注塑机设计（精选12篇）
注塑机设计 篇1
摘要：本文设计的液压注塑机伺服控制系统, 采用压力、流量双闭环控制, 结合了伺服电机快速的无级调速特性和液压油泵的自主调节油压特性, 是一种实现液压驱动注塑机节能的新型液压伺服泵驱动与控制技术。性能测试表明, 液压注塑机伺服泵控制系统对于降低能耗, 提高响应速度和压力控制精度, 具有明显的技术优势。
关键词：注塑机,伺服泵,节能,设计
前言
液压驱动型注塑机的主要组成部分是液压伺服驱动系统和电液控制系统, 研究液压驱动型注塑机的节能技术往往围绕液压伺服驱动技术和电液控制技术两方面相关主题展开。液压伺服泵节能注塑机具有系統油溫低, 控制系统响应快, 重复精度高, 系统稳定性好的特点, 是目前行业的最前沿技术。液压伺服泵节能注塑机应用高精度柱塞泵, 高品质交流伺服电机, 超省电节能, 节能可达30%-80%[1]。本文设计的液压注塑机伺服泵控制系统, 采用压力、流量双闭环控制, 结合了伺服电机快速的无级调速特性和液压油泵的自主调节油压特性, 是一种实现液压驱动注塑机节能的新型液压伺服泵驱动与控制技术。
1 注塑机功率消耗分析
传统注塑机的能耗主要有四个部分:液压驱动系统的耗能达75%-80%;加热控制系统的耗能达10%-15%;冷却控制系统的耗能达5%-10%;其他控制元件的耗能达1%-5%。当注塑机采用定量液压泵时, 液压泵输出流量始终保持不变, 但是注塑机在运行过程中, 其生产工艺的要求是不断变化的。这样, 定量液压泵多余部分的输出流量只能通过溢流阀排回油箱, 注塑机70%以上的能量消耗于液压驱动系统, 从而造成能量的浪费[2,3]。同时, 由于液压油在排回油箱的过程中长期处于全速循环流动, 与相关液压元件、机械零件会产生剧烈磨擦, 造成油温过高、机器寿命缩短等一系列问题。传统液压注塑机的功率消耗情况如图1所示, 在注塑机运行中, 工艺过程有合模、射胶、保压、冷却、熔胶、开模等几个阶段, 每个阶段需要不同的压力和流量。当设定的流量及压力超过生产需求时, 溢流阀或比例阀会调整压力与流量, 这个过程为高压节流。据统计, 采用定量液压泵的注塑机, 溢流造成的能量损失往往高达36%-68%[3]。由图1可以看出, 对于采用定量液压泵的传统液压驱动型注塑机, 当液压缸和液压马达所需的负载和速度发生变化时, 通过液压泵出口的溢流阀和流量控制阀来调节负载压力和流量, 可见, 采用泵控调速系统是实现流量与速度相适应, 并有效减少注塑机液压驱动系统溢流损失的一种方法。
在注塑产品成本的构成中, 电费占了相当的比例, 依据注塑机设备工艺的需求, 传统的注塑机油泵电机耗电占整个设备耗电量的比例高达80%-90%。伺服节能技术应用到注塑机上, 比普通定量泵注塑机节能高达30%-60%, 比变量泵节能最高可达20%-50%, 同时, 可提高生产效率10%左右[4]。因此, 伺服节能技术有着广阔的发展空间。
2 注塑机伺服节能控制系统设计
注塑机成型工艺是借助螺杆推力, 将已塑化好的熔融状态的塑料以高压快速方式, 注射到闭合好的模腔内, 经冷却固化定型后取得制品的工艺过程。
注塑机伺服控制系统是用伺服电机取代原异步电机, 用柱塞泵取代原叶片泵, 另外增加伺服驱动器, 构成注塑机伺服控制系统。注塑机伺服控制系统取代了传统的PQ阀控制, 对生产所需的压力和流量采用闭环控制, 注塑机伺服电液系统的结构如图2所示。
注塑机伺服控制系统工作原理为:液压泵的流量与电机的转速为正比关系, 油路压力也正比于电机的输出扭矩。在油压还没有建立的时候, 用流量正比于转速的方式运转油泵。油压建立起来之后, 利用PID调整出来的转速控制, 由于PID的平衡作用, 油压可以稳定在给定值。总之, 当压力未达到给定值时, 伺服马达转速由流量指令控制;压力到达后, 伺服马达转速由压力指令和压力反馈差值运算出来的速度控制。同时液压伺服泵控制系统通过获取比例压力阀的控制电流信号得到相应的系统压力, 并且使其与电机设定的在不同压力下的最低可靠稳定运行转速曲线相比较, 从而得到在当前压力下电机运行的最低频率, 从而避免出现压力脉动的情况[5]。注塑机伺服液压泵驱动器系统组成如图3所示。
在伺服液压泵注塑机各工艺阶段, 系统的压力和流量是按照工艺要求而变化的。因此, 在每一个注塑周期中, 能保证液压系统压力和流量与之相适应, 系统流量大小、压力输出与负载需求趋于一致。
3 注塑机液压泵伺服系统性能测试
3.1 液压泵伺服系统响应速度及其影响因素
液压泵伺服系统响应速度快慢是衡量液压泵伺服驱动系统和控制系统的重要技术性能指标, 液压泵伺服系统配置的伺服电机的最高转速和液压泵的排量是提高响应速度的两个主要影响因素。相同规格的注塑机液压泵伺服系统配置的电机最大工作转速越低, 液压泵排量越大, 系统的响应速度越快。通过实验表明:液压泵伺服系统响应时间能达到40ms-50ms, 应用高频响应伺服阀的液压泵伺服系统响应时间能达到25ms-40ms。而相同规格的变量泵系统的响应时间能达到70ms-120ms。在额定负载下, 某液压泵伺服系统速度响应曲线如图4所示。由于液压伺服泵采用闭环控制方式, 响应频率高, 注塑机可以获得极高的重复精度, 有利于提高注塑机生产制品的精度以及加工精密制品的能力。可见, 响应速度快能提升注塑机成型精密制品的能力和运行效率, 响应速度快是液压泵伺服驱动和控制系统的技术性能优势之一。
3.2 压力控制精度及其影响因素
在注塑机运行中, 有合模、射胶、保压、冷却、熔胶、开模等过程, 各阶段需要不同的压力。保压及高压锁模是注塑机两个重要的工艺环节, 注塑机需要进行压力控制, 并对压力控制精度有较高的要求。图5是某液压泵伺服系统压力测试曲线。注塑机系统进行压力控制时, 伺服电机转速低至20%-150r/min, 低转速工作条件下, 压力波动较大。通过实际测试发现, 不同系统的压力控制精度相差较大。系统配置双排量柱塞泵时, 可以获得更好的节能效果, 且压力控制更稳定, 与双排量柱塞泵相配合, 系统的性价比得到了提高。同时高精度、高响应的PID算法模块使系统压力非常稳定, 压力波动小, 提高了产品的成型质量。压力控制精度的影响因素主要有压力传感器的检测精度, 液压泵的容积效率, 伺服系统的闭环转矩控制精度以及机器液压油缸的密封性能等。
4 结语
与传统的定量泵和变量泵系统相比, 伺服泵系统采用了压力、流量双闭环控制, 结合了伺服电机快速的无级调速特性和液压油泵的自主调节油压特性, 带来较好的节能潜力。对多种液压泵伺服系统的性能测试实验说明, 伺服泵系统对于降低注塑机能耗, 提高系统响应速度和压力控制精度, 具有明显的技术优势。伺服泵注塑机液压系统具有高精度、高灵敏度、低噪音、比例、伺服控制和微处理器等特点[6]。伺服注塑机是以微机闭环控制为特征的液压注塑机, 随着电子技术和伺服控制技术的提高, 伺服泵控制的应用和其他一系列方法的改进, 液压注塑机越来越节能环保, 同时能够实施过程控制, 从而保证产品的质量。可见, 液压伺服注塑机是注塑机行业的发展新趋势。
参考文献
[1]杜青林.液压注塑机伺服泵控制方法研究[D].2010.
[2]王兴天.注塑工艺与设备[M].北京:化学工业出版社, 2009.
[3]王昌焱.全液压式注塑机液压系统的功率损耗[J].2007 (2) :42-43.
[4]张涛, 李斌礼, 李子玉.基于液压泵伺服驱动的注塑机节能技术研究[J].2010 (8) :73-75.
[5]张毅成.液压式注塑机通用控制器的研究与开发[D].2006.
[6]刘子恒.我国注塑机控制技术及发展趋势[J].2011 (2) :46-48.
注塑机设计 篇2
注塑模具设计经验总结大合集
今天闲着没事来论坛看看，听说这个论坛比较不错。看完几个帖子后，我实在是坐不住了，我闲暇的时候也曾经浏览过很多关于模具结构的论坛。但看来看去，总是那些东西。很少有人能把真正设计模具的要点指出来。我是从事注塑模具结构设计的，曾经设计过家电，汽车，电子产品类的模具。设计水平不见得很高，只是干过的活比较多比较杂而已。今天刚好闲着没事，跟大家共同讨论下关于注塑模具结构设计的问题。首先我们拿到了一个产品后，先不要急着分模，最重要的一件事就是先检查产品结构，包括拔模，厚度等模塑型问题。当然这些对于一个刚刚从事模具结构设计的人来说，可能是比较困难的。因为他们可能不知道如何才是比较适合模具设计用的产品，这些没关系，只是自己日常积累的一个过程。当你分析完产品的拔模，壁厚，以及在出模方向有倒扣的地方后，你基本上已经知道了模具分型面的走向，以及浇口的位置，当然这些最终还是要跟客户确认的。有人说，是不是我分析好了产品结构后，就可以开始设计模具了呢，答案当然是NO。要想在设计时少走弯路，一些关于影响模具结构的项目是一定要确认好的。具体内容如下：来生产的注塑机的吨位及型号类型，这个确认不好，你就没法确认你模具的浇口套的入口直径以及定位圈的直径，顶出孔的大小跟位置，还有注塑机能伸进模具内的深度，甚至模架的大小，闭合高度等等。你辛辛苦苦的设计好了一套用油缸抽芯的模具结构，你也颇有成就感，可模具到了客户那里没法生产，因为客户那里只有电动注塑机，而且没另外加中子，估计那时你会有种欲哭无泪的感觉。磁力码模等等。这个确认好了，你才知道你设计模具时，到底需不需要设计码模螺丝过孔或者码模槽。析后的产品的问题点，以及产品夹线，产品材料及收缩率。不要想当然的认为定要跟客户确认好，要知道他们最终用于生产的材料是什么牌号的，有没有添加什么改性材料等等。有条件时，最好能熟知产品的装配关系以及产品的用途等等，这些信息对于将来的模具结构设计是非常有帮助的。因为了解了这些，你就知道哪些是外观面，哪些是非外观，哪些地方的拔模角度是可以随便加大的，哪些地方是不能改的。甚至包括一些产品的结构，如果你了解了产品的实际装配关系以及用途，你就知道哪些倒扣结构是可以取消或改成另外一种简单形式的。一定要牢记，做模具的过程就是把复杂问题简单化的过程。常看到一些人以做了一套多么多么复杂的结构而感到骄傲自豪，我觉得那是非常得无知。因为很多产品工程师可能会由于自身的经验问题，设计了一些不太合理的结构，如果作为下游工序，不能帮他们指正的话，他们可能永远都觉得那样设计是没问题的。那我们产品工程师的进步就会非常的缓慢。接参数，油路外接参数，电路外接参数，气路外接参数。只有在设计之前了解了客户这些要求之后，你才能有预见性的设计水路油路气路，别到时辛辛苦苦设计好了模具，后来发现客户需要在模具内部串联油路，那时你再改动，估计会累个半死，因为你水路，顶杆，螺钉什么的都好不容易排好了位。像这四路的设计顺序一般是先保证油路，因为油路要分布平衡，特指需要油缸顶出的模具结构，如果油路不平衡的话，油缸顶出的动作就会有先后，容易顶出不平衡。当然也可以采用齿轮分油器最后才是气路跟电路。在模具上的放置顺序是，最靠近5，其它未尽事项。掌握了这些信息后，我们就可以着手设计模具了。首先是分模，这个过程估计是大家都比较喜欢的过程。因为分出模来有成就感。拉分型面的原则就是简单即好，能拉伸出来的坚决不扫描，或者用其它高级命令。其次拉分型面时要有大局观，尽量简化分型面，不要搞的七七八八的，如果不是精密模具，那些就要避免。另外分型面还要遵循一个原则，就是尽量顺着产品趋势做。那样做出来的分型面才会外话，在学习三维软件时，一定要切记，每个命令的原理都弄明白，那你就知道在什么时候能用到那个命令。很多时候重要的不是你不会用软件，而是你不会活学活用软件。同样一个命令，有经验的人会有很多种灵活的用法，这点体现在UG上是最明显的。一句话，重要的是思路，而不是工具本身。在做分型面的时候，只需要知道，插穿面的角度能大就大，碰穿面的面积能大就大，拉出来的枕位能宽就宽。要充分考虑你现在手上拉的这个分型面将来实际模具做出来后，人家车间负责飞模的师傅会不会骂你就行了。如果你觉得不会挨骂，那就就是你的经验。在做分型面的同时肯定是要考虑滑块跟斜顶的排布的，因为那些也要涉及到分型面的改动。典型滑块结构就是三角函数关系，这个没事自己多算算就行，但要保证斜导柱的角度不要太大，尽量做到的原则就是能粗就粗，别太小气，因为斜导柱是要受力的。另外滑块也分很多变异的结构，例如，上坡滑块，下坡滑块，内抽滑块，油缸抽，前模滑块，滑块带滑块，滑块带反顶，滑块带斜顶，等等，这些特殊结构都是充分利用了三角函数关系式，目的就是为了实现产品倒扣的脱模，及模具的正常开合模动作。滑块的计算公式各大论坛都有详细的介绍，我2，客户注塑机的码模方式，一般常用的是压板码模，螺丝码模，液压码模，,但那样就更复杂了.其次是水路，因为水路要保证冷却效果，分布不均会影响产品质量及模具寿命。PPTOP方向的是电路，然后是水路，气路，最下面的是油路接头。OK，继续进行，当将来你真的被骂了，这些1，客户用3，刚才我们分1.5%，这个一4，模具水路外0.1~0.5的插穿位能避免的beautiful。串插一句题30度以下。斜导柱选用的塑料收缩率就一定是 就不在此赘述了。其次是斜顶，斜顶比较灵活，但典型斜顶的角度也不要
太大，尽量不要超过15度，当然你非要做20度也行，但寿命就很难保证了，而且动作也会很不顺畅，具体原理参照三角函数与理论力学。斜顶的形状有很多演化形式，例如，上坡斜顶，下坡斜顶，歪脖子斜顶，镶拼斜顶杆的大斜顶，镶拼圆杆的大斜顶，镶拼挂台的小斜顶，顶块下面走斜顶的，滑块上走斜顶的，斜顶上走斜顶的，斜顶上带反顶的，等等，这些所有的结构都是一个目的，利用三角函数把产品的倒扣做出来。由此可见，学好三角函数是多麽的重要啊！所以至于各种特殊的结构，都是人想出来的，你大可以充分发挥你的想象力，不管什么样的结构都可以去随便想，想好了，就去大胆的设计，搞不好你就有新发明呢，但设计完后，一定要验证下三角函数的关系，就是实际模拟下模具的开合模动作，以及考虑下在注塑时会不会有问题等等。说着说着，我们分模分好了。接下来就是模具结构的排位了，这些内容都是事先要理清头绪的，根据产品的实际情况，选用不同类型的模具结构，例如，两板模，三板模，热流道，IMD，IML，双色，叠模等等。所有的模具结构类型都是为了能很好的实现产品的量产而服务的。在选用模架时，我们就要充分考虑刚才提到的那4点注意事项了。选好了模架我们就要考虑模具的镶拼了，镶拼的原则就是简化加工，节省材料，利于产品成型，比如排气等等。你觉得模具上存在特别薄的地方，一定要单独镶拼出来，易于将来更换。在镶拼的时候要充分考虑镶件的强度，加工性，以及将来水路的可设计性。镶拼完了后，就要加标准件了。加标准件的原则就是先重点后局部，尽量布置平衡对称。一般都是要先加顶杆的，加顶杆时一定要考虑水路的排布。一般情况下，要优先考虑顶杆的排布，然后大体设计水路，然后再根据实际情况调整水路顶杆，使两者达到平衡。加顶出的原则就是抱紧力大的地方，另外要加在产品的楞，台，边等强度结构比较好的地方，以免顶白或顶出不平衡。排水路的原则就是加顶出的原则，因为一般来讲，产品抱紧力大的地方也就是产品的热点，需要加强冷却的部位，这个矛盾需要调节好。至于到底是用顶杆还是用顶块或者推板，就需要具体问题具体分析了。这个要结合产品的结构特点来分析，比如产品容易粘前模，就要考虑要不要后模加倒扣，或者前模加顶出，这些都是自然而然的事情，但很多朋友都不会想全面是什么原因呢，那还是因为没有对产品结构分析充分，没有实际考虑下产品在注塑过程中的状态。这是问题的关键。顶杆水路加完了，剩下的就是那些乱七八糟的标准件了，大家在加的时候尽量考虑对称平衡就是了。整套模具设计完成后，一定要做以下几项检查，首先是镶块的拔模分析，看看有没有倒扣的地方，其次是模具各零件的干涉检查，重中之重。现在的三维软件都有这项功能，方便的很。然后就是模具开合模动作的模拟，再简单的模具只要自己不是太清晰，就一定要实际模拟下，另外就是模具各零件的可加工性以及模具的装配过程，别辛辛苦苦设计出来了个巧妙的结构，理论计算也没问题，加工完了，结果装不进去，或者不好装配。至此，可以恭喜你了，大体的流程都已经结束了。其实模具设计是个充满着矛盾的事情。想设计完美些，模具费用就高了，想设计简单一些，可能产品就要改或者模具的强度，使用寿命都会有影响。所以模具设计没有绝对的。只要寻好了那个平衡点，你设计的模具就是成功的。所以，别人设计的结构未必都适合你。只要遵循了以上的模具设计要点，估计大家都能设计出比较合理的模具结构来。由于时间紧张，讲的有些地方词不达意，并且本人水平有限，有些地方可能有点偏颇，希望大家都能讨论下。如果有朋友对模具结构有兴趣，也可能跟我共同讨论下，大家互相学习，共同进步！今天先大体讲下，有时间再进一步拓展下。
注塑模具设计及应用技术探析 篇3
关键词：注塑模具；设计；应用；仪表板
随着以塑代木、以塑代钢等技术成为一种发展趋势，在医疗、汽车等行业逐渐增加对大型塑料零部件的使用量的情况下，人们对于塑制品中重要的工艺装备生产越来越重视，即大型注塑模具，其设计与应用水平的高低，直接影响到注塑制品的质量。
1.塑件结构工艺性分析
本文以某机械仪表板作为研究对象，因为在设计中已经确定了原材料的使用以及制品的基本结构，所以，主要是探讨模具的设计与工艺两个方面，希望能够尽可能减少这两个方面面临的问题。
塑料的制作需要按照使用要求进行设计。想要让塑件制作符合要求，需将塑料的性能特点完全发挥出来，再考虑其结构工艺性，在使用要求基本满足的前提下，尽可能将模具结构简化，在满足成型工艺的要求下，提高生产效率，降低生产成本[1]。
塑件结构的工艺性指的是对塑件结构形状以及外观质量进行分析的基础上，观察其是否能满足成型工艺的要求，其主要包含几何形状、表面粗糙度、尺寸精度、壁厚、成型孔分布、均匀性等方面。合格的制品离不开良好的结构工艺性这一基础，同时其也是顺利开展注塑工艺的前提条件。在模具设计之前，应分析塑件结构，确保成型工艺，之后再对相关的设计难度进行深入探讨。
2.模具结构设计方案
在注塑成型过程中，主要包含充填、保压、冷却和开模，其中，冷却与充填的进行是基于模具的浇注系统和冷却系统，它们直接影响了塑件的成型质量、使用设备要求以及成型周期。所以，在模具设计中，浇注系统和冷却系统的设计尤为关键，同时，也是两个直接衡量模具设计是否能够成功的关键。对于生产周期较长、价格昂贵、试模需要花费大量成本的大型注塑模具而言，合理设计浇注系统和冷却系统所具备的现实意义更为巨大，所需要考虑到的问题也较多[2]。
2.1浇注系统设计
在注塑模中，浇注系统承担传热与传质两种作用。是否能合理设计浇注系统，直接影响到充模时的流动状态、充模的难易程度以及是否能够顺利的完成开模等。
因为仪表板本身的外形尺寸偏大，其结构较为复杂，需要花费较长的熔体充填流程，因此，在注塑过程中很容易出现难充填，或者是充填不均匀的情况，直接对塑件的成型质量产生影响。考虑到热流道技术可以对熔体的充填情况加以改善，为了确保模具以此设计、试模成功，满足塑件的质量要求，则采用多点进浇、冷热流道相互结合的方式，再配合上注塑模CAE软件Moldflow作为辅助进行设计，以满足各个部分尺寸参数的需求。
2.2冷却系统设计
在注塑成型过程中，除刚开始需要进行预热处理之外，大部分模具温度都是依靠冷却系统来控制的，在型腔中，塑料制品的冷却时间占据整个周期的70%-80%，塑件质量的高低直接受到模具型腔温度高低以及温度均匀性的影响。所以，是否能合理地设计冷却系统，直接对塑件的质量与生产效率产生了直接的影响。
为了提高生产效率，满足制品的质量，根据大型注塑模具冷却系统对冷却的实际需求，采用模具的型芯利用隔板式的冷却方式，型腔选择直通式的冷却方式，再借助Moldflow进行辅助设计，以满足各个部分尺寸参数的需求。基于Moldflow的大型注塑模具冷却系统的设计：
第一，冷却系统的设计概述：模具冷却方式一般是在型腔、型芯等部位合理地设置冷却管道，并通过调节水流量及流速来控制模温。模具冷却系统设计主要包括冷却管道结构、管道直径及位置尺寸以及管道布局的确定等。
第二，基于MPI/Cool模块的冷却回路分析：针对设计原则，对冷却系统的传热学设计进行计算，就可以初步得出其尺寸，然后选择冷却回路的最佳方案。下面应用Moldflow的MPI/Cool模块来检验冷却系统的冷却效果，判定设计的冷却系统是否合理。冷却水选择25℃的自来水，其雷诺指数为10000，选择TPP20AC17BK材料推荐所项出的温度为93℃，对于仪表板模具冷却系统分析具体如下：
其一，冷却时间，当制件凝固了80%，流道达到60%的凝固，制件就能够顶出，完成冷却。如果成型时间为45s，制件的冻结层因子是1，就表示凝固完全，其流道凝固层的比例达到60%，能够满足冷却的需求。其二，冷却介质温度，一般来说，冷却回路进出口介质温差不得超出2.3℃，而本文的介质温差为0.39℃（如下图1）即能满足要求。其三，图2表示的是在结束冷却后产品的最高温度，即83.2℃，低于材料顶出温度93℃，也能满足要求。
3.结语
总体而言，想要提高模具的设计和实际的应用技术水平，还需要机械业内相关的工作者在实际的工作环节中不断地总结与探索，才能将模具注塑过程中面临的各个类型的缺陷消除，为今后更优质的模具塑制品奠定质量基础，满足机械行业发展需要。
参考文献：
[1]黄雁彬.基于知识的注塑模具设计若干技术研究[J].科技创新与应用，2014，27：91.
[2]沈健民.精密注塑模具的设计加工及发展前景探析[J].科技创新导报，2012，30：38.
浅谈注塑机结构设计的现状及优化 篇4
1 现状分析
目前, 合模机构已经成为了国内研究塑料器械的主要着手点, 且注塑机被广泛应用于汽车制造业和电子加工业。我国注塑机生产技术的发展现状如下。
1.1 生产规模大、竞争激烈
对于我国国内的发展趋势而言, 塑料结构已有长期的经营经验, 国内已有众多商户致力于注塑机的生产, 在1994年的时候就已突破26亿。因此, 随即而来的便是生产的扩大化, 其发展的速度远远超乎实际的想象。注塑机的快速发展得益于合资兴办企业想法的实现, 其中, 最成功的例子无疑是台港间的合作, 他们合作生产的产品, 其性能要优于国内其他的产品。
1.2 生产产品品种多样
注塑机的生产品种逐渐丰富起来, 有利于企业扩大规模再生产, 它的销售对象主要是一些中小型企业。在我国, 现已有约0.7的注塑机注射量在60~6 000 an之间。目前, 我国还无法实现大型注塑机的生产, 现在国内对注塑机的研究水平较低, 还无法研究开发成型。
1.3 新技术的应用
随着研究力度的加大, 我国对注塑机的研究有了新的突破, 但仍与一些发达国家之间存在明显的差距, 仍需要在技术应用、产品性能方面下功夫。国内之前一直处于技术水平落后的状态, 自从各种形式的合资企业兴办后, 注塑机迅速崛起, 在注塑机的发展历史上具有里程碑的意义。国内大多数企业采取的是进口电器的液压件, 以有效克服自身的技术条件限制, 从而体现新技术革新带来的新鲜血液。对于少数企业来说, 为了适应巨大的市场需求, 必须要对塑料机械进行改装, 并再次开展优化工作, 以体现我国的创造力和生产技术水平。
1.4 注塑机进口量日益增大
因我国注塑机产品单一, 因此, 注塑产品的生产受到了较大的限制, 我国国内的研究水平仍然处在中下水平。以前, 国内生产的注塑制品还不能够满足实际需求, 因此, 只能大量从国外进口。由于该方向研究型人才的缺乏, 使得我国与发达国家之间的差距十分明显。后来, 我国对注塑机的研究和使用获得了质的飞跃, 在1994年的展览会上, 该制品受到了广泛的好评, 最终实现了技术水平的进一步提高。
2 注塑机合模结构的优化设计
注塑机的核心构件是合模结构。对核心而言, 它的体现方式有四种, 分别是全液压直压式、新型内循环式、肘连杆式和无拉杆式。针对实际的生产需要配置不同形式的合模机构, 注塑机合模结构的优化主要从这四种形式的设计理念入手。
2.1 全液压直压式合模机构
如图1所示, 全液压直压式合模机构主要是由快速移模式油缸和锁模活塞式油缸两大部分构成。采取图中的装配方式不仅能够提高合模的速度, 还能实现最大空间的合模。这种方式的合模结构应用范围较广, 但在实际生产中常会遇到一些阻力, 例如耗油量。
2.2 新型内循环合模机构
虽然新型内循环合模机构在市场中不常见, 但是内循环式有自身的优势, 例如, 油耗较小、移膜速率快, 能够提高工作效率。但也存在一些缺点, 即结构过于复杂, 使用过程比其他构件烦琐;对产品的精度要求过高, 造成了成本的增加。
2.3 肘连杆式合模机构
在节能环保方面, 肘连杆式合模机构要优于液压式合模结构。它具有反应快、灵敏度高和适应性好等特性, 最重要的是可以将噪声控制在一定范围内。因此, 肘连杆式合模机构自然成为了市场的佼佼者。目前, 注塑结构合模式依据内翻状态下的五点双曲肘式的合模结构进行设计优化, 不断实现着机械能和动能之间的完美转化。但不可避免的是设备的磨损程度较大, 长期使用会造成设备的准确性下降, 所以, 提高产品的稳定性成为了首要解决的问题。
2.4 无拉杆式合模机构
真正实现合模结构改变的是无拉杆式。它的工作机理是在原本的设计上增加了基础框架。这样不仅缩小了作用面积, 而且使安装和拆卸工作更加方便。现在已经可以完全实现不同方向的注射安置, 提高了产品自身的竞争力。
3 注塑机模板的设计优化
3.1 注塑机模板的有限元分析
要想了解结构内部, 知道问题出现的根源, 就必须采取有限元分析方法。它可以体现出构件内的应力分布情况。影响构件内应力分布的因素主要有优化结构的形状、优化尺寸和技术选取等。常用的有限元分析软件主要是ANSYS。它的优点是具有高效的信息处理功能, 能够对多方面的信息进行整合处理, 功能非常多。设计优化、分析模态都是它在生产中的实际常用。
3.2 注塑机模板设计中有限元软件的应用
结构的好坏可以通过软件来体现, 但是模板的选取直接影响着产品的质量。有限元软件的广泛应用体现出注塑机模板设计的不断优化。通过分析其内部结构, 可以及时对结构构件进行处理, 为注塑机结构的改进提供可能。
4 结论
注重优化注塑机结构设计, 是为了更好地处理结构内部。依据注塑结构的性质发现其存在的主要问题, 研究出解决办法, 植入注重绿色环保理念, 创造出一个新型、可持续发展的科学方向。要更好地实现注塑结构的绿色优化, 在实际应用过程中真正实现高效节能的设计思想, 就要从技术难题、系统控制等方面进行研究, 更好地服务于社会, 实现生产利益的最大化。
5 结束语
目前, 市场对塑料制品的要求日益严格。为了适应这一形势, 我们必须从塑料制品本身出发, 对注塑机合模结构进行合理分析。不论是核心构件的高效节能, 还是施工工艺, 都需要进行详细的优化分析, 以提升结构的性能。还要建立完善的监督体系, 加强施工建设的监管力度, 保护工程建设中的设备。对于施工材料的保管, 应该设置相关岗位和人员, 并记录材料数目和种类, 从而保障工期的顺利完成。对于注塑机结构的优化而言, 绿色环保已经成为新时代的标志, 要想在市场中处于不败之地, 就必须不断优化自身结构, 加大施工工艺的研究力度, 创造一个科学化、合理化和绿色化的生产环境。
参考文献
[1]曹世益.城市公共交通掀起安防建设高潮[J].中国公共安全 (综合版) , 2011, 3 (11) :142-145.
注塑机设计 篇5
我所写提交的论文肥皂盒底座注塑模具的设计，是我在根据查找相关书籍资料并请教专业老师的情况下，独自进行思考研究，取得的成果。除了文中已经标注的引用内容之外，本篇文章中绝对不会出现剽窃，撰写他人所有的研究结构。还有，对于在我完成论文的期间帮助我完成论文的个人和集体，我都已经在论文的各处添加了说名和备注，并且我十分感谢他们对我的帮助。
作者签名：日期：
摘 要
我的这篇论文是关于肥皂盒底座的注塑模具的设计，运用ABS材料对模具的加工，然后进行关于模具设计的工艺流程。根据肥皂盒底座的整体结构，我决定该模具使用侧浇口进行浇注，和单分型面注塑模具，型腔则是一模两腔，从具体模具结构出发对模具的浇注系统，而对于整套的成型结构，如冷却，浇注，顶出等系统还有数据的校核检验，都进行了详细的分析。
关键词：肥皂盒，单分型面注塑模，侧浇口，ABS
目 录
一 引言..................................................................01 二 塑件的工艺分析........................................................02 1.塑料件的设计要求......................................................02 2.塑件原材料分析........................................................03 3.初步拟定模具成型方案..................................................04 三 注塑模具设计..........................................................04 1.型腔的分布............................................................05 2.选择分型面............................................................05 3.型腔与型芯的结构尺寸..................................................05 4.模架的添加............................................................05（1）定位圈与浇口套.......................................................06(2)浇口.................................................................06(3)流道.................................................................07(4)推出机构.............................................................07(5)冷却水道.............................................................08 四 模具的工作原理........................................................08 1.模具的装配图..........................................................08 2.模具的工作原理........................................................08 五 注塑机参数的校核.....................................................09 1.注射机有关工艺的参数校核..............................................09 总结..................................................................10 参考文献.................................................................11 谢辞....................................................................12
一 引言
肥皂盒是我们家庭中日常必备品，每家每户都会有那么几个。商店超市里所出售的肥皂盒也多种多样，丰富多彩，而且有些设计很特别的肥皂盒还会很分受消费者们的喜爱，十分畅销。虽然此次所设计的肥皂盒结构较为简单，但其外观和实用性均经过缜密的思考。并且为了防止香皂遇水熔化，所以在底座水平面处开了若干漏水孔。对这次的设计，我采用单分型面的注射模，用一次成型的方法，推出机构使用的二十推杆，这样可以保证它的整体性，而不被破坏。
在现代塑料产品的生产过程中，有以下3点必不可少缺，拥有高效的机床设备、使用合理的加工工艺加工塑件。还有先进的模具，如果要发挥它的作用的话，我们还要采用效率高，自动化程度也高的设备才行。还有模具对产品的生产的要求，对塑料加工时产生的要求和产品的造型的设计都有很关键的作用。随着塑料制品的种类，生产量的增加，对注塑模具的要求也慢慢变高，所以迫使注塑模具需要不断的发展，才能满足目前国内需求。如果我们要看一个国家的工业生产的发达程度到底是如何的话，我们只需知道其模具制造技术就行了。
二 塑件的工艺分析
1.塑料件的设计要求（1）塑件名称：肥皂盒底座（2）塑件设计要求：
① 生产批量：大批量
② 塑件材料：ABS ③ 如没有标注公差，取MT5（3）肥皂盒底座的三维图：
如图2-1所示，这是就是我所设计的肥皂盒底座。因为肥皂盒是每一个家庭的都需要的东西，所以在我们生活中非常容易见到。我决定使用ABS塑料来加工。我因此请求的肥皂盒注射模设计的基础，它必须具有以下的设计要求，要拥有一定的外观，结构合理，大小适中，易于使用。（4）肥皂盒的尺寸图：
图2-1
图2-2 如图2-2所示，为肥皂盒底座的尺寸图，使用UG软件建模。
2.塑件原材料分析（1）ABS的基本特性
ABS是由丙烯腈，丁二烯，苯乙烯共聚而成的。ABS塑料拥有者三种材料的特性和优点，所以它的性能十分出色。丙烯腈的特点是耐化学腐蚀的能力强和拥有很高的硬度，丁二烯让塑件有更好的韧度，苯乙烯它具备出色的可染行和加工性能。
ABS颜色略微呈黄色，没有气味，也没有毒，加工完成后的产品颜色也很饱满。密度为1.02-1.05g/cm³。ABS的抗冲击的能力很强，不容易变形，即使温度很低，它的性能也不会有太多的改变。根据上述分析，可知ABS有不错的耐磨性和机械强度，耐寒，耐水，耐油，稳定性也高。酸碱盐，还有水对ABS几乎无影响，但酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
（2）ABS的主要用途
ABS塑料的用途很广泛，在建筑方面，电器领域，汽车制造上都有使用到。例如汽车方向盘，通风管，门锁，还有冰箱，电视，空调等。而在工业上，还会用来制造齿轮，泵叶轮，轴承等，可说是最实用的塑料。3.初步拟定模具成型方案
在我们设计模具的时候，必须考虑到它的经济效益，所以我根据模具塑件的结构形式，决定用一模两腔来加工。
为了加工时的严谨，我为这模具设计了两套加工方案，根据不同要求来删选。（1）模具的设计方案
方案一：浇口形式为直接浇口，型腔则是一模两腔。浇口的具体位置放在肥皂盒底座的表面上，然后使用推板推出机构推出塑件。
方案二：虽然也同样采用一模两腔，但是它最主要的区别是塑件的加工平面的中心，因为使用的是侧浇口来进行注塑的，浇口在分型面处，然后用推杆脱模。
（2）对于设计方案的分析
方案一：虽然使用推板推出会更好的保护塑件不受破坏变形，但是其选用直接浇口的话是不合适的，通常的肥皂盒都比较薄，如果注射的压力直接加到肥皂盒上的话，很容易产生应力变形，导致塑件被破坏。
方案二：虽然使用顶杆顶出，但关键在于其的侧浇口，浇口在塑件的分型的地方，侧面进料，可以充分控制料的进出时间，剪切浇口的时候也十分迅速，断面也小，所需的技术也不高，很适用。
塑件的外观质量也有一定的要求，外表面不能出现缩孔、气泡、划伤等各种缺陷，且要求较高的表面粗糙度，不适合中心浇口，直接浇口，所以优先使用侧浇口。经综合考虑来看，采用方案二。
三 注塑模具设计
1.型腔的分布
当我们确定型腔的时候，要考虑到下面的几点（1）注射机注射量的最大值需要满足（2）锁（合）模力的大小（3）塑件精度（4）经济性
由于塑件有以下的特点，生产批量巨大，重量较轻，结构并不复杂，考虑到生产效率，所以使用多型腔模具。
经过考虑，使用一模两腔的分布。如图3-1所示，2.选择分型面
分型面的选择还要注意以下几点
（1）如果我们要让塑件顺利的脱模的话，分型面的位置就要好好考虑，一般应设在产品断面尺寸最大的地方。
（2）要垂直分型面，还要按固定的方向移动（3）考虑到排气
（4）不能选择表面光滑的平面
图3-1（5）使模具零件易于加工
如题图3-2所示，为所根据肥皂盒底座设计的分型面。
3.型腔与型芯的结构及尺寸
（1）型腔、型芯的结构一共有两种，分别为整体型腔型芯和组合式结构。我因此请求的肥皂盒注射模设计的基础，它具有以下的设计要求，具有一定的外观，结构合理，大小适中，易于使用。（2）尺寸的计算
现在设塑件的尺寸LS是最大尺寸，并其公差按规定负值“-Δ”； 而凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，公差按规定为正值“+δZ”可以得出公式如下：
LM[LS(1S)0.5]Z0图3-2
公式1 根据公式1，可以使用UG软件可以计算得出型腔以及型芯的尺寸 4.模架的添加
（1）定位圈与浇口套
定位圈通常在模具热流道中运用较多，形状是一个金属环，用来定位浇口套。他具有以下的几个特点，可耐高温、精度相对较高，密度高于其它元件等。通常有两种型号，但如有较奇特的要求的话，我们则使用不同定位形式和方法。
浇口套（其英文翻译为：Ingate Sleeve），它是让熔融的塑料的材料从注塑机的喷嘴中注入到模具的内部的流道组成部分，它是用于连接成型模具与注塑机的金属配件的关键部分。如图3-3所示，这就是我所添加的浇口套与定位圈
（2）浇口
我论文中的塑件的浇口为侧浇口。侧浇口易于加工，成型也简单。它的结构也简单调整尺寸的时候也方便，去浇口方便、残留小，选测位置方便，精度准确。而改变截面的尺寸还能够调整充模的速度与注射完成后的凝结时间，还能达到更好的充模效果。各种塑料都能够使用侧浇口进行注塑，但唯一缺点就是脱模是要去除，增加了时间还有成本。
图3-4 图3-3 如图3-4所示，这种侧浇口在形状的设计与形状的加工上,应该确保浇口处凝料的最薄弱的部分应在塑件的表面上，这样的话在开模时，就容易将浇口处切断而且不会留下痕迹。这种浇口便于塑件的注塑成型，还可以降低塑件的表面的粗糙度的值，改良浇口附近的流动的痕迹，提高各项物理性能。为了便于加工以及缩短合模封闭时间，所以浇口的位置应开设在塑件的分型面的地方，然后从塑件的外侧进料，进行注塑加工。
（3）流道
流道可以分为主流道和分流道两类。
主流道也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道等，主流道是指从注塑机喷口与模具主流道的衬套接触的部分起，再到分流道为止的这一段流道。这部分是熔融塑料进入模具型腔后最先流经的一部分部分。
分流道也称作分浇道或次浇道，还能再区分为第一分流道以及第二分流道。分流道是用来过渡主流道和浇口的，使塑料从主流道平缓的进入浇口处。一般都用于一模多腔的模具，是塑料平均的流向各个塑件。（4）推出机构
推出机构有很多种，而塑件又是简单的结构，我就采用了最简单的顶杆推出机构。每个塑件都用多根顶杆顶出，保证强度，推出也很可靠，能够使塑件顺利的脱出。推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉等结构。
①推杆
推杆为保证强度，直径选用6mm较粗的顶杆，形状则是圆柱形的，长度根据模具的大小和推出距离来确定。
把材料的选择，优质碳素结构钢钢，淬火的热处理，回火。②复位杆
复位杆为8mm的圆柱形结构。长度根据模具的大小和推出距离来确定。③推板导套
推板衬套钢材料是碳素工具钢，硬化。硬度为HRC45~48。
④推板导柱
材料选择：碳素工具钢T8A 热处理为淬火处理 硬度为HRC52-55 ⑤推板
推板长为231、宽为181、厚分16mm 采用普通碳素结构钢A3。⑥推杆固定板
推杆固定板长、宽、厚与推板的尺寸相同，分别为230、180、15mm 用普通碳素结构钢A3。⑦固定螺钉
注射机的推出机构都很庞大，有很多的元件，推出的机构的零件有：推杆、复位杆、选用M6内六角螺钉，长度大小为20mm，其作用为固定各板 ⑧支承钉
支承钉的工作部分的直径为20mm,高度则为10mm。下面直径为12mm 处理工艺为调质处理 硬度为HB270-290 材料选用45号钢。（5）冷却水道
模具的型腔周围要安装冷却水管，即水冷的方法。使水在其中不断地循环，带走型腔中的热量，维持所需要的模温，防止其模温过高。根据塑件的形状和冷却温度的要求，结合冷却单元可以提供的要求，对冷却水流量的位置设计。根据所用的材料的收缩率，可沿其收缩的方向设置冷却水道，这样可以抑制塑件的收缩，防止其收缩变形。由于塑件是薄壁型的塑件，所以水道需开设在型腔上面，排列方式可采用竖向排列。由于塑件属于浅型的腔件，所以选用型腔冷却水路的话，能更好的对塑件进行冷却。
注塑模的注射时温度对塑料件质量的影响主要有以下几个方面：
①塑件的变形：模具温度稳定，冷却速度均衡，可以很大的程度上减小塑件的变形
②塑件的尺寸精度：保持模具温度的稳定，能减小塑件收缩时的变化情况，提高塑件的尺寸精度
③塑件的力学性能：降低模具的温度，对塑件的力学性能有一定的好处
四 模具的工作原理1.模具的装配图
图4-1
图4-1 如图4-1所示，注塑模具的模架是由定模座板，定模板固定螺栓，定模板，动模板，型芯，定位圈固定螺栓，定模垫板，动模垫块，动模座板，支撑钉，复位杆，推板固定板，推板，拉料杆，导柱，导套，浇口套，定位圈，推杆，推板导套，推板导柱，动模板固定螺栓等部分组成，根据不同的模具，略有差别。
2.模具的工作原理
该注塑模具使用的是侧浇口单分型面的模具，开模时动模、定模合模。当注射过程开始时，熔融的塑料通过浇口流道注入封闭的型腔中，经过注射、保压、冷却等工序后结束。开模时，定模板还有定模座板先分离，与此同时，主流道中的凝料被拉料杆从浇口套中拉出。当拉杆起到限位作用时，主分型面分离，塑件则是被带往动模，而浇注系统中的凝料脱离，拉料杆则自动脱落。
五
注塑机参数的校核
1.注射机有关工艺参数的校核（1）锁模力与注射压力的校核
F＞p（n·A+A1）公式2 注
P--注射时的型腔压力 A--塑件在分型面上的投影面积 A1--浇注系统在分型面上的投影面积 F--注射机额定锁模力
（2）模具厚度与注射机闭合高度
S≥H1+H2+（5—10）公式3 注
S--注射机的最大开模行程 H1--推出的距离 H2--塑件的高度
根据公式1和公式2可以校核注塑机的参数。
总 结
本次的毕业设计的课题是“肥皂盒底座注塑模具的设计”。在完成论文的过程中，通过查阅相关专业的书籍，我对注塑模具的设计有了更深刻了解。经过每一个步骤的设计，也让我的设计原理有了更好的理解，同时也在书中找到了不好相关知识，弥补了我在学校中学到的知识的缺漏，让我更加深刻的理解了注塑模具。
通过这次的毕业设计，也让我懂得了注塑模在成型前的原理与设计过程。我还知道了以下几个注意点：为了提高模具生产的效率，我们就可以使用一模多腔的设计方法，提高生产数量。但这样的话分流道数目就会增加，而浪费材料，所以我们会使用合理的设计方法，来避免浪费现象的出现。还要注意注塑时产生的气泡，它会影响塑件的质量。采用合理的浇口，也会减少不必要的麻烦，还能提高塑件表面的光滑程度，还能提高塑件的外观。
参考文献
1.屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.高等教育出版社.2007.2.梁士红，王银春.UG注塑模具设计综合实训.国防工业出版社.2013.3.李学锋.塑料模设计及制造.北京.机械工业出版社，2009.4.丁闻.塑料成型模具手册.北京: 西安交通大学出版社，1993.5.王佑生等.塑料模具计算机辅助设计.北京：机械工业出版社，1999.6.福井雅彦等.精密塑料模具与成型技术.北京: 模具技术协会.2006
谢 辞
在此时，经历了好几个月的时间，我的毕业设计论文也终于到了最后收尾的阶段，最后还要请毕业设计指导老师帮我做以下最后的检查工作。通过这次毕业设计的机会，让我查找了很多关于模具技术的相关书籍，使我在这段不是很长的时间里，让我的模具设计的水平有了非常大的提高。我十分高兴。从陌生到熟悉，从接触到了解，这是每个人学习时必须经历的东西，我将会不断地充实自己，弥补自己的不足。
注塑机设计 篇6
关键词：Creo Parameric注塑模具设计教学效果
一、前言
Creo 软件由美国参数技术公司（PTC）开发的新一代CAD/CAM/CAE软件系统。Parameric是Creo软件系统中的参数化建模软件，在模具设计过程中，借助该模块可以为塑料模具设计人员提供快速创建和修改模具零部件的功能，以缩短模具设计周期。
塑料模具设计是模具设计与制造专业的核心专业课程，一般课堂面授缺乏直观性，难以培养学生模具设计能力。在教学中可利用Creo Parameric软件的模具设计模块，通过产品三维模型得到对应的型芯和型腔。下面结合Creo Parameric设计支架座的注塑模具。
二、支架座结构和工艺性分析
下图为支架三维模型展示图。该支架材料为ABS，收缩率为05%，一模两穴。根据图中可看出零件解构复杂：①有一个大体积的侧抽芯；②有两个斜侧抽芯孔。
三、支架座模仁设计
1定位参考模型和工件
打開Creo Parameric软件，点击“文件”-“新建”-“制造”-“模具型腔”，输入文件名，点击“确定”。调入参考模型，点击“自动工件”，输入统一的偏移尺寸后，对“整体尺寸”中的各项值取整，点击“确定”获得工件。
2设置收缩率
在“修饰符”工具栏中，点击“按尺寸收缩”-“输入收缩率005”-“确定”。
3创建分型面
在“分型面和模具体积块”工具栏中，利用“分型面”工具，分别创建两个斜侧抽芯分型面、侧抽芯分型面、主分型面。
4分割体积块
完成所有分型面的创建后，运用“分型面和模具体积块”工具栏中“体积快分割”命令，分步将工件分割成模具成型零件。
5抽取型芯、型腔和滑块
通过第（4）步创建的体积块，点击“元件”工具栏中的“型腔镶块”命令创建型芯、型腔和滑块零件。
6辅助零件设计
模具中的辅助零件主要是指除了模架以外的零件，主要功能是辅助零件成型，常见含有抽芯机构和顶出机构。为了方便斜侧抽芯与侧抽芯等机构顺利运动，通常需要经过详细计算后再决定抽芯机构的形式。对于支架座模具中的斜侧抽芯采用斜滑块形式抽芯，侧抽芯采用斜导柱形式抽芯，底部小孔部分采用型芯推杆的形式。
7、 模架
根据模仁部分的结构分析，选择二板模胚，根据模仁的具体尺寸，选择合适的大小的模胚。
四、结束语
在模具设计中，充分发挥三维软件的功能，能大幅提高教学效果。对于学生来说由于模具图纸的阅读方法和普通机械图纸有一定的区别，因此掌握运用三维软件的设计方法就显得更加必要。将Creo Parameric运用到模具设计教学中，可改善学生对模具图的理解和认知能力。
参考文献：
[1] 齐卫东简明塑料模具设计手册（第2版）.北京理工大学出版社，2012
[2] 宋满仓注塑模具设计.电子工业出版社，2010
注塑机设计 篇7
合模装置是注塑机的重要部件, 其功能是实现启闭运动, 使模具闭合产生系统弹性变形达到锁模力, 将模具锁紧[1]。双曲肘连杆式合模装置由于其速度快、抗胀模能力高、运动特性适应模具要求等优点在实际生产中最为广泛应用。应济[2]、杨安[3]等对合模装置的模板结构优化设计做出分析研究。更多的研究主要集中在连杆机构的优化设计方面。Lin[4,5,6]在提高力放大比、行程比、降低应力等方面进行深入研究;欧迪声等[7]利用三维软件对模型进行运动仿真来优化移模行程;任工昌[8]、叶友东[9]、王诗强[10]等对合模机构进行了运动和动力学分析, 建立双曲肘合模机构行程比和力的放大比与肘杆尺寸及肘杆轴线夹角的关系公式, 利用Matlab优化模块对其进行单目标或多目标统一优化设计;随智能算法的成熟发展, 袁云龙[11]利用遗传算法对肘杆机构长度进行了优化设计, 具有一定的实际应用价值;Huang等[12]研究了移动模板速度属性、力放大比、初始合模角等关键参数关系, 并利用遗传算法对这些参数进行优化。
研究者发现过去针对合模装置连杆机构的优化设计研究主要集中在杆件尺寸、连杆间夹角、斜排角等设计参数的优化以实现曲肘机构杆件质量最轻、行程放大比和力放大比最大, 没有单独对各个连杆件的受应力、应变情况进行分析。十字头连杆作为合模装置的重要零件之一, 是连接十字头和肘杆的连杆, 起着开、合模过程中运动和力传递的重要作用。但是十字头连杆在实际工作过程中容易发生变形甚至断裂等现象, 严重影响生产质量, 生产效率以及生产成本。任彬等[13]对注塑装备数字化样机进行刚柔耦合动力学分析, 单独求解合模装置数字样机起动过程中十字头连杆的弹性变形, 未对其如何优化改进作出深入研究。
本研究以双曲肘内翻式合模机构十字头连杆为研究对象, 根据动力学仿真分析找到十字头连杆受力薄弱状态, 并以该状态下十字头连杆的静力学分析结果, 同时结合不同圆角半径下十字头连杆过渡结构受应力值及其位置点分析比较, 进而提出十字头连杆过渡结构形状改进设计方案, 降低过渡结构的最大应力值。
1 合模机构运动特性分析
笔者研究的五点双曲肘内翻式合模机构三维模型如图1所示, 其运动行程示意图如图2所示。
1—后模版;2—肘杆;3—十字头连杆;4—连杆;5—移动模板;6—拉杆;7—前模板;8—顶出油缸;9—十字头;10—合模油缸
根据文献[5], 则移动模板行程和十字头行程 (合模油缸推杆行程) 分别为Sm、S0。
式中:θ—楔角;α—曲肘角;z—后角, z=α+γ-θ;ϕmax—最大顶角;γ—前极限位置是大曲肘与水平面的夹角, 可通过测量得出;β—连杆角;ϕ—顶角。
所以运动行程比MS=Sm/S0是曲肘角α的函数, 故移模力Pm=P0/MS (α) , 所以移模力是随曲轴角α变化而变化。
2 十字头连杆动静力学仿真分析
2.1 十字头连杆动力学分析
由合模机构运动特性分析可知, 十字头连杆在闭模和开模的过程中, 受力随α变化而变化, 主要克服系统摩擦力、模板及模具的惯性力, 进入锁模状态后, 受锁模力的作用, 发生压缩变形。
本研究将简化后的模型导入ADAMS软件中模拟合模及开模运动过程, 假设整个合模、锁模、开模过程共60 s, 其中合模25 s, 锁模10 s, 开模25 s, 得出十字头连杆的位移速度变化曲线以及受力变化趋势情况分别如图3、图4所示。
图3中实线、虚线分别表示十字头连杆的位移、速度变化曲线, 其合模、开模阶段的速度“慢—快—慢”符合合模机构工作要求, 验证该模型以及该参数设置的正确性。由图4分析可知, 十字头连杆在合模及开模过程中的某一时刻所受的力最大, 此时十字头连杆处于最易被破坏状态。
2.2 十字头连杆静力学分析
本研究将三维建模软件建立的三维模型通过中间格式导入ANSYS Work Bench中, 设其大端 (与肘杆连接处) 外侧固定, 对十字头连杆施加载荷 (小端内侧85.42 MPa, 大端内侧35.17 MPa, 垂直于小端面力偶2 799 N·mm) , 经过分析求解得出其等效应力、应变云图如图5所示。
由图5应力云图分析可知, 应力集中现象主要在大端表面与连杆F面过渡连接处, 约220 MPa, 而十字头连杆材料QT500-7的屈服强度为320 MPa, 按零件取1.5的安全系数, 则该值超出其许用应力值, 与实际工作中容易出现的断裂现象位置吻合。另外, 在连杆的上F表面处, 应力分布相对均匀但较大, 经过长时间工作情况, 也是疲劳断裂的危险位置。
3 十字头连杆过渡结构改进方案及结果分析
传统设计中对于过渡处均采用过渡圆角方式, 该十字头连杆是QT500-7的铸件, 根据铸造工艺手册规定, 一般选取相邻两壁厚平均厚度的1/3~1/5, 大端面厚度为两圆孔半径差62.5 mm, 平面处厚度为120 mm, 原模型选取R25的过渡圆角, 符合传统经验设计, 但是过渡圆上仍应力集中明显, 同时也影响平面F上的应力分布情况。传统设计通过增大过渡圆角以减小过渡处应力值, 且随着过渡圆的不断增大, 效果越明显, 如图6所示。曲线1表示半径R25-R70的过渡处最大应力值, 曲线2表示过渡处最大应力值所在位置与连杆大端面中心孔的距离与过渡圆半径的关系。当过渡圆达到无限大时就形成了另一种优化方案, 连杆F表面形成楔形面, 相当于肋的功能。本研究提出一种新的过渡设计方案, 在大端面与F面间采用曲面过渡, 其中过渡曲面在Pro/E中利用边界曲线创建, 其边界曲线分别为F表面上距离大端面中心孔235 mm的直线l1、大端面70 mm高处的半圆弧l2和样条曲线。由图6曲线2中可以发现, 随着过渡圆半径的增大, 过渡处最大应力值出现的位置与连杆大端面孔中心的距离增大, 即过渡圆与F表面连接处更危险。以此, 按以下公式拟合出过渡曲线的曲率半径画出过渡曲线, 曲线示意图如图7所示。
该过渡曲线在R70圆弧上越接近应力极大值点处的曲率半径越大, 越接近应力极小值点处曲率半径越小, 过渡曲线示意如图7所示, 其中, X轴表示F面上表面, Y轴表示大端表面。笔者分别对R70过渡圆, 即原设计方案A, 以70×35楔形面代替过渡处的设计方案B, 以本研究新提设计方案C进行静力学分析, 得出各自等效应力应变图如图8~10所示。
由图8~10对比分析可得出, 方案A、B、C在过渡处的最大应力分别为141.24 MPa、138.88 MPa、129.13 MPa。方案B采用楔形面过渡由于楔形面与F面过渡较大, 产生的应力集中位置较原方案发生变化, 应力集中值较原方案降低1.67%, 整个改进效果不是很明显且增加了整体结构的质量较大。方案C采用曲面过渡所产生的过渡处应力集中较原方案降低8.57%, 效果较为明显。各个方案比较如表1所示。
另外, 3种方案的等效应变最大均发生在十字头连杆小圆孔内, 都在0.22 mm。因此, 在相邻过渡处等值的情况下, 采用曲面过渡所产生的应力集中值最小, 一定程度上提高了过渡处承受载荷的能力。
4 结束语
本研究针对实际工作中十字头连杆出现断裂的现象作出分析并对其过渡结构提出改进设计方案。通过对十字头连杆的动静力学分析可得出圆弧过渡处最大应力值超出1.5安全系数的许用应力值, 加上工作时频繁起停, 是出现断裂的原因之一。本研究提出一种新的采用曲面过渡的设计思路, 与传统使用圆角过渡和采用楔形面过渡进行了比较, 如表1所示。在不增加整体零件受应变的前提下, 采用曲面过渡时过渡处应力集中值较圆弧过渡降低8.57%、单位质量受应力较圆弧过渡降低8.69%, 比较采用楔形面过渡方案应力值降低1.67%、单位质量受应力降低2.20%, 效果较为明显, 但该方案同时存在加工相对复杂的不足。在生产过程中, 当整体结构受零件质量影响较大, 且追求轻量化设计时可以优先考虑采用该方案。
注塑机设计 篇8
注塑机的整体结构复杂,组成部件较多,整机体积一般比较大,尤其是大型注塑机。因此在设计生产注塑机的各部件时,合理选择结构、尽量减小长度和体积是一个重要的设计优化目标。合模装置是注塑机中的重要组成部分,在肘杆式合模装置中,肘杆机构的设计是一个关键环节,其设计是否合理不仅关系到受力情况、工作效率,而且也影响整台注塑机的轴向长度尺寸。在肘杆机构设计中,其实际轴向长度尺寸取决于肘杆机构各构件的长度、模板的高度、模板的行程及肘杆的起始角等参数,同时也与运动速度、受力情况及效率等因素有关。设计时传统上采用基于理论分析与实践经验相结合的常规设计方法[1],一般先初定其中的某些参数,然后根据结构关系式再计算确定其他参数。但由于初定的参数往往不是最佳数值,计算的结果需要反复修正,这样不但耗时费力,而且也常常不能得到最优的结果[2]。
遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索算法[3,4],与其他优化算法相比,它具有并行性、全局性及鲁棒性好等特点。遗传算法利用变量的编码技术,不依赖于问题的梯度信息,只需给定优化变量的数值范围,通过适应值信息来寻找最优值,避免了其他优化方法中因变量初始值选取不当而极大地影响优化效率及结果的不足之处,并且能够有效地解决非连续、非规则、非凸的约束优化问题。因此,遗传算法在各个领域得到了广泛应用[5,6]。
本研究应用遗传算法解决注塑机肘杆机构的优化设计问题,使肘杆机构轴向尺寸最小。
1 注塑机合模装置中肘杆机构的运动分析
一合模装置单曲肘肘杆机构在某一位置时的运动原理图[7]如图1所示,根据图示坐标,得到移模时模板受力点C点的坐标方程为:
Xc=L1cos α+L2cos β
用α角统一表示为:
式中 L1,L2—杆件1,2的长度;α,β—杆件1,2与水平轴线的交角;λ—杆件1与2的杆长比(L1/L2)。
当模具在闭模的终止位置(α=αmin=0°)时,得到C点的最大值Xcmax:
当模具在开模的最终位置(α=αmax)时,得到C点的最小值Xcmin:
则单曲肘机构模板的行程为:
由上式可知,肘杆机构的行程S随L1、λ和αmax的变化而变化。其中杆件1由于受制于模板尺寸,一般
按图1中的受力方式,根据受力平衡,在不计铰链联接处的摩擦力和惯性力的情况下,动模板沿拉杆运动时,需要满足如下受力的条件,即移模力大于等于摩擦力:
Pm≥(R2+G)·f (5)
其中,Pm=P2cos βmax,R2=P2sin βmax,则:
如将上式改为等式,得:
经整理得:
式中 Pm—移模力;P2—L2杆作用到模板上的力;R2—P2力的垂直分力;G—运动部件的重量;f—动模板与拉杆之间的摩擦系数;K—安全系数,K≥1。
由上式可知,当cos βmax-fKsin βmax=0时,意味着所需的推力P2等于无穷大,也就是该动模板处于自锁状态而无法移模,因此,该机构的自锁条件为:
cos βmax=fKsin βmax
即:
cot βmax=fK (7)
对于钢材,取摩擦系数f=0.2,取安全系数K=2,代入式(7),可得βmax=68°。在设计时,必须避免自锁,故应取βmax≤68°,考虑到效率,一般取βmax≤45°。由图1关系得:
L1sin α=L2sin β;
λsin α=sin β
故当α为最大时应满足:
λsin αmax=sin βmax≤sin 45°=0.707
2 遗传算法优化设计肘杆机构的实现
2.1 遗传算法的原理
遗传算法把问题的解表示成“染色体”群,在算法中可以表现为二进制编码,也可以表现为浮点数编码。在执行遗传算法之前,随机产生一组由若干个假设解组成的初始种群,即给出一群“染色体”。然后,把这些假设解置于问题的“环境”中,并按适者生存的原则,从中选择出较适应环境的“染色体”进行复制,再通过交叉、变异过程产生更适应环境的新一代“染色体”群。遗传算法在搜索进化过程中仅根据问题的目标函数合理定义一个适应度函数,用以评价个体对问题环境适应能力的强弱,即解的优劣,并作为以后遗传操作的依据。这样,种群朝着优化解的方向不断进化,在连续若干代进化之后,适应度函数就会收敛到最适应环境的一个“染色体”上,它就是问题的最优解。
在优化过程中遗传算法对种群执行的操作有3种:
(1) 选择。选择是从种群中根据个体的适应度值大小选择出较适应环境的个体,这些选中的个体用于繁殖下一代,故也称这一操作为再生或复制。适应度较高的个体被遗传到下一代群体中的概率较大,反之则概率较小。一般采用轮盘赌选择的方法,即每个个体被选中的概率Pi为:
式中 Pi—第i个个体被选择的概率;n—群体大小;fi—第i个个体的适应度值。
(2) 交叉。交叉是在被选中的个体中,对两个不同个体的相同位置的基因进行交换,从而产生新的个体。对于浮点数编码,则采用算术交叉的方法产生新个体。这个过程反映了随机信息交换,目的在于产生新的基因组合即新的个体。个体是否参与交叉,由交叉概率Pc决定,一般交叉概率取值为0.25～0.75。
(3) 变异。变异是在选中的个体中,对其中某些个体的基因执行异向转化,目的是通过基因的突变来获得新的个体。对于采用二进制编码的个体来说,在变异时,对执行变异串的对应位求反,即把1变为0,把0变为1。个体是否参与变异,由变异概率Pm决定,与生物界变异情况一致,变异概率Pm的值较小,一般取0.01～0.2。
2.2 肘杆机构遗传算法优化的参数模型
对肘杆机构优化设计的目标是:在保证模板行程的条件下,使整个肘杆机构合模装置所占据的轴向位置尺寸最小。根据上述分析,就是要确定3个参数L1、λ和αmax的合适值,即问题的解。因此把这3个参数的编码作为遗传算法的“染色体”。
(1) 编码。编码可以是二进制编码,也可以是浮点数编码,这里采用浮点数编码。
(2) 适用度函数。根据优化目标,要保证模板行程S,则在图1中,目标表现为在开模终止位置Xcmin的坐标值为最小,把杆长比λ=L1/L2代入式(7),得适应度函数:
即求:
式中变量有:构件1的长度L1、杆长比λ和构件1与水平轴线的最大交角αmax。
要得到上式适应度函数的最小值,还必须在满足其他约束条件(如保证模板行程S、避免前述自锁的发生、考虑效率及模板尺寸等要求)的情况下才有效,因此变量必须满足如下约束不等式:
对于上式约束条件,在遗传算法中可采用惩罚函数的方法将其转化为无约束条件问题来求解。
3 肘杆机构遗传算法优化设计实例
某型号注塑机采用单曲肘肘杆机构的合模装置,已知模板行程S=300 mm,模板宽度W=428 mm,模板高度H=458 mm。现应用遗传算法进行优化设计,建立如上所述数学模型并把参数代入各式。在遗传算法中,采用浮点数编码,设置种群规模N=100,交叉概率Pc=0.8,变异概率Pm=0.02,运行代数为150代,总共运算10次,取其中适应度函数最小值作为最优结果,得到L1=213 mm,λ=0.7,α=90°,经代入换算得L2=304 mm。遗传算法优化设计与原常规设计方法结果对比如表1所示。
从表1中可以看出,不论是构件1还是构件2的长度,遗传算法优化结果都比常规设计方法有所减小。合模时整个肘杆机构占用的最大位置长度则比原来缩短了13 mm,达到了优化的目的。
4 结束语
机械设计过程在很多情况下是一种在多参数约束条件下选择、确定参数的优化过程,常规的设计方法常常需要预定某些参数,再通过计算来确定其他参数,其设计结果往往不是最佳,有时需要反复修改参数才能得出一个比较合理的结果,且非常繁琐和耗时。本研究运用遗传算法进行机械结构的优化设计,通过对注塑机单肘式合模装置的肘杆机构运动过程和受力情况进行分析,建立了应用遗传算法实现优化设计的数学模型,然后经过遗传算法的运行计算得出了比常规设计方法更优的结果,从而表明遗传算法应用于机械机构设计中可得到高效且令人满意的设计效果。
参考文献
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注塑机设计 篇9
关键词：负载敏感,液压系统,节能,比例控制,注塑机
0 引言
塑料成型工业中, 注塑成型占有十分重要的位置, 除少数的几种塑料外, 几乎所有的塑料都可以采用注塑的方法成型。 在塑料制品的总产量中, 注塑制品占所有模塑件总产量的1/3 以上。 注塑成型的制品的应用已十分广泛, 并随着塑料原料的不断改进, 已逐步取代传统的金属和非金属材料的制品。 由此, 注塑成型设备—注塑机的生产制造日益受到人们的关注。 而国内的注塑机生产起步较晚, 存在适应性及可靠性差、能耗高等缺点不足。 随着能源危机的日益加重, 注塑机的高能耗成为一个亟待解决的问题。 注塑机主要由塑化系统、注射系统、合模机构、动力驱动系统等部分组成。 塑化量大和冷却时间较长是其主要特点, 在塑化机构、动力驱动系统等方面进行节能技术开发, 是注塑机节能的要点。 本文将围绕注塑机液压动力驱动系统的高效节能、运行平稳可靠等关键技术进行研究。
1 塑料制品注塑成型工艺过程分析
注塑机通常分为立式注塑机、卧式注塑机、角式注塑机等, 虽然种类不同, 但组成部件基本相同。 注塑机主要包括塑化系统、注射系统、合模机构、制品顶出装置、动力驱动系统等部件。 其主要工艺流程为:
注塑成型过程如图1 所示, 塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒, 经加热熔融塑化成黏流态熔体, 后由柱塞或螺杆的推动在一定的压力下通过喷嘴注入模具型腔, 经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状, 然后开模分型获得制品。
2 负载敏感液压系统的设计与研究
注塑机的成型工艺是按照一定顺序、不同性能要求的一个多执行机构的周期性动作系统。 系统中执行元件多, 动作复杂, 顺序要求严格, 并且要求具有一定的动态响应特性, 因此注塑机的动力驱动系统一般采用液压传动系统。
现阶段的注塑机液压系统采用的是定量泵+比例压力+比例流量的方式向系统供油, 如图2 所示, 这样使整个系统的原件少了许多, 回路变得简单。 但是系统仍然采用的是定量泵, 而注塑机需要多级流量和压力控制, 因此工作过程中始终存在与流量有关的能量损失。
定量泵+比例压力+比例流量系统的功率去向主要有三方面:负载消耗、节流损失和溢流损失。 注塑机的一个工作循环主要包括锁合模、射座前移、射胶预塑、冷却保压、塑化松退、射台后退等阶段, 各工步对流量的需求如图3 所示, 流量需求波动很大, 剖面线部分即为采用定量泵+比例压力+比例流量系统的注塑机在一个工作循环中的流量损失。 因此, 必须寻找一种系统能使液压泵所输出的流量随执行机构所需流量的变化而变化, 使液压泵与执行机构达到功率匹配以降低注塑机的能耗。
负载敏感液压系统是一种能够依据执行元件所需压力和流量仅向系统提供所需压力和流量的液压系统。 该系统中对流量的控制主要同过负载敏感阀和变量泵完成, 能够感受执行元件的压力和流量需求, 实现变量泵和执行元件的功率匹配。
本系统中液压阀均采用板式连接的安装方式, 安装在集成块上, 借助三维CAD软件设计液压集成块, 省去了板式安装的外部油管连接。 方便装配、调节、更换、维修及保养, 也很大程度上降低了液压系统泄露的可能性。
本液压系统的设计过程中, 使用AMESim仿真技术对各回路进行了仿真分析, 并依据分析结果对液压系统进行了优化设计。 其中, 锁合模系统的分析得到了设定信号下锁合模缸流量变化曲线。 通过分析合理的确定调速阀的设计参数, 提高整个锁合模系统的运行平稳性, 使传统锁合模系统开合模过程中产生冲击的问题得以解决, 减少了机械动作过程中的震动和噪声, 提高了整个系统性能的稳定性和工作的可靠性。
3 结束语
本文通过对塑料制品注塑成形工艺流程的分析, 基于负载敏感理论对其液压系统进行了设计和优化。 系统中, 斜盘式轴向柱塞泵、负载敏感阀和压力切断阀组合向各执行元件供油, 合理的配置了动力资源, 大幅减小了液压泵及驱动电机的装机容量, 有效解决了注塑机执行部件运行过程中的冲击问题, 实现了注塑机机运行中的高效节能、平稳可靠
参考文献
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注塑机设计 篇10
关键词：注塑机,嵌入式,图形界面,异或动画,串口通信
0 引言
工业注塑机[1]逐渐向着特大型,精密仪器的方向发展,因而对控制系统的要求越来越高,如今基于嵌入式的专用计算机控制系统已经占据了主导地位[2],这类控制系统能够满足特定的注塑需求,实现高精度的控制功能,存储大量的模具资料。
更可靠,更直观的控制界面是控制系统发展的要求。本文的界面就是为注塑机的一种嵌入式控制系统设计的,与传统的控制界面相比,具有以下优势:多种控制功能、良好的通信功能、实时性强、图形动画界面。提高了界面的易用性、可靠性和美观性。
1 嵌入式控制系统的结构
本文设计的工作界面基于一种嵌入式控制系统[3],该控制系统采用上位机+下位机的结构[4],如图1所示。
上位机完成人机接口、控制算法、系统管理等功能,硬件上选用PC104总线结构的VDX-6354,功能强大。其外围接口包括:普通键盘和鼠标、任意尺寸的VGA或者TFT液晶显示屏和触摸屏、CF卡、以太网口、串口、USB口及音频接口等。软件上选用Windows XPe操作系统,可支持多种通用语言,如C++,可靠性高,处理速度快,人机界面友好。
下位机负责数据采集、开关量I/O、数据预处理、D/A转换等任务,根据需要选择了16位低功耗高性能的MSP430F149芯片。
上、下位机之间通过RS-485实现串行通信,传输速度快,距离远,并且能够组网,使系统具有良好的可扩展性。
2 工作界面的设计与实现
本系统上位机操作系统是Windows,因而用C++来进行界面开发就十分方便,并且界面实时性好,友好易用。因此本文运用VC++的MFC,编写基于对话框的工作界面,并且选用上位机串口进行通信。
2.1 界面结构
该界面可对注塑机运作情况进行监控,并可通过调整参数等而改变注塑机的工作,根据需求,主要可划分为监控界面和设置界面。
界面操作流程如图2所示:系统启动,自检完成后进入主画面,从该界面可进入六种操作模式,任何一个操作模式在运行前都应该通过串口向下位机申请信号量,没有取得该信号量的时候不被允许进入该项操作。
监控部分:生产状况及各主要参数之监察页面是整个界面系统的重点,承载了主要的控制工作。因为有三种控制工作方式[5],监控部分可划分为三个子界面,分别是:手动控制模式,半自动控制模式和全自动控制模式。手动模式时上位机发出一个命令,下位机控制注塑机完成一个生产动作;半自动模式时上位机发出一个命令,下位机控制注塑机完成一个生产周期;全自动模式时下位机控制注塑机自动完成上位机设定的N个生产周期。
设置部分:各动作与状态参数之设置页面。可分为系统参数设置模式,手动调模模式和系统调试模式三个子界面。
2.2 半自动控制界面的设计与实现
下面以监控工作模式的半自动控制界面为例,分析界面的具体设计与实现。
2.2.1 界面的设计
整个界面可分为标题栏、菜单栏和工作区三大部分。标题栏显示软件图标,以及当前工作页面名称。菜单栏可实现控制功能以及页面跳转。主工作区对生产状况及各主要参数进行监察。
主工作区又可分为三个部分:工作环境监控,工艺流程监控,工作情况监控与警报,如图3所示。
工作环境监控:如时间显示、环境温度显示等等。
工艺流程监控:将一个塑模的整个工艺周期分为9个工作段,并且以动画形式表现在界面上,更直观方便的实现了对注塑机工作的实时监控。
工作情况监控与警报:显示警报监控下的压力值、温度比、运行动作、螺杆转速、动作完成情况等等。
2.2.2 半自动控制模式的实现
该模式实现的控制功能为:上位机界面向下位机系统发出一个命令,下位机控制注塑机完成一个工作周期。
算法实现如下:设定一个BULL型控制变量m_w,默认为FALSE,如果菜单项命令“开始/下一模”被点击,该变量变为TRUE,并且向下位机发送开始信号,下位机收到信号后按顺序调用完成一个塑模的9个工作段的全部代码,控制机器完成一周期工作,并且向上位机发送停止信号,上位机收到信号后将m_w变为FALSE,界面同时停止监控。部分代码示例如下:
1)菜单项命令“开始/下一模”被点击时,m_w的状态设定:
2)完成一模后,收到下位机停止信号,m_w=FALSE,系统停止,并且各变量清零:
m_w=FALSE;m_3_8=_T("未运行");m_3_43=_T("停止监控");//监控停止
l=0;k=0;n=0;r=0;s=0;v=0;z=0;a=0;……//界面各变量清零
2.3“异或擦除”动画的实现
为了在实现多种控制功能的基础上,满足人机的友好交互,这里将高实时性且易实现的C++“异或擦除”动画技术运用于界面的开发,将注塑机的实时工作情况以动画形式表现在界面上,更直观方便的实现了监控,如图3所示。
该动画原理是:在图像所在原位置反色画出图像,二者相消,相当于擦除原图像;并在新位置绘出新图像。如果反复不断地擦除和重新绘画,图像看起来就会像是在屏幕上穿越移动。它占用内存资源少且执行速度快,而诸如利用动态开辟图视口方法、利用显示页和编辑页交替变化、利用画面存储再重放的方法等程序比较复杂,且要对图像不断进行存取操作,这需要耗费大量内存资源,降低系统实时性,而异或擦除法动画则可以很好解决上述问题。
该动画的实现过程如下:根据工艺流程独立编写各个工作段显示代码,下位机运行到哪个工作段,上位机获得相应信号,调用相应图像显示代码,以显示当前工作画面。
部分代码示例(如开模工作段)如下:
3 串口通信的实现
本界面提供了与下位机通信的接口,从而形成了一个功能比较完整的系统。通信串口选用RS-485[6],异步,半双工传输,默认通讯协议方式采用ASCII方式。它数据最高传输速率高,抗共模噪声干扰性好,传输距离远,并且能够组网,使系统具有良好的可扩展性。
安装驱动后,将RS485串口模拟为上位机的COM口,就可以利用VC的通信控件MSComm编程串口通信,进行串口初始化,捕捉并处理各种通信事件,完成接收数据、发送数据等通信管理。该控件采用事件驱动的接收方式。
向下位机发送数据的部分实现代码如下:
4 结束语
本文构建了基于嵌入式控制系统的注塑机图形工作界面,在完成多种控制功能和通信任务的基础上,将“异或擦除”动画技术运用于嵌入式工作界面开发,实现了图形化的工作监控。测试证明,该界面能够准确稳定地完成实时监控、通信、显示功能,达到了预期的良好效果。
本文创新点:充分利用硬件资源,实现了多种上位机控制模式算法,并且把“异或擦除”动画技术应用于工业控制(此方法也同样适应用于其他微控制器的人机工作界面),选用RS485通信增强了系统的可扩展性。
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塑料注塑机成型技术应用 篇11
【关键词】 塑料制品 塑料注射成型 工艺技术
1 注塑工艺对液压系统的要求
注塑机的液压 系统主要分为合模和注射两部分。
合模部分要求有足够的锁模力，以保证注 塑时，在模具型腔内熔融塑料压力的作用下，模具不会分离。还要求有足够的流量以达到 要求的开合模速度，以减少空行程时间，缩短注塑周期。另外，还要具有保护模具的功能。
注塑部分对注塑制品的质量影响很大。它要对加进料筒的塑料进行预塑，并向模具内注入熔融的流 态塑料。注射后期要求保压，以便向模具内补 充因冷却收缩 所需的塑料。塑料件的质量和尺寸精度与注射压力、注射速度、塑料温度密切相关。
2 注射成型加工工艺特点
2.1 注射成型工艺的特点及其原理
第一，注射成型工艺技术能够生成形状复杂的塑料制品，其产品的尺寸及各种嵌件都比较精确，这种精密的注塑成型技术是领先其他技术的；其次，注射成型工艺技术在实际操作过程中自动化程度较高，这样不仅能够节约人力，而且大大提高了生产效率。
2.2 注射成型过程的工艺条件
第一，机筒、喷嘴和模具的温度要控制在合理范围内，适当的温度是塑料塑化质量的可靠保障。第二，塑化压力和注射压力在注塑成型过程中也很关键，掌握好压力是注塑模型质量的保障。第三，必须控制好成型周期，恰当的成型周期不仅能够调高塑料制品的质量，而且还能够缩短时间，提高效率。
塑料加工中的重要因素包括：温度、稠度、色料分布和熔体密度。一般是通过螺杆转动获得熔融塑料的能量，螺杆转动混炼在螺纹之间发生，塑性粒料表面被熔融塑化，当物料沿螺杆前进时，就重复着混合和剪切作用，直至塑料被完全熔融。
3 注射成型设备
目前在注塑成型行业机械设备比较繁多，按不同的外形可分为立式、卧式、角式和转盘式注射机。从其工作效能来看物料在机筒中被塑化的不同形式又可以分为柱塞式和螺桿式。大多数企业目前使用较为广泛的是单螺杆往复式注射机，这种注射成型机械设备的螺杆能够转动作业，而且其轴向往复能够提高注射塑料的搅拌效果。
3.1 合模装置
在成型过程中比较重要的工艺程序是合模。合模装置的主要功能是在承受住注射压力情况下闭合然后将制品取出。在现阶段生产实践中使用效果较好的合模装置有：肘杆式合模装置、液压式合模装置和液压一机械式合模装置。
3.2 注射装置
注射装置是熔融塑料达到一定程度，然后根据混合物配比将其注入产品成型模具，这个过程需要控制压力和速度以使塑料熔体能够顺利注入模具。目前来看在注塑生产工艺中采用的比较理想的注射装置是螺杆式预塑化器，该装置有很多优点，比如其熔融物质量恒定，能够保持高压和高速，而且还能够精确控制注射量，这些优点正是透明、薄壁制品和高生产速率所需要的。
4 液压系统设计及特点
塑料注射成型机液压系统是在满足注射工艺要求的条件下， 本着节能低耗的原则进行设计的。
液压系统中可以采用变频控制、真空自吸补油、比例压力控制等先进技术，因此它具有以下特点：
（1）能量消耗少，系统发热低。根据注射工艺多级注射速度的需要——注射速度可自动调节，以适应不同注射阶段的要求， 液压系统提供给注射机的工作流量必须是不断变化的。用传统的定量泵-流量阀来调节系统流量，在低速注射、慢速合模时，因电机、液压泵转速不变，即液压泵输出流量不变，就会有大量多余的压力油经溢流阀直接流回油箱，从而造成大量的能量浪费。
（2）系统成本低， 生产效率高。直压式合模机构结构简单，不需要设专门的调模机构， 对不同厚度的模具适应性好， 因此该机器的合模装置设计成直压式。但直压式合模装置给液压系统带来了生产效率与系统成本相互矛盾的问题。因直压式通过压力油直接锁模，所以液压缸直径大，如选择大流量高压泵来提高合模速度，液压泵和电机的成本将增高，能耗也很大；如选择小流量高压泵，合模速度将降低，从而影响到生产效率。
（3）阀门数量少，系统结构简单。根据注射机多级注射压力的要求 ，系统采用了比例压力控制。即用一个比例压力阀实现多级注射压力的控制。比例压力调节阀是通过将输入的信号电流转换成作用在阀芯上的力来控制系统压力的。因此通过改变输入信号大小，就可以方便地完成所有的压力控制 。与普通压力阀控制系统相比，比例压力控制系统简化了系统结构，减少了阀门数量，同时还具有控制精度高、压力转换平稳、无冲击、节能效果好等优点。
5 注射成型工艺调整方法
5.1 注射保压时间、冷却时间
根据实际生产实践，注射时间在设定时要略大于螺杆完成注射行程移动的时间。保压时间是根据产品厚度来设定的，一般来说薄壁产品在成型时不用保压，不同的厚度可设定不同的保压时间。冷却时间在生产过程中也是依据产品厚度、模具温度、材料性能设定的，在实际生产中结晶型聚合物的冷却时间一般要少于无定型聚合物所需的时间。
5.2 注射压力、速度
在注塑成型过程中注射压力要保持宜低不宜高的状态，因为注射压力只要能提供足够动力来满足注射速度、使熔体能够顺利充满型腔就好，过高的压力可能会使制品内产生内应力。注射速度是塑料产品外观质量的重要影响因素，要在综合考虑模具的几何结构、排气状况的基础上计算并设定合理的注射速度。
5.3 采用多级注射成型
注塑成型过程中要采用多级注射，一般来说产品需要三到四段的注射是比较合理的。这种多级注射成型技术是很可靠地，它结合了流道结构和模具排气状况等多种技术参数，经过缜密的计算得出的。
【参考文献】
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地垫注塑模具设计 篇12
(1)零件图样
地垫正、背面图如图1、图2所示。
(2)零件结构性工艺分析
塑料零件为平板性结构零件，正面设计有四组防滑凸条，背面设计有圆形固定凸点，并且在四组梯形防滑凸条之间的间隔平面内均匀布置有6个通透孔，四边设计有梯形结构的凸凹形状连接槽，在四个角处设置四个控制变形的凹坑。分析该塑料零件结构，该塑料零件结构简单对称;厚度大于常选用的2～4mm尺寸，并且厚度均匀，注塑容易;梯形防滑凸条对塑料零件起到增强刚性的作用，有利于防止塑料零件变形;并且没有需要侧面分型或侧面抽芯的结构要素;因此该塑料零件注塑工艺性良好。
(3)零件结构尺寸分析
该塑料零件的尺寸数量较少，并且厚度尺寸、梯形防滑凸条尺寸、圆形固定凸点尺寸及6个通透孔尺寸与位置度对使用功能基本没有影响，可以作为一般尺寸处理;但是，因为梯形结构的凸凹形状连接槽的尺寸与形状位置精度关系到地垫连接，所以该类尺寸应该作为重要尺寸处理，以保证地垫相互连接的互换性。
2注塑模具结构工艺性设计
(1)模具基本结构确定。地垫塑料零件基本属于平板结构的零件，结构简单对称，外形尺寸不大。因此注塑工艺性良好，将地垫注塑模具设计成两板式单腔注塑模具完全能够满足注塑要求。
(2)模具分型面的确定。根据分型面设置原则，分型面应该设置在最大的平面处，并让塑料零件留在动模上，以便设置塑料零件推出机构;并且要求模具加工制造工艺性良好，能够保证塑料零件外观质量与尺寸精度。地垫塑料零件属于平板结构零件，厚度不大，没有较高同轴度要求的外形、孔或凸台，正面与背面的结构要素没有影响使用性能的关联关系。因此，从地垫塑料零件本身结构分析，模具的分型面应该重点满足保证正面尺寸与形状精度，以提高产品的外观，并且还要符合分型面的设置原则。所以，将地垫塑料零件的分型面设置在零件背面的大平面处。这样，地垫塑料零件的外形与正面的结构要素全部在定模内注塑成型，有利于保证正面尺寸与形状精度。地垫塑料零件上均匀分布的6个通透孔型芯把地垫塑料零件固定保留在动模上，推出装置可以方便地将地垫塑料零件推出。因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。
(3)模具合模导向的结构设计。模具合模导向装置是模具必不可少的重要结构要素，它有定位、导向与承受侧向力的能力，对保护与防止模具意外损坏起到重要作用，能够延长模具使用寿命，保证塑料零件尺寸与形状精度。分析地垫塑料零件的结构工艺性，合模与注塑时，模具均不承受侧向压力。因此，模具的导向定位装置只要能够正确完成定位与导向功能就能满足需要。所以在地垫注塑模具的设计中选择导柱导向机构，其结构简单紧凑，并且属于标准配件。导柱导向机构在模具上采用对称布置的原则，可以使用2组或4组导柱导向机构。本地垫注塑模具采用2组导柱导向机构，对角布置在模具上。
(4)模具成型零件的结构设计。由于地垫塑料零件结构简单，并且模具分型面已经设置在背面的大平面处，因此，地垫塑料零件的外形结构尺寸及正面的结构要素全部都要在凹模中成型。
凹模结构很多，有整体式凹模、整体嵌入式凹模、局部镶拼式凹模、四壁拼合式凹模等。本模具考虑地垫塑料零件生产批量大，外形尺寸与形位公差要求互换性好，因此选择采用整体式凹模(如图3所示)，可以采用电火花加工方法，一次加工完成，特点是模具刚性好，不易发生变形，塑料零件外形美观，尺寸精度与形位公差能够满足要求。
凸模因为模具分型面选择的位置确定，可以采用整体平板式结构，地垫塑料零件上的6个通透孔的型芯采用镶嵌结构，型芯上端合模时插入凹模对应的孔中，既可增加型芯刚性，又能防止通透孔处产生飞边。地垫背面圆形固定凸点的成型多数采用浅圆柱形沉孔结构成型，部分圆形固定凸点的成型结合推出机构的推出杆而采用通孔结构。
(5)塑料零件推出装置的结构设计。塑料模具的推出机构需要具有将塑料零件从模具中推出的功能与合模复位功能。地垫塑料零件注塑模具的推出机构由推出杆、复位杆、固定板、推板及导向轴组成。推出杆的尺寸与位置配合地垫塑料零件背面圆形固定凸点位置设置，让推出杆顶端沉入凸模表面一个圆形固定凸点高度尺寸而形成浅圆柱形沉孔结构，用于固定凸点成型。复位杆设置在模具两侧的接合面处。推出杆与复位杆由固定板与推板固定位置，推出机构由导向轴导向。
(6)模具浇注系统的结构设计。浇注系统的结构设计与选择使用的注塑机的结构尺寸有关，因此在设计浇注系统之前应该选择确定注塑机，根据注塑机的相关尺寸设计浇注系统。由地垫塑料零件选用注射机的技术参数可知：喷嘴球面半径为10mm，喷嘴孔径为4mm。
主流道是塑料熔体进入模具型腔最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入模具型腔，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替地反复接触，属于易损零件。为了延长主流道的使用寿命，需要选用高强度与高耐磨性能的材料制作。地垫塑料零件模具设计中将主流道设计成浇口套与定位环一体的结构，并且设计为可拆卸的形式，以便节省优质钢材，保证制造质量，并且方便使用中浇口套损坏的更换，有效地降低模具的制造与使用成本。
安装模具时，定位环与注射机定模固定板中心的定位孔配合，其作用是让主流道与喷嘴和料筒对中。
根据主流道衬套与注射机的配合关系，主流道形状为圆锥形，锥角α=4°，锥孔壁粗糙度低于Ra0.4，以保证塑料熔体能够顺利向前流动，开模时主流道的凝料又能顺利被拉出来。主流道的入口直径设计为d=4.5mm，大于注塑机喷嘴的出口直径。主流道入口的凹坑球面半径设计为R=12mm，大于注塑机喷嘴球面半径，凹坑球面深度取H=3.5mm，保证主流道的入口与注塑机喷嘴球面形成环形封闭接触。
由于地垫塑料零件结构简单，外形尺寸不大，塑料零件厚度也比较适宜注塑成型，因此，在注塑模具设计中不再设置分流道，而是采用主流道直浇口，由于外形尺寸不大，塑料零件各处冷却速度基本相同，不会产生过大的内部应力，并且在抑制变形凹坑的同时作用下，变形量可以控制在允许的范围内。
1.限位销钉2.动模底板3.立侧板4,6.动模固定板5.动模7.导套8.导柱9.控制变形凹坑型芯10.推料杆11.推出导向轴12.注塑流道13.定模14.通道孔型芯15.地垫塑料零件16.复位杆17.温控系统
(7)模具温度调节的结构设计。由于地垫塑料零件选用ABS塑料作为注塑原料，模具在注塑成型前需要预热到60℃～80℃，因此，地垫塑料零件注塑模具设计了模具温度调节系统。在定模(腔模)一侧设计有电加热装置，采用插入式电热棒加热，用于注塑前对模具预热。在动模(凸模)一侧设置有冷却水道，能够使注塑零件尽快冷却成型。冷却水道采用并联通过式结构，以降低冷却水出入口的温差，提高冷却效果。模具总体结构设计如图6所示。
参考文献