环流程如图1-1所示
图1-1注塑机工作程序框图
注塑机的基本功能
注射成型机必须具备以下基本功能：
①对所加工的塑料物料能实现塑化、计量并把熔融物料压入模具模腔的功能；②对成型模具能实现启闭和锁紧的功能；
③对成型过程中所需的能量能实现转换、传递和控制的功能；④对成型过程及工艺条件可进行设定与调整的功能。
5
注塑机结构设计与控制
本机介绍
本次设计的课题是注射量为60g，合模力为500KN的可编程控制注塑机，为普通型注射成型机。
合模装置采用五节点双曲轴式合模装置。
往复螺杆式注射装置，采用双导轨支承、注射座移动油缸为单缸、注射油缸为单缸；一线式液压马达预塑装置。
液压部件中系统压力流量用比例阀控制。
电器部分采用PLC控制方案实现，能实现半自动和全自动控制。
顶出、合模、注射动作为线移型位移传感器控制。
床身部分为整体式床身，采用稀油润滑。
6
注塑机结构设计与控制
第3章注射装置
注射装置简介
注射装置在注射成型机的工作过程中，主要实现塑化计量、注射和保压补缩三项功能。
因此，在设计此装置时，应能满足下列基本要求：
在规定的时间内，提供一定数量的，组分和温度均匀的熔料；
根据塑料性能和制品结构情况，应有合适的速度和压力，将一定量的熔料注入模腔。
注射装置的形式
目前，在注射成型机上采用的注射装置，从原理上分主要有柱塞式和预塑式两大类。
其中以预塑式特别是往复螺杆式使用为最多。
现在介绍一下预塑式注射装置的型式及其工作原理。
对塑料的塑化和熔料注射分开进行的注射装置，统称预塑式注射装置。
该装置在注射前先将已塑化的一定量的熔料存放到料筒前端，然后再柱塞将储存的熔料注入模腔。
本次设计的注塑机采用往复螺杆式，亦称螺杆一线式，这种型式的主要特点如下：
结构上的特点：
于螺杆是同时具有塑化和注射两个功能，所以螺杆不仅要回转塑化，同时还要往复注射。
这就需要在螺杆设计以及连接结构上，加以特殊的考虑。
塑料是依靠螺杆的剪切热和外加热的共同作用下，塑化成均匀的熔体。
但在塑化时，因伴随着螺杆的轴向位移，故熔料温度形成的轴向温差较大，而且难以完全克服。
可是，螺杆的塑化情况是可以方便地通过调整螺杆转速和背压得到调整。
常用的往复螺杆式一般具有如下优点：
塑化能力大。
这为发展高速和大型注射成型机提供了可能；
塑化速率快、均化好。
这为注射成型扩大了加工塑料的范围。
目前绝大多数的热塑性塑料都可用来注射成型。
除此，还可直接进行染色和粉状塑料的加工；
注射时压力损失小，加之塑化时均化作用好。
因此，在工艺上可以用较低的
7
注塑机结构设计与控制 塑化温度和注射压力。
另外往复螺杆式还具有结构紧凑、熔料停滞分解现象少、清理料筒方便等优点。
事物都是一分为二的。
往复螺杆式注射装置虽有很多优点，但结构比较复杂。
例如要增加螺杆传动系统。
于液压技术的发展，出现了多种型式的低转速大扭矩液压马达，可供直接驱动螺杆使用。
这样，使原结构大为简化。
图3-1所示，是本次设计采用的布置形式。
液压马达放置在注射油缸后面，螺杆、注射油缸、液压马达三者呈一线排列的形式。
图3-1注射装置
注射装置的设计
在设计螺杆式注射装置时，一般要考虑下述几个问题：
塑化部件的结构；螺杆传动与连接方式；注射和移动油缸的结构和布置；注射座往复运动和结构形式；注射座固定连接方式；螺杆的拆卸等。
在这些问题中，塑化部件和螺杆的传动设计是主要的。
因此，螺杆式注射装置的设计，主要是塑化部件和传动部件的设计。
螺杆式塑化部件
螺杆式塑化部件如图3-2所示，主要螺杆、机筒、喷嘴等组成。
塑料在转动螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。
因此，塑化部件是完成均匀塑化、定量注射的核心部件[2]。
8
注塑机结构设计与控制
对材质的要求：
注射过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：
1）耐高温，高温下不变形；2）耐磨损，寿命长；3）耐腐蚀，物料具有腐蚀性；4）高强度，可承受大扭矩，高转速；5）具有良好的切削加工性能；
6）热处理后残余应力小，热变形小等。
目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMoAl等。
热处理方式为调质、渗碳、高频淬火、镀硬铬等。
材料及热处理选用：
这次的设计材料选用38CrMoAl。
热处理：
调质HB220—270，高频淬火HRC45—48
螺杆头与止逆阀设计
（1）螺杆头设计
最高的压力发生在螺杆最前端的螺杆头位置，因此，从加工的观点来说，可藉装配一个闭锁组件，避免材料回流到后面的牙部之中；此种情形在射出及保持压力阶段特别地重要。
最简单的设计，就是在螺杆前端加装一个比螺杆根径大的螺杆头，于在螺杆头及料管之间的间隙相当的小，使得压力升高且避免材料回流；而螺杆的角度在６０～９０度之间。
无论如何，如果要做到完全的防止回流，那么一定要使用止逆阀才可以。
这次设计采用一般适合热塑性塑料的螺杆头，实图如下。
增加输出量的螺牙设计，在射出阶段时，避免材料的堆积以及防止回流。
材料选用45号钢，进行调质HB220—270热处理。
螺杆头的基本要求①螺杆头要灵活、光洁；
②止逆环与料筒配合间隙要适宜，即要防止熔体回流，又要灵活；
③既有足够的流通截面，又要保证止逆环端面有回程力，使在注射时快速封闭；④结构上应拆装方便，便于清洗；
⑤螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，防止预塑时螺杆头松脱。
14
注塑机结构设计与控制
（2）止逆阀设计
因为止逆阀上面有密封的组件，可藉移动而和另外组件密合达到防止逆流的效果。
防腐蚀处理，通常是镀铬或镍；而高合金钢的螺杆头也同样被使用。
止逆阀是装配在螺杆最前端的组件，它最主要的功用在于射出及保持压力阶段时，防止塑料之回流。
如果经一个能够迅速关闭的断面而产生相当大的压力差，那么，这个止逆阀的功用将是最好的。
在进料阶段，当熔体通过断面时，在反方向同样地有压力差，使得在有背压的状况下，塑料熔体仍然可以持续地往前输送。
如果熔融塑料在通过断面时，压力上升得大时，将会对输出量产生影响，压力甚至于会使塑料破坏。
一般止逆阀的设计，都会将通道截面积设计成螺杆尾端的环状通道面积的８０％以上。
这次设计采用最普遍的环状止逆阀，动作原理如图2-8所示，它包含了三个部分。
1-头部藉螺纹轴和螺杆接在一起2-环座3-轴向滑动环
在关闭的位置时，滑动环紧地靠在环座上，接触面系和轴成４５～６０度之锥面；在进料阶段，滑动环位于打开的位置，靠在像是散热片一样的３到４片的肋上。
止逆环的材料选用45号钢，进行调质HB220—270热处理。
图2-8环状止逆阀
喷嘴设计
喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要部件，注射时，料筒内的熔料在螺杆的推动下，以高压和快速流经喷嘴嘴注入模具。
因此喷嘴的结构形式、喷孔大小以及制造精度将影响熔料的压力和温度损失，射程远近、补缩作用的优劣以及是否产生“流涎\现象等。
目前使用的喷嘴种类繁多，且都有其适用范围，这里只讨论用得最多三种。
15
注塑机结构设计与控制
（1）直通式喷嘴这种喷嘴呈短管状，熔料流经这种喷嘴时压力和热量损失都很小，而且不易产生滞料和分解，所以其外部一般都不附设加热装置。
但是于喷嘴体较短，伸进定模板孔中的长度受到限制，因此所用模具的主流道较长。
为弥补这种缺陷而加大喷嘴的长度，成为直通式喷嘴的一种改进型式，又称为延伸式喷嘴。
这种喷嘴必须添设加热设置。
为了滤掉熔料中的固体杂质，喷嘴中也可加设过滤网。
以上两种喷嘴适用于加工高粘度的塑料，加工低粘度塑料时，会产生流涎现象。
（2）自锁式喷嘴注射过程中，为了防止熔料的流涎或回缩，需要对喷嘴通道实行暂时封锁而采用自锁式喷嘴。
自锁式喷嘴中以弹簧式和针阀式最广泛，这种喷嘴是依靠弹簧压合喷嘴体内的阀芯实现自锁的。
注射时，阀芯受熔料的高压而被顶开，熔型遂向模具射出。
熔胶时，阀芯在弹簧作用下复位而自锁。
其优点是能有效地杜绝注射低粘度塑料时的“流涎”现象，使用方便，自锁效果显著。
但是，结构比较复杂，注射压力损失大，射程较短，补缩作用小，对弹簧的要求高。
杠杆针阀式喷嘴这种喷嘴与自锁式喷嘴一样，也是在注射过程中对喷嘴通道实行暂时启闭的一种，它是用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯的。
使用时可根据需要使纵的液压系统准确及时地开启阀芯，具有使用方便，自锁可靠，压力损失小，计量准确等优点。
此外，它不使用弹簧，所以，没有更换弹簧之虑，主要缺点是结构较复杂，成本较高。
注射时，塑料熔体在螺杆的推动下，以极高的剪切速度流经射嘴而进入模腔。
在这种高速剪切作用下，熔体温度快速升高。
特别是对于粘度较高的PVC、PP-R、PMMA、PC、高抗冲击ABS等，过小的喷嘴孔直径会造成塑料的高温分解。
而对于充模困难的薄壁精密制品，则宜用射程较远的喷嘴，对于厚壁制品则需要补塑作用好的喷嘴。
另外，对于某些熔体粘度很低的塑料（如PA等），需要使用具有防流涎功能的自锁喷嘴。
在许多机器上，除了针对一般粘度的通用型喷嘴，还有自锁喷嘴、PVC喷嘴、PMMA喷嘴等特殊喷嘴可供选用，这次选用的是适合用于热塑性塑料的喷嘴。
如下图2-10
16
注塑机结构设计与控制
图2-10喷嘴结构
料筒设计
（1）料筒结构
料筒的结构其实就是一根中间开了下料口的圆管。
这次设计的料筒基本结构如图2-11所示。
图
2-11料筒基本结构1-电热圈；2-螺孔；3-加料口
料筒材料常用38CrMnAl,氮化处理深,硬度Hv900～1000
机筒的壁厚
影响机筒壁厚的因素是多方面的，除满足强度要求外，还要充分注意到本身结构及其对成型工艺条件所带来的影响。
例如，过薄的机筒虽然温升快、重量轻，但因热容量小，故难于取得稳定的温度条件。
反之，厚的机筒不仅结构笨重，升温慢，而且还会因热惯性大，导致温度在调节过程中，产生比较严重的滞后现象。
因此，为了使机筒具有
17
注塑机结构设计与控制 足够的热容量和合适的热惯性，根据经验一般取机筒外径和内径之比为2～。
表3-1部分机筒的K值
螺杆直径机筒壁厚比 值在初步确定机筒直径后，可根据机筒受力情况，按厚壁筒计算中的能量理论，校核其强度或计算壁厚
2529354775756034425065851100130153K2机筒的总应力 rp2
K1Di机筒壁厚 21
3p式中p——注射压力 ——材料许用应力，
t——材料在工作温度下的屈服极限 n——安全系数，一般取～3
我们在这里计算机筒壁厚，螺杆直径Ds=35㎜，注射压力p=1400公斤力/厘米2，机筒材料38CrMoAl机筒外径
18
注塑机结构设计与控制
35=㎜D0KDi=×将其圆整为90mm机筒壁厚=
D0Di9035==
223机筒总应力 rp2=1400公斤力/2900厘米1K1材料许用应力因r，故安全。
t57503480公斤力/厘米2=
机筒与螺杆的配合间隙
机筒与螺杆的间隙值时是设计的重要数据，间隙大了，将会使塑化能力下降和注射时熔料回泄量增加，反之，小了又会增加制造方面的困难和螺杆的功率消耗。
根据实际使用情况，间隙值一般为～。
（4）加料口
加料口的结构形式直接影响进料效果和塑化部件的吃料能力，注塑机大多数靠料斗中物料的自重加料，所以这次采用最常用的对称形料口，如下图2-12所示。
图2-12加料口形状
（5）加热装置设计
为使机筒内的物料在某一恒定的熔融温度范围，防止物料在机筒内发生大量的化学反应，使熔体呈现出最好的流动特性，接近于固化的临界状态，因此，要对料筒进行加热。
注塑机料筒的加热方式有电阻电热、陶瓷加热、铸铝加热，常用的是电阻加热和陶瓷加热，这次设计采用一般的电阻电热。
料筒一般被分成几个恒温的加热区间,每个加热区间都有独立的加热器。
加热器
19
注塑机结构设计与控制 热电阻加热线圈构成,给加热器通电则热电阻释放热量。
各加热区间的温度设定值沿着料筒应有一定的温度分布。
注塑塑料通过料斗进入料筒中,在螺杆的推动作用下向喷嘴移动。
塑料经过每个加热区间时吸收热量温度升高达到熔融状态。
注塑制品质量与料筒内熔体的质量有直接关系,为了保证熔体质量,要合理设置
升级会员 