说明书主体部分

1、- -1 绪 论1.1注塑机概述全液压传动与控制的塑料注射成形机简称注塑机。其根本工作原理是：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，注射机构开场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塑料注射机的工作循环塑料注射机的工作循环为： 合模注射保压冷却开模顶出螺杆预塑进料其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。 2 XS-ZY-500

2、型注塑机液压系统设计2.1XS-ZY-500型注射机液压系统设计要求及有关设计参数2.1.1对液压系统的要求1合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击；2当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔；3预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力；4为保证平安生产，系统应设有平安联锁装置。2.1.2液压系统设计参数XS-ZY-500型注塑机液压系统设计参数如下：公称注射量 (cm3)500螺杆直径 (mm)63螺杆行程 (mm)200最大注射压力

3、 x106 Pa100理论注射容量 (cm3)665螺杆速度 (r/min)20-80.料斗加热功率 (KW)14注射座行程 (mm) 280合模力 (KN)3500启模力 (KN)135顶出力 KN30最大注射面积 (cm2)1000模板最大开模距离 (mm)950拉杆距离 (mm)540x440模具最大厚度 (mm)450模具最小厚度 (mm)300注射总力 (KN)345螺杆转动功率 (KW)5.5注射最大推力 (KN)73快速合模速度 (m/s)0.12慢速合模速度 (m/s)0.024快速启模速度 (m/s)0.130慢速启模速度 (m/s)0.028快速注射速度 (m/s)0.07

4、注射前移速度 (m/s)0.06注射后移速度 (m/s) 0.08顶出速度 (m/s)0.04表21 设计参数2.2液压执行元件载荷力和载荷转矩计算2.2.1各液压缸的载荷力计算1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，动模停顿运动，其外载荷就是给定的锁模力。开模时，液压缸除要抑制给定的开模力外，还抑制运动部件的摩擦阻力。2注射座移动缸的载荷力座移缸在推进和退回注射座的过程中，同样要抑制摩擦阻力和惯性力，只有当喷嘴接触模具时，才须满足注射座最大推力。3注射缸载荷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

5、载荷力。 式中，d螺杆直径，由给定参数知：d0.063m；p喷嘴处最大注射压力，p100MPa。由此求得Fw312kN。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2-1中。液压缸名称工况液压缸外载荷/kN活塞上的载荷力合模缸合模90100锁模35003889开模135150座移缸移动2.73预紧7381注射缸注射312347表2-1各液压缸的载荷力2.2.2预塑进料液压马达载荷转矩计算负载转矩为 Te=取液压马达的机械效率为0.95，那么其驱动转矩 TO=2.3液压系统主要参数计算2.3.1初选系统工作压力 XS-ZY-500型注塑

6、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，载荷都不太高，参考设计手册，初步确定系统工作压力为6.5MPa。2.3.2计算液压缸的主要构造尺寸1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3889kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5，那么p15×6.5MPa32.5MPa，锁模工况时，回油流量极小，故p20，求得合模缸的活塞直径为 Dh= 取Dh=0.40m按表5-9取d/D0.3，那么活塞杆直径dh0.3×0.4m0.12m，取dh0.12m。 为设计简单

7、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0.2m。其活塞杆直径按增压比为5，求得，取dz0.18m。注射座移动缸的活塞和活塞杆直径 图23合模缸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，那么其活塞直径为，取Dy0.14m 由给定的设计参数知，注射座往复速比为0.080.061.33，查表26得d/D0.5，那么活塞杆直径为：dy0.5×0.14m0.07m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，注射缸的载荷到达最大值347kN，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

8、，这样，取Ds0.28m；活塞杆的直径一般与螺杆外径一样，取ds0.04m。2.3.3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0.95，这样2.3.4计算液压执行元件实际工作压力按最后确定的液压缸的构造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2-2。工况执行元件名称载荷背压力工作压力计算公式合模行程合模缸1000.33.3锁模增压缸38896.4座前进座移缸30.50.76座顶紧813.8注射注射缸3470.35.9预塑进料液压马达9216.0表2-2 液压执行元件实际工作压力2.3.5计算液压执行元件实际所需流量根据最后确

9、定的液压缸的构造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。工况执行元件名称运动速度构造参数流量/计算公式慢速合模合模缸0.0240.72快速合模0.123.6座前进座移缸0.060.48座后退0.080.48注射注射缸0.072.7预塑进料液压马达0.87慢速开模合模缸0.0280.392快速开模0.131.8表23液压执行元件实际所需流量2.4制定系统方案和拟定液压系统图2.4.1制定系统方案执行机构确实定 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，螺杆那么用液压马达驱动。从给定的设计参

10、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。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

11、工作时，处于浮动状态，故采用Y型中位机能的电磁换向阀。平安联锁措施本系统为保证平安生产，设置了平安门，在平安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，平安门没有关闭时，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，将平安门关闭，压下行程阀，合模缸才能合模，从而保障了人身平安。液压源的选择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，这样可减少功率损失，提高系统效率。2.4.2拟定

12、液压系统图各液压执行器的根本回路确定之后，把它们有机的结合起来，并去掉重复多余的元件，如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；考虑注射缸与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。再加上其他的一些辅助元件，如过滤器、压力表等便可得到XS-ZY500型塑料注塑机完整液压系统图，如图24示。图24 XS-ZY500型塑料注塑机完整液压系统图电磁铁动作1YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA快速合模慢速合模增压锁模注射座前进注射注射保压减压放气再增压预塑进料注射座后退慢速开模+快速开模系统卸荷表2-4 电磁铁动作表2.5液压元件的

13、选择2.5.1液压泵的选择液压泵工作压力确实定pPplppl是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是增压缸锁模时的入口压力，pl6.4MPa；p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p0.5MPa。液压泵工作压力为 pP(6.40.5)MPa6.9MPa液压泵流量确实定 qPK(qmax)由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况，qmax3L/s。取泄漏系数K为1.2，求得液压泵流量 qP3.6L/s (216L/min)选用YYB-BCl71/48B型双联叶片泵，当压力为7 MPa时，大泵流量为157.3L/min，小泵流

14、量为44.1L/min。2.5.2电动机功率确实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，大小泵出油集合推动注射缸前进。 前面的计算，小泵供油压力为pP16.9MPa，考虑大泵到注射缸之间的管路损失，大泵供油压力应为pP2(5.90.5)MPa6.4MPa，取泵的总效率P0.8，泵的总驱动功率为 27.313 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

15、%，这样电动机功率还可降低一些。P27.313×100/12521.85 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。2.5.3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、高压阀。所选阀的规格型号见表2-5。序号名称实际流量选用规格1三位四通电液换向阀2.6234DYM-B32H-T2三位四通电液换向阀3.3634DYY-B32H-T 3三位四通电液换向阀0.5034DY-B10H-T4三位四通电液换向阀3.3634DYO-B32H-T5二位四通电液换向阀0.7424DYO-

16、B32H-T6二位四通电液换向阀0.5024DO-H10H-T7溢流阀0.74YF-B20C8溢流阀2.62YF-B20C9溢流阀2.62YF-B20C10单向阀0.74DF-B20K11液控单向阀3.36AY-H32B12单向阀0.50DF-B10K13单向阀2.62DF-B32K14节流阀0.65LF-B10C15调速阀0.70QF-B10C16调速阀1.70QF-B20C17单向顺序阀0.74XDIF-B20F18单向顺序阀2.70XDIF-B32F19行程滑阀0.5024C-10B表2-5 XS-ZY型塑料注射机液压阀名细表2.5.4液压马达的选择 已求得液压马达的排量为0.8Lr，正

17、常工作时，输出转矩769N.m，系统工作压力为7MPa。选SZM0.9双斜盘轴向柱塞式液压马达。其理论排量为0.873L/r，额定压力为20 MPa，额定转速为8l00r/min，最高转矩为3057N·m，机械效率大于0.90。2.5.6确定油箱的有效容积按下式来初步确定油箱的有效容积：VaqV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a5，算得有效容积为：V5×0.2m31 m32.6液压缸的设计2.6.1液压缸主要尺寸确实定液压缸壁厚和外经的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒构造中最薄

18、处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒构造，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 式中 液压缸壁厚(m)；D液压缸内径(m)；试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍；缸筒材料的许用应力。无缝钢管。那么：在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经历选取，必要时按上式进展校核。液压缸壁厚算出后，即可求

19、出缸体的外经为为同理 夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为：缸体外径夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为：，2液压缸工作行程确实定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选 夹紧与定位液压缸选 3) 缸盖厚度确实定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进展近似计算。无孔时 有孔时 式中 t缸盖有效厚度(m)；缸盖止口内径(m)；缸盖孔的直径(m)。液压缸：无孔时 ，取 t=20mm有孔时，取 t=50mm夹紧与定位液压缸：无孔时，取t=17mm有孔时：，取

20、t=35mm4) 最小导向长度确实定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度如以下图2-6-1所示。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度间隙引起的挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。图2-6-1 液压缸的导向长度对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；当D<80mm时，取；当D>80mm时，取。为保证最小导向长度H，假设过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一

21、隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即液压缸：最小导向长度：，取 H=72mm活塞宽度：B=0.8D=64mm缸盖滑动支承面长度：隔套长度：夹紧与定位液压缸：最小导向长度：，取 H=47mm活塞宽度：B=0.8D=50.4mm，取 B=50mm缸盖滑动支承面长度：隔套长度：5) 缸体长度确实定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。液压缸：缸体内部长度夹紧与定位液压缸：缸体内部长度2.7.2 液压缸的构造设计液压缸主要尺寸确定以后，就进展各局部的构造设计。主要包括：缸体与缸盖的

22、连接构造、活塞与活塞杆的连接构造、活塞杆导向局部构造、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接构造等。由于工作条件不同，构造形式也各不一样。设计时根据具体情况进展选择。1) 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外半环连接，如以下图2-6-2所示：图2-6-2 缸体与缸盖外半环连接方式优点：构造较简单；加工装配方便缺点：外型尺寸大；缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2) 活塞杆与活塞的连接构造参阅<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8，采用组合式构造中的螺纹连接。如以下图4所示：图2-6-3 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点： 构造简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。2) 活塞杆导向局部的构造活塞杆导向局部的构造，包括活塞杆与端盖、导向套的构造，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的构造可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与