1、液压毕业设计 LFB1500型塑料注射成型机液压系统(2009-04-01 17:10:02)标签： 机械毕业设计教育本站（http:/ 600多套机械专业的毕业设计，包括模具毕业设计，数控毕业设计和机电一体化毕业设计,服务 QQ号：342386161LFB1500型塑料注射成型机液压系统的设计一、注射机的基本组成及其工作过程随着注射成型技术的广泛与发展，其机器类型较多，但其中最有代表性的是柱塞式和螺杆式两种，因各自组成和原理差异较大，故应用的范围也有很大的不同，就目前而言，应用最广的是螺杆式，在这次的 LFB-1500型塑料注射成型机液压系统的设计中采用的也是螺杆式。（一）注射成型机的组成一
2、台通用型注射成型机主要包括下列部件：注射装置：它的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到模腔内。因此，注射装置应具有塑化良好，计量精确的性能，并且在注射时对熔料能够提供足够的压力和速度。注射装置一般由塑化部件（机筒、螺杆、喷嘴等）、料斗、计量装置、螺杆传动装置、注射和移动油缸等组成。合模装置（锁模装置）：它是保证成型模具可靠的闭合和实现模具启闭动作，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模腔中的熔料还具有一定的压力，这就要求合模装置给予模具足够的合紧力（通常称之为合模力或锁模力），以防止在熔料的压力作用下模具被打开，从而导致制品溢边或使制品的精度下降。
3、合模装置主要由模板、拉杆、合模机构、制品顶出装置和安全门等组成。液压传动和电气控制系统：注射成型是由塑料熔模、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化成型、开模取出制品等工序所组成的连续生产过程。液压和电气则是为了保证注射成型机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和动作程序，准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统。液压部份主要有动力油泵、方向阀、流量阀以及压力控制阀；附属装置；管路和箱体（机架）等部分。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。（二）注射成型机的工作过程每台注射成型机的动作程序可以不完全一致，但从所要完成的工艺的工艺内容即基本工序来看，其动作可大致表示如下：1、
4、闭模和合紧注射成型机的成型周期一般从模具开始闭合时起，模具首先以低压力快速进行闭合，当动模与模块快要接近时，合模的动力系统自动切换成低压（即试合模压力）、低速，在确认模内无异物时存在时，再切换成高压而将模具合紧。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，使喷嘴和模具贴合。当喷嘴与模具完全贴合后，便可向注射油缸接入压力油。于是与油缸活塞杆相接的螺杆，则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，又称一次压力。3、压力保持（保压）注入模腔的熔料，由于低温模具的冷却作用，使注入模具内的熔料产生收缩。为制得质量致密的制品，故对熔料还需保持一定的
5、压力进行补缩。此时，螺杆作用于熔料上的压力称之为保压压力，又称二次压力，在保压时，螺杆因补缩而有少量的前移。4、制品冷却和预塑化当保压进行到模腔内的熔料失去从浇口回流可能性时（即浇口封闭），注射油缸内的保压力即可卸去（此时合模油缸内的高压也可撤除），使制品在模具内冷却定型。此时，螺杆在液压马达（或电动机）的驱动下转动，将来自料斗的粒状塑料向前输送，并使其塑化熔融。进入螺杆头部的熔料，在正常操作条件下，其压力低于熔料从喷咀流出的阻力，并高于油缸内工作油的回泄阻力，故螺杆在熔料压力作用下，边转动边后退。螺杆在塑化时的后移量，即表示了螺杆头部熔料所积存的量。当螺杆回退到计量值时，螺杆即停止转动（由行
6、程开关或位移传感器进行位置控制），准备下一次注射，制品冷却与螺杆塑化在时间上是同时进行的，在一般情况下，要求螺杆塑化计量时间要少于制品冷却时间。5、注射装置后退和开模顶出制品螺杆塑化计量完毕后，为了使喷嘴不致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。此动作进行与否或先后的程序，机器均可供选择。模腔内的熔料经冷却定型后，合模装置即行开模，并自动顶落制品。 二、往复螺杆式注射机成型机工作原理塑料借助旋转螺杆的输送作用，不断沿螺槽向前运动。塑料在运动过程中，经受着外加热和螺杆剪切热的共同作用，逐步软化，最终成为熔融粘流状态。在螺杆头部的熔料因具有一定的压力，此力要
7、推回螺杆，但螺杆能否退回以及退回速度的大小，显然取决于螺杆退回时所附加的各种阻力的大小，如各种摩擦阻力以及注射油缸内工作油的回泄阻力等。若改变工作油回泄阻力，即改变了螺杆塑化时头部的压力，这将会导致螺纹槽内的塑料流动状况的改变，从而使塑料的塑化情况得到相应的调整。螺杆的塑化的过程也是螺杆轴向后移计量的过程，螺杆的后移，将使其螺纹实际工作长度在逐渐减短，从而造成塑料在一次塑化过程中，先前和最终加入的塑料所经受的热历程上的差异。如将上述动作，按时间先后程序可绘制成如下图所示的注射成型机工作过程循环图：闭模高压低速锁紧注座前进注射开模冷却保压制品顶出塑化退回退回塑化固定塑化注射成型机工作循环周期图三
8、、注射成型机的发展 自 50年代螺杆式注射机出现至今已有 20多年，目前注射机结构已发展到相当完善的地步。以往认为的一些在机器设计上特殊问题。现已成为大家在设计机器时所普遍接受的内容。如往复螺杆式注射部件、锁闭型喷嘴、双金属材料的机筒、模板结构标准化、液压顶出、低压模具保护以及工过程的程序控制等等。目前在机器设计工作上的发展主要在（1）使部件设计标准化，并采用积木式设计。这样能以最少的结构设计，达到最大限度的满足使用要求；(2)设计各种附件，扩大通用机的使用范围。例如排气式附件、热固性塑料注射附件，超高速注射附件等。为使注射机的性能日益完善与不断更新，当前在高速高效、精密节能、机器的自动化、专
9、用注射机等方面都有了相当大的发展。与此同时，为克服目前注射机上的某些缺陷，寻求新的工艺方法和机器设备的工作仍在进行。 就现在而言，注射成型机主要往以下几个方面发展：一、注射成型机的高速发展目前在注射成型机基本结构相对比较成熟的条件下，机器高速高效、精密节能则成为当前注射成型机的发展的一个主要内容，使机器在加工制品数量与质量方面都得到提高与改善。（一） 高速化注射机高速化的主要目的是缩短机器的成型周期。根据组成成型周期的基本内容，注射高速化主要体现在下列方面。（1）提高启闭模速度。以往移模速度一般在 1020m/min，最近一般都已达到3035m/min，高速机的水平已提高到 4550m/min
10、，当前最高速度有 70m/min，故使启闭模时间缩短了很许多。（2）缩短制品冷却时间，提高机器的塑化能力。在成型周期中冷却时间占有较大比重。（3）提高注射速度，并使注射过程控制程序化。这样可缩短注射时间，提高制品质量，减少充模压力和合模力。（4）适合高速注射机的结构。为满足高速移模和注射要求，对具有增速作用的肘杆式合模装置和二步式合模装置有较多采用。（二）高效化高速与高效经常是不可分的。高效主要指机器成型制品的成品率要高和机器能耗要小。目前随着注射机性能参数的提高，其机器的功率比过去的机器也增加了许多。因此，对注射机如何节省能耗实现高效得到了普遍重视。高效工作主要有以下几方面：（1） 塑料加工
11、过程中热量应合理应用，做到热损失小、效率高。例如实现低温塑化。塑化时防过量剪切而需再冷却等；（2）动力源和冷却源的合理使用。由于注射机液压负载是不均匀的。因此，目前出现了多机集中传动和较多地使用储能器的液压传动系统。（3） 使用先进控制技术，使过程控制程序化。提高速度和螺杆塑化时的计量精度，缩短成型周期，降低费品率；（4） 降低注射压力和合模压力。（5） 合模力的有效利用。二、注射成型机的自动化第一台注射过程动作程序自动化的注射机，在 30年代就成功了。而真正实现其自动化生产还只是 60年代以后的事情。实现注射成型机过程的生产自动化，一般需具备下列条件：（1） 注射机具有良好的工作性能和参数的
12、再现性。附有必要的附属装置，机器故障少，对异常情况出现有报警等；（2） 需配置相应自动化辅助机械。其中有原料供给：粉碎、混合、干燥、上料；制品取出，喷洒离型剂、取出装置、落下检测；（3） 适应自动化生产要求的模具结构及其安装和储运；（4） 集中监控：对注射机、模具和辅助机器的异常情况进行监视及成型管理；三、专门用途的注射成型机在机器设计时，经常会遇到如何处理一般与特殊之间的关系问题。随着生产的发展，这个问题就表现得比较突出。例如从塑料制品方面来说，注射量虽相近。但是有大面积的制品也有深腔制品；有铣件和无铣件制品；有单色也有多色制品；有单一的和复合的塑料制品；还有发泡制品等等。如从塑料品种来看，
13、那就更多了。大的方面就有热塑和热固性塑料两大类，它们要求的工艺条件又有很大差别。而作为一般用途的注射机，其适应范围是有一个客观限度的，即不可能适应上述所有的要求。所以，目前注射机发展的另一个重要方面，就是在发展普通注射机的同时，研究制造供专门用途的注射机（或附件），使机器发挥更大的效能。(一) 热固性塑料注射成型机近年来热塑性塑料的发展虽然很快，但是它在某些性能（如耐热性、电气性能、抗变形能力等）方面还比不上热固性塑料，因此热固性塑料的产量和应用依然得到稳定上升。而这类塑料制品长期以来主要依靠压制法成型，可是这种成型法存在着生产效率低、劳动强度大、产品质量不易稳定等缺点。所以远不能满足生产发展
14、的要求。60 年代以后，在生产上成功地将热塑性塑料注射成型方法移植到热固性塑料加工领域，并得到普遍应用，发展很快。（1）工作原理热固性塑料成型为物理、化学变化过程，因这类分子结构是具有若干支链的线状体，这种线状分子在一定温度和压力条件下，分子活动激化，使分子支链发生交联，粉壮料发生软化，随后如分子运动继续加剧，经一定的时间，线状分子便交联成网状体型结构，从而完成了化学反应而固化定型。热固性塑料注射成型，就是将粉状树脂在机筒首先进行预热塑化（温度在 90度左右），使之发生物理变化和缓慢的化学变化，而呈稠胶状。然后用螺杆（或柱塞）在 120200Mpa的压力下，将此料注入到热模内（模具温度 170
15、180度），经过一定的时间的固化即可开模取出制品。（2）结构特征热固性塑料注射机有螺杆式和柱塞式两种，比较起来螺杆式在逐年增多。不过对玻璃纤维增强的树脂宜用柱塞式，因为柱塞式不易损伤玻璃纤维。热固性塑料注射机的结构特点主要表现在塑化部件上四、新的注射成型工艺和设备从某种意义上说，注射机的重量主要取决于合模力的大小。而合模力又是由制品投影面积和充模压力所决定。前面已作过讨论，通过改进塑化效能和提高注射速度并实现其过程控制，可降低所需的合模力。但是这种降低总归受原成型方法所限，所以注射机的革新，最根本的是工艺革新。每种塑料成型方法都有所之长。如压制成型所需的成型压力低，制品应力小；层压法采用多层结
16、构可更有效地利用合模力；挤出法生产能力大设备简单等等。于是产生了注射成型与其它相结合的新工艺，如注射压制成型、供多层结构模具用的双段注射机、流动模塑以及伸缩动态注射、反应注射等新的工艺与设备。（一）注射压制成型注射压制成型是注射和压制法相结合的工艺。它先将熔料注入到模腔，而当熔料进入模腔时，模具在其压力作用下打开少许，当熔料充满模腔后，再相当于压制法，用高压合紧模具制得所需的制品。由于熔料是在模具已成微量开启状态下进入模腔，故所需的充模压力较小。在成型时，螺杆已不再向模腔内注料，而靠高压合紧模具，缩小其型腔从而加压于熔料使之成型。所以塑料的取向性小，制品内应力较小。注射压制法特别适合成型面积小
17、的透明要求高的制品。(二) 流动注射一般注射成型制品的重量不应超过机器的最大注射量，为了保证制品的质量，加工制品的重量最好是 6080%机器的注射量。但是有时遇到加工制品的投影面积并不大，而重量却超过机器注射量的一些厚壁制品。流动注射则是加工这类制品的有效方法。（三）伸缩型动态注射伸缩动态式注射机所用的合模力和注射压力比较低，可加工任何类型的热塑性塑料和大型、复杂、壁厚而无空隙及内应力的制品。例如分子量达 40万的高密度聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃纤维增强的尼龙等或是粉状、片状、粒状的料都能加工，还可成型发泡制品。同时这种机器制造简单，又由于注射压力和合模力较低，故对机器和模具材质要求可低些。据资料
18、介绍，第一台注射量为 1000克的伸缩式动态注射机的规格为：注射压力 980公斤力/厘米；塑化柱塞直径 20毫米；振动频率 3次/秒；塑化能力 30公斤/时；合模力 40吨力；主电机功率 3.6千瓦；加热功率 2千瓦；油泵电机功率 1.5千瓦；机器总重量约 2吨。不过这种机器仍处在实验阶段。（四）反应注射反应注射是对一些热固性塑料和弹性体加工的新方法。一般热塑性塑料的加工，主要是物理变化过程，但对有些塑料的成型却伴随着化学反应。目前反应注射比较多地用在生产聚胺脂结构泡沫的模制品上，西德 SLEMAG和 DEMAG等公司均有系列生产。反应注射的过程主要是将贮罐内不同料通过计量泵送入到混合器后再注
19、入到模内，在加热的模具内混合料进行化学反应，生成表面坚硬内有微孔的发泡模制品。由于这种成型方法的成型压力低，所需的合模力小，所以成型设备和模具都比较简单。目前这种模制品最大可达 65公斤。解放后，我国注射机的生产发展很快，仅用了十多年的时间，从无发展到目前初具系列，在设计方面也做出了大胆的革新和创造，取得了一定成绩。然而同目前世界先进水平相比，差距还相当大。这主要表现在注射机的类型少，规格缺，性能差；在对注射机的研究（包括注射过程以及机器结构性能等方面的研究）还很不够。因此，导致机器在设计上还存在一定的盲目性，比较多的停留在类比，经验设计的水平上。社会的财富是工人、农民和劳动知识分子自己创造的
20、。主要这些人掌握了自己的命运，又有一条马克思列宁主义的路线，对问题不是回避，而是用积极的态度认真地加以解决，我们就一定能够在比较短的时间内赶上和超过世界先进水平。（注射压力公斤/厘米）往复螺杆式1400 1200伸缩动态式1000800600400喷咀 料筒位置四、注射成形机的基本参数一台注射成形机的性能特征，常用一些性能参数来表示，根据各参数表示的内容，可将它们分为注射、合模、机器技术经济性指标三个方面进行讨论。（1）注射部分主要性能参数注射装置主要作塑化粒状和注射熔料入模之用。因此，注射部分的参数即表示机器在注射、塑化性能方面的特征参数。一、注射量（厘米；克）机器注射量是指机器在对空注射条
21、件下，注射螺杆（或柱塞）作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注出量。机器注射量是一个重要参数。它在一定程度上反映了机器加工制品能力的大小，标志着机器所能生产的塑料制品最大重量。因此，注射量可作为表示机器规格的主参数。根据我国注射成型机的生产情况，对机器注射量曾规定有30、60、125、250、350、500、1000、2000、3000、4000、6000、8000、12000、16000、24000、32000、48000、64000 厘米等十余种规格。不过应用最多的还是 601000厘米中小型注射成形机，它们约占注射成形机生产总台数的 70%左右。上式为理论值，实际机器在工作时是达
22、不到该值。因为从所列举的数据中可知，塑料在注射成型的整个过程中，随温度和压力的变化，它的密度也随之发生相应的变化。对于非晶体型塑料，密度变化约为 7。结晶型塑料（PE,PP,PA 等）的密度变化就更大了，大约为15。因此，在塑化温度下的机筒，其计量体积与适温和常压下的制品体积就存在差异。此外，在注射时，熔料在螺槽等处发生返流等。注射系数是考虑上述因素对注射量影响的修正系数。其中密度改变的因素是可以计算出来的。例如，对无定型塑料约为 0.93，结晶型塑料大约 0.85。但一影响漏损的因素就复杂多了，如螺杆结构，间隙以及到充模难易程度的其他因素等等。所以在实际使用中，射出系数并非是一个恒定的数值，
23、通常在 0.7-0.9范围内，设计时常取 0.8左右。（2）注射重量（克）注射重量即从喷嘴能够注出树脂的最大重量。它与使用的树脂密度有关，用作表示机器注射重量的塑料，一般定为聚苯乙烯（PS），其密度统一取 P=1.05 克/厘米。在上述的计算中，注射系数若取定值略去不同类型塑料具有不同的密度变化的特征，用其计算结果的表示的机器注射量与实际值相差较大。例如，对加工聚苯乙烯类不定型塑料，其计算值偏低；对加工聚乙烯类结晶塑料，其值又偏高。所以目前多数用理论注射用量（厘米）和以聚苯乙烯和聚乙烯为原料的注射重量共同表示机器注射量。对以聚苯乙烯塑料，a 可取 0.880.9；对聚乙烯塑料；a 可取 0.7
24、50.80。在使用注射机时，加工制品的重量一般在 1/43/4公称注射量为好，最低不应小于 1/10公称注射量。因为过小的注射量不仅机器能力得不到充分发挥，而且还会因塑料在机筒内停留时间过长易形成热分解，反之，过大有时成不了形，即使成了形也易发生久压等弊病。机器的注射量主要取决于螺杆的行程和直径。可是螺杆行程的多少会直接关系到机筒内熔料轴向温差的大小，而螺杆的直径又影响到注射油缸的注射率，根据实践的结果，对一般螺杆，其最大的行程一般可取 3Ds(Ds为螺杆直径)左右为宜。如在保证塑化质量的前提下，注射形成应尽可能取较大值，这样就可使用直径较小的螺杆，以利于实现稳定的工艺条件和紧凑的结构。目前在
25、塑化性能比较好注射装置上，螺杆行程已取到 5Ds左右。例如，螺杆直径为 75毫米（行程 412.5毫米）的机器，注射量可达 1670克（PS）。（3）注射压力（巴：公斤力/厘米）注射时为了克服熔料流经喷嘴，浇到和模腔等处的流动阻力、螺杆（或柱塞）对塑料必须施加足够的压力，其压力称之为注射压力。注射压力不仅是熔料充模必要条件，同时也直接影响到成形制品的质量。如注射压力对制品的尺寸精度以及制品应力都有影响。因此，对注射压力的要求不仅数值要足够而且要稳定与可控。五、工况分析和负载图的编制（一）油缸的负载和负载图1、负载分析工作机构作直线往复运动时，油缸的负载由下面六部分组成：工作负载、摩擦阻力、惯性
26、阻力、重力、密封阻力和背压阻力。前四项称为外负载，后两项称为内负载。（1）工作负载 R 注射机的合模力或注射力就是沿油缸运动方向的作用力，称工作负载。若是阻止油缸运动时，此值为正值，顺着油缸运动时则为负值（称为负值负载）。工作负载可以是恒定的，也有的是变化的，须根据具体情况分析决定。（2）导轨摩擦阻力 F 摩擦阻力是指油缸推动工作部件（如注射座）运动时导轨处的摩擦力。它与导轨的形状、放置情况以及运动的状态有关。平面导轨上的摩擦力可按下式计算：F=P式中 F导轨摩擦阻力；摩擦系数，铸铁导轨的摩擦系数可取为：起动时 =0.160.2；低速时（v0.17 米/秒）=0.050.08；P 垂直于导轨上
27、的各作用力的总和，牛；V形导轨上的摩擦力：F=( P )Sina/2式中 P 沿 V型导轨横剖面中心线方向作用于导轨上的各力之和，牛；aV形导轨的夹角，一般 a=90（3）惯性负载 Pa工作部件在起动，制动过程中由于运动速度变化（加速与减速）所产生的惯性力可按牛顿第二定律计算。Pa=Gv/gt式中 Pa惯性负载，牛；G移动部件的总重量，牛：v速度的变化量，米 /秒；g重力加速度，9.81 米/秒；t起动或制动时间，可取t=0.010.5 秒。一般对轻载低速运动部件取较小值，对重载高速部件取较大值。在起动加速过程中产生的惯性负载，对油缸而言为正负载；减速制动过程中产生的惯性负载为负载。（4）密封
28、装置的摩擦阻力 T油缸工作时还必须克服其内部密封装置产生的摩擦阻力 T,它包括油缸与活塞配合处的摩擦阻力 T1；和活塞杆与油缸盖配合处的摩擦阻力 T2.即：T=T1+T2密封装置的摩擦阻力与密封圈的类型有关（5）背压阻力 Pb背压阻力 Pb是指油缸回油压力（背压）造成的阻力。背压一般较小，故背压阻力也较小Pb=pbAb式中 Pb背压阻力，牛；pb油缸回油背压，帕；Ab背压作用的活塞有效面积，米。2、负载图的编制根据油缸的动作循环和负载力的计算，即可确定油缸在一个行程中各个阶段负载的变化规律。（1）起动和加速阶段 油缸必须克服的负载为：Pq=R+F+Pa+T+Pb+G（2）匀速阶段 Pi=R+F+T+Pb+G（3）减速制动阶段 Pz=R+F-Pa+T+Pb+G根据上述的情况可作出下列图：注射机合模油缸动作循环图行程 S闭模启模
