1、 继续教育学院 毕业 设计（论文） 题 目 ： 微型液压卧式 螺杆 注塑机系统 设计 专 业 ： 机械工程及自动化 班 级 ： 学 号 ： 4264308365 学生姓名 ： 许 伟 指导教师 ： 起讫日期 ： 年 月 日 目 录 摘要 第一章 前 言 1 1.1 微型注塑机发展现状及趋势 1 1.2 本课题研究目的及意义 1 第二章 注塑机的概况 3 2.1 注塑机的组成 3 2.2 注射机生产工作过程 4 2.3 注射机的分类 4 第三章 注射装置设计 7 3.1 注射装置类型 7 3.2 注射装置对比选择 8 3.3 螺杆对比选择 8 3.4 螺杆设计计算 9 3.5 螺杆头选型设计 1
2、0 第四章 注射系统 设计 12 4.1 料筒设计 12 4.2 喷嘴 选型设计 13 第五章 合模系统 设计 14 5.1 合模系统类型对比选择 15 第六章 液压系统 设计 15 6.1 传动系统的种类和特点 16 6.2 液压传动 16 6.3 液压系统原理设计 18 6.4 油泵类型的比较与选用 20 6.5 液压系统有关计算 24 第七章 模具设计 26 7.1 塑料材料的分析 26 7.2 拟定模具的结构形式 30 7.3 浇注系统的设计 31 7.4 成型零件的结构及设计计算 33 7.5 模架的确定 35 7.6 其他机构的设计 37 参考文献 39 总结与展望 40 致谢 4
3、1 微型液压卧式螺杆注塑机系统设计 专业： 机械工程及自动 化 学号： 4264308365 姓名： 许伟 指导老师： 摘要 : 卧式注塑机：这是最常见的类型。其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，且模具是沿水平方向打开的。其特点是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作 用自动落下，易于实现全自动操作。其缺点是：模具安装比较麻烦，嵌件发表过如模具有倾斜或落下之可能，机床占地面积较大。目前，市场上的注塑机多采用此种型式。 其工作原理如下：卧式注塑机是由料斗加入的塑料在螺杆的带动下，沿螺旋槽向前输送。由于外加热圈的加热和螺杆剪切摩擦生热的作用，塑料变为粘流态，
4、螺杆在转动的同时后退。当螺杆头部积存的熔体压力达到一定值时，螺杆接触行程开关而停止转动和后退，准备下一阶段的注射。 注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料 熔融塑化 施压注射 充模冷却 启模取件。取出塑件 后又再闭模，进行下一个循环。注塑机的电能消耗主要表现在以下几个部分： 液压系统油泵的电能消耗 加热器的电能消耗 循环冷却水泵的电能消耗（在注塑车间内，一般多台注塑机共用一台冷却水泵），其中液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的 80%以上，所以降低其耗电量是注塑机节能的关键。 关键词： 微型卧式注塑机 螺杆 电能消耗 第一章 前 言 1.1 微型注塑机发展现状及趋势 当今我国
5、大部分还是利用大型注塑机 。中国注塑机制造业从 20 世纪 60 年代开始发展至今，已有近 50 年的历史。从最古老的人力手动注塑机，到液压手动、半自动、全自动，到油电复合，再到今天的全电动注塑机，中国注塑机产业实现了突飞猛进的发展。如今，从通用注塑机、精密注塑机到专用注塑机的不同品种，中国都有生产，并在全球注射制造业占据着举足轻重的位置。 中国大型骨干注塑机生产企业大多是合资企业，引进了国外先进的技术和管理模式。在技术方面，中国生产的注塑机已从普通机型向大型机、全电动机、电液复合机和专用注塑机方面发展。其中海天开发出了中国最大锁模力的注塑机， 用于汽车配件的生产；震雄开发出了全电动用于光盘生
6、产的专用机和用于 PET瓶坯注塑的专用机型。虽然从整体上看，中国生产的注塑机还主要是低端产品，但以海天和震雄为代表的注塑机生产企业正努力向中端市场发展。全电式注塑机目前在全世界的发展情况：西元 1966 年，德国巴顿公司推出以电气马达进料的注塑机，开启电气结构运用於注塑机重要单元的滥觞。但直到 1994 年，日本 FANUC 公司运用其原有电气伺服控制的技术优势，并与美国 MILACRON 技术合作，推出商品化的全电式注塑机，从此使全电式注塑机进入百家争鸣阶段。在 2001 年德 国杜塞道夫展（ K 展）上，为数不少的欧洲厂商也展出了全电式注塑机。事实上，自从商品化的电气式注塑机推出以来，全电
7、式注塑机的发展始终以日本市场及北美市场为主，许多欧洲厂商在开发上并不积极，但随著日本厂商及市场的推波助澜，欧洲厂商也不能置身於外，因此於 2001 年纷纷推出新一代的全电式注塑机，如 NETSTAL、 ENGEL、 MIR、 OIMA、 NEGRIBOSSI等。以全球欧美日几个主要大厂的发展来看，将全电式注塑机纳入产品线中是必然的趋势。 根据国内市场需求，依靠科技进步，不断调整产品结构。由此可见 现阶段急需发展的关键技术包括： 1. 液压传动与控制系统的节能技术，如负荷传感 技术、新型节能系统和元件。 2.机电一体化技术及 IT 技术的应用 高精度、高频响电液、电气伺服比例系统和元件，液粘调速
8、器速度控制技术。数字液压、气动系统和元件，直动型电液控制元件。 3. 液压系统及污染控制技术。 4. 无泄漏液压系统和元件。 5. 水压传动与控制技术。 6. 高速重载齿轮传动设计与制造技术。 7. 高速铁路轴承设计制造技术。 8. 高速、高精度机床主轴轴承设计与制造技术。 9. 各种传动系统降噪和增寿技术。 10. 特种传动技术（谐 波传动、机械无级变速等）。 11. 先进设计技术，如计算机辅助设计与试验，仿真技术。 12. 大型传动系统的故障诊断技术。 13. 现代制造技术的应用研究，如表面处理技术，计算机辅助制造技术、润滑技术。 实际 微型液压教学设备。 1.2 本课题研究目的及意义 1
9、.2.1 研究目的 注塑成型机械及模具在国民经济中的地位日显突出。 注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注射成型工艺对各种塑料的加 工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。 模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。 第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如：属于高新技术领域的集成电路的
10、设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具； 第二，模具工业又是高新技术 产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。 CAD CAE CAM 技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。 第三，模具工业是装备工业的一个组成部分模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。 第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业
11、 机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。从五大支柱产业对模具 的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。 伴随着对注塑成型机械及模具的设计、使用和维护方面的专业人才的需求也就更加迫切。 模具人才这几年来非常紧缺，模具企业的老总都很清楚靠挖人是不能解决根本问题，但是他们也知道，模具人才的培训周期长、投入大，为了追求眼前的利益，不愿意自己花费精力和物力，而是到人才市场去招聘，甚至不惜手段猎取其他企业人才，结果造成企业之间形成壁垒，关系紧张 。 模具设计人才紧缺具有深层次的原因。一方面：机械行业发展的快 ,导致模具应用的紧缺。另一方面：中国的教育体制不注重职业技能教育，高等教
12、育又 缺乏相关的职业技能训练，导致理论与实践脱节。 模具设计人才的紧缺还具有地区性差异。针对地区性差异机械英才网专家认为加快人才培训是解决问题的一个关键点。各区域应重视和落实模具人才的培训工作。 1.2.2 研究 意义 在目前四大类传动方式 (机械、电气、液压和气压 )中，没有一种动力传动是十全十美的，而液压传动具有下述极其明显的优点： (1)从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵 活。(2)从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅
13、速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达 100： l到 2000： 1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与 CPU(计算机 )的连接，便于实现自动化。 (3)从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。（ 4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。（ 5）经济：液压技术的可塑性和可变性很强，可以增加柔性生产的柔度，和容易对生产程序进行改变和调整，液压 元件相对说来制造成本也不高，适应性比较强。 (6)液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机 -电 -液 -光”一体化已成为世界发展的潮流，便于
14、实现数字化。 第二章 注塑机的概况 塑料注射成型机是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成塑料制件的主要成型设备。注射成型能一次成型出形状复杂，尺寸精度和带有嵌件的塑料制品，生产效率高易于自动化。所以塑料注射成型机是目前塑料成型设备中增长最快，产量最多，应用最广的塑料成型设备。 2.1 注塑机的组成 注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、 电器控制系统等组成。如图 2-1所示： 图 2-1 塑料注射机的基本组成 1-合模系统 2-注射系统 3-电器控制系统 4-液压传动系统 2.1.1 注射系统 注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、往复螺杆式、螺杆预塑式三种主要形
15、式。目前采用最多的是往复螺杆式，其次是柱塞式。其作用是，在一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下将熔融塑料注入模具型腔中。 2.1.2 合模系统 合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。 合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。 2.1.3 液压系统 液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、
16、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压 辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。 2.1.4 电气控制系统 电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。 2.2 注射机生产工作过程 塑料注射成型是利用塑料的三种物理状态（玻璃态 高弹态和粘流态），在一定的工艺条件下，借助注射机和模具，成型出所需要的制件。尽管所用的注射机，模具和工艺参数不同，但从所要实现的工艺内容即 基本工序来看，其工作过程大致表示成如下： 2.2.1 合
17、模和锁紧 合模装置推动移动模板及安装在移动模板上的模具动模部分向前移动，与固定模板上的模具定模部分合模并锁紧，以保证成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧。 1、 注射装置前移 当合模完成后，整个注射装置被推动前移，使注射机喷嘴与模具主流道口完全贴合，为注射阶段做好准备。 2、 注射、保压 在注射机喷嘴完全贴合模具主流道口后，注射液压缸进入高压油，推动螺杆相对料筒前移，将积聚在料筒头部的熔体以足够的压力经浇注系统注入模具型腔。塑料熔体 因温度降低而产生收缩，为保证塑件的致密性、尺寸精度和力学性能，需对模具型腔内的熔体保持一定的压力，以补充塑料。 3、 制件冷却与预塑化 当保压进行到模腔内熔料失去从浇
18、口回流的可能性时（即浇口封闭），注射液压缸内的保压压力即可卸去（此时合模液压缸内的高压也可撤处），使制件在模具内冷却定型。为了缩短成型周期，在制件冷却的同时螺杆传动装置工作，带动螺杆转动，使料斗内的塑料落入料筒经螺杆向前输送，在料筒加热系统的外加热和螺杆的剪切，混炼的作用下，使塑料逐渐依次熔化。 4、 注射装置后退 注射装置是否 后退可根据加工塑料的工艺而定。有的在预塑化后退回，有的在预塑化前退回，有的注射装置根本不需要退回。注射装置退回的目的主要是避免使喷嘴与冷模长时间接触使喷嘴内料温过低，影响下次注射和制品质量。另一方面，有时为了便于清料，常使注射装置退回。 5、 开模、顶出塑件 模具内的
19、制件冷却定型后，合模机构就开启模具。在注射机 顶出系统和模具的推出机构的联合作用下，将制件推出，为下次成型做好准备。 2.3 注射机的分类 近 10 多年来注射成型机发展很快，类型不断的增加，注射机的分类方法较多。目前使用较多的分类方法为按注射 机外形特征分类，这种分类方法主要根据注射和合模装置的排列方式进行分类。 2.3.1 卧式注塑机： 1、 机身低，对于安置的厂房无高度限制。 2、 可自动落下的场合，不需使用机械手也可实现自动成型。 3、 由于机身低，供料方便，检修容易。 4、 模具需通过吊车安装。 5、 多台并列排列下，成型品容易由输送带收集包装 2.3.2 立式注塑机： 1、 注射装
20、置和锁模装置処于同一垂直中心线上，且模具是沿上下方向开闭。其占地 面积只有卧式机的 约一半，因此，换算成占地面积生产性约有二倍左右。 2、 容易实现嵌件成型。因为模具表面朝上，嵌件放入定位容易。采用下模板固定、 上模板可动的机种，拉带输送装置与 机械手 相组合的话，可容易地实现全自动嵌件成型。 3、 模具的重量由水平模板支承作上下开闭动作，不会发生类似卧式机的由于模具重力引起的前倒，使得模板无法开闭的现象。有利于持久性保持机械和模具的精度。 4、 通过简单的机械手可取出各个塑件型腔，有利于精密成型。 5、 一般锁模装置周围为开开放式，容易配置各类自动化装置，适应于复杂、精 巧产品的自动成型。
21、6、 拉带输输送装置容易实现串过模具中间安装，便于实现成型自动生产。 7、 容易保证模具内树脂流动性及模具温度分布的一致性。 8、 配备有旋转台面、移动台面及倾斜台面等形式，容易实现嵌件成型、模内组合成型。 9、 小批量试生产时，模具构造简单成本低，且便于卸装。 10、 经受了多次地震的考验，立式机由于重心低，相对卧式机抗震性更好。 2.3.3 角式注塑机： 其注射注射螺杆的轴线与合模机构模板的运动轴线相互垂直排列，其优缺点介于立式与卧式之间。因其注射方向和模具分型 面在同一平面上，所以角式注塑机适用于开设侧浇口的非对称几何形状的模具或成型中心不允许留有浇口痕迹的制品。 本次课题选用的是卧式注
22、塑机。 第三章 注射装置设计 3.1 注射装置类型 注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式 3 种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入 模具型腔 中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。 注射系统的组 成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。 螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、 螺杆 、过胶组件、射嘴部分组成。动力传递装置包括注射 油缸 、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶 马达 ）。 3.1.1 柱
23、塞式注射机 是靠柱塞进行塑化的，塑料原料在机筒内受到筒壁和分流梭两方面传来的热量而熔融，再由柱塞的推动而塑化，并通过喷嘴注入型腔。由于塑料的导热性差，难以使熔体内的热量均匀分布，塑化也不均匀，局部由于过热还会使塑料分解， 因此，柱塞式注塑机只适于加工流动性好、热敏性差的塑料。 柱塞式注射 装置由定量加料装置（料筒）、塑化部件（柱塞、分流梭）、注射液压缸、注射座移动液压缸等组成。 3.1.2 螺杆式注射机 其有 2 种结构，螺杆预塑式和往复螺杆式。都 是靠螺杆进行塑化的，主要工作部件是螺杆，它除作旋转运动外，还要作往复运动。它使进入机筒的塑料有一个预塑过程，进入机筒的塑料，一是在机筒的传热及螺杆与塑料间的摩擦发热的共同作用下逐步熔化和塑化，二是因螺杆的旋转而被推送前移，从而完成了塑化和送料。螺杆式注塑机由于塑化效果好，塑件质量高，其应用比柱塞式广泛得多 。 螺杆式注射装置主 要由塑化部件（螺杆、料筒、喷嘴）、传动装置、注射座、注射座移动液压缸、注射液压缸等组成。塑料在转动螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，
