注塑机液压系统设计

1、.机电课程设计题 目：学院：注塑机液压系统设计机械工程学院专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学号：学生姓名：导师姓名：完成日期：精品.课 程 设 计 任 务 书设计题目：姓名注塑机液压系统设计系别 机械工程 专业 机械设计及其自动化 班级 学号指导老师一、设计要求及任务1设计要求（1）公称注射量：教研室主任250 cm3；螺杆直径 : d=40mm；螺杆行程： s1=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： Fz27 (kN)；注射座行程： s2=230(mm)；注射座前

2、进速度： vz1=0.06m/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 （合模缸） 最大行程： s3=350 (mm)；快速合模速度： vhG = 0.1m/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

3、图；（3）系统零部件的计算与选型；（4）按照要求编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）。精品精品.目 录摘要第 1 章 绪论 1.1 注塑机概述 1.2 注塑机的工作循环过程 1.3 注塑机对液压系统的要求 1.4 液压系统设计参数 1.5 注塑机液压系统原理图 第 2 章 计算执行元件的主要结构参数 2.1 各液压缸的载荷力计算 2.2 液压系统

4、主要参数计算 2.3 制定系统方案和拟定液压系统图 第 3 章 液压元件的选择 3.1 液压泵的选择 3.2 液压阀的选择 3.3 液压马达的选择 3.4 确定油箱的有效容积 第 4 章 液压系统性能验算 4.1 验算回路中的压力损失 4.2 系统总输出功率 4.3 冷却器所需冷却面积的计算 心得体会 参考文献 444445778101313141415161718181920精品.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；

5、 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1.1 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

6、， 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 注塑机的工作循环过程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。1.3 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

7、受损坏。1.4 液压系统设计参数表 1.1公称注射量： 250 cm3 螺杆行程： s1=200mm注射速度： vw=0.07m/s 螺杆驱动功率： Pm=5kW 注射座行程： s2=230(mm)液压系统设计参数螺杆直径 : d=40mm最大注射压力 p=153MPa螺杆转速： n=60r/min注射座最大推力： Fz27 (kN)注射座前进速度： vz1=0.06m/s精品.注射座后退速度： vz2=0.08m/s开模力： Fk=49 (kN)快速合模速度： vhG = 0.1m/s快速开模速度： vhG =0.13m/s最大合模力（锁模力） Fh=900 (kN)动模板最大行程： s3=

8、350 (mm)慢速合模速度： vhG =0.02m/s慢速开模速度： vhG =0.03m/s精品.齿轮2料斗0增力缸 合模缸 料筒喷嘴X 5推料缸62101YA11XYA72YA1 YA014 3X注射座移动缸19YA83YA91 2YA4 31718158YA41YA12117YAB A 5XYA61916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15、 16- 调速阀 17、 18- 单向顺序阀

9、 19- 行程阀 20- 液压马精品 注： “”表示电磁铁通电； .动作程序启 动 慢 移合 快 速 合模 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 注射座后移慢 速 开开 模模 快 速 开模顶 出 缸推 伸出料 顶 出 缸缩回系 统 卸 荷表 1.5 注塑机液压系统原理图电磁铁动作表1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA “”表示电磁铁断电。精品.精品液压缸名称.第 2 章 负载分析2.1各液压缸的载荷力计算2.1.1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

10、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。2.1.2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。2.1.3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。FW d 2 p4式中， d螺杆直径，由给定参数知： d0.04m； p喷嘴处最大注射压力，已知 p 153MPa。由此求得 Fw 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，

11、并列于表F=Fw/ =213.表工况合模合模缸锁模1 中。2-1 各液压缸的载荷力液压缸外载荷Fw /kN90900活塞上的载荷力F / kN1001000精品W33.14 32.5 10100 1046T座移缸注射缸开模移动预紧注射.492.727192553302132.1.4 进料液压马达载荷转矩计算Pc 5 102 n 2 3 .14 60 / 60796N m取液压马达的机械效率为TW Tm0.95，则其载荷转矩796 838N m0 .952.2 液压系统主要参数计算2.2.1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

12、荷都不太高， 参考设计手册， 初步确定系统工作压力为 6.5MPa。2.2.2计算液压缸的主要结构尺寸2.2.2.1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 1000kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径D4Fp1 p2 (12)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，则 p156.5MPa32.5MPa，锁模工况时，回油流量极小，故Dh 4 m 0.198mp20，求得合模缸的活塞直径为精品2521m464 21.3 106 .5 10mp.取 D h0.2m。按表 25 取 d/D 0.7，则活塞杆直径 dh0.70.2m0.14m，取 dh

13、0.15m。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活塞直径也为 0.2m。其活塞杆直径按增压比为 5，求得(见图 1)，增压缸的dzDh50.2 0.089m ，取 dz0.09m。2.2.2.2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4FD y4 3 10 0 .076m ，取 Dy 0.1m6 .5 10由给定的设计参数知，注射座往复速比为 0.08 0.061.33，查表 26 得 d/D0.5，则活塞杆直径为：dy0.50.1m0.05m2.2.2.3确定注射缸的活塞及活塞杆直径当液态

14、塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值 213kN，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4FDs p HYPERLINK l _bookmark1 146 0.204m ，取 Ds0.22m；活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取 ds0.04m。2.2.3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，这样精品M65 10 0. 950.30.50.33.36.40.763.85.96.0p1V.2 TWp1 m2 3 .1 796 m3 / r 0. 8 10 3 m3 / r2.2.4计算注射缸在注射

15、阶段的流量A1= /2 *(Dy/2)-( dy/2)=0.038m2Q=A1 *v=2.72.2.5计算液压执行元件实际工作压力2.2.5.1计算注射缸在注射阶段的压力P1=F+P2A2/A1=5.9Mpa.P1=2 T/q=0.3 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。工况合模行程锁模座前进座顶紧注射预塑进料执行元件名称合模缸增压缸座移缸注射缸液压马达表 2 液压缸的结构尺寸和液压马达排量载荷 背 压 力 工 作 压P2 / MPa p1 / MPa100 kN 1000kN3 kN30 kN213 kN838 N m力 计算

16、公式Fp1p2 A2 A12 Tq2.2.6计算液压执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精品.工况慢速合模快速合模座前进座后退注射预塑进料慢速开模快速开模执 行 元 件 名称合模缸座移缸注射缸液压马达合模缸运动速度0.02m / s 0.1m / s 0.06m / s0.08m / s0.07m / s60r / min0.03m / s 0.13m / s结构参数AAAAA1121q222220 .03m0.008m0.006m0.038m

17、0.873L / r0.014m2流量 / （ L / s ）0.630.480.482.70.870.421.8计算公式Q A1vQ A1vQ A2vQ A1vQ qnQ A2v2.3 制定系统方案和拟定液压系统图2.3.1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 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

18、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精品精品.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

19、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。2.3.2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

20、，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.电磁铁 1YA 2 3 4 5 6 7 8 9 10动作 YA YA YA YA YA YA YA YA 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第 3 章 液压元件的选择精品P.3.1液压泵的选择3.1.1液压泵工作压力的确定pPpl ppl 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

21、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)MPa6.9MPa3.1.2液压泵流量的确定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选用 YYB-BCl71/48B 型双联叶片泵， 当压力为 小泵流量为 44.1L/min。3.1.3电动机功率的确定(216L/min)7 MPa时， 大泵流量为 157.3L/min，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

22、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 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p P1q1 pP 2q2P27.313 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%，这样电动机功率还可降低一些。精品.P27.313100/12521.85 kW验算其他工况时， 液压泵的驱动

23、功率均小于或近于此值。 查产品样本， 选用 22kW的电动机。3.2 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 5。序号12345678910111213141516171819表 2-5 名称三位四通电液换向阀三位四通电液换向阀三位四通电液换向阀三位四通电液换向阀二位四通电液换向阀二位四通电液换向阀溢流阀溢流阀溢流阀单向阀液控单向阀单向阀单向阀节流阀调速阀调速阀单向顺序阀单向顺序阀行程滑阀250 克塑料注射机液压阀名细表实际流量 /( L/ s)2.623.360.503.360.740.500

24、.742.622.620.743.360.502.620.650.701.700.742.700.50选用规格34DYM-B32H-T34DYY-B32H-T34DY-B10H-T34DYO-B32H-T24DYO-B32H-T24DO-H10H-TYF-B20CYF-B20CYF-B20CDF-B20KAY-H32BDF-B10KDF-B32KLF-B10CQF-B10CQF-B20CXDIF-B20FXDIF-B32F24C-10B3.3 液压马达的选择在 3.3 节已求得液压马达的排量为 0.8L r， 正常工作时， 输出转矩 769N.m，系统工作压力为 7MPa。精品.选 SZM0.

25、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 20MPa，额定转速为 8 l00r/min ，最高转矩为 3057N m，机械效率大于 0.90。3.4 确定油箱的有效容积按下式来初步确定油箱的有效容积V aqV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 a5，算得有效容积为V 50.2m3 1 m3表 2-6 主要管路内径管路名称大泵吸油管小泵吸油管大泵排油管小泵排油管 双泵并联后管路注射缸进油管 路通过流量/( L / s)2.620.7352.620.7353.362.66允许流速/(m

26、 / s)0.8514.54.54.54.5精品管路内径 / m0.0630.0310.0270.0140.0310.028实际取值/ m0.0650.0320.0320.0150.0320.0320 .032360 25 6p2，以及通过 故主要计算通0. 25.第 4 章 液压系统性能验算4.1验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算注射缸动作回路，故主要验算由泵到注射缸这段管路的损失。4.1.1沿程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

27、 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vRe4q 4 2 .7 10d2 2vd 3.36 0 .03227 103.36m / s3981 2300油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：0 .3164Re求得沿程压力损失为：p120. 3164 5 3 .36 9183981 . 0. 032 10 20. 03MPa4.1.2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，过控制阀的局部压力损失。参看图 2，从小泵出口到注射

28、缸进油口，要经过顺序阀 17，电液换向阀 2 及单精品精品.向顺序阀 18。157 3250p.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3,1244. 10.4502157 .3 44 .10.319021620 .21500. 31 0 .34 0.23 MPa 0 .88MPa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 1

29、3 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：2p3 , 2 0 .2 . 0 .34 0 .23 0.65MPa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(0.030.88)MPa0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为p 2(0.030.65)MPa0.68MPa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

30、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。4.2 系统总输出功率4.2.1求系统的输出有效功率：精品1 n m55At.Pc FWi si TWj jt j Tt i 1 j HYPERLINK l _bookmark1 1由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为 90kN，行程缸的外载荷为 192kN，行程 0.2m；预塑螺杆有效功率 5kW，工作时间0.35m；注射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。Pc 1 (1.4 105 0.35 1.92 105 0.2 5 103 15)