注塑机简外径设计的分析研究

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1、张友根：注塑机筒外径设计的分析研究267注塑机筒外径设计的分析研究张友根(宁波海达塑料机械有限公司，宁波315200)摘要探讨了影响注塑机筒外径设计的主要因素，评述了几种具有代表性的注塑机筒疲劳强度理论设计准则，分析了其局限性和可用范围，提出了符合实际的根据注塑机筒的疲劳强度设计外径的准则、根据加热功率配置的表面积设计外径的准则及根据综合因素确定机筒外径的原则。关键词注塑机机筒外径设计研究注塑机筒的外径设计是机筒设计的重点，目前还没有一套成熟的设计理论。注塑机筒的外径是由机筒的疲劳强度、加热功率的配置、结构设计等多种因素决定的。机筒头部裂纹是机简失效

2、的主要现象，表观的主要原因是机筒的外径不足以达到机筒的疲劳强度的性能，一般采取加大机筒的外径，以降低机筒的工作应力予以解决。笔者从机筒的疲劳强度、加热功率的配置、机筒的结构设计等三个方面，对传统的设计理论分析研究，创新提出了符合实际的注塑机筒外径的设计理论，并用实例加以论证。l注塑机筒疲劳强度设计超高压注射成型已成为注塑机的发展方向，注塑压力从传统的140MPa发展到200MPa以上，甚至达到400MPa，全电动精密注塑机的注塑压力为250MPa已属正常。注塑机筒的工作性能如何达到高压、超高压的注射性能已成为新的研究课题。传统的注塑机筒的疲劳强度理论

3、，不能解释实际中出现的机筒疲劳强度的设计，不能圆满解释注塑机筒疲劳失效现象。笔者从分析注塑机筒的弹性力学性能，评述几种主要的厚壁圆筒的疲劳强度设计准则，分析了影响机筒疲劳强度的因素，提出符合实际的注塑机简疲劳强度的设计准则。1．1机筒疲劳强度特性注塑机筒是注射部件中重要的塑化零件，对其超高压疲劳强度的研究一直是设计者重要的研究课题，但也是一个易忽略的问题。已有的注塑机筒的疲劳强度设计准则不能解释超高压机筒的疲劳强度，注塑机筒的疲劳强度的设计又放到研究日程上来。超高内压注塑机筒的疲劳强度设计准则，需要从不同的厚壁圆筒的疲劳强度设计理论进行新的探索和论证

4、，为实际中可行但不符合传统设计准则寻找理论依据，总结出新的注塑机筒疲劳强度设计理论。以解决设计中出现的新问题。注塑机筒属于两端开口的厚壁圆筒，但又不同于普通的厚壁圆筒，因为注塑机筒还要考虑到适应塑化的加热功率的配置要求。注塑机筒与挤出机筒同样为厚壁圆筒，但两者的工作特性完全不同，前者是在循环特征为“1”的超高压下工作，后者是在循环特征为“0”的低压下工作，所以两者的疲劳强度的设计理论也不同。1．2机筒疲劳强度分析研究的对象额定注塑压力产生在额定注射行程段，这是不同于普通厚壁圆筒内压的特点。注塑机筒在额定注射行程段为压力注射，注射至结束段为高压注射。注

5、塑机筒疲劳失效的主要现象是在头部高压区的径向平面内产生径向裂纹，由内到外延伸，并在该平面内沿径向一直扩展至机筒外壁，裂纹为1—2条，表观显示出机筒疲劳强度不足。额定注射行程段的机筒壁厚必须达到疲劳强度的设计要求，其余段的壁厚不以注塑机筒疲劳强度设计准则作设计准则。机筒的头部由于须连接喷嘴座，又处在高压段，是机筒疲劳强度的薄弱环节，疲劳强度的设计，实质上是对机筒头部疲劳强度薄弱部位的分析研究。机筒头部的结构形式不同，机筒疲劳强度设计分析研究的对象也不同。机筒头部与喷嘴座连接组成一体，根据两者之间连接的形式不同，结构形式主要有以下几种：螺纹连接式机筒(见

6、图1)；螺钉连接式直筒型机筒(见图2)；螺钉连接式阶梯型机筒(见图3)；螺钉连接法兰分体式机筒(见图4)。机筒头部的结构不同，疲劳强度的薄弱部位也不同，计算对象截面的位置也不同。图1—4表明了各种机筒头部不同结构形式的疲劳强度薄弱部位、疲劳强度计算截面(图示中的网格区)。图中，n为机筒疲劳强度计算截面内半径，r2为计算截面外半径。1．3机筒弹性力学分析图5为机筒的应力分析模型。机筒为两端通孔的厚壁圆筒，设内半径为r。，外半径为r2，机筒任意2009年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集点半径为，，受均匀工作内压力P作用，外压为0。这是一个轴对称的平面

7、应变问题，根据Lame的厚壁圆筒弹性力学原理，可给出注塑机筒的有关应力公式。薹一隧誓耋燃搿博一酊螺钉联接加强氆嚷嚷座陋裂徽襄劈强度悄敛面积、广一，h越2置嘻斗苗揣高爱舅强厦计算敛血状誊匿。愿耘型蚍⑦搦图5机筒应力分析模型(1)机筒环向应力盯。机筒环向应力盯。为：旷鑫(等+·)㈩％2孺I尹+1Ju，式中：盯。——机筒环向应力，MPa；P-工作内压，即额定注塑压力，MParl——机筒内半径，nun；r2——机筒外半径，mm；卜机筒任意点半径，mm。当r=rl时，盯口达到最大，此时，tlr口为：旷等等=睾半㈣盯p2■■i广2、百¨，式中：卜径比，机筒外半径

8、与内半径之比，K=r2／r1o当r=r2时，tlr。即为机筒外壁应力，此时，％为：2Prl。2P％2孺2乏呵