塑料注射成型机液压系统设计

1、铜陵学院毕业设计-1- 第一章 工况分析1.1 注塑成型动作过程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。1.2 液压传动系统主要传动动作所设计的液压系统，传动动作的完成，主要靠合模液压缸、注射液压缸、注射座移动缸和一个液压马达作为主要传动元件。具体的动作循环过程见下图： 图 1-1注塑机工

2、作循环图在合模时，合模缸先驱动动模板慢速启动，然后快速前移，接近定模板时转为低压慢速前移，在低速合模确认模具无异物存在后转为高压合模（锁模）。1.3 注射机液压系统的设计要求和主要设计参数包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-2-1.4 液压系统执行元件合模缸、注射缸、注射座移动缸和液压马达铜陵学院毕业设计-3-第二章 注塑成型机液压系统方案设计SZ 250A 型塑料注射成型机液压系统以多执行元件工作为主特点，它的动作循环为“合模缸合模注射座缸前进注射缸注射保压冷却注射座缸后退合模缸开模顶出缸顶出制品顶出缸后退”，在制品冷却的同时，液压马达带动螺杆旋转对颗粒状塑料预塑。动作循环中不同

3、工作阶段的速度、压力要求相差较大。这里采用了双联泵供油系统，速度高时采用双泵供油，速度低时采用一个泵供油，一个泵卸载；不同工作阶段的工作压力则由先导型溢流阀与多个远程调压、电磁滑阀组成的多级调压回路控制；注射、顶出、预塑的速度微调由节流阀或旁通型调速阀调节。各执行元件的换向回路根据实际通过的流量采用电液换向阀或电磁换向阀。多个执行元件的动作顺序由行程开关控制，这种控制方式机动灵活，系统较简单。2.1 能源装置（元件）方案设计该液压系统在整个工作循环中需油量变化较大，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

4、样可减少功率损失，提高系统效率。因为设备为固定设备，为便于油液冷却，系统选用开式回路，工作介质选用HL-N32普通液压油。2.2 调速回路（元件）方案设计因对控制精度要求不高，系统采用开环控制，各执行元件的动作顺序由电气控制（各执行元件的换向阀选用电磁换向阀），如PLC 控制。因250g 注塑机属小功率设备，故选用定量泵节流调速，系统压力选用弹簧加载式多级调压。各执行元件的换向阀选用三位阀，因各执行元件是依次单独动作，各换向阀的中位机能选为“0”型。系统不工作时，液压泵通过电磁溢流阀卸载。2.3 速度换接回路方案设计速度换接回路的功能是使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运

5、动速度，因而这个转换不仅包括液压执行元件快速到慢速的换接，而且也包括两个慢速之间的转换。实现这些功能的回路应具有较高的速度换接平稳性。2.4 执行机构的确定本机动作机构除螺杆的旋转选用液压马达外，合模、注射、注射座移动等均为双向运动，因前进负载力大于返程力，因此选用水平放置的单活塞杆液压缸直接驱动，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900kN 。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。2.5 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。包磊 塑料注射成型机液压系统设

6、计（250g ）-4-2.6 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。2.7 注射缸动作回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。2.8 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2.9 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

7、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。2.10 系统原理图见图 2-1，附图一铜陵学院毕业设计 -5- 包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-6-第三章 注塑成型机液压系统计算与液压元件的选择塑料注射成型机的组成塑料注射成型机是将粒状或粉状塑料加热塑化然后注射到模腔、保压成型的设备，主要包括注射装置和合模装置两部分。 1注射装置注射装置的主要任务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熔料注入模腔。注射装置又包括塑化部件

8、（料筒、螺杆、喷嘴和电加热器）、料斗、螺杆传动装置、注射缸、注射座移动缸等。其中注射缸、注射座移动缸和螺杆传动等由液压传动来实现。2合模装置合模装置是保证成型模具可靠地闭合、实现模具开闭动作以及顶出制品的部件。合模装置主要由固定模具的定模板、动模板、合模缸及顶出缸组成。动模板与合模板可以是直接连接，也可以是通过连杆机构连接。合模缸和顶出缸也由液压传动来实现。 3.1 各液压缸的载荷力计算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。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。pd

9、F W 24=（3-1）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 153MPa 。由此求得F w 192kN 。各液压缸的外载荷力计算结果列于表l 。取液压缸的机械效率为0.9，求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表3-1中。铜陵学院毕业设计 -7-表 3-1 各液压缸的载荷力3.2 进料液压马达载荷转矩计算mN n P T c W =79660/6014. 3210523 （3-2）取液压马达的机械效率为0.95，则其载荷转矩m N T T mW=83895. 0796 （3-3）3.3 执行元件几何尺寸的确定250g 注塑机为小型设备，从设备的可

10、靠性出发，初定系统工作压力p = 6Mpa, 液压泵选用双作用叶片泵。因合模缸的最大合模力（锁模力）远大于其他负载力，为匹配合理，合模缸采用增图 3-1 合模缸力比为5/1的五连杆增力机构。由此可求得合模缸活塞杆直径。包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-8-D h =1hp 5F 4 =6410614. 3510904= 0.195m (3-4注射缸的载荷力是变化的，这里按最大载荷计算最大载荷 F W =p 4d 2 = 6210153404. 014. 3N= 19.2×104N (3-5 活塞直径 D W =1W p F 4 =6410614. 3102. 194m

11、= 0.201m (3-6圆整取 D W = 200，活塞杆直径等于螺杆直径d W = d =40。因此注射缸大腔面积 A W1=3.14×10-2 , 小腔面积 A W2=3.01×10-2已知注射座移动缸的往返速比 i = 0.08/0.06 = 1.33，因此取活塞杆直径 d z =0.5Dz 活塞直径 D z =1z p F 4=m10614. 3103464=0.08m (3-7螺杆为单向旋转，且转动惯量不大，因此取马达出口背压为零，马达总效率 M = 0.9， 液压马达的排量：V M =60/n p P M 1M = 60/609. 010610563m 3/r

12、=0.92×10-3m 3/r(3-8因计算执行元件几何尺寸时，未考虑背压，且对计算值进行了圆整，因此各执行元件的实际工作压力需重新核算。慢速及快速合模的负载力可视其等于开模时的负载力F k ，设回油背压p o =0.2MPa，得慢速和快速合模时的工作压力p h =1h o2h k A p A F +=22641014. 3106. 1102. 0109. 4-+Pa=1.66×106Pa (3-9铜陵学院毕业设计-9-因锁模时的流量近似为零，因此无背压，锁模时的工作压力 p hmax =1h h A 5F =241014. 351090-MPa = 5.73×1

13、06Pa (3-10低压合模的工作压力应大于p h = 1.66MPa，低于p hmax = 5.73MPa，由工艺要求确定。开模时取回油背压p o = 0.3MPa，则开模时的工作压力p k =2h 01h k A p A F + =P a 106. 1103. 01014. 3109. 42624-+=3.65×106Pa (3-11注射缸注射时取回油背压p o = 0.3 MPa,则 p W =1W o2W W A p A F + =P a 1014. 3103. 01001. 3102. 192624-+=6.4×106Pa (3-12注射保压压力p W0由工艺要求

14、确定，其大小低于工作压力。p z1=1z 2z o z A A p F +=pa 10785. 010589. 0102. 01032264-+=4.16×106pa (3-13p z2=2z 1z o z A A p F +=P a 10589. 010785. 0102. 01032264-+=5.36×106pa (3-14马达转动惯量不大，取回油背压为零，得p M =MM M nV P 60=P a 9. 0109. 0601056033-=6.2×106Pa (3-15q hm =Ah1v hm =3.14×10-2×0.02=0.6

15、28×10-3m 3/s=37.7L/min (3-16 低压合模所需的流量按慢速合模所需流量，高压合模（锁模）的流量近似为零。包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-10-q M =nVM MV =60×0.9×0.95=51.3×10-3m 3/s=51.3L/min (3-23 3.5 液压泵的选择注塑机的各执行元件为依次单动，不存在多个执行元件同时动作的问题。考虑到泄漏的影响，各工况下液压泵应供给的流量为q p =Kq 1, 取泄漏系数K=1.1；而各种工况下液压泵的出口压力p p =p1+p ，取进油路上的压力损失p=0.30.5MPa

16、 。各工况下液压泵的流量需求及工作压力见表3-2铜陵学院毕业设计 -11-表3-2 各工况下液压泵的流量需求、工作压力、双泵的供油方式及调速情况由于需求的最大流量（207L/min）为最小流量（31.1L/min）的6倍以上，为保证功率利用合理，选择双联双作用叶片泵YYB-BC171/48，双作用叶片泵密封容积大小变化是由于定子内环圆弧段存在半径差，叶片外伸依靠叶片根部的液压作用力及作用在叶片上的离心力，内缩依靠定子内环约束。各工况下双泵的供油方式及调速情况见表3-2所示。注意：当YYB-BC171/48型双联双作用叶片泵在额定转速n s =1000r/min时，大泵的理论流量q t1=171

17、L/min，小泵的理论流量q t2=48L/min。额定压力p s =7MPa时，大泵的额定流量q s1=157.3L/min,小泵的额定流量q s2=44.1L/min,两泵的容积效率约等于92%。当泵的工作压力小于额定压力时，其输出的实际流量在理论流量与额定流量之间。分析流量需求时，可根据泵的实际工作压力p 按下式计算q=qt v , 式中v =0.08×ss p p p -+0.92。也可简单地视为任何压力时的流量均等于额定流量。本例按前者计算对于双作用叶片泵，由于吸、压油腔转移的位置为定子的圆弧段，只要设计时取圆弧段的圆心角大于吸、压油窗口的间隔角及叶片间的夹角，则闭死容积不

18、会发生，所以可以有效的避免困油现象的发生。 3.6 溢流阀的选择预塑进料及注射 6.56.9MPa 高压合模及注射座移动 5.73MPa包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-12-开模 4MPa(含快速、慢速合模2MPa低压合模 压力由工艺要求而定。 注射保压 压力由工艺要求而定。因在系统方案设计中已确定大小泵出口分别设置电磁溢流阀，现将溢流阀4调整为最高压力7MPa （溢流阀3调整压力等于或略大于溢流阀4调整压力），在注射、预塑进料时作定压阀或安全阀；在溢流阀4的四个远程调压阀中，17调整为低压合模的工作压力，18调整为注射保压压力，20作慢速开模时的定压阀（4MPa ）、快速开模

19、时的安全阀，19限制锁模时的最高压力5.73MPa ，同时作注射座移动安全阀。3.7 换向阀的选择铜陵学院毕业设计-13-3.10 电磁铁动作顺序列电磁铁动作顺序表，见附表1 SZ-250A注塑机电磁铁动作顺序表 3.11 选定液压泵的驱动电动机快速合模P 1=(pp 2p 1p p q q +=5. 010260109. 21363-kw=14.2kw (3-24 慢速合模p 2=p2p pox 1p p q p q + (3-25=+-5. 010260109. 463. 0103. 060101716363kw=5.98kw 快速开模 p 3=pop q p q x 2p pk 1p +

20、 (3-26=+-5. 0103. 060104865. 010460101. 1636363kw=17.5kw 慢速开模 p 4=pk 2p px 1p p q p q + (3-27=+-65. 010460108. 453. 0103. 060101716363kw=7.5kw 注射 p 5=pox 2p pw 1p p q p q + (3-28=+-3. 0103. 06010488. 0109. 660103. 1576363kw=23.4kw 注射座移动包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ） -14-p 6=pz 2p pox 1p p q p q + (3-29=+-6

21、5. 010460108. 443. 0103. 060101716363kw=9.4kw 预塑 p 7=pox 2p psM 1p p q p q + (3-30=+-3. 0103. 06010488. 0105. 660103. 1586363kw=22.2kw 比较各工况下所需功率，取最大值，并考虑电动机可短时超载，选电动机Y200M-6, 额定转速1000r/min,额定功率22kw 。3.12 油管内径计算本系统管路较为复杂，取其主要几条(其余略 ，有关参数及计算结果列于表3-3。表 3-3 主要管路内径3.13 确定油箱的有效容积按下式来初步确定油箱的有效容积：Vaq V （3-

22、31）已知所选泵的总流量为201.4L/min，这样，液压泵每分钟排出压力油的体积 为0.2m3。参照表43取a 5，算得有效容积为：V 5×0.2m 31 m3铜陵学院毕业设计-15-第四章 性能验算4.1 验算回路中的压力损失沿程压力损失，主要是注射缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长 5m，管内径0.032m ，快速时通过流量2.7L/s；选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度27mm2/s，油的密度918kg/m3。油在管路中的实际流速为：s m d q v /36. 3032. 0107. 244232=-230039811027032. 036. 3vd R

23、 6e >=- 油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：25. 0eR 3164. 0=求得沿程压力损失为：MP a 03. 0210032. 0398191836. 353164. 0p 625. 021=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p2，以及通过控制阀的局部压力损失p3。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2-1，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0.4MPa 。电液换向阀2的额定流量为190L/min，额定压力

24、损失0.3 MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min，额定压力损失0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为 + + =2221, 31501622. 01901. 443. 1573. 0501. 444. 0p(MPa 88. 0MPa 23. 034. 031. 0=+=从大泵出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。单向阀包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-16-13的额定流量为250L/min，额定压力损失为0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为：MPa p 65. 023. 034. 02503. 1572. 022, 3=+

25、 = 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：p1(0.030.88MPa 0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为：p2(0.030.65MPa 0.68MPa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，确定系统的最高工作压力为6.8MPa ，也就是溢流阀7的调定压力。 4.

26、2 液压系统发热温升计算发热功率计算如下Phr Pr Pc对本系统来说，Pr 是整个工作循环中双泵的平均输入功率。=zi Piii i tr t q p T P 11具体的pi 、qi 、ti 值见表7。这样，可算得双泵平均输入功率Pr 12kW 。铜陵学院毕业设计 -17-表 6-1 各工况双泵输入功率系统总输出功率：求系统的输出有效功率：+=n i m j j j Wj i Wi tc t T s F T P 111 由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为90kN ，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

27、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。kW P c 3 151052. 01092. 135. 0104. 1(551355=+=总的发热功率为：Phr (15.33kW 12.3kWa·b·h 1/0.8m31.25m3取a 为1.25m ，b 、h 分别为1m 。求得油箱散热面积为：A t 1.8h(ab 1.5ab(1.8×l×(1.251 1.5×1.25m2 5.9m 2油箱的散热功率为：Phc K 1A t T包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-18-式中 K 1油箱散热系数，查表51，K 1取16

28、W/(m2· ；T油温与环境温度之差，取T35。 Phc 16×5.9×35kW 3.3kW Phr 12.3kW由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器。mhchr t K P P A -=式中 K 传热系数，用管式冷却器时，取K 116W (m2· ；tm 平均温升( ；222121t t T T t m +-+= 取油进入冷却器的温度T 160，油流出冷却器的温度T 250，冷却水入口温度t l 25，冷却水出口温度t 230。则：5. 272302525060=+-+=m t 所需冷却器的散热面积为：2238. 25. 2711610 33. 12(m m A =-=考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30，实际选用冷却器散热面积为：A 1.3×2.8m 23.6m 2铜陵学院毕业设计-19-第五章 编制技术文件5.1 液压元件明细液压元件明细表见附表2 SZ-250X 型注塑机液压元件明细表 5.2 液压缸结构图附图1 合模缸结构图附图2 注射座移动缸结构图 5.3 液压系统图附图3 液压系统原理图及动作循环图包磊 塑料注射成型机液压系统设计（250g ）-20-致谢词经过半年