注塑机液压系统设计

1、导师姓名：完成日期:机电课程设计题 目：注塑机液压系统设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级: 学号： 学生姓名：课程设计任务书设计题目：注塑机液压系统设计姓名系别机械工程专业 机械设计及其自动化 班级学号指导老师教研室主任一、设计要求及任务1. 设计要求（1）公称注射量：250 cm3；螺杆直径：d=40mm；螺杆行程：sl=200mm；最大 注射压力p=153MPa；注射速度:vw=0. 07m/s;螺杆转速：n=60r/min；螺杆驱动 功率：Pm=5kW；注射座最大推力：Fz = 27（kN）；注射座行程：s2=230（mm）；注 射座前进速度：vzl=0. 06m/s

2、；注射座后退速度：vz2=0. 08m/s；最大合模力（锁 模力）Fh=900 （kN）；开模力：Fk=49 （kN）；动模板（合模缸）最大行程：s3=350 （mm）；快速合模速度:vhG = 0. lm/s；慢速合模速度:vhG =0. 02m/s；快速开模 速度：vhG =0. 13m/s；慢速开模速度:vhG =0. 03m/s；（2）注塑机工作参数设计计算；（3）液压系统原理方案设计；液压系统设计计算及元件选择；（4）注塑机及液压系统总图设计。2. 设计任务（1）绘制注塑机合模缸、注塑装置和液压系统油箱的装配图；（2）绘制液压系统原理图；（3）系统零部件的计算与选型；（4）按照要求编

3、写设计说明书和打印图纸。二、进度安排及完成时间1. 设计时间：两周，2012年6月25日至2012年7月6日。2. 进度安排第19周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，进行系统设计。第20周：整理资料，撰写设计说明书，答辩，交设计作业。（印稿及电子文 档）。目录摘要I第1章绪论4注塑机概述4注塑机的工作循环过程4注塑机对液压系统的要求4液压系统设计参数4注塑机液压系统原理图5第2章计算执行元件的主要结构参数7各液压缸的载荷力计算7液压系统主要参数计算8制定系统方案和拟定液压系统图10第3章液压元件的选择13液压泵的选择13液压阀的选择14液压马达的选择14确定油箱的有效容积15第4章

4、液压系统性能验算16验算回路中的压力损失17系统总输出功率18冷却器所需冷却面积的计算18心得体会19参考文献20注塑机液压系统摘要：注塑机是一种通用设备，通过它与不同专用注塑模具配套使用，能够生 产出多种类型的注塑制品。注塑机主要由机架，动静模板，合模保压部件，预塑、 注射部件，液压系统，电气控制系统等部件组成；注塑机的动模板和静模板用来 成对安装不同类型的专用注塑模具。合模保压部件有两种结构形式，一种是用液 压缸直接推动动模板工作，另一种是用液压缸推动机械机构通过机械机构再驱动 动模板工作（机液联合式）。注塑机工作时，按照其注塑工艺要求，要完成对塑 料原料的预塑、合模、注射机筒快速移动、熔

5、融塑料注射、保压冷却、开模、顶 出成品等一系列动作，因此其工作过程中运动复杂、动作多变、系统压力变化大。关键词：注塑机；通用设备；专用注塑模具。I第1章绪论注塑机概述大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料 斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器, 而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进 器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中， 经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。 注塑机的工作循环过程合模一注射一保压一冷却一开模一顶出一螺杆预塑进料其中合

6、模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开 模前这段时问都是锁模阶段。注塑机对液压系统的要求是1）具有足够的合模力2）模具的开、合模速度可调3）注射座整体进退4）注射压力和注射速度可调5）保压及压力可调6）制品顶出速度要平稳顶出速度平稳，以保证成品制品不受损坏。液压系统设计参数表液压系统设计参数公称注射量：250 cm3螺杆直径：d二40mm螺杆行程：sl=200mm最大注射压力p=153MPa注射速度：vw=0. 07m/s螺杆转速:n-60r/min螺杆驱动功率：Pm-5kW注射座最大推力：Fz=27 (kN)注射座行程：s2=230(mm)注射座前进速度：vzl=0

7、. 06m/s注射座后退速度：vz2=0. 08m/s最大合模力(锁模力)Fh=900 (kN)开模力：Fk=49 (kN)动模板最大行程：s3=350 (mm)快速合模速度：vhG = 0. lm/s慢速合模速度：vhG=0. 02m/s快速开模速度:vhG -0. 13m/s慢速开模速度：vhG =0. 03m/s齿轮注塑机液压系统原理图A-大流量液压泵E-小流量液压泵1、2-电液换向阀3-电磁换向阀4. 5-电液换向阀6、21-电磁换向阀7、8、9-溢流阀10、11、12-单向阀13-液控单向阀14-节流阀15、16-调速阀17、18-单向顺序阀19-行程阀20-液压马达表注塑机液压系统

8、原理图电磁铁动作表动作程序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YAUYA合启动慢移+快速合模+增压锁模+注射座整体快移+注射+注射保压+减压排气+再增压+预塑进料+注射座后移+开 模慢速开模+快速开模+推 料顶出缸伸出+顶出缸缩回+系统卸荷注：“+”表示电磁铁通电；“一”表示电磁铁断电。第2章负载分析各液压缸的载荷力计算合模缸的载荷力合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯 性力和导轨的摩擦力。锁模时，动模停止运动，其外载荷就是给定的锁模力。开模时，液压缸除要克服给定的开模力外，还克服运动部件的摩擦阻力。注射座移动缸的载荷力座移缸在推进和退回注

9、射座的过程中，同样要克服摩擦阻力和惯性力，只有当喷嘴 接触模具时，才须满足注射座最大推力。注射缸注射阶段负载注射缸的载荷力在整个注射过程中是变化的，计算时，只须求出最大载荷力。式中，d螺杆直径，由给定参数知：d = 0.04m； p喷嘴处最大注射压力, 已知p=153MPa0由此求得Fw=192kN。各液压缸的外载荷力计算结果列于表1。取液压缸的机械效率为n=,求得相应的作 用于活塞上的载荷力，并列于表1中。F=Fw/ n=213.表2-1各液压缸的載荷力液压缸名称工况液压缸外载荷R/kN活塞上的载荷力F/kN合模缸合模90100锁模9001000开模4955座移缸移动3预紧2730注射缸注射

10、192213进料液压马达载荷转矩计算= 796N 加P( _5x102 勿 2x3.14x60/60取液压马达的机械效率为，则其载荷转矩T = Zk = Z21 = 838N加叽0 95液压系统主要参数计算初选系统工作压力塑料注射机属小型液压机，载荷最大时为锁模工况，此时，高压油用增压缸提 供；其他工况时，载荷都不太髙，参考设计手册，初步确定系统工作压力为。计算液压缸的主要结构尺寸确定合模缸的活塞及活塞杆直径合模缸最大载荷时，为锁模工况，其载荷力为1000RN,工作在活塞杆受压状态。活塞直径此时pl是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5,则pl = 5X = ,锁 模工况时，回油流量

11、极小，故p20,求得合模缸的活塞直径为w = 0.198/7?I 4xl00xl03.14x32.5xl06取 A=0. 2mo按表 25 取 d/D=,则活塞杆直径 dh=XO. 2m=0. 14m,取 dh = O. 15m0为设计简单加工方便，将增压缸的缸体与合模缸体做成一体（见图1）,增压缸 的活塞直径也为02叭其活塞杆直径按增压比为5,求得=一才-0.089/n ,取 d=009m。V 5 v 5注射座移动缸的活塞和活塞杆直径座移动缸最大载荷为其顶紧之时，此时缸的回油流量虽经节流阀，但流量极小，故 背压视为零，则其活塞直径为4x3x10kg咕X6.5x106心76加，取 05由给定的

12、设计参数知，注射座往复速比为/=,查表2-6得d/D=,则活塞杆 直径为：d = XO. lm=O. 05m确定注射缸的活塞及活塞杆直径当液态塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值213RN,此时注射缸活塞移 动速度也近似等于零，回油量极小；故背压力可以忽略不计，这样D, = ； = .,l，4-213-1()-/n = 0.204？，取 Ds = 0. 22m；忖 V x6.5xl06活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取ds = 0. 04mo计算液压马达的排量液压马达是单向旋转的，其回油直接回油箱，视其出口压力为零，机械效率为，这 样% - $ 师=2x3？x796 加3“_0.8xio

13、3F65 x 10s x0.95计算注射缸在注射阶段的流量A1=h/2 *(Dy/2)-( /2)=Q=A1 *v=计算液压执行元件实际工作压力计算注射缸在注射阶段的压力P1=F+P2A2/A1=.Pl=2n T/q= Mpa.按最后确定的液压缸的结构尺寸和液压马达排量，计算出各工况时液压执行元件实 际工作压力，见表2。表2液压缸的结构尺寸和液压马达排量工况执行元件名称背压力PJ MPa工作压力p、/ MPa计算公式合模行程合模缸100NF + pA/?1=八锁模增压缸WOO kN座前进座移缸3 kN座顶紧30 kN注射注射缸213RN预塑进料液压马达838 N m2刃 Pi _(/计算液压执

14、行元件实际所需流量根据最后确定的液压缸的结构尺寸或液压马达的排量及其运动速度或转速，计算出 各液压执行元件实际所需流量，见表3。表3液压缸的结构尺寸或液压马达的排量及其运动速度或转速工况执行元件名 称运动速度结构参数流量/(L/s)计算公式慢速合模合模缸misA = 0.032 = 4V快速合模ml s3座前进座移缸mis4 =0008r2 = 4V座后退misA2 = 0.006/r?22 = A.v注射注射缸mis4 =00382 =预塑进料液压马达60/7 min = 0.873L/rQ = qn慢速开模合模缸m/sA. -0.014m2Q = A2V快速开模m/s制定系统方案和拟定液压

15、系统图制定系统方案执行机构的确定 本机动作机构除螺杆是单向旋转外，其他机构均为直线往复运动。各直线运动机构 均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。从给定的设计参 数可知，锁模时所需的力最大，为900kNo为此设置增压液压缸，得到锁模时的局 部高压来保证锁模力。合模缸动作回路合模缸要求其实现快速、慢速、锁模，开模动作。其运动方向由电液换向阀直接控 制。快速运动时，需要有较大流量供给。慢速合模只要有小流量供给即可。锁模时, 由增压缸供油。液压马达动作回路螺杆不要求反转，所以液压马达单向旋转即可，由于其转速要求较高，而对速度平 稳性无过高要求，故采用旁路节流调速方式。注射缸动作回

16、路注射缸运动速度也较快，平稳性要求不高，故也采用旁路节流调速方式。由于预塑 时有背压要求，在无杆腔出口处串联背压阀。注射座移动缸动作回路注射座移动缸，采用回油节流调速回路。工艺要求其不工作时，处于浮动状态，故 采用Y型中位机能的电磁换向阀。安全联锁措施本系统为保证安全生产，设置了安全门，在安全门下端装一个行程阀，用来控制合 模缸的动作。将行程阀串在控制合模缸换向的液动阀控制油路上，安全门没有关闭 时，行程阀没被压下，液动换向阀不能进控制油，电液换向阀不能换向，合模缸也 不能合模。只有操作者离开，将安全门关闭，压下行程阀，合模缸才能合模，从而 保障了人身安全。液压源的选择该液压系统在整个工作循环

17、中需油量变化较大，另外，闭模和注射后又要求 有较长时间的保压，所以选用双泵供油系统。液压缸快速动作时，双泵同时供油， 慢速动作或保压时由小泵单独供油，这样可减少功率损失，提高系统效率。拟定液压系统图液压执行元件以及各基本回路确定之后，把它们有机地组合在一起。去掉重复多余的元件，把控制液压马达的换向阀与泵的卸荷阀合并，使之一阀两用。考虑注射缸同合模缸之间有顺序动作的要求，两回路接合部串联单向顺序阀。再加上其他一些辅助元件便构成了 250克塑料注射机完整的液压系统图，其动作循环表，见表4。表4动作循环表磁铁1YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA快速合模+一

18、+慢速合模+增压锁模+注射座前进+注射+一+注射保压+减压（放气）+再增压+预塑进料+注射座后退+慢速开模+快速开模+系统卸荷第3章液压元件的选择液压泵的选择液压泵工作压力的确定pl是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最髙压力是增压缸锁模时的 入口压力，pl = ; E Ap是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见，从泵到 增压缸之间串接有一个单向阀和一个换向阀，取L Ap = o液压泵工作压力为pP=+MPa =液压泵流量的确定由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况，Lqmax = 3L/so取泄漏系 数K为，求得液压泵流量qP=3.6L/s (216L/min)选用YYB-B

19、C171/48B型双联叶片泵，当压力为7 MPa时，大泵流量为157. 3L/min, 小泵流量为44. lL/mino 电动机功率的确定注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大, 为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。从工况图看出，快速注射工况系统的压力和流量均较大。此时，大小泵同 时参加工作，小泵排油除保证锁模压力外，还通过顺序阀将压力油供给注射缸，大 小泵出油汇合推动注射缸前进。前面的计算已知，小泵供油压力为pPl = ,考虑大泵到注射缸之间的管路损 失，大泵供油压力应为pP2=+MPa=,取泵的总效率n P=,泵的总驱动功率为p _ Ppg

20、 + Pp/h=kW考虑到注射时间较短，不过3s,而电动机一般允许短时间超载25%,这样 电动机功率还可降低一些。QX 100/125=kW验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于或近于此值。查产品样本，选用22kW的电动机。液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在7MPa左右，所以液压阀都选用中、髙压阀o所选阀的规格型号见表5。表2-5250克塑料注射机液压阀名细表序号名称实际流量/（厶/s）选用规格1三位四通电液换向阀34DYM-B32H-T2三位四通电液换向阀34DYY-B32H-T3三位四通电液换向阀34DY-B10H-T4三位四通电液换向阀34DY0-

21、B32H-T5二位四通电液换向阀24DY0-B32H-T6二位四通电液换向阀24D0-H10H-T7溢流阀YF-B20C8溢流阀YF-B20C9溢流阀YF-B20C10单向阀DF-B20K11液控单向阀AY-H32B12单向阀DF-B10K13单向阀DF-B32K14节流阀LF-B10C15调速阀QF-B10C16调速阀QF-B20C17单向顺序阀XDIF-B20F18单向顺序阀XDIF-B32F19行程滑阀230油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为:0.316425求得沿程压力损失为:=0.03 MP0.3164 x5x3.362x9183981 025 x 0.032 xl06x 2

22、局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失Ap2,以及通 过控制阀的局部压力损失Ap30其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计 算通过控制阀的局部压力损失。参看图2,从小泵出口到注射缸进油口，要经过顺序阀17,电液换向阀2及单 向顺序阀18。单向顺序伺17的额定流量为50L/min,额定压力损失为。电液换向阀2的额定 流量为190L/min,额定压力损失MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min,额 定压力损失MPa。通过各阀的局部压力损失之和为157.3 + 44.1190+ 0.2162150=(0.31 + 0.34 + 023)MP“ = 0

23、88MPa从大泵岀油口到注射缸进油口要经过单向阀13,电液换向阀2和单向顺序阀18。 单向阀13的额定流量为250L/min,额定压力损失为MPa。通过各阀的局部压力损失之和为:“3.2=0.2)+0.34 + 0.23 =0.65MPa 250由以上计算结果可求得快速注射时，小泵到注射缸之间总的压力损失为Lpl = +MPa=大泵到注射缸之间总的压力损失为Ep 2 = +MPa=由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选 泵是适合的。另外要说明的一点是：在整个注射过程中，注射压力是不断变化的，注射缸的 进口压力也随之由小到大变化，当注射压力达到最大时，注射缸活塞

24、的运动速度也 将近似等于零，此时管路的压力损失随流量的减小而减少。泵的实际出口压力要比 以上计算值小一些。综合考虑各工况的需要，确定系统的最髙工作压力为，也就是溢流阀7的调定 压力。系统总输出功率求系统的输出有效功率：1 /m4 =工Fg +乞丁出3jtj由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为90k*行程0. 35m；注射 缸的外载荷为192kN,行程0.2m；预塑螺杆有效功率5kW,工作时间15s；开模时外 载荷近同合模，行程也相同。注射机输出有效功率主要是以上这些。P = J-(1.4xl05 xO.35 + 1.92xlO5 x0.2 + 5x 10? x 15) = 3kW总的发热功率为：B, = -3)kW=计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为53,按V =求得油箱各边之积：a