基于SolidWorks 的注塑成型機刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)設計

錢 丹 吳良芹

（沙洲職業(yè)工學院，張家港 215600）

塑料制品具有成本低、物理化學性質穩(wěn)定以及絕緣性能好等優(yōu)點，廣泛應用于醫(yī)療、藥品包裝和3D 打印等科技領域[1-4]。注塑成型機是將塑料顆粒加熱成熔融狀態(tài)，并注射到模具內腔中加工成形狀不同的塑料制品的塑料加工設備。因注塑成型機的生產效率高和生產周期短，應用比吹塑成型機和塑料擠出機更為廣泛[5-6]。本文設計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)的生產節(jié)拍，經(jīng)注塑、刮料、送料、吹氣以及吸氣等動作，以塑料原料球的形式分配給塑料制品模具生產出成品，然后通過成品輸送系統(tǒng)輸出塑料制品。

1 結構設計

1.1 總體設計

刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)應具備以下功能：一是將原料從擠出機噴嘴口等量刮下；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)的動作流程，如圖1 所示。

1.2 刮料裝置結構設計

模壓轉盤主軸與刮料傳動軸通過同步帶輪連接，為旋轉分料盤提供旋轉動力，并通過一定的減速比使模壓轉盤轉1 周（模壓轉盤上共安裝24 組模具），旋轉分料盤轉4周（旋轉分料盤上共安裝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

應用SolidWorks 軟件對刮料部件頂出成品輸送系統(tǒng)進行三維建模。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

設計旋轉分料盤共有6 個位置安裝刮刀組，結構如圖4所示。每個位置設置A、B、C 這3 個孔。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。

設計旋轉分氣塊，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，用于分料盤在旋轉過程中保持刮料活塞對原料球的吸附；C 口和D 口接吹氣，用于刮料活塞上、下（無桿腔和有桿腔）同時進氣，在刮料活塞低速向下運動時，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，進入模具下腔；F 口接吹氣，用于刮料活塞向上時刮料活塞中心氣孔再吹一次氣，以確保原料球在E 位置處未能進入模具下腔，且還貼在刮料活塞上時，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，用于重復刮料活塞向上的動作，確保刮料活塞在旋轉進入A 位置時的準確定位。

圖4 旋轉分料盤

圖5 旋轉分氣塊

1.3 成品輸送盤傳動設計

1.3.1 傳動要求

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行旋轉；第二，成品輸送盤1 與模壓轉盤轉向相反（模壓轉盤在俯視方向為逆時針方向旋轉），則成品輸送盤1 在俯視方向為順時針旋轉；第三，成品輸送盤2 與成品輸送盤1 轉向相反，則成品輸送盤2 在俯視方向的轉向為逆時針方向。

1.3.2 傳動原理

成品輸送盤傳動示意圖，如圖6 所示。它通過主動齒輪、中間齒輪以及小齒輪等傳動件，實現(xiàn)成品輸送盤1 與成品輸送盤2 的同速反向轉動。

圖6 成品輸送盤傳動示意圖

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平面上，且中心距為230mm。其次，為實現(xiàn)成品輸送盤1 與成品輸送盤2以相反的方向旋轉，且考慮到設計的簡單實用性，決定采用齒輪傳動機構來實現(xiàn)。再次，由于要求兩輸送盤以相同的線速度進行相反方向旋轉，因此傳動比i=1。最后，齒輪排布中，刮料傳動軸與小傳動軸上安裝兩個相同模數(shù)與齒數(shù)的齒輪，初取齒數(shù)Z=31。這兩齒輪中間另設有兩個模數(shù)和齒輪相同的中間齒輪，用于實現(xiàn)兩成品輸送盤相反方向等速旋轉的要求。初取齒輪模數(shù)m=2。

1.3.4 參數(shù)計算及確定

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

兩側齒輪中心距a側：

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，結合式（4），有：

所以，中間齒輪齒數(shù)Z中=42mm。

齒輪直徑計算公式為：

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)齒輪標準件的國家標準，結合齒輪直徑計算公式，最終確定兩側齒輪和中間齒輪的參數(shù)，如表1 所示。其中，我國采用標準壓力角α=20°。

表1 兩側齒輪和中間齒輪參數(shù)表

2 刮料裝置調試

刮料裝置調試的過程如下。

步驟1：調節(jié)上下調距桿（如圖3 所示），使刀片的下刃口與擠出機噴嘴距離為1mm，并分別鎖緊安裝于芯軸套和輸送盤轉軸上的內六角凹端緊定螺釘B31 和B32。

步驟2：逐個調節(jié)1 ～6 組刀片與擠出機噴嘴口的間隙至0.2mm。調節(jié)方法：先用0.2mm 的塞尺墊于擠出機噴嘴和刀片之間，再擰松刀片內六角螺釘B20，然后移動刀片使其與塞尺緊密貼合，最后鎖緊刀片內六角螺釘B20，如圖7（a）所示。

步驟3：點動操作設備，使第1 組刮刀的刮料活塞中心與擠出機噴嘴中心重合，如圖7（b）所示。

步驟4：旋轉分氣塊，使分氣塊的A 口與分料盤的第1組刮刀的A 口對準。

步驟5：旋轉成品輸送盤2，使其槽口與成品輸送盤1的槽口對準，并鎖緊B27，如圖8 所示。

圖7 刮料裝置調試

圖8 成品輸送

3 結語

本文設計了一種注塑成型機刮料裝置頂出成品輸送系統(tǒng)。首先，確定該系統(tǒng)的動作流程；其次，根據(jù)刮料裝置設計刮料裝置；再次，根據(jù)成品傳動的功能要求設計成品輸送盤的傳動部分，并計算和確定了齒輪傳動方式的相關參數(shù)；最后，介紹刮料裝置的調試方法。該設計為注塑機塑料制品的生產提供了一種成本低、效率高以及質量穩(wěn)定的方式。