2011注塑机锁模装置设计

注塑机锁模装置设计
学院：机械工程学院专业班级：塑料机械0301班
姓名：邱华指导教师：刘俊萍
摘要：锁模装置可保证成型模具可靠的闭合和开启及顶出制品。

作者重点分析和计算了
双肘杆机构的特性并进行了结构设计，采用AutoCAD作图解决了较为复杂的计算问题。

最后设计了调模装置。

关键词：注塑机；双肘杆锁模机构；图解法
The Design of Closed-mold Device for the Injection Molding Machine
Abstract The closed-mold device is used to ensure the process of closing and opening of the mould and to eject the products. The author mainly analyzed and calculated the character of double-toggle mechanism and designed the structure .By means of AutoCAD, the author mapped and solved more complex calculation problems. Finally, the device to adjust mould is designed.
Key words injection molding machine；double-toggle clamping mechanism；
graphical method
1锁模机构的类型与选则
锁模装置的种类较多，按工作原理分，主要有液压式（直压式）和肘杆式（机械式）两大类型。

他们都是由模板、拉杆、锁模机构、顶出机构及其它附属装置组成。

肘杆式又分单曲肘和双曲肘式,双曲肘机构按组成曲肘的铰链数可分为四孔型和五孔型；如按曲肘排列位置又分为斜排式和直排式。

目前最多采用的是五孔斜排形式，由于这种双曲肘式结构对称，结构紧凑，增力作用大，运动特性好，所以选择双肘杆式锁模装置。

机构简图如图1。

图1五孔斜排式双曲肘机构简图图2 运动行程与各参数的图解图
2 肘杆机构的结构设计和特性分析
2.1 肘杆机构的参数确定
当动模板的行程S m给定后，综合考虑使机构具有较小的轴向尺寸、较大的增力作用、较高的
速度及可平稳变速，确定了各杆件的尺寸。

2101=l mm ，5.2622=l mm ， 1254=l mm ，
1905=l mm ，︒=5min θ，︒=15γ，189=d e mm ，=e 41.2mm, 杆长比8.0=λ。

2.2 肘杆机构的运动行程与最大起始角max α
机构在某一位置时,模板行程m s 可表达为：
[
]
max max 2
2122max 1min 21cos sin cos cos )(θααθl l l l l s m -+
-+= （1）
其中 α
αθ2
21
22
1sin cos sin l l l e
-+
=
(2)
已知移模行程S m =315 mm ，如何求得机构的最大起始角？如果将S 代入（1）式求是非常困难的。

这里采用了AutoCAD 作图解决了这个问题，作图过程如图2，将315mm 分为5等份，从闭模状态开始逐个画出各杆件对应的确定位置，最后到开模位置，得杆1两个极限位置的夹角即是最大起始角，为89°。

同是也得到了移模油缸的行程S 0=377mm 与不同位置对应的诸多角度，为下面计算模板速度与机构放大倍数做好了准备。

将作图得到的max α重新带回公式（1）、（2）计算，得到S m =314.82 mm ，相对误差仅为0.057%，所以CAD 的作图精度完全能够满足设计要求。

2.3 动模板的运动速度
将各位置对应的参数代入相应的速度计算公式，可得模板的速度列表1。

从表1可看出：移模油缸刚启动时，移模速度从零开始逐渐变快;中间速度较高且平稳;即将闭模时快速减至零。

符合我们对模板速度的要求。

2.4 肘杆机构力的放大倍数
肘杆机构具有力的放大能力，力的放大倍数M 表示在合模过程中移模力P m 与油缸推力P 0之比。

移模过程中，力的放大倍数随移模行程不断变化，在行程终点最大，证明机构在合模时有较大的增力作用，符合设计要求。

结果列表1。

A 2.5 临界角0α
和变形力的计算
肘杆、动模、定模、后固定模板与拉杆组成了一个封闭框架，合模时，油缸通过肘杆机构推动动模板前移，当动模与定模接触时，两肘杆尚未伸直为一直线，此时的α称临界角。

肘杆继续运动，
各构件产生弹性变形，动模板、肘杆受压，拉杆受拉。

机构变形力为肘杆机构在锁紧模具过程中，因系统发生弹性变形而形成的实际锁紧力，它取决于合模机构变形量的大小。

封闭框架形成的预紧力可保证塑料熔体充模后动、定模不分离，从而使制品具有较高的精度。

变形力是移模油缸的负荷，合模时油缸推动肘杆机构，因机构有增力作用，产生移模力克服变形力将模具锁紧，这也是肘杆机构正常工作的条件。

经计算临界角为5.15°。

变形力在临界角内的计算值见表2，肘杆完全伸直时，变形力等于合模力，即P C =1100 kN, 满足设计要求。

临界角
c
l P cm )1(656710λα+=
(3)
机构变形力 C P =
)(6567
)1(2
2
01ααλ-+c l (4)
2.6 油缸推力
油缸推力在合模过程中是变化的，开始与最后均为零，在中间有最大值。

经计算理论值为67kN ，考虑效率和结构设计等缘故，合模油缸拉力最后选定为95 kN 。

3 肘杆机构的强度校核
3.1 肘杆的疲劳强度校核
肘杆在工作时处于反复的拉伸-压缩状态，所以要进行疲劳强度校核。

肘杆的截面积为 452cm ，选肘杆的材料为45调质（840°C 淬火，510°C 回火），查表得： 4051=-σMPa 取n=1.6,σk =1.8,1=τk
经计算： 肘杆的计算应力 =σ122.16MPa
材料的耐疲劳许用应力 []1-σ=140.63MPa 疲劳强度校核通过
3.2 超载时的静强度验算
MPa b 934=σ，安全系数n=1.8,载荷系数为1.4
肘杆的最大拉应力 0
max 4.1ZF P cm t =σ=
45
210
11004.13
⨯⨯⨯=171.11 MPa
材料的许用应力 []n
y
t σ
σ=
=
8
.1934 =518MPa 静强度校核通过
3.3 销轴和轴套设计
销轴和轴套是保证肘杆机构正常工作的重要零件。

由于销轴和轴套在设计时尺寸受限，工作条件较恶劣，制造与安装精度、润滑条件等对其寿命影响较大，所以它又是肘杆合模机构中最容易损坏的部件。

当承受较大载荷时，常用的结构是采用多剪切面的销轴。

多剪切面的销轴可使结构紧凑、接触面上的负荷分布均匀，对摩擦面的工作条件也有较大改善。

根据所设计的锁模机构特点，选择销轴和轴套的材料为40Cr 。

销轴直径为30mm ，轴套外径为40mm 。

设计四个剪切面，每个销轴均有润滑油口。

3.3.1 剪切强度校核
销轴的强度主要决定于剪切应力，而弯曲应力因影响较小，在计算中给予适当的修正就可以。

因此，销轴的强度可按纯剪切考虑，设计为4个剪切面。

经计算：
剪切应力 τ=107MPa 许用剪切应力 ][τ=112MPa 剪切强度校核通过 3.3.2 轴套接触应力计算
因为销轴和轴套是在高压和低润滑速度（0.05-0.1m/s ）情况下工作，当接触负荷高到一定程度之后，接触面之间的油膜遭到破坏，而出现摩擦面局部金属粘着，造成表面金属剥落。

所以在一般情况下，销轴尺寸不取决于剪切强度条件，而由销轴和轴套的接触应力所决定。

经计算：
接触应力 Q=256.38MPa 许用接触应力 [Q]=300MPa 接触强度校核通过
4 调模装置设计
调模装置是用来调整动模板与定模板之间距离，其作用是适应不同厚度的注塑成型模具。

考虑合模力大小和机构的适应性，选择拉杆螺母调距。

此结构是通过改变后固定模板的位置来实现调整的。

结构见图3，由液压马达驱动小齿轮，小齿轮带动大内齿圈转动，大齿圈再带动四个调模螺母转动，而调模螺母内孔与拉杆为螺旋传动，同时调模螺母固定在后固定模板上，它既转动又移动,从而使整个肘杆机构前后移动，达到调模的目的。

大齿圈可使四个调节螺母同步调节。

1-移模油缸；2-后固定模板；3-后肘杆4-前肘杆；
5-动模板；6-定模板；7-拉杆；
8-顶出油缸；
9-液压马达；10-轴承；
11-调模螺母；12-大齿圈。

图3 双曲肘锁模装置简图
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5 总结
着重对双肘杆机构的特性进行了分析与计算，尝试运用图解与计算相结合的方式，解决了较为复杂的计算问题，也为以后从事设计提供了一种方法和思路。

参考文献
[1] 北京化工学院,华南工学院合编.塑料机械设计.北京：轻工业出版社，1982. [2] 北京化工学院.塑料成型机械.北京：轻工业出版社，1982.
[3] 北京化工学院，华南工学院合编.塑料机械液压传动.北京：轻工业出版社，1982. [4]《机械设计手册》联合编写组. 机械设计手册.北京：燃料化学工业出版社，1970.。