往復(fù)螺桿式注塑機(jī)注射系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明</p><p>　　本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所

2、做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。</p><p>　　論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本

3、人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。</p><p>　　論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　

4、指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1<

5、/b></p><p>　　1.1研究的目的及意義1</p><p><b>　　1.2研究內(nèi)容1</b></p><p>　　1.3注塑機(jī)的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4需要解決的問題2</p><p>　　2 總體方案設(shè)計4</p><p>　　2

6、.1柱塞式注射裝置4</p><p>　　2.2螺桿預(yù)塑式注射裝置5</p><p>　　2.3往復(fù)螺桿式注射裝置5</p><p>　　2.4方案的選定6</p><p>　　3主要零部件設(shè)計7</p><p>　　3.1塑化裝置的設(shè)計7</p><p>　　3.1.1螺桿設(shè)計7

7、</p><p>　　3.1.2料筒的設(shè)計10</p><p>　　3.2傳動裝置的設(shè)計11</p><p>　　3.2.1單級圓柱齒輪減速器的設(shè)計11</p><p>　　3.2.2軸的設(shè)計計算17</p><p>　　3.3注射裝置的設(shè)計19</p><p>　　3.3.1噴嘴的設(shè)

8、計19</p><p>　　3.3.2螺桿最大行程計算20</p><p>　　3.3.3液壓油缸的直徑計算20</p><p>　　3.3.4注射力計算20</p><p><b>　　4結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b><

9、/p><p><b>　　致謝24</b></p><p>　　往復(fù)螺桿式注塑機(jī)注射系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)介紹了一種往復(fù)螺桿式注射系統(tǒng)的設(shè)計，所設(shè)計的注射系統(tǒng)包括傳動裝置、塑化裝置、注射裝置三大部分。傳動裝置采用了單級齒輪減速器和

10、三相異步電動機(jī)滿足設(shè)計要求，塑化裝置采用了三級變徑螺桿與料筒結(jié)合完成對坯料的塑化，注射裝置采用了單向液壓缸與往復(fù)螺桿結(jié)合，由液壓缸活塞推動螺桿完成注射過程并在下一循環(huán)的塑化過程中自動完成螺桿的退回。所設(shè)計的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、制造容易的特點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；注射系統(tǒng)；往復(fù)螺桿式</p><p>　　Design of The Injection System

11、of Reciprocating Screw Type Plastic Injection Machine</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design according to the given design parameters describes a reciprocating screw

12、injection system design, the design of the injection system includes gear, plastics unit, injection unit of three parts. Transmission using a single-stage gear reducer and the three-phase induction motor to meet the d

13、esign requirements, plasticizing device uses three adjustable screw and barrel combined with the completion of the blank plastics, injection device using one-way hydraulic cylinder and reciprocati</p><p>　　K

14、eywords: injection molding machine; injection system; reciprocating screw</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1研究的目的及意義</p><p>　　目前注塑機(jī)發(fā)展的一個重要方向，是輕量化、節(jié)省資源、節(jié)省能源、高效率、低使用成本。往復(fù)螺桿

15、式注塑機(jī)克服了傳統(tǒng)注塑機(jī)結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，融料質(zhì)量部均勻，效率低下等問題，集中體現(xiàn)了高新技術(shù)含量的特征[1]。往復(fù)螺桿式注塑機(jī)的應(yīng)用，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)三分之一時，仍可高質(zhì)量的保證制品成型，使機(jī)器的體積和重量都大幅度降低，能大大提高注塑成型的效率，保證制品的精度，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大意義。</p><p><b>　　1.2研究內(nèi)容</b></p><p>

16、;　　本次設(shè)計要求從經(jīng)濟(jì)性、安全性、合理性幾個方面考慮。以往復(fù)螺桿裝置為此次的設(shè)計方案。通過所給的原始數(shù)據(jù)，以螺桿直徑為出發(fā)點，采用類比設(shè)計的方法對料筒、噴嘴和減速器進(jìn)行設(shè)計。所設(shè)計的裝置要求結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、制造容易。本次設(shè)計主要圍繞以下內(nèi)容展開：傳動裝置設(shè)計、塑化裝置設(shè)計、注射裝置設(shè)計，并對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的強(qiáng)度設(shè)計。</p><p><b>　　1.3注塑機(jī)的現(xiàn)狀</b></

17、p><p>　　近年來，中國注塑機(jī)行業(yè)在改革開放的引導(dǎo)下，取得了長足的發(fā)展，也早已結(jié)束了注塑機(jī)設(shè)備基本依賴進(jìn)口的時代，這主要體現(xiàn)在注塑機(jī)的產(chǎn)量以及生產(chǎn)廠家的數(shù)量上。國內(nèi)注塑機(jī)的產(chǎn)量由幾千臺發(fā)展到十多萬臺，生產(chǎn)廠家由原來的四大金剛發(fā)展到現(xiàn)在華南、華東大小企業(yè)的百家爭鳴。</p><p>　　從以上數(shù)據(jù)看，注塑機(jī)行業(yè)的增長速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GDP的增速，這與老百姓生活水平的提高以及國內(nèi)家電等行業(yè)的迅速

18、壯大是密切相關(guān)的，而出口加工業(yè)飛速發(fā)展也是注塑行業(yè)高速增長的強(qiáng)勁推動力。從金額上看，國內(nèi)注塑機(jī)的年產(chǎn)值數(shù)以百億計，年出口過億美元。全球注塑機(jī)產(chǎn)量最多的廠家也在中國。中國已成為名副其實的注塑機(jī)生產(chǎn)大國。[2]</p><p>　　從注射機(jī)問世起，鎖模力在1000-5000kN，注射量在50-2000g的中小型注射機(jī)占絕大多數(shù)。到了70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的

19、廣泛應(yīng)用，使大型注射機(jī)得到了迅速發(fā)展。美國最為明顯。在1980年全美國約有140臺10000kN以上鎖模力的{TodayHot}大型注塑機(jī)投入巾場，到1985年增至500多臺。日本名機(jī)公司已經(jīng)成功地制造了當(dāng)今世界最大的注塑機(jī)，其鎖模力達(dá)到120000kN，注射量達(dá)到92000g。</p><p>　　80年代以來，CAD/CAE／CAPP／CAM計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在塑機(jī)制造業(yè)的廣泛采用，促進(jìn)了我國注塑機(jī)研發(fā)和制造水平

20、的高速發(fā)展[3]。以寧波海天股份有限公司為代表的一批國家級高新技術(shù)企業(yè)都相繼引進(jìn)美國U.G.S和PTC公司的計算機(jī)輔助設(shè)計和分析等軟件，實現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機(jī)構(gòu)運動仿真，對主關(guān)原件分析，對高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值、危險區(qū)域等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計算，幫助設(shè)計人員迅速地了解、評估和修改設(shè)計方案，保證重要零件結(jié)構(gòu)合理性的可靠性達(dá)到完美結(jié)合。為了保證高質(zhì)量的設(shè)計輸出到高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出，舊的加工方式已經(jīng)很難適應(yīng)技術(shù)、質(zhì)量競爭的要求。海天公司

21、在“八五”和“九五”規(guī)劃中，{HotTag}按照滾動發(fā)展的科學(xué)方法，累積投資2億元人民幣組建了加工中心分廠。新建5萬平方米的大型裝配分廠，10萬平方米的扳金和結(jié)構(gòu)件加工分廠，新建了1萬平方米的試驗車間和實驗室，新建了5928個庫位的立體自動倉庫。購置了德國OKUMA兩條柔性加工線，加入到40多臺加工中心組成的機(jī)群中。實施了國家863計劃——浙江海天CIMS工程，成功應(yīng)用K3系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃、物料、成本等計算機(jī)集成管理。引進(jìn)IMAN系

22、統(tǒng)實現(xiàn)</p><p>　　1.4需要解決的問題</p><p>　　注射成型（也稱注射模塑，簡稱注塑）是指將注射用原料（粒狀或粉狀塑料）置于能加熱的料筒內(nèi)，受熱、塑化后用螺桿或柱塞施加壓力，使熔體經(jīng)料筒末端的噴嘴注入到所需形狀的模具中填滿模腔，經(jīng)冷卻定型后脫模，即得到具有要求形狀的制品[4]。</p><p>　　注射成形的基本要求是塑化、注射和成形，為滿足成形的

23、要求，注射必須保證足夠的壓力和速度[5]。同時，由于注射壓力很高，螺桿將受到很大的軸向力，因此，螺桿的設(shè)計要進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核；螺桿兼具傳送物料與塑化的功能，因此要合理安排螺桿的結(jié)構(gòu)以及不同功能段的螺槽深度。</p><p>　　由于熔融樹脂容易停滯在加熱料筒內(nèi)而發(fā)生熱分解，因此要設(shè)計合理的塑化裝置以保證熔融塑料能均勻受熱，同時，為達(dá)到較大的注射壓力，必須合理設(shè)計噴嘴的結(jié)構(gòu)以減小壓力損失。</p>

24、<p>　　選用普通異步電動機(jī)做為驅(qū)動裝置，要達(dá)到任務(wù)要求的轉(zhuǎn)速，必須設(shè)計合理的傳動裝置，合理安排傳動件的位置。</p><p>　　為準(zhǔn)確控制注射量，需設(shè)計計量裝置，并通過行程開關(guān)完成計量的自動控制。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　注射裝置是注射機(jī)中直接對塑料加熱和加壓的部分，塑料的塑化

25、和注射都在這里進(jìn)行。因此，注射裝置是注射機(jī)的一個非常重要的組成部分。注射裝置在注射成型工藝過程中，應(yīng)能均勻加熱和塑化一定數(shù)量的塑料；并以一定的壓力和速度將熔料注入模腔；保壓一段時間以防止模內(nèi)熔料的反流，且向模內(nèi)補(bǔ)充一部分熔料，補(bǔ)償制件的冷卻收縮[6]。注射裝置主要形式有柱塞式、螺桿預(yù)塑式和往復(fù)螺桿式（簡稱螺桿式）。目前采用最多的是往復(fù)螺桿式，其次是柱塞式。</p><p>　　2.1柱塞式注射裝置</p&g

26、t;<p>　　柱塞式注射裝置由定量加料裝置、塑化部件、注射液壓缸、注射座移動液壓缸等組成。</p><p>　　柱塞式注射裝置具有以下特點：</p><p>　?。?）塑化不均勻，提高料筒能力受到限制。由于料筒內(nèi)塑料加熱熔融塑化的熱量來自于料筒的外部加熱，且塑料導(dǎo)熱性差，塑料在料筒內(nèi)的運動呈“層流”狀態(tài)，造成靠近料筒外壁的溫度高，塑化快；而料筒中心的塑料溫度低，塑化慢。料筒

27、的直徑越大，溫度差越大，塑化越不均勻，甚至出現(xiàn)內(nèi)層塑料尚未塑化好 ，而表層塑料已經(jīng)過熱分解變質(zhì)的狀況。對于熱敏性塑料則更難于加工成型。</p><p>　?。?）注射壓力損失大。因為注射壓力不能直接作用于熔料，需要經(jīng)過未塑化的塑料傳遞，熔融塑料通過分流梭與料筒內(nèi)壁的狹縫進(jìn)入噴嘴，最后注入模腔，造成很大壓力損失[8]。據(jù)實際測量，采用分流梭的柱塞式注射機(jī)，模腔壓力僅為注射壓力的25%～50%，因此需要提高注射壓力。

28、 </p><p>　?。?）不容易提高穩(wěn)定的工藝條件。柱塞在注射時，首先加入料筒的加料區(qū)的塑料進(jìn)行預(yù)先壓縮，然后才將壓力傳遞給塑化后的熔料，并將頭部的熔料注入模腔?？梢?，即使柱塞等速移動，但熔料的充模速度卻是先慢后快，直接影響到熔料在模內(nèi)的流動狀態(tài)。且每次加料量的不精確，對工藝條件的穩(wěn)定和制品質(zhì)量也會有影響。</p><p>　　此外，料筒的清洗比較困難，但其結(jié)構(gòu)簡單，在注射量比較小時

29、，仍不失其應(yīng)用價值。因而，一般只用于注射量在60以下的小型注射機(jī)[7]。</p><p>　　2.2螺桿預(yù)塑式注射裝置</p><p>　　螺桿預(yù)塑式注射裝置是由兩個料筒組成的，一個是螺桿預(yù)塑式料筒，另一個是注射料筒，兩個料筒的連接處有單向閥。粒料通過螺桿預(yù)塑式料筒而塑化，熔料經(jīng)過單向閥進(jìn)入注射料筒[8]。當(dāng)注射料筒中的熔料量達(dá)到預(yù)定量時，螺桿塑化停止，注射柱塞前進(jìn)并將熔料注入模腔。預(yù)塑料

30、筒中的螺桿在轉(zhuǎn)動過程中不僅輸送塑料，更重要的是對塑料產(chǎn)生剪切摩擦加熱和攪拌混合作用。因此，這種注射裝置的塑化質(zhì)量和塑化效率比柱塞式注射裝置有顯著的提高。另外，由于料筒內(nèi)取消了分流梭，而且進(jìn)入注射料筒的是已經(jīng)塑化的熔料，所以，注射時壓力損失大大減小，注射速率也比較穩(wěn)定，所以在連續(xù)注射或者大型注射裝置上應(yīng)用比較多。</p><p>　　螺桿預(yù)塑式注射裝置雖然解決了柱塞式注射裝置在工作過程中的缺陷，擴(kuò)大了注射量，減小了

31、注射時的壓力損失，但由于增加了一個料筒，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大。兩個料筒的單向閥處容易引起塑料的停滯和分解。同時為了避免熔料泄露，注射料筒和柱塞間的配合要求比較高。因此，給制造和使用帶來了一定的困難。為了克服這些缺點，在結(jié)構(gòu)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，產(chǎn)生了往復(fù)螺桿注射裝置。</p><p>　　2.3往復(fù)螺桿式注射裝置</p><p>　　往復(fù)螺桿注射裝置也叫螺桿一線式（簡稱螺桿式）注射裝置，主要由塑化

32、部分、料斗、螺桿、傳動裝置 、注射座、注射座移動液壓缸、注射液壓缸等組成。塑化部件和螺桿傳動裝置等裝在注射座上，注射座借助注射座移動液壓缸可以沿底座的導(dǎo)軌往復(fù)運動使噴嘴撤離或者緊貼模具。 同時，為了便于拆換螺桿和 清洗料筒，在底座中部設(shè)有一個回轉(zhuǎn)裝置，使得注射座能夠繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定角度。</p><p>　　往復(fù)螺桿注射裝置還有采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動型，可根據(jù)注射液壓缸數(shù)目分為單缸式和雙缸式兩類結(jié)構(gòu) 。對于雙缸式液

33、壓馬達(dá)隨動式注射裝置，螺桿和液壓馬達(dá)直接連接傳遞運動。雙注射油缸放置在料筒兩側(cè)平行排列，注射時，液壓馬達(dá)隨螺桿一起作軸向移動，故稱隨動式。這種形式注射裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能耗低，它是恒定力矩驅(qū)動裝置，當(dāng)螺桿出現(xiàn)過載時，液壓馬達(dá)無法驅(qū)動，起到對螺桿的保護(hù)作用，而電動機(jī)驅(qū)動裝置為恒定功率驅(qū)動裝置，當(dāng)螺桿過載時容易扭斷螺桿[9]。目前普遍采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動的注射裝置。</p><p><b>　　2.4方案的選定

34、</b></p><p>　　往復(fù)螺桿式注射裝置與柱塞式 注射裝置比較有以下優(yōu)點：</p><p>　?。?）螺桿式注射裝置塑化時不僅依靠外部加熱器提供熱量 ，而且螺桿的旋轉(zhuǎn)運動不斷地對塑料進(jìn)行剪切摩擦，產(chǎn)生剪切摩擦熱對塑料進(jìn)行加熱塑化 ，可以適當(dāng)降低加熱器的加熱溫度，因而在塑化效率和塑化質(zhì)量上都優(yōu)于柱塞式注射裝置 。</p><p>　?。?）注射壓力

35、損失少。因注射時，螺桿頭部的塑料是 完全塑化的熔料，又沒有分流梭造成的阻力，在其他條件相似的情況下，螺桿式注射裝置可以采用比較小的注射壓力。</p><p>　?。?）塑化能力大，均勻性好，注射機(jī)的生產(chǎn)率高。螺桿還兼有對料筒壁的刮料作用，可減少塑料滯留而產(chǎn)生過熱分解。</p><p>　?。?）螺桿式注射裝置可以對塑料就進(jìn)行染色加工，而且料筒清洗比較方便。 </p><

36、p>　　不過，螺桿式注射裝置的結(jié)構(gòu)比柱塞式復(fù)雜，螺桿的設(shè)計和制造比較困難。盡管如此，因為其優(yōu)點居多，所以應(yīng)用十分廣泛。</p><p>　　經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)往復(fù)螺桿注射裝置的優(yōu)點居多，因此本次設(shè)計選用此類注射裝置。</p><p><b>　　3主要零部件設(shè)計</b></p><p>　　3.1塑化裝置的設(shè)計</p><

37、p><b>　　3.1.1螺桿設(shè)計</b></p><p><b>　　1、螺桿的結(jié)構(gòu)形式</b></p><p>　　注塑機(jī)螺桿分為：漸變型螺桿、突變型螺桿、通用型螺桿。漸變型螺桿指螺槽深度由加料段深的螺槽向均化段的螺槽逐漸過度。主要用于加工具有寬的軟化溫度范圍，高粘度非結(jié)晶性塑料，如聚氯乙烯等。突變型螺桿指螺桿槽深度由深變淺的過程是在一

38、個較短的軸向距離內(nèi)完成的主要用于加工粘度，熔點明顯的結(jié)晶性塑料，如聚乙烯，聚丙烯等。通用型螺壓縮段長度介于突變型螺桿與漸變型螺桿之間，以適應(yīng)結(jié)晶性與非結(jié)晶塑料熔融塑料化的要求。</p><p>　　通過比較，發(fā)現(xiàn)通用型的結(jié)構(gòu)介于漸變型和突變型之間，兼有兩者的特點，可以通過調(diào)節(jié)工藝條件來滿足不同塑料的成型加工，擴(kuò)大了適用范圍，所以選用此結(jié)構(gòu)的螺桿。</p><p>　　螺桿的結(jié)構(gòu)、形式和作用

39、與擠出用螺桿基本相同，但也有某些差異。注射螺桿的長徑比較小，一般為16～20，壓縮比較小，一般為2～5。常見注射螺桿壓縮比的選擇，見表3-1。</p><p>　　表3-1 常見注射螺桿的壓縮比</p><p>　　注射螺桿均化段的螺槽深度一般偏大，因而具有較高的塑化能力，減小功率消耗，提高生產(chǎn)率。注射螺桿因有軸向位移，故加料段應(yīng)較長，約為螺桿長度的一半，而壓縮段和計量段則各為螺桿長度的

40、1/4。典型的注射。螺桿如圖3-1所示。</p><p>　　為使螺桿注射時不致出現(xiàn)熔料積存或沿螺槽回流，應(yīng)考慮螺桿頭部結(jié)構(gòu)。熔融粘度大的塑料，通常采用錐形尖頭的注射螺桿，如圖3-2所示。采用該螺桿，不僅可減少塑料降解，同時使排料比較干凈。</p><p><b>　　2、螺桿的尺寸</b></p><p>　　圖3-1 注射用螺桿</p

41、><p>　　DS-料筒外徑 hm-計量段螺槽深度 Ds-螺桿公稱直徑L/D-螺桿總長度 S-螺距 </p><p>　　L/D-長徑比 hf-進(jìn)料段螺槽深度 hf/hm-壓縮比 a=1/4L</p><p>　　圖3-2 錐形螺桿頭</p><p><b>　?。?）長度L的確定</b></p><p

42、>　　原始數(shù)據(jù)已經(jīng)給出螺桿的直徑Ds=40mm。由《塑性成型加工入門》可知注射機(jī)螺桿僅作預(yù)塑用所以(L/Ds)小于擠出機(jī)的(L/Ds),一般取18～22. 常采用20：1。那么由此可以得出螺桿的長度L=40×20=800mm。對于通用螺桿，其加料段、壓縮段和均化段的長度L1、L2和L3占總長的百分比為50～60%、20～30%、20～30%。在此次設(shè)計中，分別取50%、25%、25%。那么對應(yīng)的長度為400mm、200m

43、m和200mm。</p><p>　　（2）均化段螺槽深度h3和壓縮比i的確定</p><p>　　均化段螺槽深度是螺桿性能的重要參數(shù)之一，螺槽深度與塑化之間的關(guān)系：螺槽深度與剪切效果：螺槽淺，剪切熱大，螺桿消耗功率大。</p><p>　　淺的螺槽與長均化段的螺桿是穩(wěn)定擠出的重要條件。</p><p>　　注射機(jī)的h3越大，塑化能力越大。一

44、般</p><p>　　h3=(0.04～0.07)Ds。 （3-1）</p><p>　　此處取h3=0.065Ds=2.6mm</p><p>　　壓縮比是螺桿加料段的螺槽深度h1與h3的比值。即i=h1/h3</p><p>　　對注射機(jī)而言，小的壓縮比有利于提高塑化能力。 </p>

45、;<p>　　對結(jié)晶性塑料（PP、PE、聚酰胺及復(fù)合塑料）i=3.0～3.5</p><p>　　對高粘度塑料（硬PVC、AS、聚甲醛）i=1.4～2.5</p><p>　　通用型 i=2.0～2.8</p><p>　　此處取i=2.1。那么</p><p>　　h1=i*h3=2.1×2.6=5.4mm

46、 （3-2）</p><p>　　螺紋升角ψ、螺距s和螺棱寬度e的確定</p><p>　　當(dāng)s=Ds時，ψ=18°，e=0.08～0.12Ds。此處取e=0.1Ds=4mm。</p><p>　?。?）螺桿材料的選用</p><p>　　注塑機(jī)螺桿工作惡劣，要承受高的注射壓力，在加上頻繁啟動。要求

47、螺桿材料具有：</p><p>　　高的強(qiáng)度，表面耐腐蝕耐磨損，其表面硬度不低于HV950°，螺桿工作表面的粗糙度要求不低于Ra0.4um,國內(nèi)一般選用40Cr 或其它合金鋼材,為提高螺桿表面耐磨能力,螺桿表面氮化、噴涂合金、鍍鉻或鍍鈦。此處選用40Cr。</p><p><b>　　3、螺桿的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　當(dāng)

48、注射機(jī)液壓系統(tǒng)選用30MPa的規(guī)格時</p><p>　　由 p=（D2/Ds2）×P0 （3-3）</p><p>　　其中：p—注射壓力（MPa）</p><p>　　D--注射油缸直徑(cm)</p><p>　　Ds—螺桿直徑

49、（cm）</p><p>　　P0— 注射油壓（MPa）</p><p>　　可以計算得到D=80mm</p><p><b>　　壓縮應(yīng)力:</b></p><p>　　c=(D/d1)×P0=(80/29.2)×30 MPa=82.2 MPa （3-4）</p>

50、;<p>　　其中：d1--螺桿加料段螺紋根徑（cm）</p><p><b>　　剪切應(yīng)力:</b></p><p>　　=Mt/Ws （3-5）</p><p>　　Mt=9549×(p/n)=9549×12/180=212.2Nm

51、 （3-6）</p><p>　　Ip=D14/32=3.14×4/32=25.12cm4 （3-7）</p><p>　　Ws=Ip/R=D13/16=12.56cm3 （3-8）</p><p>　　=(21

52、2.2/12.56)×106=17MPa</p><p>　　其中： Mt—螺桿扭矩（Nm）</p><p>　　Ip—極慣性矩（cm）</p><p>　　D1—加料段螺紋直徑（cm）</p><p>　　p—電動機(jī)功率（KW）</p><p>　　n---螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）</p>&l

53、t;p>　　Ws—抗扭截面系數(shù)（cm3）</p><p><b>　　合成應(yīng)力:</b></p><p>　　r=(c+4)=(82.2×10+4×17×10)=83MPa （3-9）</p><p>　　由于r[]=y/n=539/3=179MPa那么螺桿可以安全工作。</p>

54、<p>　　其中：y--40Cr的屈服強(qiáng)度（MPa） </p><p>　　n—安全系數(shù)，取2.5～3</p><p><b>　　[]—許用應(yīng)力</b></p><p>　　3.1.2料筒的設(shè)計</p><p>　　1、料筒內(nèi)徑和壁厚的確定</p><p>　　機(jī)筒壁厚既要滿足強(qiáng)度要求

55、，又要注意機(jī)筒結(jié)構(gòu)及其對成型工藝條件的影響。</p><p>　　壁厚過?。簷C(jī)筒升溫快，但熱容量??；壁厚過大：升溫慢，熱慣性大，調(diào)節(jié)溫度后。根據(jù)經(jīng)驗一般取料筒的外徑和內(nèi)徑之比K為2～2.5 螺桿與料筒內(nèi)徑的間隙一般取0.15～0.3mm。此處取0.2mm那么料筒的內(nèi)徑為40.4mm。當(dāng)取K=2時，得到料筒的外徑為80.8mm。料筒的長度應(yīng)該按照螺桿的具體長度而選定。</p><p><

56、;b>　　2、料筒材料的選取</b></p><p>　　料筒與螺桿一起完成塑料的塑化和注射，要求其耐溫、耐熱、耐磨和耐腐蝕。那么材料可以取45＃鋼內(nèi)表面鍍鉻、氮化鋼（38CrMoAl）內(nèi)表面氮化處理，氮化層深度0.5 mm、碳鋼內(nèi)表面澆鑄Xaloy合金襯里。HRC65。此處選用45鋼。</p><p><b>　　3、料筒強(qiáng)度校核</b></

57、p><p>　　應(yīng)力 r=pk/(k-1)=126×10××2/(2-1)=259MPa （3-10）</p><p>　　[]=t/n=400/1.5=267MPa （3-11）</p><p><b>　　r[] </b></p><p&

58、gt;　　其中：r---料筒的工作應(yīng)力 （MPa）</p><p>　　p—注射壓力（MPa）</p><p>　　k—料筒內(nèi)外徑之比，取2～2.5</p><p>　　[]—許用應(yīng)力（MPa）</p><p>　　n—安全系數(shù)，取1.5～2</p><p>　　t--45鋼屈服強(qiáng)度（MPa）</p>&

59、lt;p>　　所以料筒能夠安全工作</p><p>　　3.2傳動裝置的設(shè)計</p><p>　　3.2.1單級圓柱齒輪減速器的設(shè)計</p><p><b>　　1、電動機(jī)的選擇</b></p><p>　?。?） 類型和結(jié)構(gòu)構(gòu)型式</p><p>　　在選擇合適的異步電動機(jī)時，應(yīng)本著實用、

60、經(jīng)濟(jì)和安全的基本原則，要考慮類型、額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等四個因素。</p><p>　　往復(fù)螺桿式注塑機(jī)在不同條件下需要選擇不同的轉(zhuǎn)速，同時，在注塑機(jī)啟動時容易瞬間超載，故電動機(jī)功率需略大于螺桿的工作功率；根據(jù)以上條件選擇Y系列三相異步電動機(jī)。</p><p>　　（2）電動機(jī)的功率 </p><p>　　計算電機(jī)所需功率： 查得：</p>&

61、lt;p>　?。?lián)軸器傳動效率：0.99</p><p>　?。繉S承傳動效率：0.99</p><p>　　－圓柱齒輪的傳動效率：0.97</p><p>　　總傳動效率 = （3-12）</p><p>　　電動機(jī)所需功率 （3-13）</p

62、><p>　　查《機(jī)械設(shè)計手冊》[13]得：單級圓柱齒輪減速器傳動比</p><p><b>　　則電動機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　由p=12.05kw和，選擇Y180L-6電動機(jī)</p><p>　　各參數(shù)如下：額定功率15kw滿載轉(zhuǎn)速970r/min額定電流31.4A,功率因數(shù)[10]</p>&l

63、t;p>　　2、減速器的設(shè)計計算</p><p><b>　　基本傳動數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　電動機(jī)型號為Y180L-4，滿載轉(zhuǎn)速為970r/min</p><p>　　則傳動比 （3-14）</p><p>　　計算機(jī)構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)速

64、及動力參數(shù)</p><p><b>　　（1）各軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　電動機(jī)軸軸 </b></p><p><b>　?、褫S </b></p><p>　?、蜉S </p><p>　?。?）各軸的輸入功率&

65、lt;/p><p><b>　?、褫S </b></p><p>　　Ⅱ軸 </p><p>　?。?）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 （3-15）</p><p><b>　　Ⅰ軸 </b>&

66、lt;/p><p>　　Ⅱ軸 </p><p><b>　　齒輪傳動設(shè)計</b></p><p>　　圖3-3齒輪傳動簡圖</p><p>　?。?）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)[12]</p><p>　　按圖3.2所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。</p>&

67、lt;p>　　注塑機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB 10095-88）。</p><p>　　材料選擇。由表10-1（機(jī)械設(shè)計）選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　選小齒輪齒數(shù)z1=24，則大齒輪齒數(shù)z2==120。</p><p&g

68、t;　?。?）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　　試選載荷系數(shù)Kt=1.3。</p><p>　　計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</p><

69、;p><b>　　T1==</b></p><p><b>　　選取齒寬系數(shù)=1。</b></p><p>　　查表得材料的彈性影響系數(shù)ZE=1.89.8。</p><p>　　由圖齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。</p><p><b&g

70、t;　　計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</b></p><p>　　N1=60n1jLh= （3-17）</p><p><b>　　N2==</b></p><p>　　取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95；KHN2=1.15。</p><p>　　計算接觸疲勞許用應(yīng)力。</p><p&

71、gt;　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由計算公式得</p><p><b>　　2）計算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t，將中較小的值代入公式（4-17）中。</p><p><b>　　=67.98mm</b></p><p><b>　　計算圓周速度v。&

72、lt;/b></p><p><b>　　V=</b></p><p><b>　　計算齒寬b。</b></p><p>　　計算齒寬與齒高之比。</p><p><b>　　模數(shù)：</b></p><p><b>　　齒高：</b

73、></p><p><b>　　計算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)v=3.45m/s,7級精度，由圖10-8（機(jī)械設(shè)計）查得動載系數(shù)Kv=1.05；直齒輪，;</p><p><b>　　查得使用系數(shù).5；</b></p><p>　　用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置

74、時，。</p><p>　　由=10.68，查圖得；故載荷系數(shù)</p><p>　　校正所算得的分度圓直徑，由計算公式得</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　計算模數(shù)m。</b></p><p>　　（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計</p>

75、;<p>　　彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為</p><p><b>　　（3-18）</b></p><p>　　1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　　查圖得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；</p><p>　　取彎曲疲勞壽命系數(shù),;</p><p>　　計算彎曲疲

76、勞許用應(yīng)力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4；</p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K。</b></p><p><b>　　查取齒形系數(shù)。</b></p><p><b>　　查得齒形系數(shù)；。</b></p><p><b&g

77、t;　　查取應(yīng)力校正系數(shù)。</b></p><p><b>　　查表得;。</b></p><p>　　計算大、小齒輪的并加以比較。</p><p>　　經(jīng)比較：大齒輪的數(shù)值大。</p><p><b>　　2）設(shè)計計算</b></p><p>　　對于計算結(jié)果，

78、由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)2.54并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3.0mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=81.456mm，算出小輪齒數(shù)</p><p><b>　　大齒輪齒數(shù)</b></p>

79、<p><b>　　取</b></p><p><b>　　3、幾何尺寸計算</b></p><p>　?。?）計算分度圓直徑</p><p><b>　?。?）計算中心距</b></p><p><b>　　（3）計算齒輪寬度</b></

80、p><p>　　取B1=85mm,B2=81mm。</p><p>　　4、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4齒輪傳動示意圖</p><p>　　3.2.2軸的設(shè)計計算</p><p>　　因本設(shè)計中減速器并非主要設(shè)計部件所以此處只設(shè)計高速軸。</p><p>　　

81、1、軸的結(jié)構(gòu)形式及尺寸</p><p><b>　　高速軸（1軸）：</b></p><p>　?。?）作用在齒輪上的力</p><p>　　（2）初步確定軸的最小直徑，估算軸最小直徑，軸材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)），查表得=97，于是有</p><p>　　輸出軸需要安裝聯(lián)軸器取 查手冊選用型號為HX2的彈性柱銷聯(lián)軸器。公稱

82、轉(zhuǎn)矩為560軸孔直徑為22mm,L=52mm</p><p><b>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　1） 軸上零件的裝配方案如圖3-5</p><p>　　3-5 軸上零件裝配方案示意圖</p><p><b>　　確定各段直徑：</b></p><p>

83、;　　2）為了滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸端左側(cè)需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑=24mm,右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=28mm。半聯(lián)軸器與軸配合長度52mm，Ⅰ-Ⅱ長度應(yīng)小于，現(xiàn)取50mm</p><p>　　3）初步選擇滾動軸承由=24mm,選擇深溝球軸承6205 </p><p><b>　　其參數(shù)</b></p>&l

84、t;p>　　=25mm ， =15mm</p><p>　　左端滾動軸承采用軸肩定位。6205定位軸間高度h=4mm,因此取</p><p>　　4）取安裝齒輪處軸段Ⅳ-V的直徑 =32mm, 右端與右軸承間采用套筒定位。已知齒輪寬85mm為可靠定位取</p><p>　　左端采用軸肩定位，h>0.07d，故取h=3mm 則軸環(huán)處=38mm,軸

85、環(huán)寬b>1.4h,取=5mm</p><p>　　5）軸承端蓋的總寬度20mm 取外端面與半聯(lián)軸器左端距離l=20mm 故40mm</p><p>　　6）齒輪距箱體內(nèi)壁距離a=16mm,軸承距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s=6mm，軸承寬T=15mm,</p><p>　　則 = T+s+a+（85-81）=15+6+16+4=41mm

86、</p><p>　　=a+s=6+16=22mm</p><p><b>　　2、軸強(qiáng)度的校核</b></p><p><b>　　（1）求軸上的載荷</b></p><p>　　根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的結(jié)構(gòu)簡圖，確定各支撐點位置，求得：L1=75mm，L2=29.5mm，L3=65mm。根據(jù)軸的計

87、算簡圖做出彎矩圖和扭矩圖，如圖3-6。</p><p>　　圖3-6 軸的彎矩圖和扭矩圖</p><p>　　從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)截面D是危險截面。現(xiàn)將計算出的截面C處的及M值列于表3-2。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　?。?）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p

88、>　　D截面是危險截面，因此只校核D截面的強(qiáng)度，根據(jù)選定材料45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得取α=0.6，軸的計算應(yīng)力</p><p><b>　　，故安全。[14]</b></p><p>　　3.3注射裝置的設(shè)計</p><p>　　3.3.1噴嘴的設(shè)計</p><p><b>　　1尺寸的確定</b

89、></p><p>　　由文獻(xiàn)[11]可知，噴嘴直徑 </p><p>　　d=kQ1/3 （3-19）</p><p>　　k—由塑料的性能決定，對熱敏性和高粘度的塑料k取0.68～0.8。一般性塑料k取0.35～0.4。</p

90、><p>　　Q—注射速率（/s）</p><p><b>　　此處k取0.8</b></p><p>　　由原始數(shù)據(jù)可以知道注射速率Q=110g/s。這是相對Ps而言的。Ps的密度是1.05g/cm3。</p><p>　　那么可以得d=0.8（110/1.05）1/3=3.8mm</p><p>

91、　　又由《塑性成型設(shè)備》[9]可知，可以取噴嘴的球面半徑SR=15mm。</p><p><b>　　2材料的選用</b></p><p>　　由于噴嘴和料筒配合著工作，其所要求的性能與料筒相似。因此，在材料的選擇上可以與料筒相同，即也選用45鋼。</p><p>　　3.3.2螺桿最大行程計算</p><p>　　由

92、 Vc=（/4）×Ds×S （3-20）</p><p>　　其中：Vc—注射量（cm）</p><p>　　Ds—螺桿直徑（mm）</p><p>　　S--螺桿最大行程（cm）</p><p>　　可以計算得到S=10cm</

93、p><p>　　3.3.3液壓油缸的直徑計算</p><p>　　當(dāng)注射機(jī)液壓系統(tǒng)選用30MPa的規(guī)格時</p><p>　　由 p=（D2/Ds2）×P0 （3-21）</p><p>　　其中：p—注射壓力（MPa）</p>

94、;<p>　　D--注射油缸直徑(cm)</p><p>　　Ds—螺桿直徑（cm）</p><p>　　P0— 注射油壓（MPa）</p><p>　　可以計算得到D=80mm</p><p>　　3.3.4注射力計算</p><p>　　F=(/4)×Ds×p

95、 (3-22)</p><p>　　其中：F—注射力（KN）</p><p>　　Ds—螺桿直徑（mm）</p><p>　　p—注射壓力（MPa）</p><p>　　可以計算得到F=158.3KN</p><p><b>　　4結(jié)論</b></p><p

96、>　　本文根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)介紹了一種往復(fù)螺桿式注射系統(tǒng)的設(shè)計，所設(shè)計的注射系統(tǒng)包括傳動裝置、塑化裝置、注射裝置三大部分。</p><p>　　傳動裝置采用了單級齒輪減速器和三相異步電動機(jī)滿足設(shè)計要求，電動機(jī)的輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)減速減速到要求轉(zhuǎn)速后傳遞到螺桿上，帶動螺桿轉(zhuǎn)動。塑化裝置采用了三級變徑螺桿與料筒結(jié)合完成對坯料的塑化，螺桿轉(zhuǎn)動完成了坯料的疏松，同時起到剪切和混煉的作用，能提高塑化效率，改善熔融物的質(zhì)量。

97、注射裝置采用了單向液壓缸與往復(fù)螺桿結(jié)合，由液壓缸活塞推動螺桿完成注射過程并在下一循環(huán)的塑化過程中自動完成螺桿的退回，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，熔融塑料在料筒前端累積增多，在融料的壓力下螺桿沿軸向后退，待到回退到融料量滿足需求時，螺桿停轉(zhuǎn)，并在注射液壓缸的推力下完成注射過程。</p><p>　　所設(shè)計的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、制造容易的特點。</p><p>　　通過此次的畢業(yè)設(shè)計，加深了對所學(xué)

98、課本知識的理解，并能夠與此次的設(shè)計相結(jié)合，提高了理論聯(lián)系實際的能力，也體會到了在實際工作中設(shè)計工作的重要性。此次的畢業(yè)設(shè)計既是對之前所學(xué)知識的復(fù)習(xí)與運用，同時也是畢業(yè)生上崗就業(yè)前的一次實習(xí)。使自己對以后的工作又有了更深的理解</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙銀章. 舊型往復(fù)螺桿式注塑機(jī)的改造. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 1999&

99、lt;/p><p>　　[2] 王衛(wèi)衛(wèi).《金屬與塑性成型設(shè)備》.機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[3] 項鋼. 高效精密注塑機(jī)規(guī)劃和選型. 工程建設(shè)與設(shè)計, 2010</p><p>　　[4] 馬海舟,潘曉銘,潘道波. 塑料注塑機(jī)快速注射部分設(shè)計與應(yīng)用. 液壓與氣動, 2007</p><p>　　[5] 雄戈. 智能化全電動注塑

100、機(jī). 國外塑料, 2009</p><p>　　[6] 陳仲成. 革新注塑機(jī)成型條件及調(diào)整方式探討. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè), 2009</p><p>　　[7] 向鵬,李繡峰,杜遙雪. 全電動注塑機(jī)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 2007</p><p>　　[8] 吳紅. 小型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究. 南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2009</p>

101、<p>　　[9] 劉向東.《塑性成型設(shè)備》機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[10]吳宗澤.《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第三版.清華大學(xué)出版社2004,3</p><p>　　[11]陸萍主編，《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》，山東科技大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[12]成大先.《機(jī)械設(shè)計手冊》M.化學(xué)工業(yè)出版社；2005</p>&