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2.1注塑机的组成………………………………………………………………………2
2.2注塑机工作过程……………………………………………………………………2
第三章注塑机成型和操作
3
3.1注塑成型机的工作原理
3.2注塑机的结构……………………………………………………………………………4
3.3注塑机的操作…………………………………………………………………………5
第四章注塑机的性能参数
6
4.1合模力……………………………………………………………………………7
4.2合模装置的基本尺寸…………………………………………………………………………10
第五章注射装置结构设计…………………………………………………………………17
5.1加料口和料筒……………………………………………………………………17
5.2
喷嘴………………………………………………………………………………………………18
5.3油缸………………………………………………………………………………19
5.4柱塞杆……………………………………………………………………………20
第六章合模装置机构设计…………………………………………………………………20
6.1合模形式对制品尺寸精度的影响………………………………………………21
6.2螺杆………………………………………………………………………………24
6.3飞轮………………………………………………………………………………25
第七章
总结………………………………………………………………………………27
参考文献………………………………………………………………………………27
致谢……………………………………………………………………………………29
第一章引言
1.1课题的背景和意义
注塑机是一种重要的塑料成型加工设备,其产品涵盖汽车、航空、家电、轻工等领域。
塑料注塑制品的质量与机器性能及工艺等各项性能参数紧密相关。
在注射成型中,温度、压力、位移、速率等各种性能参数是导致制品出现短射、飞边、翘曲和尺寸超差等缺陷的重要因素。
为提高注塑制品的质量,准确获取和调整各项性能参数是十分必要的。
传统的手工方式检测方法,测量效率低、精度不高,在多参数、变化快等场合具有很大的局限性。
随着计算机技术和仪器仪表技术的发展,特别是美国国家仪器公司(NI公司)在20世纪80年代中期提出虚拟仪器的概念,掀起了测试测量领域里一次深刻的技术变革。
所谓虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上,其功能由用户设计和定义,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机数据采集系统。
由于虚拟仪器集成计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力,大大地提高了测量的准确性和自动化程度。
但是,就各种计算机数据采集系统而言,由于其硬件配置、编程水平及设计者的设计理念不同,在系统可靠性,操作方便性和应用范围等方面存在很大差异。
在塑料行业,针对注塑机系统的高精度、人性化的专用数据采集系统并不多见。
为此,我们设计了一套多功能、多通道数据采集系统,该系统以NI公司的高性能的数据采集卡及信号调理模块为硬件平台,采用当今最流行的图形化编程环境LabVIEW作为软件开发工具,它能够对注塑机性能及工艺等各项参数进行高速实时的数据采集,并将数据及时地送入计算机中进行分析、处理,最后将结果形象地显示在计算机屏幕上。
在编程过程中,我们始终坚持人性化的设计思路,站在使用者的角度,将很多的必要配置工作开放给用户,由使用者根据自己的需要进行配置,大大提高了系统的通用性和灵活性,实践证明,本数据采集系统测量精度高,工作可靠稳定。
是一套可真正应用于生产或科研过程中的非常好的数据采集平台,具有很好的应用前景。
笔者认为,此数据采集系统为今后进一步开发其他功能模块,例如数据分析功能模块,故障诊断功能模块建立了良好基础。
第二章注塑机的基本组成及其工作过程
随注塑成型技术的广泛应用与发展,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。
一、注塑机的组成
一台通用型注塑机主要包括下列部件
注塑装置:
它的主要作用是使塑料均匀的塑化成熔融状态,并以一定的压力和速度将一定的熔料注射到模腔内。
因此注射装置应具有塑化良好,计量准确的性能,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、注射和移动装置等组成。
合模装置(锁模装置):
它是保证成形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。
因为在注射时注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以足够的合紧力(通常称为合模力或锁模力)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,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融、模子闭合、注射模、压力保持、制品固化定型、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,准确无误的进行工作而设置的动力和控制系统,液压部分主要有动力油泵、方向阀、流量阀以及压力控制阀;
附属装置;
管路和箱体等部分。
电气部分主要由动力动作程序和加热等控制组成。
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,但需要完成的工艺内容即基本工序来看,其动作大致表示为
1、闭模和合紧
注射成型机的成型周期一般从模具开始闭合起,模具首先以低压快速进行闭合,当动模和定模快要接近时,合模的动力系统自动切换成低压、低速,在确认模内无异物时,再切换成高压而将模具合紧。
2、注射装置前移与注射
在确认模具达到所要求的合紧程度后,注射装置前移,使喷嘴与模具贴合。
当喷嘴与模具完全贴合后,便可以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力,又称一次压力。
3、压力保持
注入模腔的熔料,由于低压模具的冷却作用,使注入模腔的熔料产生收缩。
为制得质量致密的制品,故对熔料还需保持一定的压力进行收缩。
此时,螺杆作用于熔料上的压力称为保压压力,又称二次压力。
4、制品冷却与预塑化
当保压进行到模腔内的熔料失去从浇口回流的可能性时(浇口封闭),注射油缸内的保压压力即可除去(此时合模油缸的压力也可以撤除),使制品在模内冷却定型。
此时螺杆在液压马达的驱动下转动,将来自料口的粒状塑料往前输送,并使其塑化。
由于螺杆头部熔料压力的作用,使螺杆在转动的同时又发生后退。
螺杆在塑化时的后移量,即表示了螺杆头部所积存的熔料体积量。
当螺杆退回到计量值时,螺杆即停止转动,准备下一次注射。
制品冷却与塑化在时间上一般是重叠的,在一般情况下,要求螺杆塑化时间要少于制品冷却时间。
5、注射装置后退和升模顶出制品
螺杆塑化计量完毕后,为了使喷嘴不致于因长时间与冷模具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,机器均可以选择。
模腔内的熔料经冷却定型后,合模装置即行升模,并自动顶落制品。
第三章注塑机成型和操作
1、注塑成型机的工作原理
注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,它是借助螺杆(或柱塞)的推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内,经固化定型后取得制品的工艺过程。
注射成型是一个循环的过程,每一周期主要包括:
定量加料——熔融塑化——施压注射——充模冷却——启模取件。
取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。
2、注塑机的结构
注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机,按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压——机械(连杆)式,按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。
(1)卧式注塑机:
这是最常见的类型。
其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上,且模具是沿水平方向打开的。
其特点是:
机身矮,易于操作和维修;
机器重心低,安装较平稳;
制品顶出后可利用重力作用自动落下,易于实现全自动操作。
目前,市场上的注塑机多采用此种型式。
(2)立式注塑机:
其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上,且模具是沿垂直方向打开的。
因此,其占地面积较小,容易安放嵌件,装卸模具较方便,自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化。
但制品顶出后不易自动落下,必须用手取下,不易实现自动操作。
立式注塑机宜用于小型注塑机,一般是在60克以下的注塑机采用较多,大、中型机不宜采用。
(3)角式注塑机:
其注射方向和模具分界面在同一个面上,它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。
它占地面积比卧式注塑机小,但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。
这种型式的注塑机宜用于小机。
(4)多模转盘式注塑机:
它是一种多工位操作的特殊注塑机,其特点是合模装置采用了转盘式结构,模具围绕转轴转动。
这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力,可以缩短生产周期,提高机器的生产能力,因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量制品的生产。
但因合模系统庞大、复杂,合模装置的合模力往往较小,故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。
一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。
注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。
塑化是实现和保证成型制品质量的前提,而为满足成型的要求,注射必须保证有足够的压力和速度。
同时,由于注射压力很高,相应地在模腔中产生很高的压力(模腔内的平均压力一般在20~45MPa之间),因此必须有足够大的合模力。
由此可见,注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
3.注塑机的操作
3.1注塑机的动作程序
合模→预塑→倒缩→喷嘴前进→注射→保压→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→开门→取工件→关门→合模。
3.2注塑机操作项目:
注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。
分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出形式的选择,料筒各段温度及电流、电压的监控,注射压力和背压压力的调节等。
3.2.1注射过程动作选择
一般注塑机既可手动操作,也可以半自动和全自动操作。
手动操作是在一个生产周期中,每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。
一般在试机调模时才选用。
半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作,但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门,取下工件,再关上安全门,机器方可以继续下一个周期的生产。
全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后,可自动进入下一个工作周期。
在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。
但须注意,如需要全自动工作,则
(1)中途不要打开安全门,否则全自动操作中断;
(2)要及时加料;
(3)若选用电眼感应,应注意不要遮闭了电眼。
实际上,在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的,如给机器模具喷射脱模剂等。
正常生产时,一般选用半自动或全自动操作。
操作开始时,应根据生产需要选择操作方式(手动、半自动或全自动),并相应拨动手动、半自动或全自动开关。
半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好,操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等,不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱。
当一个周期中各个动作未调整妥当之前,应先选择手动操作,确认每个动作正常之后,再选择半自动或全自动操作。
3.2.2预塑动作选择
根据预塑加料前后注座是否后退,即喷嘴是否离开模具,注塑机一般设有三种选择。
(1)固定加料:
预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具,注座也不移动。
(2)前加料:
喷嘴顶着模具进行预塑加料,预塑完毕,注座后退,喷嘴离开模具。
选择这种方式的目的是:
预塑时利用模具注射孔抵住喷嘴,避免熔料在背压较高时从喷嘴流出,预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递,影响它们各自温度的相对稳定。
(3)后加料:
注射完成后,注座后退,喷嘴离开模具然后预塑,预塑完注座前进。
该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料,由于喷嘴与模具接触时间短,避免了热量的流失,也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固。
注射结束、冷却计时器计时完毕后,预塑动作开始。
螺杆旋转将塑料熔融料挤送到螺杆头前面。
由于螺杆前端单向阀的作用,熔融塑料积存在机筒的前端,将螺杆向后迫退。
当螺杆退到预定的位置时(此位置由行程开关确定,控制螺杆后退的距离,实现定量加料),预塑停止,螺杆停止转动。
紧接着是倒缩动作,倒缩即螺杆做微量的轴向后退,此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除,克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“流涎”现象。
若不需要倒缩,则应把倒缩停止,开关调到适当位置,让预塑停止。
开关被压上的同一时刻,倒缩停止开关也被压上。
当螺杆做倒缩动作后退到压上停止开关时,倒缩停止。
接着注座开始后退。
当注座后退至压上停止开关时,注座停止后退。
若采用固定加料方式,则应注意调整好行程开关的位置。
一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间,加快生产周期。
第四章注塑机性能参数
一台注塑机的性能特征,通常用一些性能参数来表示。
合模部分主要性能参数
合模部分的性能参数,主要用来表示该部件在工作时所能提供的力和模具安装尺寸等特征。
一
合模力(吨力、千牛力)
螺杆作用于熔料的压力,在熔料内流经机筒、喷嘴、模具的浇注系统后,将要损失一部分。
余下的即为模腔内的熔料压力,简称模腔压力。
在注射时,要使模具不被模腔内的压力所形成的胀模力顶开,就必须对模具施以足够的夹紧力,即合模力。
根据图,在注射时胀模力应由材料的静压和由液体的(包括熔料和油缸内的工作油)冲击而产生的动压所组成。
当动模板在受到胀模力作用时,运动部件可能发生退让。
若取动模板为平衡体,在不考虑机械摩擦的情况下,沿合模机构轴线方向的力平衡关系为
=0----------(4-1)
式中Pcm------------合模力
Pm------------模腔压力
Pg-------------注射时,由熔料与工作油的冲击,所产生的压力增力
F---------------制品在分型面上的投影面积
m--------------合模装置运动部件的质量
因高分子流动以及对压力的传递不同于牛顿型液体,所以在模腔内由冲击所产生的压力增量是比较小的,式中的位移加速度,主要取决于模具在胀模力的作用下所形成的间隙量,如保证模具完全闭合,则位移加速度应为0,因此可将4-1简化为仅考虑模腔压力作用的合模力表达式
PcmPmF----------(4-2)
因此,要正确确认对机器重量和尺寸影响较大的参数--合模力,首先要分析清楚模腔压力的形成与分布,及其影响因素,进而求得它们之间的关系,可是对于注射过程这样极为复杂的流变现象,至今尚未找到熔料在模内流动的基本因素之间的可靠定量关系,但研究表明,模腔压力的大小及其分布与很多因素有关.如注射压力、保压压力、树脂温度、模具温度、注射速度、制品壁厚与形状、熔料流动距离以及保压时间等等。
在工程实际中,常用的方法是通过分析清楚合模系统的性能之后测出注射过程中的合模力的变化,用求出模腔平均压力的方法计算合模力
Px=PoF(x)----------(4-3)
式中Px-----------熔料自浇口流入x距离处的压力
Po-----------浇口处的压力
F(x)-------由模腔几何形状及尺寸决定的计算函数
在工程实际中,常用的方法是通过分析清楚合模系统的性能之后,测出注射过程中的合模力的变化,用求出模腔平均压力的方法计算合模力
Pcm=PcpF----------(4-4)
式中的模腔平均压力(Pcp)可参考4-1选取
表1
成型条件
模腔平均压力
举例
容易成型的制品
250
PE\PP\PS等壁厚均匀的日用品容器
一般制品
300
在模具温度较高时,成型薄壁容器类制品
加工高粘度树脂和有精度要求的制品
350
ABS\PMMA等有精度要求的零件
用高粘度树脂加工高粘度、充模难的制品
400
用于机器零件的高精度的齿轮或凸轮
在上述计算中,由于给的条件和数据不够精细,其结果比较粗鲁。
目前大多数是用流长比反映流道阻力,用粘度系数表示塑料流动性的查图计算法,确定模腔平均压力
Pcp=ap------(4-4)
式中p---根据流长比,由图
查出的模腔压力值(公斤力/厘米的方)
a---塑料的流动系数(查表2)
表2
塑料名称
PE\PS\PP
PA
ABS
CA
PMMA
PC
粘度系数
1
1.2~1.4
1.3~1.4
1.3~1.5
1.5~1.7
1.7~2.0
树脂PE,PS,PP
流长比i=熔流自浇口流入长度/制品厚度
图4-1模腔压力与流长比(i)
使用机器时,,可以根据不同情况,算出所需的合模力,校核所用注塑机的合模力能否满足。
在设计机器时,若制品的具体条件未给出,只能根据机器使用范围和设计的机器性能,某一个以实验为基础的模腔压力值和使用机器时相应所能提供的最大成型面积来确定机器的合模力
Pcm=Pcp1Fmax
式中Pcp1————模腔计算压力。
Fmax————指在计算压力下,机器所能达到的最大成型压面积。
它与注射量的关系,可参考表(3)
注射量
30
90
150
360
500
600
1000
1500~2000
成型面积
<
80
180
750
850
1500
2000~2500
合模力是保证制品质量的重要条件,同时它又直接影响到机器的尺寸和重量。
因此,研究降低充膜压力即合模力,是一项很有实际意义到工作。
近来,由于改善了塑化机构的效能,提供了注射速度并实现其过程控制,机器的合模力有明显下降。
参考表(4)
注射量(克)
使用合模力的范围
过去(60年代)
目前(70年代)
125
80~110
50~80
270~380
180~270
合模力与注射量一样,在一定程度上反映了机器加工制品能力的大小,所以经常用来作为表示机器规格大小的主参数。
二、合模装置的基本尺寸
合模装置的尺寸直接影响到机器所能加工制品的范围,如制品面积和高度。
它主要有合模力和模具结构及用途来决定,随着塑料制品的广泛应用,相应在注塑机上加工的制品,即使重量相仿,而几何形状上的差异也很大。
这就要求合模装置有足够大的尺寸。
尺寸小了会影响机器的使用范围。
反之大了又影响机器的尺寸、重量、成本。
确定基本尺寸的方法,仍依靠生产实践的经验积累和综合发展的方向来确定合模装置各部分的尺寸。
1、
模板尺寸(毫米、米)
图4-2
模具与模板尺寸关系
图4-3模具尺寸发展变化情况
模板尺寸(H×
V)或拉杆距离(H0乘V0)均是表示模具安装面积的主要参数。
它应能安装上制品重量不超过机器注射量的一般制品模具,模板面积大约是机器最大成型面积的4~10倍。
根据图4-2所示的模具安装在模板上的尺寸关系,模板尺寸应为
H=D+2b+2d+2△1+2△2--------
(1)
拉杆间距
Ho=D+2b+2△1-----------
(2)
式中D-------有机器最大成型面积计算出的直径
b---------由模具强度与结构决定的裕量
d---------拉杆
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