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三工位注射轮胎设备的设计研究

作　者: 范之海
导　师: 吕柏源
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 三工位注射轮胎一步法注射硫化机组设计研究过程模拟
分类号: TQ336.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于我国现代化步伐的飞速前进,汽车产业的迅速发展,现在越来越需要大量高质量的轮胎。而拥有高质量的轮胎成型硫化设备才能保证高质量轮胎的生产,即轮胎成型硫化设备的水平决定着轮胎生产的水平。当今社会主要的轮胎成型的方法有缠绕法、模压法、离心浇铸聚氨酯法等。但这些设备和成型方法仍存在一些亟待解决的问题:第一缠绕法和模压法都属于一种将预先制好的胶片进行贴合的工艺,其使用设备多、消耗能量大,制造工艺复杂、且制品胶层之间致密性差,易出现脱层现象,胎冠使用寿命短;二是因材料的特殊性聚氨酯轮胎内生热现象严重且不易导热,并且其抗拉伸、抗撕裂、耐磨性和抗滑性能差,由于这些不足的存在,阻碍了聚氨酯轮胎的进一步推广。本设计深入研究了各种轮胎成型设备的性能和特点,结合青岛科技大学高分子加工机械研究所现有的专利和技术,全新设计了三工位一步法注射轮胎成型硫化机组。以此使轮胎制品拥有“高质、高效、低成本、低能耗”的优势,从而进一步满足了市场的需求。本文的主要研究成果如下:(1)首次将一步法注射技术应用于注射轮胎胎冠,大幅度提高轮胎的表面质量和整体胎体的使用寿命,从而提高了轮胎的整体性能和生产效率。(2)注射轮胎成型硫化机组具有三工位一体式结构,整套设备可以在三工位同时进行注射、硫化和脱模等工作,极大的提高了生产效率,实现了连续化生产。并且可以在不超过设计的锁模力下更换不同的模具,可以应用在大、中、小型模具的注射成型硫化。(3)在本次设计开放式轴承座和弹簧缓冲装置,提高了压力传感器的可靠性和控制精度,解决了电动螺旋锁模机构偶尔卡死时无法卸载的难题。(4)注射口开在专门的流道板上,故而整个压合力均作用在流道板上,而流道板通向下模的方向又是向上的,这样解决了传统注射口开在模具上模具容易移位的问题,从而使得在合模时不会造成合模力偏心。注射口下移到单独的流道板可以使胶料在模具中自下而上流动,从而避免偏心和漏胶。(5)轮胎顶出装置采用了机械传动和电磁传动相结合的方式,开创了硫化机历史上的先河。通过电磁离合器的采用可以使得顶出电机和上面的合模电机独立工作,效率更高,且操作更加简便。(6)设计了三工位的横向移动装置,采用了高精度滚珠丝杠导轨副、齿轮齿条作为传动装置,确保注射装置在移动中能够实现高精度的可靠定位。(7)本次设计中采用了先进的传感技术。压力传感器可以准确的控制注射压力,压合力和锁模吨位,提高精度,进而提高轮胎整体的质量。(8)运用传统设计、三维造型设计和三维过程模拟、有限元分析相结合的方式,从而减少了设计制造时间、降低了成本、可提前对样机先评估,为产品的开发提供了检验手段。总之,三工位一步法注射轮胎成型硫化机组属于轮胎制造行业内首次创新设计,在设备方面具有:生产效率高,工作精度高,生产连续化、操作自动化的特点;在制成品方面具有:轮胎整体胶料结合更加致密,轮胎整体寿命大幅度提高。因而本次设计具有当今社会成型轮胎设备所不具备的多种优点,具有明显的创新性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
1 绪论  15-26
  1.1 本课题研究目的与意义  15-19
    1.1.1 课题研究的来源  15-16
    1.1.2 本设计研究的意义  16-17
    1.1.3 课题的应用前景  17-19
  1.2 注射轮胎成型技术的进步与发展  19-23
    1.2.1 模压法成型轮胎  19
    1.2.2 缠绕法成型轮胎  19-20
    1.2.3 聚氨酯浇注法成型轮胎  20-22
    1.2.4 一步法注射成型轮胎  22-23
  1.3 本此设计所涉及的内容  23-26
    1.3.1 各个章节的安排  23-24
    1.3.2 本文的创新点  24-26
2 三工位一步法注射轮胎的相关理论研究  26-40
  2.1 一步法注射成型装置的理论研究  26-36
    2.1.1 一步法注射成型技术与装置  26-27
    2.1.2 一步法注射成型技术的特点  27-29
    2.1.3 一步法注射成型装置的实验研究  29-36
      2.1.3.1 一步法注射成型原理在薄壁空心制品中应用的验证试验与研究  29-32
      2.1.3.2 一步法注射原理在细长制品中的试验验证  32-34
      2.1.3.3 一步法注射成型技术基本的理论研究结论  34-36
  2.2 电动螺旋注射轮胎锁模装置的研究  36-39
    2.2.1 锁模装置最基本的要求  36
    2.2.2 电动螺旋锁模装置的主要结构及运行原理  36-37
    2.2.3 电动螺旋注射轮胎锁模原理在应用中的验证  37-38
      2.2.3.1 背景  37
      2.2.3.2 试验设备机台的结构  37-38
      2.2.3.3 实验得出的主要结论  38
    2.2.4 电动螺旋锁模装置研究的基本结论  38-39
  2.3 本章小结  39-40
3 三工位一步法注射轮胎硫化机组的理论分析以及模型的建立  40-57
  3.1 一步法注射技术的理论分析与数学推倒  40-48
    3.1.1 注射功率的数学模型的建立  40-48
  3.2 电动螺旋注射轮胎硫化装置的设计原理及相关数学模型的建立  48-57
    3.2.1 电动螺旋硫化装置的锁模理论  48-50
    3.2.2 电动螺旋注射轮胎锁模装置功率模型的建立及求解  50-53
    3.2.3 脱模机构的设计  53-57
4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的结构设计及分析  57-110
  4.1 一步法注射装置的结构设计  57-84
    4.1.1 螺杆的结构设计  57-70
    4.1.2 机筒的结构设计  70-73
    4.1.3 一步发注射机头的设计  73-74
    4.1.4 螺旋啮合喂料装置的结构设计  74-78
    4.1.5 传动装置的结构设计  78-80
    4.1.6 注射机压合装置设计  80-82
    4.1.7 三工位移动装置的结构设计  82-84
  4.2 三工位一步法注射轮胎硫化机组的结构设计  84-110
    4.2.1 流道系统设计  84-88
    4.2.2 模具的设计  88-92
    4.2.3 电动螺旋锁模系统的设计  92-98
    4.2.4 整体机架设计  98-104
    4.2.5 脱模装置的结构设计  104-106
    4.2.6 三工位预硫化环形胎面成型硫化机组的整体结构设计  106-110
5 三工位一步法注射轮胎硫化机组的三维结构设计与动态模拟  110-124
  5.1 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维结构设计  110-118
    5.1.1 Inventor 三维结构设计软件介绍  110-111
    5.1.2 三工位一步法注射系统的三维造型设计  111-114
      5.1.2.1 螺杆的三维造型设计  111
      5.1.2.2 螺旋啮合喂料装置的三维造型设计  111-112
      5.1.2.3 机筒的三维模拟设计  112-113
      5.1.2.4 一步法注射机整体结构的三维模拟设计  113
      5.1.2.5 三工位注射机移动装置三维造型设计  113
      5.1.2.6 三工位一步法注射装置的三维模拟设计  113-114
    5.1.3 三工位环形胎面预硫化成型硫化机组的三维模拟设计  114-116
      5.1.3.1 轮胎的三维模拟设计  114-115
      5.1.3.2 模具压合系统的三维模拟设计  115
      5.1.3.3 脱模装置的三维模拟设计  115
      5.1.3.4 三工位注射轮胎成型硫化机组总体结构的三维造型设计  115-116
    5.1.4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的整体三维模拟设计  116-118
  5.2 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维动态模拟  118-123
    5.2.1 三维动态模拟实现方法  118
    5.2.2 三维动态具体操作过程  118-119
    5.2.3 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的操作流程  119-120
    5.2.4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维动态模拟示意图  120-123
  5.3 本章小结  123-124
结论与展望  124-126
  结论  124-125
  展望  125-126
参考文献  126-129
致谢  129-130
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果  130-131

三工位注射轮胎设备的设计研究

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