1、W遍N瓣陡機電課程設計題 目：注塑機液壓系統設計學院：機械工程學院專業： 機械設計制造及其自動化班級: 學號： 學生姓名：導師姓名：完成日期：課程設計任務書設計題目：注塑機液壓系統設計姓名 系別機械工程專業 機械設計及其自動化班級 學號指導老師 教研室主任一、設計要求及任務設計要求公稱注射量：250 cm3 ；螺桿直徑：d=40mm；螺桿行程：s1=200mm；最大 注射壓力p=153MPa；注射速度：vw=0.07m/s；螺桿轉速：n=60r/min；螺桿驅動 功率：Pm=5kW；注射座最大推力：Fz = 27 (kN)；注射座行程：s2=230(mm)；注 射座前進速度：vz1=0.06m

2、/s ；注射座后退速度：vz2=0.08m/s；最大合模力(鎖 模力)Fh=900 (kN)；開模力：Fk=49 (kN)；動模板(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 ；快速開模 速度：vhG =0.13m/s ；慢速開模速度:vhG =0.03m/s；注塑機工作參數設計計算；液壓系統原理方案設計；液壓系統設計計算及元件選擇；注塑機及液壓系統總圖設計。設計任務繪制注塑機合模缸、注塑裝置和液壓系統油箱的裝配圖；繪制液壓系統原理圖；系統零部件的計算與選型；按照要求編寫設計說明書和打印圖紙。二、進度安排及完成時間設

3、計時間：兩周，2012年6月25日至2012年7月6日。進度安排第19周：布置設計任務，查閱資料，熟悉設計要求及任務，進行系統設計。第20周：整理資料，撰寫設計說明書，答辯，交設計作業。(印稿及電子文 檔)。 TOC o 1-5 h z 摘要I HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第1章緒論 4 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 1.1注塑機概述4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1.2注塑機的工作循環過程4 HYPERLINK l bookma

4、rk37 o Current Document 1.3注塑機對液壓系統的要求4 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 1.4液壓系統設計參數41.5注塑機液壓系統原理圖5第2章 計算執行元件的主要結構參數72.1各液壓缸的載荷力計算72.2液壓系統主要參數計算82.3制定系統方案和擬定液壓系統圖10 HYPERLINK l bookmark173 o Current Document 第3章 液壓元件的選擇13 HYPERLINK l bookmark176 o Current Document 3.1 液壓泵的選擇13 HYPERLINK l b

5、ookmark195 o Current Document 3.2液壓閥的選擇14 HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 3.3液壓馬達的選擇14 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document 3.4確定油箱的有效容積15 HYPERLINK l bookmark210 o Current Document 第4章 液壓系統性能驗算16 HYPERLINK l bookmark213 o Current Document 4.1驗算回路中的壓力損失17 HYPERLINK l bookmark262 o C

6、urrent Document 4.2系統總輸出功率18 HYPERLINK l bookmark293 o Current Document 4.3冷卻器所需冷卻面積的計算18 HYPERLINK l bookmark305 o Current Document 心得體會19參考文南犬-20注塑機液壓系統摘要：注塑機是一種通用設備，通過它與不同專用注塑模具配套使用，能夠生 產出多種類型的注塑制品。注塑機主要由機架，動靜模板，合模保壓部件，預塑、 注射部件，液壓系統，電氣控制系統等部件組成；注塑機的動模板和靜模板用來 成對安裝不同類型的專用注塑模具。合模保壓部件有兩種結構形式，一種是用液 壓缸

7、直接推動動模板工作，另一種是用液壓缸推動機械機構通過機械機構再驅動 動模板工作（機液聯合式）。注塑機工作時，按照其注塑工藝要求，要完成對塑 料原料的預塑、合模、注射機筒快速移動、熔融塑料注射、保壓冷卻、開模、頂 出成品等一系列動作，因此其工作過程中運動復雜、動作多變、系統壓力變化大。關鍵詞：注塑機；通用設備；專用注塑模具。第1章緒論1.1注塑機概述大型塑料注射機目前都是全液壓控制。其基本工作原理是：粒狀塑料通過料 斗進入螺旋推進器中，螺桿轉動，將料向前推進，同時，因螺桿外裝有電加熱器， 而將料熔化成粘液狀態，在此之前，合模機構已將模具閉合，當物料在螺旋推進 器前端形成一定壓力時，注射機構開始將

8、液狀料高壓快速注射到模具型腔之中， 經一定時間的保壓冷卻后，開模將成型的塑科制品頂出，便完成了一個動作循環。1.2注塑機的工作循環過程合模一注射一保壓一冷卻一開模一頂出一螺桿預塑進料其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間較長，直到開 模前這段時間都是鎖模階段。1.3注塑機對液壓系統的要求是具有足夠的合模力模具的開、合模速度可調注射座整體進退注射壓力和注射速度可調保壓及壓力可調制品頂出速度要平穩頂出速度平穩，以保證成品制品不受損壞。1.4液壓系統設計參數表1.1液壓系統設計參數公稱注射量：250 cm3螺桿直徑：d=40mm螺桿行程：s1=200mm最大注射壓力p=153MP

9、a注射速度：vw=0.07m/s螺桿轉速：n=60r/min螺桿驅動功率：Pm=5kW注射座最大推力：Fz = 27 (kN)注射座行程：s2=230(mm)注射座前進速度：vz1=0.06m/s注射座后退速度：vz2=0.08m/s最大合模力(鎖模力)Fh=900 (kN)開模力：Fk=49 (kN)動模板最大行程：s3=350 (mm)快速合模速度：vhG = 0.1m/s慢速合模速度：vhG =0.02m/s快速開模速度：vhG =0.13m/s慢速開模速度：vhG =0.03m/s推料缸6區1 YA2山11增力缸 合模缸X注射座移動缸齒輪va ri8丫 SYA注塑機液壓系統原理圖A-大

10、流量液壓泵E-小流量液壓泵1、2-電液換向閥3-電磁換向閥4、5-電液 6、21-電磁換向閥7、8、9-溢流閥10、11、12-單向閥13-液控單向閥14 15、16-調速閥17、18-單向順序閥19-行程閥20-液壓馬表1.5注塑機液壓系統原理圖電磁鐵動作表動作程 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA序啟動慢移快速合模一增壓鎖模 合模啟動慢移快速合模一增壓鎖模 合模注射座 整體快 移注射注射座 整體快 移注射注射保 壓減壓排再增壓預塑進料注射座后移慢速開模一快速開模頂出缸伸出推料頂出缸注射保 壓減壓排再增壓預塑進料注射座后移慢速開模一快速

11、開模頂出缸伸出推料頂出缸縮 回系 統卸荷-注：“+”表示電磁t鐵通電.“_表示電磁鐵斷電。第2章負載分析2.1各液壓缸的載荷力計算1合模缸的載荷力合模缸在模具閉合過程中是輕載，其外載荷主要是動模及其連動部件的起動慣 性力和導軌的摩擦力。鎖模時，動模停止運動，其外載荷就是給定的鎖模力。開模時，液壓缸除要克服給定的開模力外，還克服運動部件的摩擦阻力。2.1.2注射座移動缸的載荷力座移缸在推進和退回注射座的過程中，同樣要克服摩擦阻力和慣性力，只有當噴嘴 接觸模具時，才須滿足注射座最大推力。2.1.3注射缸注射階段負載注射缸的載荷力在整個注射過程中是變化的，計算時，只須求出最大載荷力。兀，一 F =

12、d 2 pw 4式中，d螺桿直徑，由給定參數知：d=0.04m； p噴嘴處最大注射壓力，已知p=153MPa。由此求得Fw=192kN。各液壓缸的外載荷力計算結果列于表1。取液壓缸的機械效率為n=0.9，求得相應的作用于活塞上的載荷力，并列于表1中。F=Fw/n=213.表2-1各液壓缸的載荷力液壓缸名稱工況液壓缸外載荷Fw/kN活塞上的載荷力F / kN合模缸合模90100鎖模9001000開模4955座移缸移動2.73預緊2730注射缸注射1922132.1.4進料液壓馬達載荷轉矩計算5 X103P “、5 X103T = = 796N - mw 2 2 x 3.14 x 60/60取液壓

13、馬達的機械效率為0.95，則其載荷轉矩796 = 838N - m 0.952.2液壓系統主要參數計算2.2.1初選系統工作壓力塑料注射機屬小型液壓機，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設計手冊，初步確定系統工作壓力為6.5MPa。2.2.2計算液壓缸的主要結構尺寸2.2.2.1確定合模缸的活塞及活塞桿直徑合模缸最大載荷時，為鎖模工況，其載荷力為1000kN，工作在活塞桿受壓狀態。活 塞直徑4 F1 - P2（1-中2）此時pl是由增壓缸提供的增壓后的進油壓力，初定增壓比為5，則p1=5X6.5MPa = 32.5MPa，鎖模工況時，回油流量極小，故

14、p20，求得合模缸的活塞直徑為m = 0.198m:4 X100 X104m = 0.198mV3.14 x 32.5 x 106取 Dh=0.2m。ffl 1ffl 1合好按表 25 取 d/D = 0.7，則活塞桿直徑 dh=0.7X 0.2m=0.14m，取 dh=0.15m。為設計簡單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體（見圖1），增壓缸的 活塞直徑也為0.2m。其活塞桿直徑按增壓比為5,求得D 2.0.22d = | 5 = “I 5- = 0.089m，取 d =0.09m。2.2.2.2注射座移動缸的活塞和活塞桿直徑座移動缸最大載荷為其頂緊之時，此時缸的回油流量雖經節流閥，

15、但流量極小，故 背壓視為零，則其活塞直徑為4 F4 x 3 x 104一D =、|= *-10 m = 0.076m，取 D =0.1m由給定的設計參數知，注射座往復速比為0.08 / 0.06=1.33，查表26得d/D =0.5，則活塞桿直徑為：d =0.5X0.1m=0.05m2.2.2.3確定注射缸的活塞及活塞桿直徑當液態塑料充滿模具型腔時，注射缸的載荷達到最大值213kN，此時注射缸活塞移動速度也近似等于零，回油量極小；故背壓力可以忽略不計，這樣.4F 4x 21 3x 104D =，竺=.4X .3X10 m = 0.204m，取 Ds = 0.22m； 門叩、兀x6.5x 106

16、活塞桿的直徑一般與螺桿外徑相同，取ds = 0.04mo2.2.3計算液壓馬達的排量液壓馬達是單向旋轉的，其回油直接回油箱，視其出口壓力為零，機械效率為0.95, 這樣赤 T 2 x 3.14 x 796=m3 / r = 0.8 x 10-3 m3 / r65 x 105 x 0.952.2.4計算注射缸在注射階段的流量A1=n /2 *(Dy/2)-( dy /2)=0.038m2Q=A1 *v=2.72.2.5計算液壓執行元件實際工作壓力2.2.5.1計算注射缸在注射階段的壓力P1=F+P2A2/A1=5.9Mpa.P1=2n T/q=0.3 Mpa.按最后確定的液壓缸的結構尺寸和液壓馬

17、達排量，計算出各工況時液壓執行元件實 際工作壓力，見表2o表2液壓缸的結構尺寸和液壓馬達排量工況執行元件名稱載荷背 壓 力P2 / MPa工作壓力p / MPa計算公式合模行程合模缸100 kN0.33.3F + p A P = 22-1A1鎖模增壓缸1000 kN6.4座前進座移缸3 kN0.50.76座頂緊30 kN3.8注射注射缸213 kN0.35.9預塑進料液壓馬達838 N - m6.02兀TP1 =1 q2.2.6計算液壓執行元件實際所需流量 根據最后確定的液壓缸的結構尺寸或液壓馬達的排量及其運動速度或轉速，計算出 各液壓執行元件實際所需流量，見表3。表3液壓缸的結構尺寸或液壓馬

18、達的排量及其運動速度或轉速工況執行元件名 稱運動速度結構參數流量/（L / s）計算公式慢速合模合模缸0.02 m / sA = 0.03m 210.6Q = Av快速合模0.1 m / s3座前進座移缸0.06 m / sA廣 0.008m20.48Q = Av座后退0.08 m / sA = 0.006m 220.48Q = A2 v注射注射缸0.07 m / sA = 0.038m 212.7Q = Av預塑進料液壓馬達60 r / minq = 0.873L / r0.87Q = qn慢速開模合模缸0.03 m / sA2 = 0.014 m 20.42Q = A2 v快速開模0.13

19、 m / s1.82.3制定系統方案和擬定液壓系統圖2.3.1制定系統方案執行機構的確定本機動作機構除螺桿是單向旋轉外，其他機構均為直線往復運動。各直線運動機構 均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅動，螺桿則用液壓馬達驅動。從給定的設計參 數可知，鎖模時所需的力最大，為900kN。為此設置增壓液壓缸，得到鎖模時的局 部高壓來保證鎖模力。合模缸動作回路合模缸要求其實現快速、慢速、鎖模，開模動作。其運動方向由電液換向閥直接控 制。快速運動時，需要有較大流量供給。慢速合模只要有小流量供給即可。鎖模時， 由增壓缸供油。液壓馬達動作回路螺桿不要求反轉，所以液壓馬達單向旋轉即可，由于其轉速要求較高，而對速度平

20、 穩性無過高要求，故采用旁路節流調速方式。注射缸動作回路注射缸運動速度也較快，平穩性要求不高，故也采用旁路節流調速方式。由于預塑 時有背壓要求，在無桿腔出口處串聯背壓閥。注射座移動缸動作回路注射座移動缸，采用回油節流調速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態，故 采用Y型中位機能的電磁換向閥。安全聯鎖措施本系統為保證安全生產，設置了安全門，在安全門下端裝一個行程閥，用來控制合 模缸的動作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，安全門沒有關閉 時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進控制油，電液換向閥不能換向，合模缸也 不能合模。只有操作者離開，將安全門關閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而

21、 保障了人身安全。液壓源的選擇該液壓系統在整個工作循環中需油量變化較大，另外，閉模和注射后又要求有較長時間的保壓，所以選用雙泵供油系統。液壓缸快速動作時，雙泵同時供油， 慢速動作或保壓時由小泵單獨供油，這樣可減少功率損失，提高系統效率。2.3.2擬定液壓系統圖液壓執行元件以及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起。去掉重復 多余的元件，把控制液壓馬達的換向閥與泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用。考慮注 射缸同合模缸之間有順序動作的要求，兩回路接合部串聯單向順序閥。再加上其他 一些輔助元件便構成了 250克塑料注射機完整的液壓系統圖，其動作循環表，見表 4。表4動作循環表、*ya 鐵 動作1YA2

22、YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA快速合模+慢速合模+增壓鎖模+注射座前進+注射+注射保壓+減壓（放氣）+再增壓+預塑進料+注射座后退+慢速開模+快速開模+系統卸荷第3章液壓元件的選擇3.1液壓泵的選擇1液壓泵工作壓力的確定PpPi+EAppl是液壓執行元件的最高工作壓力，對于本系統，最高壓力是增壓缸鎖模時的 入口壓力，pl = 6.4MPa；EAp是泵到執行元件間總的管路損失。由系統圖可見， 從泵到增壓缸之間串接有一個單向閥和一個換向閥，取EAp = 0.5MPao液壓泵工作壓力為pP=(6.4 + 0.5)MPa=6.9MPa3.1.2液壓泵流量的確定qpK(Eq )由

23、工況圖看出，系統最大流量發生在快速合模工況，工qmax = 3L/s。取泄漏系 數K為1.2，求得液壓泵流量qP=3.6L/s (216L/min)選用YYB-BCl71/48B型雙聯葉片泵，當壓力為7 MPa時，大泵流量為157.3L/min，小泵流量為 44.1L/min。3.1.3電動機功率的確定注射機在整個動作循環中，系統的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大， 為滿足整個工作循環的需要，按較大功率段來確定電動機功率。從工況圖看出，快速注射工況系統的壓力和流量均較大。此時，大小泵同 時參加工作，小泵排油除保證鎖模壓力外，還通過順序閥將壓力油供給注射缸，大 小泵出油匯合推動注射缸前進。

24、前面的計算已知，小泵供油壓力為pP1 = 6.9MPa，考慮大泵到注射缸之間 的管路損失，大泵供油壓力應為pP2 = (5.9 + 0.5)MPa=6.4MPa，取泵的總效率n P = 0.8，泵的總驅動功率為d p q + p qP = PTP 2 2n P= 27.313 kW考慮到注射時間較短，不過3s，而電動機一般允許短時間超載25%，這樣 電動機功率還可降低一些。P=27.313X 100/125= 21.85 kW驗算其他工況時，液壓泵的驅動功率均小于或近于此值。查產品樣本，選用22kW 的電動機。3.2液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統工作壓力在7M

25、Pa左右，所以液壓閥都選用中、高壓閥。所選閥的規格型號見表5。表2-5250克塑料注射機液壓閥名細表序號名稱實際流量/(L / s)選用規格1三位四通電液換向閥2.6234DYM-B32H-T2三位四通電液換向閥3.3634DYY-B32H-T3三位四通電液換向閥0.5034DY-B10H-T4三位四通電液換向閥3.3634DYO-B32H-T5二位四通電液換向閥 0.7424DYO-B32H-T6二位四通電液換向閥V 0.5024DO-H10H-T7溢流閥0.74YF-B20C8溢流閥2.62YF-B20C9溢流閥2.62YF-B20C10單向閥0.74DF-B20K11液控單向閥3.36A

26、Y-H32B12單向閥0.50DF-B10K13單向閥2.62DF-B32K14節流閥0.65LF-B10C15調速閥 0.70QF-B10C16調速閥 1.70QF-B20C17單向順序閥0.74XDIF-B20F18單向順序閥2.70XDIF-B32F19行程滑閥 2300vd _ 3.36 x 0.032=3981 2300V27 X10-6油在管路中呈紊流流動狀態，其沿程阻力系數為:.0.3164人=R 0.25e求得沿程壓力損失為:Ap1=0.03MPa0.3164 x5 x 3.362 x918Ap1=0.03MPa39810.25 x 0.032 x 106 x 24.1.2局部

27、壓力損失局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失 p2，以及通 過控制閥的局部壓力損失 p3。其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計 算通過控制閥的局部壓力損失。參看圖2，從小泵出口到注射缸進油口，要經過順序閥17，電液換向閥2及單 向順序閥18。單向順序伺17的額定流量為50L/min，額定壓力損失為0.4MPa。電液換向閥2 的額定流量為190L/min，額定壓力損失0.3 MPa。單向順序閥18的額定流量為 150L/min，額定壓力損失0.2 MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為/44.1)2(157.3 + 44.1)2(162 )2Ap = 0.4+ 0.

28、3+ 0.23,150 )190)(150)4.31 + 0.34 + 0.23)MPa = 0.88MPa從大泵出油口到注射缸進油口要經過單向閥13,電液換向閥2和單向順序閥18。 單向閥13的額定流量為250L/min，額定壓力損失為0.2 MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為：(157.3 2Ap = 0.2 + 0.34 + 0.23 = 0.65MPa3,2 250 J由以上計算結果可求得快速注射時，小泵到注射缸之間總的壓力損失為Ep1 = (0.03 + 0.88)MPa=0.91MPa大泵到注射缸之間總的壓力損失為Ep 2 = (0.03 + 0.65)MPa=0.68MPa由計

29、算結果看，大小泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選 泵是適合的。另外要說明的一點是：在整個注射過程中，注射壓力是不斷變化的，注射缸的 進口壓力也隨之由小到大變化，當注射壓力達到最大時，注射缸活塞的運動速度也 將近似等于零，此時管路的壓力損失隨流量的減小而減少。泵的實際出口壓力要比 以上計算值小一些。綜合考慮各工況的需要，確定系統的最高工作壓力為6.8MPa，也就是溢流閥7 的調定壓力。4.2系統總輸出功率1求系統的輸出有效功率：p = 1 (:Lf. +尤t c TWi iWj j jt k i=1j=1由前面給定參數及計算結果可知：合模缸的外載荷為90kN，行程0.35m ；注射 缸的外載荷為192kN，行程0.2m；預塑螺桿有效功率5kW，H作時間15s；開模時 外載荷近同合模，行程也相同。注射機輸出有效功率主要是以上這些。P = 55(1.4 x 105 x 0.35 +1.92 x 105 x 0.2 + 5 x 103