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三工位轮胎胶囊一步法注射成型硫化技术与设备的设计研究

作　者: 吕贤滨
导　师: 吕柏源
学　校: 青岛科技大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 三工位胶囊注射模具一步法注射成型平板硫化机有限元
分类号: TQ330.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

随着我国轮胎工业的发展,特别是我国子午线轮胎的快速发展,轮胎工业对胶囊的需求量也越来越多,而且对胶囊的生产技术和品质也提出了更高的要求。目前,国内规模大的轮胎企业都有自己的胶囊生产分厂,但随着我国集约化经济的发展,又有好多专业的胶囊制造商生产胶囊供轮胎厂商用。现在,全国专业的胶囊制造厂商有20多家,基本上能满足现在轮胎厂对胶囊的需求。在胶囊的制造工艺中,95%的制造厂商采用的模压生产工艺,少数的制造厂商采用的是液压注射法。传统的模压方法存在的缺点是:胶囊质量难以提高,生产效率低,工艺过程复杂,能源浪费度大等。传统的液压注射法是经过先塑化、再定量的两步工作过程,存在的缺点:注射装置结构复杂、加工困难、造价高;注射量少,不适合大规格胶囊注射。针对以上存在的问题,青岛科技大学挤出工程研究室吕柏源教授对胶料注射成型技术进行了深入研究和探讨,提出了一步法注射成型技术——将传统的注射工艺中的塑化、注射两步动作简化为塑化和注射一步完成。一步法注射成型优点:成型制品质地均匀、致密性好;所需要的设备简单、投资费用少,而其能适合大容量制品注射。现在把这种注射方法引进到轮胎胶囊制造企业中,并对原有模压注射平板硫化机进行改造,以解决胶囊生产企业现在面临的实际生产问题。在此背景下,我们设计研究对了三工位轮胎胶囊一步法注射成型硫化技术与设备。在《三工位轮胎胶囊一步法注射成型硫化技术与设备》课题中,重点所做工作和获得成果如下:1、将三工位一步法注射成型技术应用到轮胎胶囊制造中去,并对企业现有平板硫化设备进行技术上的改造,重点解决了企业用传统成型法生产的胶囊质量不足的问题,并且推进了企业设备资源的可持续利用,同时使胶囊的生产工艺水平处于世界领先位置。2、在本设计中,将世界领先的一步法注射工艺应用到企业胶囊生产中。我们采用与胶囊垂直注射的方法,只需对原有模压胶囊模具增加下流道板及流道装置,而原有模压模具上下模结构及其芯模结构保持不变,就样就由模压模具改造成注射模具。这种模具改造方案适应性广,即适用于型号A、B的斜交胎模压胶囊模具的改造,又适合型号为RA、RB、RC、RAB的子午线模压胶囊模具的改造。3、在本设计中,对传动装置的结构进行合理设计。采用自冷式直流电动机与减速器直联的方法,减速器采用平面二次包络环面技术。这样的传动系统具有体积小、承载能力大、运转平稳、噪声低、寿命长、传动效率高等优点,是橡胶注射机传动系统发展中的一次重要技术革新。4、在本设计中,通过对螺杆各参数性能的理论分析,并对其进行整体设计,使胶料在螺杆挤出段的压力满足一步法注射工艺所需要的要求。5、在本设计中,注射机的喂料段采用了螺旋啮合喂料装置:一方面能保证胶料的连续喂入喂料装置中去;另一方面能把胶料强制拖拽到机筒中,同时能给胶料强有力的推力。这样能有效的增加胶料的注射压力。6、在本设计中,将胶料的机械式注射定量方式该变为信息定量方式。在注射机头位置加上压力传感装置,能实时检测胶料的注射压力信息,并将检测信息及时反馈给驱动压合电机,当注射压力达到设定参数定值时,注射机停止注射。7、在本设计中,成功运用了CAE技术——有限元法,结合有限元分析软件ANSYS对注射机筒的重要冷却——加热温度控制系统进行温度场分析。根据分析结果,有针对性的对注射装置机筒的结构做了合理的改进和优化,从而提高了设计方案的可靠性和可靠度。8、本设计采用二维设计软件AutoCAD和三维设计软件Pro/E相结合方法,对胶囊注射成型硫化机设备进行结构设计,能直观、简捷表明设计思想。最后运用三维动画模拟软件3DS MAX对整套设备进行运动过程模拟,以此验证整套设备设计的合理性。综上所述,三工位轮胎胶囊一步法注射成型硫化设备具有广泛的开发和应用前景,相信将会带来明显的社会效益和经济效益。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
1 绪论  14-34
  1.1 课题目的与设计研究的意义  14-17
    1.1.1 课题的来源  14
    1.1.2 课题设计研究的意义  14-17
  1.2 橡胶注射成型机的发展趋势  17-22
    1.2.1 橡胶注射成型机的发展背景  17
    1.2.2 橡胶注射成型机的发展阶段  17-22
  1.3 轮胎胶囊硫化设备的发展  22-32
    1.3.1 轮胎硫化胶囊的类型  22-26
    1.3.2 轮胎硫化胶囊的制造工艺与生产设备  26-32
  1.4 本文的创新点  32-33
  1.5 本章小结  33-34
2 一步法注射成型技术的应用方案  34-48
  2.1 一步法注射成型原理及其验证实验  34-45
    2.1.1 一步法注射成型技术的原理与装置  34-35
    2.1.2 一步法注射成型原理的验证试验  35-43
    2.1.3 一步法注射成型技术与装置的基本结论  43-45
  2.2 一步法注射成型装置在轮胎胶囊模压硫化机上的应用改造方案  45-47
    2.2.1 胶囊模压平板硫化改造方案的论证  45-46
    2.2.2 胶囊模压平板硫化改造方案的确立  46-47
  2.3 本章小结  47-48
3 三工位轮胎胶囊注射硫化装置理论模型的建立与分析  48-90
  3.1 螺旋啮合喂料装置理论模型的建立与分析  48-51
    3.1.1 理论模型及流动计算  48-50
    3.1.2 物料输送特性参数计算  50-51
  3.2 胶料输送段功率数学模型的建立与分析  51-62
    3.2.1 固体输送理论分析及功率模型的建立与分析  51-58
    3.2.2 熔体输送理论分析及功率模型的建立与分析  58-62
  3.3 胶料输送长度及挤出压力数学模型的建立与分析  62-66
    3.3.1 轴向粘度比系数的提出  63-65
    3.3.2 挤出机喂料段长度预测  65
    3.3.3 粘流转变段长度预测  65-66
    3.3.4 挤出量及挤出压力数学模型  66
  3.4 螺杆参数对注射机性能指标数学模型的建立与分析  66-69
  3.5 熔体充模过程的压力模型的建立与分析  69-72
    3.5.1 熔体在喷嘴处的流动模型及其压力  69-71
    3.5.2 熔体在模腔中的压力过程分析  71-72
  3.6 胶囊平板硫化设备的结构设计原理  72-85
    3.6.1 主液压缸的结构系统  72-76
    3.6.2 上横梁、侧板、活动平台的结构与设计  76-81
    3.6.3 上芯模液压缸系统  81-85
    3.6.4 下芯模系统  85
  3.7 三工位移位装置设计原理  85-88
    3.7.1 轮链传动形式的选择  86-88
    3.7.2 驱动电机功率的选择  88
  3.8 本章小节  88-90
4 三工位轮胎胶囊注射硫化装置的结构设计及有限元分析  90-130
  4.1 一步法注射装置的结构设计及有限元分析  90-110
    4.1.1 螺杆的结构设计  90-94
    4.1.2 机筒的结构设计  94-97
    4.1.3 挤出机机筒加热装置的温度场分析  97-102
    4.1.4 螺旋啮合喂料装置的结构设计  102-104
    4.1.5 机头的结构设计  104-105
    4.1.6 传动装置的结构设计  105-110
  4.2 压合装置的结构设计  110-117
    4.2.1 螺旋传动的结构设计  110-112
    4.2.2 压合螺杆的强度计算  112-113
    4.2.3 压合电机功率的计算  113-114
    4.2.4 压合螺母的强度计算  114-115
    4.2.5 压合装置的结构设计  115-117
  4.3 胶囊平板硫化机的改造与结构设计  117-122
    4.3.1 胶囊平板硫化机设备的结构设计  117-120
    4.3.2 胶囊注射成型模具的结构设计  120-122
  4.4 三工位注射装置机架的结构设计  122-123
  4.5 三工位轮胎胶囊注射成型硫化装置的控制系统  123-127
    4.5.1 温度控制系统  124-126
    4.5.2 直流可控硅调速系统和移动压合控制系统  126-127
  4.6 三工位轮胎胶囊注射成型硫化装置全套设备的设计  127-128
  4.7 本章小结  128-130
5 三工位轮胎胶囊注射硫化机组的三维设计及动态模拟  130-142
  5.1 三工位轮胎胶囊注射成型硫化机组的三维设计  130-137
    5.1.1 三维设计软件的介绍  130-131
    5.1.2 三工位轮胎胶囊注射成型硫化机组的三维构型  131-137
  5.2 三工位轮胎胶囊注射硫化机组的三维动态模拟  137-141
    5.2.1 三维动态模拟软件的介绍  137-138
    5.2.2 三工位轮胎胶囊注射成型硫化机组的工作过程  138-139
    5.2.3 三工位轮胎胶囊注射成型硫化机组的动画模拟  139-141
  5.3 本章小结  141-142
6 结论与展望  142-144
  6.1 结论  142-143
  6.2 展望  143-144
参考文献  144-148
致谢  148-149
攻读硕士学位期间发表的学术论文  149-150

三工位轮胎胶囊一步法注射成型硫化技术与设备的设计研究

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