塑料注射成型机的组成及工作循环

塑料注射成型机的组成及工作循环

（一）塑料注射成型机的组成

塑料注射成型机是将粒状或粉状塑料加热塑化然后注射到模腔、保压成型的设备，主要包括注射装置和合模装置两部分。

1．注射装置

注射装置的主要任务是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将熔料注入模腔。注射装置又包括塑化部件（料筒、螺杆、喷嘴和电加热器）、料斗、螺杆传动装置、注射缸、注射座移动缸等。其中注射缸、注射座移动缸和螺杆传动等由液压传动来实现。

2．合模装置

合模装置是保证成型模具可靠地闭合、实现模具开闭动作以及顶出制品的部件。合模装置主要由固定模具的定模板、动模板、合模缸及顶出缸组成。动模板与合模板可以是直接连接，也可以是通过连杆机构连接。合模缸和顶出缸也由液压传动来实现。

（二）塑料注射成型的工作循环

塑料注射成型的工作循环如图8-7所示

二、250g塑料注射机对液压系统的要求及有关设计参数

1 对液压系统的要求

（1）合模运动要平稳，两片模具闭合时，不应有冲击。

（2）当模具闭合后合模机构要保持压力，以防注射时将模具冲开。注射开始后注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔。

（3）预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，此时螺杆与注射机构一起后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力。

（4）为保证安全生产，系统应有安全联锁装置。

2 设计参数

三、液压系统的参数设计

（一）初定系统工作压力并确定执行元件尺寸

因250g塑料注射机属小功率设备，从设备可靠性出发，选系统的工作压力为6MPa。然后根据式(4-7 )、式（4-1）计算液压缸的直径和液压马达的排量（顶出缸不做计算）。

1 确定合模缸的活塞及活塞杆直径

因为合模缸的锁模力远大于其它负载力，为匹配合理，合模缸采用增力缸，若增力缸增力比为5倍，则可求得合模缸的活塞直径D_h和活塞杆直径d_h

圆整后，D_h＝200mm，d_h＝0.7D_h＝140mm

2 确定注射座移动缸的活塞及活塞杆直径

注射座移动缸的往返速比为0.08/0.06＝1.33，因此活塞杆直径d_z＝0.5 D_Z，活塞直径D_z为                 

圆整后取D_z＝100mm，d_z＝50mm。

3 确定注射缸的活塞及活塞杆直径

注射缸的载荷力在注射时是变化的，这里按最大载荷力F_W计算注射缸的直径

圆整后注射缸活塞直径 ＝220mm，活塞杆直径一般与螺杆外径相同， ＝ =40mm。

4 确定液压马达的排量

因液压马达为单向旋转且出口压力为零，因此液压马达的排量

式中，液压马达的总效率 ＝0.90。按计算值选双斜盘柱塞马达，排量0.9×10^-3m³/r，额定压力20MPa。

（二）计算执行元件的实际工作压力和实际所需的流量

1 实际工作压力

因确定液压缸和液压马达的尺寸和排量时未考虑背压且对计算值进行过圆整，因此执行元件的实际工作压力有异于初定值，本例的实际工作压力见表10-4。

表10-4  执行元件实际工作压力

2 实际所需流量

计算执行元件所需流量时取液压缸的容积效率为1，液压马达的容积效率为0.95，其计算值如表10-5所示。

表10-5　执行元件所需实际流量

四、制定液压系统方案和拟定液压系统图

1 制定液压系统方案

（1）执行机构的确定  除螺杆旋转选用液压马达驱动外，各直线运动机构均采用单杆双作用活塞液压缸。由设计参数可知，锁模时用力最大，为获得局部高压在此使用增压缸。

（2）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。运动方向由电液换向阀控制，锁模时由增压缸供油。

（3）调速回路的确定 由设计要求可知，注射缸的运动速度和马达的转速较高，但对运动平稳性要求不高，故采用旁路节流调速方式即可。由于预塑时有背压要求，在注射缸无杆腔出口处串联背压阀。注射座移动缸采用回油节流调速方式，工艺要求其不工作时处于浮动状态，采用Y型中位机能的电磁换向阀。

（4）安全联锁措施  为保证生产安全，设置了安全门，在安全门下装一行程阀，用来控制合模缸的动作。

（5）液压源的选用  为减少功率损失，提高系统效率，选用双泵供油系统。

2 拟定液压系统图

液压执行元件以及各基本回路确定以后，把它们有机地组合在一起，去掉重复多余的元件，把控制马达的换向阀和泵的卸荷阀合并，使之一阀两用；考虑注射缸与合模缸之间有动作顺序的要求，在两回路结合部串联单向顺序阀。再加一些其他的辅助元件便构成了完整的液压系统图。图8-8是一种可行的液压系统方案。

五、液压元件的选择

（一）液压泵的选择

1 液压泵的压力

根据液压系统的实际工作压力，决定选用双作用叶片泵。双作用叶片泵不仅瞬时理论流量均匀，噪声低，而且额定压力已由原来的6.3 MPa增加到10 MPa、14 MPa、16 MPa、21 MPa等多级压力，便于选用。

液压泵的工作压力        

其中p_max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进口压力，p_max=6.4Mpa； 是泵到执行元件间的管路损失。参考表10-3取 =0.5Mpa。液压泵的工作压力为               

p_P=（6.4+0.5）Mpa=6.9MPa

2 液压泵的流量

因250g塑料注射机的各执行元件为依次单动，因此不存在多个执行元件同时动作的问题。若分析表10-5所列的各执行元件所需的流量。不难发现：最大的流量需求为快速合模(3×10^-3m³/s、180L/min)，最小的流量需求为慢速合模(0.42×10^-3m³/s、25.21L/min)，各执行元件的不同工况流量需求相差很大。为保证功率利用合理，显然应采用双泵供油。

液压泵的流量     

取泄漏系数K=1.1，求得液压泵的流量   

选YYB-BC171/48型双联叶片泵，当工作压力为7MPa时，大泵流量为157.3L/min，小泵流量为44.1L/min。

3 液压泵电动机功率的确定

在确定电动机功率之前，首先要确定液压泵的实际工作压力，常用的方法有两种：一是将执行元件的实际工作压力乘以系数k＝1.1，将管路上的压力损失考虑进去；二是在执行元件实际工作压力的基础上加阀件和管路的压力损失，如 。本例采用加压力损失的方法计算。

对双泵供油系统，理论上应对各种工况下的电动机功率进行计算，然后进行比较，取最大功率。在这里需要指出的是，双作用叶片泵的总效率在额定压力下可达0.8，而卸载工况下仅为0.3。双泵供油电动机功率计算公式为   

式中，P_p、q、η分别为泵的实际工作压力、流量和总效率。经实际计算，对前述双泵供油系统，电动机的最大功率对应于注射工况，约为27.3kW，其次是预塑进料工况，约为22kW。考虑到注射时间t=s/υ=(0.2/0.7)s＝3s，时间很短，而电动机一般允许短时间超载25％。因此双泵供油方案可选22kW的电动机，同步转速为1500r/min。

（二）阀类元件的选择

选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。该系统工作压力在7MPa左右，液压阀都选用中、高压阀。所选阀的规格型号见表10-6。

（三）液压马达的选择

前面已求得马达的排量为0.8L/r，正常工作时，输出转矩769Nm，选SZM0.9双斜盘轴向柱塞式液压马达。其理论排量0.9 L/r，额定压力20Mpa，额定转速为80~100r/min，最高转矩3057Nm，机械效率大于90%。

（四）油箱的有效容积

油箱的有效容积可按下式确定     

式中a为经验系数，对中压系统取a=5。所选泵的总流量为201.4L/min，液压泵每分钟排出的压力油的体积为0.2m³。算得油箱的有效容积为V=5×0.2 m³=1 m³。

六 液压系统性能验算

（一）回路压力损失验算

由于系统的具体管路尚未设计，整个回路的压力损失无法估算，只有阀类元件的压力损失知道，所以回路压力损失验算略。

（二）液压系统温升计算

1．计算发热功率 

液压系统的功率损失全部转化为热量。按下式计算其发热功率

P_r = P₁－P₀

对本系统来说，P₁是整个工作循环中双泵的平均输入功率。

表10-6   250g塑料注射机液压阀名细表

式中    T_t－系统工作循环周期；

        p_i－执行装置的工作压力；

        q_i－执行装置的流量；

        t_i－执行装置工作时间；

        η_i－执行装置的总效率。

具体的q_i、、_、p_i、t_i值见表10-7，这样，可算得双泵平均输入功率P₁=15.3kW。

系统的输出有效功率   

式中    T_t－系统工作循环周期；

        F_wi－液压缸输出的推力；

        S_i－液压缸运动的距离；

        T_wj－液压马达输出的转矩(；

        ω_j－液压马达输出的角速度。

        t_j－液压马达工作时间。

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0.35m；注射缸的外载

荷为192kN，行程0.2m；预塑螺杆有效功率5kW，工作时间15s；开模时外载荷近似合模，

行程也相同。注射机输出有效功率主要是以上这些。

总的发热功率为

P_r=(15.3－3)kW=12.3Kw

表10-7  各工况双泵输入功率

  注：表中＋表示正常工作，－表示卸荷。

2 计算散热功率

 前面初步求得油箱的有效容积为1m³，按 求得油箱各边之积：

m³=1.25m³

取 为1.25m， 分别为1m。求得油箱的散热面积为：

油箱散热的功率为        

式中  K_t——油箱散热系数，K_t取 16W/(m²·℃)；

——油温与环境温度之差，取 =35℃。

P_c=16×5.9×35kW =3.3kW< P_r=12.3kW

由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器。

3 冷却器所需冷却面积的计算

冷却面积为                   

式中  K——传热系数，用管式冷却器时，取K=116 W/(m²·℃)；

——平均温升， 。

取油进入冷却器的温度T_t = 60℃，油流出冷却器的温度T₂ = 50℃，冷却水入口温度t₁=℃

冷却水出口温度t₂=30℃。则： ℃=27.5℃

所需冷却器的散热面积为

 m²=2.8m²

考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢，水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30%，实际选用冷却器散热面积为

A=1.3×2.8m²=3.6m²