基于SolidWorks 的注塑成型機(jī)刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢 丹 吳良芹

（沙洲職業(yè)工學(xué)院，張家港 215600）

塑料制品具有成本低、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、藥品包裝和3D 打印等科技領(lǐng)域[1-4]。注塑成型機(jī)是將塑料顆粒加熱成熔融狀態(tài)，并注射到模具內(nèi)腔中加工成形狀不同的塑料制品的塑料加工設(shè)備。因注塑成型機(jī)的生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)周期短，應(yīng)用比吹塑成型機(jī)和塑料擠出機(jī)更為廣泛[5-6]。本文設(shè)計(jì)了一種刮料裝置及其成品輸出系統(tǒng)，工作原理是將熔融的高溫塑料根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍，經(jīng)注塑、刮料、送料、吹氣以及吸氣等動(dòng)作，以塑料原料球的形式分配給塑料制品模具生產(chǎn)出成品，然后通過成品輸送系統(tǒng)輸出塑料制品。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：一是將原料從擠出機(jī)噴嘴口等量刮下；二是將刮下的原料球送入模具下腔；三是將從模具上腔脫下的制品傳輸?shù)捷斔蛶稀９瘟涎b置頂出成品輸送系統(tǒng)的動(dòng)作流程，如圖1 所示。

1.2 刮料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模壓轉(zhuǎn)盤主軸與刮料傳動(dòng)軸通過同步帶輪連接，為旋轉(zhuǎn)分料盤提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，并通過一定的減速比使模壓轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)1 周（模壓轉(zhuǎn)盤上共安裝24 組模具），旋轉(zhuǎn)分料盤轉(zhuǎn)4周（旋轉(zhuǎn)分料盤上共安裝6 組刮刀）。

刮料裝置示意圖，如圖2 所示。其中，ω1:ω3=-4:1，ω2:ω1=-1，ω2:ω3=4:1。

圖1 刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)流程圖

圖2 刮料裝置示意圖

應(yīng)用SolidWorks 軟件對(duì)刮料部件頂出成品輸送系統(tǒng)進(jìn)行三維建模。其中，刮料裝置的三維模型，如圖3 所示。

圖3 刮料裝置三維模型

設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)分料盤共有6 個(gè)位置安裝刮刀組，結(jié)構(gòu)如圖4所示。每個(gè)位置設(shè)置A、B、C 這3 個(gè)孔。其中，A 孔用于吹氣和吸氣，主要功能是將吸附和吹落原料球的氣體導(dǎo)入刮料活塞中心氣孔；B 孔用于控制刮料活塞下行；C 孔用于控制刮料活塞上行。

設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)分氣塊，如圖5 所示。其中，A 口接真空氣體，用于將刀片從擠出機(jī)噴嘴刮下的原料球吸附于刮料活塞上；B 口接真空氣體，用于分料盤在旋轉(zhuǎn)過程中保持刮料活塞對(duì)原料球的吸附；C 口和D 口接吹氣，用于刮料活塞上、下（無桿腔和有桿腔）同時(shí)進(jìn)氣，在刮料活塞低速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，使原料球與模具下腔更接近；E 口接吹氣，使接近模具下腔的原料球脫離刮料活塞，進(jìn)入模具下腔；F 口接吹氣，用于刮料活塞向上時(shí)刮料活塞中心氣孔再吹一次氣，以確保原料球在E 位置處未能進(jìn)入模具下腔，且還貼在刮料活塞上時(shí)，使得原料球可掉落到廢料收集處，以免影響下一循環(huán)；G 口接吹氣，用于重復(fù)刮料活塞向上的動(dòng)作，確保刮料活塞在旋轉(zhuǎn)進(jìn)入A 位置時(shí)的準(zhǔn)確定位。

圖4 旋轉(zhuǎn)分料盤

圖5 旋轉(zhuǎn)分氣塊

1.3 成品輸送盤傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1.3.1 傳動(dòng)要求

根據(jù)刮料輸送部件功能要求，確定刮料輸送部件成品輸出的傳動(dòng)要求。第一，成品輸送盤1 與成品輸送盤2 分別以相同的線速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第二，成品輸送盤1 與模壓轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向相反（模壓轉(zhuǎn)盤在俯視方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向旋轉(zhuǎn)），則成品輸送盤1 在俯視方向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)；第三，成品輸送盤2 與成品輸送盤1 轉(zhuǎn)向相反，則成品輸送盤2 在俯視方向的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。

1.3.2 傳動(dòng)原理

成品輸送盤傳動(dòng)示意圖，如圖6 所示。它通過主動(dòng)齒輪、中間齒輪以及小齒輪等傳動(dòng)件，實(shí)現(xiàn)成品輸送盤1 與成品輸送盤2 的同速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6 成品輸送盤傳動(dòng)示意圖

1.3.3 參數(shù)初定

首先，依照最終制品尺寸，初定成品輸送盤1 和成品輸送盤2 的外徑φ 均為228mm。兩成品輸送盤在一個(gè)平面上，且中心距為230mm。其次，為實(shí)現(xiàn)成品輸送盤1 與成品輸送盤2以相反的方向旋轉(zhuǎn)，且考慮到設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單實(shí)用性，決定采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。再次，由于要求兩輸送盤以相同的線速度進(jìn)行相反方向旋轉(zhuǎn)，因此傳動(dòng)比i=1。最后，齒輪排布中，刮料傳動(dòng)軸與小傳動(dòng)軸上安裝兩個(gè)相同模數(shù)與齒數(shù)的齒輪，初取齒數(shù)Z=31。這兩齒輪中間另設(shè)有兩個(gè)模數(shù)和齒輪相同的中間齒輪，用于實(shí)現(xiàn)兩成品輸送盤相反方向等速旋轉(zhuǎn)的要求。初取齒輪模數(shù)m=2。

1.3.4 參數(shù)計(jì)算及確定

由成品輸送盤1 和成品輸送盤2 的中心距確定兩側(cè)齒輪總中心距a總為230mm。初取傳動(dòng)比i=1，模數(shù)m=2，兩側(cè)齒輪齒數(shù)Z側(cè)=31。

相互嚙合的兩齒輪的中心距公式：

式中，a 為齒輪中心距；d1為齒輪1 的分度圓直徑；d2為齒輪2 的分度圓直徑；Z1為齒輪1 的齒數(shù)；Z2為齒輪2的齒數(shù)；m 為模數(shù)（兩齒輪相等）；mn為法向模數(shù)（兩齒輪相等)；β 為螺旋角。

兩側(cè)齒輪中心距a側(cè)：

于是，可得中間齒輪中心距a中：

利用獲得的中間齒輪中心距a中，結(jié)合式（4），有：

所以，中間齒輪齒數(shù)Z中=42mm。

齒輪直徑計(jì)算公式為：

式中，d 為分度圓直徑；da為齒頂圓直徑；df為齒根圓直徑。

根據(jù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合齒輪直徑計(jì)算公式，最終確定兩側(cè)齒輪和中間齒輪的參數(shù)，如表1 所示。其中，我國(guó)采用標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20°。

表1 兩側(cè)齒輪和中間齒輪參數(shù)表

2 刮料裝置調(diào)試

刮料裝置調(diào)試的過程如下。

步驟1：調(diào)節(jié)上下調(diào)距桿（如圖3 所示），使刀片的下刃口與擠出機(jī)噴嘴距離為1mm，并分別鎖緊安裝于芯軸套和輸送盤轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)六角凹端緊定螺釘B31 和B32。

步驟2：逐個(gè)調(diào)節(jié)1 ～6 組刀片與擠出機(jī)噴嘴口的間隙至0.2mm。調(diào)節(jié)方法：先用0.2mm 的塞尺墊于擠出機(jī)噴嘴和刀片之間，再擰松刀片內(nèi)六角螺釘B20，然后移動(dòng)刀片使其與塞尺緊密貼合，最后鎖緊刀片內(nèi)六角螺釘B20，如圖7（a）所示。

步驟3：點(diǎn)動(dòng)操作設(shè)備，使第1 組刮刀的刮料活塞中心與擠出機(jī)噴嘴中心重合，如圖7（b）所示。

步驟4：旋轉(zhuǎn)分氣塊，使分氣塊的A 口與分料盤的第1組刮刀的A 口對(duì)準(zhǔn)。

步驟5：旋轉(zhuǎn)成品輸送盤2，使其槽口與成品輸送盤1的槽口對(duì)準(zhǔn)，并鎖緊B27，如圖8 所示。

圖7 刮料裝置調(diào)試

圖8 成品輸送

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種注塑成型機(jī)刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)。首先，確定該系統(tǒng)的動(dòng)作流程；其次，根據(jù)刮料裝置設(shè)計(jì)刮料裝置；再次，根據(jù)成品傳動(dòng)的功能要求設(shè)計(jì)成品輸送盤的傳動(dòng)部分，并計(jì)算和確定了齒輪傳動(dòng)方式的相關(guān)參數(shù)；最后，介紹刮料裝置的調(diào)試方法。該設(shè)計(jì)為注塑機(jī)塑料制品的生產(chǎn)提供了一種成本低、效率高以及質(zhì)量穩(wěn)定的方式。