塑料注射機(jī)注射裝置設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書】【三維PROE模型】

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當(dāng)料斗中的物料經(jīng)計(jì)量裝置計(jì)量后落入機(jī)筒的加料室后，在注射油缸活塞推力作用下，注射柱塞即把加料室中的物料依次推向機(jī)筒前端的塑化室，依靠機(jī)筒外部加熱器的加熱，使塑料逐步實(shí)現(xiàn)由玻璃態(tài)到粘流態(tài)的物態(tài)變化。當(dāng)注射座移動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)注射座向前移動(dòng)，使噴嘴與模具接觸后，機(jī)筒前端已成粘流態(tài)的融料在柱塞向前推動(dòng)時(shí)，可通過(guò)噴嘴注射到模腔內(nèi)。 1.2.2往復(fù)式螺桿注射裝置 1.2.2.1往復(fù)式螺桿注射裝置的結(jié)構(gòu) 往復(fù)式螺桿注射裝置的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示： 圖1-2 往復(fù)式螺桿注射裝置的結(jié)構(gòu) 1—料斗 2—機(jī)筒 3—螺桿 4—加熱器 5—噴嘴 6—注射裝置移動(dòng)導(dǎo)軌 7—注射裝置移動(dòng)油缸 8—螺桿移動(dòng)油缸 9—齒輪減速箱 1.2.2.2往復(fù)式螺桿注射裝置的工作原理 往復(fù)螺桿式塑化注射裝置的工作順序是： 注塑制品用原料在料斗中，料斗下方開(kāi)口與機(jī)筒相通；隨著螺桿的不斷旋轉(zhuǎn)，粒狀料連續(xù)不斷地落入機(jī)筒；落入螺紋槽中的粒料被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿推向機(jī)筒前方，粒料在前移的同時(shí)，既要接受機(jī)筒外圍熱量升溫又要因螺紋槽容積的逐漸縮小而受擠壓，再加上原料前移時(shí)與機(jī)筒內(nèi)壁和螺紋表面間摩擦和原料之間的翻動(dòng)、剪切摩擦等多種條件作用下，使原料逐漸熔融成黏流態(tài)；前移的物料，由于噴嘴的阻力作用，隨著物料的不斷增加而阻力增加，即前移熔料的反阻力逐漸加大，直至這個(gè)反阻力超過(guò)油缸活塞推動(dòng)螺桿的退回阻力時(shí)，螺桿開(kāi)始一點(diǎn)點(diǎn)后退，螺桿頭部開(kāi)始形成一個(gè)存放塑化好的熔料的空腔；當(dāng)空腔內(nèi)熔料量達(dá)到注塑制品成型用料量時(shí)，計(jì)量控制裝置動(dòng)作，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停止后退，這時(shí)，合模機(jī)構(gòu)工作開(kāi)始，成型模具合模，注射座油缸工作，推動(dòng)注射座前移，使噴嘴緊靠模具襯套口；注射油缸升壓，活塞推動(dòng)螺桿按工藝要求的速度和壓力前移，把熔料腔內(nèi)的原料注人成型模具內(nèi)；再保壓一段時(shí)間，用以補(bǔ)充因制品冷卻收縮用料，至此，完成往復(fù)式螺桿的塑化、注射、保壓3個(gè)程序；制品冷卻定型后，開(kāi)模，取出制件；與此同時(shí)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，料斗供料，原料前移塑化，螺桿后退，開(kāi)始注塑成型制品的第2次動(dòng)作循環(huán)。 1.2.2.3往復(fù)式螺桿注射裝置的特點(diǎn) ①由一根螺桿的旋轉(zhuǎn)、后退和迅速前移，來(lái)完成注塑成型制品的原料塑化和熔料的注射成型工作； ?? ②這種往復(fù)螺桿式塑化注射裝置可以適應(yīng)多種塑料原料的注塑成型制品； ?? ③在擠塑螺桿內(nèi)各種原料混合均勻，塑化能力強(qiáng)，塑化質(zhì)量穩(wěn)定；可注塑大型制件； ?? ④能保證熱敏性塑料的注塑成型質(zhì)量，適應(yīng)工程塑料制品要求尺寸形狀精度較高的條件要求； ?? ⑤注射壓力均勻穩(wěn)定，速度快，成型周期短，功率消耗較低； ?? ⑥設(shè)備中各零件組合緊湊，布置合理，操作、設(shè)備維護(hù)、維修和清理都比較方便； ?? ⑦與柱塞式注射裝置比較，這個(gè)裝置的控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和操作程序要復(fù)雜許多，但工作效率、節(jié)約能源和生產(chǎn)周期及制品質(zhì)量要比柱塞式注塑機(jī)優(yōu)越許多。 1.3螺桿塑化部件的設(shè)計(jì) 注射裝置在注射成型機(jī)的工作過(guò)程中，主要實(shí)現(xiàn)塑化計(jì)量、注射和保壓補(bǔ)縮三項(xiàng)功能。因此，在設(shè)計(jì)此裝置時(shí)，應(yīng)能滿足下列基本要求： ①在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，提供一定數(shù)量的，組分和溫度均勻的熔料； ②根據(jù)塑料性能和制品結(jié)構(gòu)情況，應(yīng)有合適的速度和壓力，將一定量的熔料注入模腔。 注射裝置基本組成： ①塑化部件； ②加料計(jì)量裝置； ③螺桿驅(qū)動(dòng)裝置； ④注射座 ⑤加熱冷卻及安全防護(hù)裝置。 臥式機(jī)雙缸注射注塑裝置如圖1-3所示： 螺桿式塑化部件如圖1-4所示，主要由噴嘴、螺桿頭、逆止環(huán)、螺桿、機(jī)筒（料筒）等組成。塑料在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的連續(xù)推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)物理狀態(tài)的變化，最后呈熔融狀態(tài)而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均勻塑化、定量注射的核心部件。 螺桿式塑化部件一般具有如下特點(diǎn)： ①螺桿具有塑化和注射兩種功能； ②螺桿在塑化時(shí)，對(duì)制品不發(fā)生直接的聯(lián)系，僅作預(yù)塑用； ③塑料在塑化過(guò)程中，所經(jīng)歷的熱歷程要比擠出長(zhǎng)； ④塑料在塑化和注射時(shí)，均要發(fā)生軸向位移，同時(shí)螺桿又處于時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過(guò)程的非穩(wěn)定性。 圖1-3 臥式機(jī)雙缸注射注塑裝置 圖中： a—俯視圖 b—注射座與導(dǎo)桿支座間 1—油壓馬達(dá) 2，6—導(dǎo)桿支座 3—導(dǎo)桿 4—注射油缸 5—加料口 7—推力座 8—注射座 9—塑化部件 10—座移油缸 圖1-4 螺桿式塑化部件 1—噴嘴 2—螺桿頭 3—止逆環(huán) 4—墊圈 5—料筒 6—螺桿 7—加熱圈 8—冷卻水圈 1.4螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 螺桿是塑化部件中的關(guān)鍵部件，和塑料直接接觸，塑料通過(guò)螺槽的有效長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的熱歷程，要經(jīng)過(guò)3 態(tài)（玻璃態(tài)、黏彈態(tài)、黏流態(tài)）的轉(zhuǎn)變，螺桿各功能段的長(zhǎng)度、幾何形狀、幾何參數(shù)將直接影響塑料的輸送效率和塑化質(zhì)量，將最終影響注射成型周期和制品質(zhì)量。 常規(guī)螺桿其螺紋有效長(zhǎng)度通常分為加料段（輸送段）、壓縮段（塑化段）、計(jì)量段（均化段），根據(jù)塑料性質(zhì)不同，可分為漸變型、突變型和通用型螺桿。 1.4.1螺桿頭的結(jié)構(gòu) 為了防止注射時(shí)熔料回泄的螺桿頭，采用止逆螺桿頭。它的工作原理：當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)塑化時(shí)，自螺槽出來(lái)的熔料，具有一定的壓力，則將止逆環(huán)頂升。熔料經(jīng)設(shè)計(jì)的通道進(jìn)入螺桿前端的儲(chǔ)料室。注射時(shí)，螺桿前移，當(dāng)螺桿短部的錐臺(tái)與止逆環(huán)右端錐面相遇時(shí)，便形成對(duì)熔料回泄的密封。并隨儲(chǔ)料室熔料壓力的升高，密封愈加緊密，從而阻止熔料的回泄。 一個(gè)良好的止逆型螺桿頭結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是啟閉靈活、注射時(shí)熔料回泄量及其在止逆環(huán)動(dòng)作區(qū)域內(nèi)發(fā)熱量保持在最低程度。其裝配圖如圖1-5所示： 圖1-5 螺桿頭裝配圖 1—前料筒 2—止逆環(huán) 3—料筒 1.4.2注射油缸的設(shè)計(jì) 工作原理：注射油缸進(jìn)油時(shí)，活塞帶動(dòng)活塞桿及其置于推力座內(nèi)的軸承，推動(dòng)螺桿前進(jìn)或后退。通過(guò)活塞桿頭部的螺母，可對(duì)兩個(gè)平行活塞桿的軸向位置及注射螺桿的軸向位置進(jìn)行同步調(diào)整。 1.4.3機(jī)筒（料筒）的設(shè)計(jì) 機(jī)筒是塑化部件的另一個(gè)重要零件。注射成型機(jī)的機(jī)筒，大多數(shù)采用整體式結(jié)構(gòu)。材料用45號(hào)鋼內(nèi)表面賭鍍鉻，氮化鋼（）內(nèi)表面經(jīng)氮化處理或用合金鋼襯套以及內(nèi)孔澆鑄X合金的雙金屬料筒。其表面硬度不應(yīng)低于，光潔度應(yīng)在以下，在機(jī)筒設(shè)計(jì)時(shí)，一般需考慮塑料的加入與輸送、加熱與冷卻、強(qiáng)度等問(wèn)題。 1.4.4加料口處截面設(shè)計(jì) 如表1-1所示為常見(jiàn)加料口斷面形狀及特點(diǎn)。 表1-1常見(jiàn)加料口斷面形狀及特點(diǎn) 注射成型機(jī)大多數(shù)使用的是自重加料。因此，在設(shè)計(jì)加料口處的截面形狀時(shí)，應(yīng)該盡可能增強(qiáng)對(duì)塑料的輸送能力。目前在螺桿式塑化部件上普遍應(yīng)用的加料口形式，有對(duì)稱和偏置設(shè)置的加料口兩種。本次設(shè)計(jì)中采用非對(duì)稱型加料口。此種進(jìn)料口由于物料與螺桿的接觸角大，接觸面積大，有利于提高進(jìn)料效率，不易在料斗中開(kāi)成架橋空穴。 1.4.5機(jī)筒的壁厚的計(jì)算與確定 影響機(jī)筒壁厚的因素是多方面的，除滿足強(qiáng)度要求外，還要充分注意到本身結(jié)構(gòu)及其對(duì)成型工藝條件所帶來(lái)的影響。例如，過(guò)薄的機(jī)筒雖然溫升快、重量輕，但因熱容量小，故難于取得穩(wěn)定的溫度條件。反之，厚的機(jī)筒不僅結(jié)構(gòu)笨重，升溫慢，而且還會(huì)因熱慣性大，導(dǎo)致溫度在調(diào)節(jié)過(guò)程中，產(chǎn)生比較嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象。因此，為了使機(jī)筒具有足夠的熱容量和合適的熱慣性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取機(jī)筒外徑（）和內(nèi)徑（）之比（K）為2～2.5。如表1-2為部分機(jī)筒的K值。 表 1-2 部分機(jī)筒的K值 螺桿直徑（毫米） 34 42 50 65 85 110 130 150 機(jī)筒壁厚（毫米） 25 29 35 47.5 47 75 75 60 比 值（K） 2.47 2.40 2.40 2.48 2.10 2.36 2.15 1.80 在初步確定機(jī)筒直徑（）后，可根據(jù)機(jī)筒受力情況，按厚壁筒計(jì)算中的能量理論，校核其強(qiáng)度或計(jì)算壁厚: 機(jī)筒的總應(yīng)力 （1-1） 機(jī)筒壁厚 （1-2） 式中 ——注射壓力（N/ cm2） ——材料許用應(yīng)力， ——材料在工作溫度下的屈服極限（N/ cm2） ——安全系數(shù)，一般取2.5～3 機(jī)筒壁厚強(qiáng)度校核: 因已知:螺桿直徑=35mm（即=35mm），注射壓力p=1590 N/ cm2，機(jī)筒材料（在300℃條件下工作，=5750N/ cm2）,機(jī)筒外徑:=2.47×35= 86.45㎜ （取K=2.47） 將其圓整為90 mm 機(jī)筒壁厚 ===27.5 mm 機(jī)筒總應(yīng)力 = N / cm2 材料許用應(yīng)力 = N / cm2 因，故機(jī)筒安全。 1.4.6螺桿驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與確定 本設(shè)計(jì)是TT1-95G注射成型注射機(jī)，采用的是液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-6所示： 圖1-6 液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿裝置 直接由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)是一種大扭矩低轉(zhuǎn)速特殊型馬達(dá)；這種液壓馬達(dá)直接固定在注射液壓油缸上，不經(jīng)任何機(jī)械傳動(dòng)減速，直接帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)工作，自行無(wú)級(jí)調(diào)速，使螺桿的轉(zhuǎn)速有較大變化范圍。 1.4.7螺桿驅(qū)動(dòng)特性及驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 1.4.7.1螺桿傳動(dòng)特性 螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了轉(zhuǎn)速應(yīng)能滿足使用要求外，另一個(gè)重要方面，是它的外特性應(yīng)該滿足負(fù)載特性的要求。對(duì)液壓馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)，一般根據(jù)負(fù)載最大扭矩來(lái)設(shè)計(jì)。因此，不會(huì)出現(xiàn)在高速時(shí)產(chǎn)生功率或扭矩不夠的現(xiàn)象。因?yàn)樗芑瘯r(shí)的負(fù)載均包括在傳動(dòng)系統(tǒng)的外特性之中。 1.4.7.2螺桿驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 目前注射螺桿常用的計(jì)算方法有比能法和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算發(fā)兩種。這里我們采用比能計(jì)算法。 螺桿在塑化時(shí)所需要做的功，主要用在提高塑料溫度即熱能上，其次是輸送物料所要作的功。如從能量之間的守恒關(guān)系，它們之間應(yīng)符合: （1-3） 式中 ——外加熱功率 ——螺桿驅(qū)動(dòng)功率 ——螺桿塑化能力 ——塑料平均比熱 、——塑料塑化前與塑化后的溫度 ——塑化時(shí)壓力增加值 H——能量損失 因注射螺桿塑化時(shí)的壓力較低，式中因輸送物料而需提高壓力所做的功（），相對(duì)其它項(xiàng)要小得多。隨著壓力的增加，..熔料焓的增加比較小。如把1公斤的熔料提高一個(gè)大氣壓力，耗能僅約為0.097w。如將機(jī)筒加熱所提供的熱量和輸送物料所需的能量，合并于能量損失項(xiàng)H中考慮，并設(shè)定能量損失為30%，則將上式可簡(jiǎn)化成螺桿驅(qū)動(dòng)功率的近似表達(dá)式: （1-4） 式中: ——螺桿驅(qū)動(dòng)功率 （KW） ——塑料平均比熱 （kCal/kg℃） A——單位換算系數(shù)，A=860 kCal/KWh ——能量損失系數(shù)， G——螺桿塑化能力 （kg/h） ——塑化前塑料溫度 （℃） ——塑化后塑料溫度 （℃） ——塑化前的塑料熱焓 （KWh/kg） ——塑化后的塑料熱焓 （KWh/kg） 如塑料起始溫度定為=20℃，則可將式（4-16）表示成: （1-5） 式中 ——比能，即塑料起始溫度為20℃，塑化1kg塑料所需的能量 （KWh/kg） G——螺桿塑化能力 （kg/h） ——能量損失系數(shù) 由已知:螺桿直徑=35㎜，其塑化能力G=25 kg/h，加工塑料：PS，塑料加工前溫度=20℃，塑料加工后溫度=200℃，根據(jù)加工溫度（20～200℃）和加工塑料為PS，查表得比能=0.09KWh/kg，并取=0.7代入下式（1-5）得: ==4.24 KW 1.4.8噴嘴的結(jié)構(gòu)形式的確定 噴嘴形式主要塑料的特性和用途來(lái)定。對(duì)于粘度高、熱穩(wěn)定性差的硬聚氯乙烯適宜用流道阻力小，剪切作用小的較大口徑的開(kāi)式噴嘴；對(duì)低粘度結(jié)晶型塑料用帶有加熱的鎖閉型噴嘴為好。而對(duì)薄壁復(fù)雜形狀的制品要用小直徑遠(yuǎn)射程的噴嘴；反之，厚壁制品最好用較大直徑的補(bǔ)縮性能好的噴嘴。其結(jié)構(gòu)如圖1-7所示： 1-7 通用噴嘴的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)采用的是通用噴嘴的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)：其入口錐度較大，出口錐度較小，中心孔直徑為2～3mm,長(zhǎng)約3～5mm.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力損失小，補(bǔ)縮效果好，但易產(chǎn)生冷料和產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。適用于熱穩(wěn)定性好的樹(shù)脂及厚壁制品。 經(jīng)過(guò)查閱《塑料機(jī)械》和《模具大典》以及注射機(jī)的一些相關(guān)資料，對(duì)注射機(jī)的機(jī)構(gòu)有了一些認(rèn)識(shí)和了解，在此基礎(chǔ)上對(duì)注射機(jī)的整體結(jié)構(gòu)有了一些了解，利用CAD繪圖軟件將注射機(jī)的輪廓圖繪制如圖1-8所示。 圖1-8 注射機(jī)的輪廓圖 第二章 未完成的任務(wù) 2.1注射機(jī)油缸零件圖設(shè)計(jì) 2.2注射機(jī)通用噴嘴零件圖設(shè)計(jì) 2.3注射機(jī)噴嘴連接體零件圖設(shè)計(jì) 2.4撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 未解決的難點(diǎn) 注射機(jī)油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算，相信在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中會(huì)將其解決，弄懂。 第四章 日程安排 11月27日-----12月03日 注射機(jī)噴嘴及噴嘴連接體零件圖設(shè)計(jì)； 12月04日-----12月11日 注射機(jī)油缸零件圖設(shè)計(jì)； 12月12日-----12月23日 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文與準(zhǔn)備答辯； 12月28日-----12月30日 畢業(yè)答辯。 第5章 完成全部畢業(yè)設(shè)計(jì)的可能性 根據(jù)日程和時(shí)間的安排，可以按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 11