注塑机结构毕业设计.doc
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本科毕业设计论文
题目:
注塑机结构设计与控制
院（系）：
机械工程学院
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
教师职称：
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，由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参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2.毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求:
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
注塑机结构设计与控制
摘要
针对注塑机结构的设计与控制，本文着手设计一款注塑量为60g合模力为500KN杆长比λ=0.7（0.5-0.7），模板行程S=180mm的注塑机。
经过查找各种资料最终选定设计卧式单缸液压马达直接驱动的往复螺杆式注塑机。
本文首先简要介绍了注塑机行业的发展情况和今后的发展方向，其次就是对注射装置和合模装置的结构设计，注塑机控制装置的设计。
最后使用CAD软件画出注塑机与注射装置和合模装置的装配图，并且选出典型零件画出零件图。
关键词：
注塑机，结构设计，控制装置的设计，CAD画图
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Abstract
Todesigntheinjectiondevice,thepaperisdevotedtodesigntheinjectiondeviceforinjectionmachineswhichinjectionmolding60gandforce500KN.Ieventuallychoicetheinjectiondeviceofthehorizontalsinglecylinderhydraulicmotordriversandscrewreciprocatingmotion.First,thispaperbrieflyintroducestheinjectionmachinesofindustrydevelopmentandfuturedevelopment,andsecondly,designthestructuraloftheinjectiondevice,Themaindesignsaretheselectionforthehydraulicmotor,designforthescrew,barrel,andnozzle,andthecalculationofthebasicparametersfortheinjectionmachine.Then,drawtheassemblydrawingoftheinjectionmachinesandinjectiondevice.
Keywords:
Injectiondevicedesign,Structuraldesign，Calculatetheparameters,CADdrawing
目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章绪论 1
1.1国内外发展状况 1
1.2课题的提出 3
第2章注塑机概论 4
2.1注塑成型机的分类 4
2.2注塑机的基本组成及工作过程 4
2.2.1注塑机的基本组成 4
2.2.2注塑机的工作过程 4
2.2.3注塑机的基本功能 5
2.2.4本机介绍 6
第3章注射装置 7
3.1注射装置简介 7
3.2注射装置的型式 7
3.3注射装置的设计 8
3.3.1螺杆式塑化部件 8
3.3.2螺杆头与止逆阀设计 14
3.3.3喷嘴设计 16
3.3.4料筒设计 17
3.3.5螺杆驱动传动的连接件设计 20
3.3.6注射装置机架导向设计 21
第4章合模装置 22
4.1合模装置简介. 22
4.2合模机构主要部件的设计及计算 22
4.2.1调模装置的选择. 23
4.2.2肘杆机构的设计计算 23
4.2.3拉杆的设计计算 25
4.2.4顶出装置的选择 26
第5章PLC控制程序设计 28
5.1PLC的基本原理 28
5.2PLC的基本结构 28
5.3PLC的工作原理 29
5.4PLC机型的选择步骤与原则 30
5.4.1. 30
5.4.2 32
5.4.3
5.4.4
5．5
5.6
5.7.
结语
致谢
参考文献
第1章绪论
1.1注塑机的国内外发展状况
塑料注射成型机（简称注塑机）是将热塑性塑料或热固性塑料制成各种塑料制件的主要成型设备。
加工范围从几克甚至几毫克的手表、仪表小齿轮、激光唱盘、微电子元件等，到几千克的电视机、音响、空调及洗衣机外壳，再到上万克的浴缸、桌椅、赛艇船体。
注塑机是一种集成度很高的机电液一体化设备，其技术含量在很大程度上反映一个国家的机械、电子、液压等基础工业的水平。
随着现代工业和尖端科学技术的发展，塑料制件被越来越广泛地应用到国防、机械、电气、航空、交通运输、建筑、农业、文教、卫生及人民生活等各个领域。
注射成型机是在19世纪中叶出现的金属压铸机（1849年STURGRSS）的基础上逐渐形成的。
最初主要用来加工纤维素硝翻旨和醋酸纤维一类的塑料。
直至1932年，才由德国弗兰兹·布劳恩（（FRANZBRAUN）厂生产出全自动柱塞式卧式注射成型机，并向各国推广使用，这也是目前所用的柱塞式注射成型机的基本形式。
之后，由于石油化学工业的发展，促进了塑料工业的发展。
其中热塑性塑料无论是在品种或是在数量方面，增长都很迅速，这就要求发展与之相适应的加工技术和机器设备。
1948年在注射成型机上开始使用螺杆塑化装置，并于1965年在世界上出现了第一台往复螺杆式注射成型机。
这是注射成型工艺技术方面的重大突破，从而使更多的塑料通过比较经济的注射成型方法加工成各种塑料制件成为可能。
在我国塑料机械工业80年代以后才获得了蓬勃发展,特别是塑料注塑机年生产能力已达万台以上,不仅满足了国内生产的需要,还大量出口创汇,为满足这种机器高输出力、快速响应、高速、压力控制精度和重复精度的技术要求,国产注塑机几乎全部采用了液压传动和电液比例控制技术。
为进一步提高精度,国外还开发了过程变量:
模腔压力、注射速度、螺杆转速等闭环微机控制的电液系统。
我国在这方面也作了相应的研究。
但是进入90年代以来,随着世界各国在环境保护,如能耗、噪声、泄漏等控制方面日益严格的要求,节能已成为注塑机电液系统的研究重点。
为降低能耗,德、日等国已开发了全电气传动控制的注塑机,并投放市场。
与电液控制相比,目前电气传动还存在无法实现集中控制,很难实现高精度的压力控制,必须经过中间转换装置才能实现直线传动等不足,但已向电液控制提出了严厉的挑战。
因此,电液控制系统必须在节能技术方面做出相应发展,才可能避免被全电控技术取代。
注塑机是塑料加工业中使用量最大的加工机械，不仅有大量的产品可用注塑机直接生产，而且它还是组成注拉吹工艺的关键设备。
目前中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，宁波海天也成为全球产量最大的注塑机生产企业。
除液电复合式注塑机外，中国已经能制造肘杆式、全液压和全电动式注塑机。
其中肘杆式注塑机已实现了升级换代，全液压式注塑机也已从传统的单缸充液式完善到两板直压式。
中国注塑机的生产与世界水平的差距在缩小，某些方面已达到世界先进水平。
这些机械已经基本上可以满足国内市场上的需要，并且相当数量的产品出口到包括欧美等国家的海外市场。
两大因素促成了中国注塑机设备制造业的起飞。
一是与国际着名企业进行合资和技术合作，如海天和震雄；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。
通过与发达国家注塑机生产企业的合作，中国注塑机生产企业在较短的时间里提高了设计和制造能力，部分产品开始从通用型设备向专用设备过渡；从低端市场和中端市场进入。
如海天推出的超大锁模力的注塑机和高速、高精密注塑机系列产品，已经可以满足大型汽车配件和小型精密电子产品的生产。
而震雄推出的PET瓶坯专用注塑机等，也成为了国产专用注塑机产品的代表。
此外，中国注塑机的生产还表现出很强的区域特色。
浙江的宁波和广东的东莞等地，已成为中国乃至全球重要的注塑机生产基地。
如宁波市的北仑港，汇集了25家注塑机生产企业，30多家配件企业，其中外资企业15家，注塑机产值年均增速高达20%。
全球产量最大、产销量第一的宁波海天股份有限公司也在该区。
2003年，该区共生产注塑机整机16000多台，实现销售收入36.22多亿元，利税7.61亿元，出口创汇8030万美元；产量约占全国总产量的1/3，销售收入占全国的40%以上。
为了提高研发能力，中国注塑机企业也开始走出国门，把研发机构建到海外，同时也为产品更便捷地打入海外市场创造条件。
如海天2003年8月在意大利的Brescia成立了海天欧洲公司，并于今年开业。
不久欧洲生产的部件便会出现在中国制造的标准机中。
与此同时，海天也通过自己的海外分公司销售产品。
虽然出自海天欧洲公司的机器的价格将比海天标准机高25%左右，但是与同类欧洲机相比还是要便宜30%-40%。
在中国注塑机生产企业走出去的同时，欧美大型注塑机生产企业纷纷走进来。
如美国Milacron公司也计划今年在中国投资生产注塑机和吹塑机，以及这些机械的基本部件。
在中国建生产基地的主要原因就是他们认为在中国生产的机械部件会比西方发达国家生产的便宜20%-30%。
据了解，Milacron公司在中国生产的机械可能主要销往东南亚和南美。
事实上，欧美厂商在中国生产的注塑机基本上都是中档产品，并且随着中国本土注塑机制造水平的提高，进口的中档注塑机正面临较大的竞争危胁。
不仅如此，预计未来数年，中国注塑机将继续扩大出口比例，在国际市场上占有越来越大的份额。
与此相对应，将有越来越多的外国注塑机生产厂家，把生产基地转移到中国。
目前高速瓶坯机、电动光盘注塑机、薄壁精密产品注塑和大型汽车用塑料件注塑等，是高档注塑机的主要市场。
这一部分市场进口品牌机的地位仍无法动摇。
如中国手机机体90%以上的塑料件都是由国外塑机生产的。
1.2课题的提出
注塑机自本世纪30年代问世以来，主机结构及传动原理变化不大，但其控制却在不断更新和发展，国外以由手动操作的第一代产品发展成为基于微机闭环控制的第五代产品，自动化程度不断提高，国内直到50年代末才开始生产注塑机，由于采用了引进消化、吸收和逐步提高、国产化的方针，再加上钢材价格上涨，石化工业能够提供原料（包括工程塑料），便形成了“以塑代钢”、“以注塑代压延成型”的趋势。
国内注塑机的发展速度异常快，但控制水平较低，档次不高，绝大多数仍基于继电器控制，自动化程度较低，产品竞争能力不强。
近年来，随着注塑机在行业中的比重不断加大，其出口量已超过造纸机，成为我国轻工业系统最大宗的出口设备。
但能源危机的出现，劳动力缺乏，加之对制品的要求越来越高，注塑机的节能高效、自动化程度高的性能已为用户所追求；同时，对于大中规模注塑工厂，甚至量少、品种多的小规模注塑车间，在保证制品质量的前提下，如何利用成熟的自动化设备，提高产品精度，降低废品、次品率，节约原材料和能源，来降低成本，增强市场竞争已引起人们的高度重视，采用先进的控制技术和管理手段已成为必然的趋势。
我国目前普通的技术含量低的塑料机械产品处于饱和过剩状态，而高精度、高效率、高技术含量的塑料机械还需大量的投入和开发，目前这部分产品基本依赖进口。
本课题就是在这样的背景下提出的，通过对前人技术的吸收、继承和发展，并实地考察了我国注塑机的技术情况，旨在开发一套既符合我国国情又具有一定市场竞争力的可编程控制的精密注塑机。
第2章注塑机概论
2.1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。
2.2注塑机的基本组成及工作过程
1.2.1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：
注射成型是由塑料塑化、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（压力、速度、温度、时间）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。
2.2.2注塑机工作过程
（1）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。
（2）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、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。
（3）压力保持注入模腔的熔料，由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，由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。
由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。
（4）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
2.2.3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。
2.2.4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。
第3章注射装置
3.1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：
（1）在规定的时间内，提供一定数量的，组分和温度均匀的熔料；
（2）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。
3.2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（又称储料室），然后再由柱塞（或螺杆）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：
（1）结构上的特点：
由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。
（2）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：
（1）塑化能力大。
这为发展高速和大型注射成型机提供了可能；
（2）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（包括热敏性塑料、填充塑料等）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；
（3）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。
由于液压技术的发展，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
3.3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（料筒和螺杆）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。
3.3.1螺杆式塑化部件
螺杆式塑化部件如图3-2所示，主要由螺杆、机筒（又称料筒）、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]。
图3-2螺杆式塑化部件
1——喷嘴2——机筒3——螺杆
螺杆式塑化部件一般具有如下特点：
（1）螺杆具有塑化和注射两种功能；
（2）螺杆在塑化时，对制品不发生直接的联系，仅作预塑用；
（3）塑料在塑化过程中，所经历的热历程要比挤出长；
（4）塑料在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。
螺杆结构如下所述：
（1）螺杆型式
注射成型机在使用过程中，由于经常需要更换塑料品种，所拆换螺杆也就比较频繁。
停机调换螺杆不仅劳动强度大，同时又会影响机器的生产。
因此，设计一种适应性比较强的通用性螺杆既必要而且又是可能的。
这样不仅使用中免于经常更换螺杆的麻烦，同时也会降低机器的成本。
通用型螺杆的分段如图3-3所示。
它的结构特点是：
压缩段的长度约3～5个螺距。
这样的分段，既考虑到一些非结晶型塑料，经受不了突变螺杆在压缩段高的剪切作用；同时有注意到一些结晶型塑料未经足够的预热是不能软化熔融和难以压缩的特点。
图3-3通用型螺杆
（2）螺杆头
为了防止注射时熔料回泄的螺杆头，采用止逆螺杆头。
它的工作原理：
当螺杆旋转塑化时，自螺槽出来的熔料，具有一定的压力，则将止逆环顶升。
熔料经设计的通道进入螺杆前端的储料室。
注射时，螺杆前移，当螺杆短部的锥台与止逆环右端锥面相遇时，便形成对熔料回泄的密封。
并随储料室熔料压力的升高，密封愈加紧密，从而阻止熔料的回泄。
一个良好的止逆型螺杆头结构，应该是启闭灵活、注射时熔料回泄量及其在止逆环动作区域内发热量保持在最低程度。
因此，需要注意以下几点：
（a）止逆环与料筒的配合要适合。
过松易造成大的回泄，随之而产生高剪切流动和热解现象。
反之，过紧又会影响到止逆动作的效果。
其环隙一般取0.1～0.2毫米为宜，止逆环的宽度大约为止逆环直径的0.6～0.8倍；
（b）螺杆头处的通流截面要适当。
熔料的流通面积小，限流作用大，这会降低螺杆的塑化能力，同时熔料在滑环区也易发热，形成能量积聚，使工艺不易稳定；但是也不能过大，大了会使止逆动作迟缓，降低了止逆效果，从而影响到注出量的精度。
止逆环的位移量大约取为螺杆均化段的螺槽深度；
（c）启闭灵活。
在设计中采用滚动球式的结构，具有启闭灵活、升压快、使用寿命长等热点；
（d）止逆环是易于磨损的零件。
因它容易更换，故硬度选择要低于料筒。
（3）螺杆参数计算
（a）螺杆直径（Ds）和行程（S）
往复螺杆式的螺杆直径，应从保证注射量和塑化能力这两个条件来确定。
从满足注射量要求，而计算出的螺杆直径，一般也能满足对塑化能力的要求。
因此，螺杆直径先由下式计算出后，再校核其塑化能力。
Ds==（3-1）
式中V------机器注射量（厘米3）
----注射系数，根据加工树脂的类型和螺杆结构而定，取值范围0.75～0.9
s------注射行程（厘米），s=kDs
k----螺杆行程与直径的比值，常取3左右，最大可到5左右，视螺杆性能而定
已知机器注射量为60
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