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1、机头用旋转装置设计摘 要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而模具是塑料工业中最为重要的，因此，研究模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计分析介绍了机头旋转装置的结构与工作原理，并对机头旋转装置的组成和各种零件做了详细的阐述。通过本设计，可以对机头用旋转装置有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。通过对AUTO CAD的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。【关键词】 模具 机头 旋转 CAD1 绪论1.1课题背景模具工业是国民经济的基础工业 ,受到政府和企业界的高度重视 ,发达国家有“模具工业是进入富裕社会的源动
2、力”之说 ,可见其受重视之程度 ,当今“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所接受. 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。近些年随着工业的发展，特别是CAD/CAM/CAE技术的飞速发展，极大地推动了模具的发展。它将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力有机地结合起来，成为设计人员的得力助手。1.2模具工业在国民经济中的地位模具工业是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定
3、着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国
4、民经济的发展有着特别重要的意义。1.3我国模具工业的现状及发展趋势 自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。最近几年每年以1015的速度快速增长。另据统计2004年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车问（分厂）近20000家，约60万从业人员，年模具总产值达1亿元人民币以上的有十多家。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于
5、技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制
6、造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4 CAD/CAM/CAE的现状与发展趋势模具CAD/CAM/CAE是CAD/CAM/CAE技术的一个重要分支
7、和组成部分。模具CAD/CAM技术发展很快，应用范围日益广泛。在冲压模、锻造模、挤压模、注塑模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM/CAE系统，并且涌现了大量的文献资料。采用CAD/CAM/CAE技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。我国的计算机技术起步较晚，模具CAD/CAM的开发始于20世纪70年代末，但发展也相当迅速。到目前为止，通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和注塑模等CAD/CAM系统，它们在生产中发挥着重要的示范作用并产生巨大的经济效益。80年代中、后期，我国的冲模CAD研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所大专院校都开发
8、了面向中国制造的CAD软件，强调软件产品的专业化和本地化。如天津大学的TD系统和一汽、二汽企业用的模具CAD/CAM系统。从上世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMIC,包括饭金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了模具CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发
9、的级进模系统CMCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD、北航研发的CAXA等。本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中 , 通过与计算机技术的紧密结合 , 人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快、学科领域交叉之广前所未见。今后 10年新一代模具 CAD/CAE/ CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成型理论和最高水平的制造方法相结合的产物 , 其特点将反映在专业化、网络化、集成化和智能化 4个方面。1.5本课题研究工作了解本次毕业设计的主要任务，查阅相关资料，完成开题报告，做好毕业设计前期的知识储备。
10、通过请教指导老师及与同学讨论，确定和完成自己的设计任务。我的重点部分是：机头旋转装置的总体设计，绘制模具零件的工程图等。（1)根据老师提供的课题，对机头用旋转装置进行分析，确定设计方案及模具结构类型，进行必要的分析计算。（2）在上述分析的基础上，进行机头的总体设计，概略地定出机头的外形尺寸。（3）进行机头主要零部件的结构设计，确定零件的结构型式和尺寸及固定形式，选定旋转挤出设备。（4）利用AutoCAD软件绘制模具零件图和装配图。2旋转装置分析设计2.1机头旋转装置设计要点目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。随着工业的迅速发展，产品对模具的要求越来越高，CAD/
11、CAM系统的成功应用，使得计算机不再仅仅是设计过程中的绘图工具，也是设计者进行空间思维的辅助工具。计算机辅助设计，已成为产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。塑料薄膜生产工艺常采用吹塑挤出的方法，塑料吹塑薄膜成型模具 ,简称吹膜机头。无论采用何种生产方式与吹膜结构 ,均要求这类挤塑模具具有均一的圆环隙出料口。当来自挤塑机料筒的塑料熔体进入机头口模内时 ,须沿口模环隙周向均匀分布 ,经模唇挤出厚薄均匀一致的膜坯后 ,配合以吹胀、风环及操作技巧 ,从而获得厚薄公差符合要求的薄膜制品。常用的薄膜机头大致可以分为：芯棒式机头、十字形机头、螺旋机头、多层薄膜吹塑机头和旋转机头。 旋转
12、装置是旋转机头最为重要的部分，它能使机头达到有非常好的塑化效果，可有效克服熔接线对薄膜质量的明显影响 ,并能使熔体在机头内的停留时间接近一致 ,从而保证被挤出物料温度的均匀性及膜坯的均一性。用旋转式机头生产的聚丙烯膜 ,其厚度公差可达0.1m。同时机头牢固，可以承受较大的挤出压力，生产出的制品密度高。旋转式机头设计 ,除遵循一般机头设计通则外 ,尤其要注意解决好旋转件的密封问题、高温下轴承润滑问题、以及电热元件的调整与绝缘问题。此外象熔体流动、压力分布、模具尺寸计算等 ,也是必须考虑和正确处理的问题。2.2 设计原理如大家所知，普通挤出机在挤出成型时由于出料口边缘不是绝对的光滑，或者出口处口径
13、大小有差异造成在成型时薄膜表面有凸起或者凹陷的地方，经过牵引卷取后的薄膜厚薄不均匀，这大大影响了薄膜的质量及使用寿命，严重时造成产品不合格从而造成资源的浪费。为了改善此问题，我们设计了挤出机的旋转装置。此装置就是通过电机带动连接旋转装置的转动从而达到改善薄膜厚薄不均匀的现象。具体原理为：高速转动的电机通过轴承和延伸轴带动小齿轮高速转动，小齿轮的转动带动与之咬合的大齿轮的转动，由于大小齿轮周长比相差很大，大齿轮转动的很缓慢（其转速为3-6r/min内可调），大齿轮的转动引起与之相连接的轴和螺纹轴的转动，螺纹轴的转动引起整个旋转装置缓慢的转动，口模的转动消除了因口模出口处不光滑或口模尺寸不均匀等因
14、素造成薄膜制品质量美观欠佳的现象。2.3旋转装置结构2.3.1旋转装置总装配图机头旋转装置的总装图如图2.1所示： 图2.1机头旋转装置总装图总装图零件表2.1如下所示：序号名称材料件数备注1铜环装置EQSn10-212单旋转机头4513法兰4514垫环A315螺纹轴4516销紧螺母4517大齿轮4518铜环装置EQSn10-219支撑板A3110轴40cr111铜套45112机座40cr1待添加的隐藏文字内容113轴承套45114小齿轮45115延伸轴45116垫圈A31 表2.12.3.2 各重要零部件作用简介 如图2.1所示，装置1、8为铜环装置，其作用为通过螺母来固定电刷。装置2为电机
15、，其作用是通过齿轮与轴相连，使得轴得以旋转。装置3为法兰、装置4为垫圈，其共同的作用为压紧固定旋转装置。装置5为螺纹轴，其作用为连接轴和口模。装置6为销紧螺母，其作用为固定大齿轮和螺纹轴。装置7为大齿轮，其作用为连接小齿轮带动轴的旋转。装置9为支撑板，起固定机头的作用。装置10为轴，是旋转装置最重要的部分之一，其作用为通过轴的旋转带动这个装置的旋转，从而使产品厚度均一。装置11为铜套，起密封作用，防止物料的泄露。装置12为机座，其作用为固定整个旋转装置。装置13为轴承套，保护电机的轴承并起一定的固定作用。装置14为小齿轮，其作用为带动大齿轮转动。装置15为延伸轴，其作用为带动小齿轮转动。装置1
16、6为垫圈，起压紧固定小齿轮和延伸轴的作用。2.4 旋转装置工作原理如图2.2所示，物料熔体由机座的流道1进入机头。电机2带动小齿轮3的转动，小齿轮带动与之咬合的大齿轮6的转动，大齿轮的转动引起与之固定的轴4的转动，于此同时螺纹轴5也随之转动，而螺纹轴是连接口模的，这样整个装置就旋转了起来。通过装置的转动而改善成型时薄膜厚薄不均匀的问题。图2.2机头旋转装置总装图3 零件设计3.1 轴的设计 轴是旋转装置的最主要部分之一。轴通过轴承与轴承套相连接，因此其外表面必须十分光滑，且其尺寸大小必须十分精密，材料要用耐磨的钢质材料。其装置图如下图3.1所示图3.1轴的设计图3.2 螺纹轴的设计 螺纹轴也是
17、旋转装置的重要组成部分之一，是连接口模与轴的装置。其外表面有连接口模的螺纹，内表面是物料熔体的通道，因此其尺寸必须十分精密，否则会引起物料的泄露。其装置图如下图3.2所示。 图3.2 螺旋纹设计图3.3 齿轮的设计由于电机转动速率过大，不适合于直接带动旋转装置中轴的旋转，因此我们引入了大小齿轮来减缓电机带动轴旋转的速率，通过调节大小齿轮的比例来调节轴旋转速率。大小齿轮的装置图如图3.3和图3.4所示。图3.3大齿轮装配图 图3.4小齿轮装配图4 结论机头旋转装置以其优良的性能已在大型吹塑机头上广泛应用，它通过电机带动口模缓慢的转动，是挤出的薄膜厚薄比较均匀，外形美观性能优越，还可以降低机头总高
18、度，易于更换芯模和口模。总的来说，机头旋转装置大大改进了传统的简单挤出，从而使挤出制品的质量性能得到了很大的提高，因此机头旋转装置将会在生产中得到推广与应用。从我国国情出发 ,认真面对模具工业发展的现状 ,加快模具CAD/CAM技术的推广 ,建立起一套软件开发、使用评价维护体系 ,形成区域规模优势 ,相互交流与协作 ,组成行业集团 ,尽快与国际接轨 ,参与国际竞争. 同时把协同创新设计、激光等先进技术应用到模具制造中去. 我们有理由相信 ,随着中国经济的不断发展 ,模具行业将逐渐与国际 CAD 行业接轨 ,适应国际 CAD/CAE/CAM的要求 ,创造出具有中国特色的模具设计制造模式.参考文献
19、1 李德群 , 肖祥芷.模具CAD_CAE_CAM的发展概况及趋势J.模具工业,2005.No.7.2 任志宇,施于庆.模具CAD/CAM技术的现状与发展趋势J.机电工程,2001,05:9-10.3 唐志玉 , 赵云路.吹模机头设计J.轻合金加工技术,2000, Vol.28.4 刘少达. 我国塑料模具工业的现状及发展趋势J. 仲恺农业技术学院学报 ，6671,2004.5 董兴仁.浅淡机械CAD发展趋势J.科技情报开发与经济.2001,01:41-43.6 李振兴.试论机械CAD的应用现状及发展趋势J.科技情报开发与经济,2001,05:52-53.7 成都科技大学,北京化工学院.天津轻工业学院合编 塑料成型模具. 轻工业出版社,1979.附录A：
