F锁模力=600吨卧式注射成型硫化机锁模装置设计开题报告

1. 研究目的与意义

橡胶注射成型机是生产橡胶模型制品的先进设备，它代表着橡胶模制品生产的发展方向。对发展循环经济，建立资源节约型工业具有重要的意义。目前中国还有很多企业使用平板硫化机，注射机的用量不多，同发达国家相比有很大差距。所以，橡胶注射成型机成为了我国当今研究和开发的焦点课题。然而橡胶注射成型机的主要部件是硫化装置，硫化装置中最关键的部件是锁模装置。目前的锁模装置有机械曲肘式，机械-液压式以及液压式。其中，机械式锁模装置结构复杂，体积庞大，并且不适合大行程的锁模;液压式锁模装置在使用过程中会消耗巨大的能源，同时制造和维护成本昂贵；机械-液压式虽然比前两种锁模装置有所改进，但是还没有达到预期的理想功能。所以，为了适应锁模装置的发展趋势和市场要求，需要设计一种用于生产轮胎注射成型的锁模装置，该装置是一款全新设计的更先进更简单的电动螺旋锁模装置，能实现轮胎生产的锁模过程，结构简单、并且可以使得自动化程度更高。这种锁模装置的设计成功将为橡胶注射成型机的发展提供了一个广阔的发展前景，相信将会带来明显的社会效益和经济效益。

2. 国内外研究现状分析

因锁模装置是硫化装置的关键部件，所以锁模装置即为硫化装置，所以主要介绍硫化装置来展现近期的锁模装置现状。轮胎工业近年来在国民经济中起着越来越重大的作用，并且与人民的生产生活息息相关，因此，近些年来我国十分重视轮胎工业的发展，尤其充气轮胎和子午线轮胎发展十分迅速，我国的轮胎产量也已经超过了亿条。轮胎定型硫化装置是轮胎生产过程的重要设备，轮胎硫化质量的好坏直接受到轮胎硫化装置性能的影响。轮胎硫化设备的发展经过了相当长的时间，它经过了硫化罐、个体硫化装置及定型硫化装置的发展过程，目前轮胎硫化装置已经达到了相当高的机械自动化水平和电气自动化水平。目前轮胎硫化设备普遍采用双模定型硫化装置，定型硫化装置主要有机械式和液压式两种。机械式轮胎定型硫化装置经过几十年的研究改进技术比较成熟具有很多优点，但是机械结构过于复杂，当整个机台承受较大的锁模压力时上横梁等受力装置变形很大，当锁模力加载到硫化模具时圆周方向受力不均匀，而且当高温硫化时受力机构由于温度变化导致变形很大，直接影响到合模精度，已经难以满足高质量子午线轮胎的硫化。液压式升降机构运行平稳，但是液压设备相对过于庞大，而且泄漏问题严重，生产维护保养比较困难。最近几年，液压硫化装置的研制有了较大的发展:湛江机械厂己与三菱公司合作生产出PC-Y43R3 0-RIB液压硫化装置，三明化工机械厂、江门化工机械厂等也先后开发出液压硫化装置。采用技术有德国Krupp公司的液压硫化装置技术，由于液压硫化装置的成本高，原有的设备更新换代慢，国产配套件不过关，液压硫化装置在我国的使用还没有普及，大多轮胎厂仍使用机械式的硫化装置。采用液压硫化机可提高轮胎的硫化质量，缩短硫化时间，提高生产效率。因此，目前轮胎定型硫化装置的发展趋势主要向两个方面发展。一是简化运动副的机械式轮胎定型硫化装置，二是继续开发液压硫化装置。简化运动副的机械式轮胎定型硫化装置，在国内虽有研究，但都没有实质性的突破，始终存在着机械结构、受力情况复杂的问题。所以，对以上硫化装置的缺点和问题，我国现阶段正在开发一种对中精度高，运行平稳，重复精度高，结构简单，成本低廉，维修方便，适合于硫化高精度子午线轮胎的新型轮胎定型硫化装置。

世界一流橡胶机械的著名企业美国和德国是轮胎硫化机技术的发源地，以生产机械式轮胎硫化装置为主的美国 McNeil公司和 NRM 公司已淡出市场，而以生产液压式轮胎硫化装置的德国 K r u p p 公司依然致力于硫化装置的开发和生产，在生产液压硫化装置的同时也生产机械式轮胎硫化装置，扩大了硫化机产品范围。轮胎硫化机发展到现在，虽然不时有些新的改进和提高，但基本结构已经定型，可以说 是万变不离其宗。 最近德国 Thysen Krupp 公司推出了一款模块式结构的新型立柱式液压硫化装置，机器采用 2 根立柱和上下横梁组成受力系统，2 台单模硫化装置组合在一起成为 1 台双模硫化装置。目前这 种硫化装置仅用于硫化轿车轮胎。该公司还推出了柱式平板硫化装置，用于硫化 1 2 -1 7 ，速度等级可达 180-200 km/h 以上的高性能轮胎。捷克 S K O D A 公司利用计算机模拟技术开发一种全新的 H M V L 系列硫化装置。新型硫化装置同样由上下蒸汽室、机架、装卸胎机构，中心机构和控制系统组成，与普通硫化机的主要区别是利用液压控制的插销来关闭硫化室，每个硫化室的合模力由设在下蒸汽室下部的 3 个专用液压缸提供，并由上下蒸汽室自销，合模力不会传递到机架上。卡盘式装胎器与上蒸汽室装在一起，使卸胎和装胎作业可以同步进行，以节约操作时间。机器合模过程中，活络模对中精度高，上下蒸汽室的对中偏差≤ 0 .0 5 mm 。 由于硫化机采用了热板加热结构和优质隔热材料，节能显著。据报导，63.5 硫化机可节能28%，75 硫化机可节能40% 。与普通机械式硫化装置相比，硫化同规格轮胎可缩短时间10 % 以上。生产液压轮胎硫化机的后起之秀斯洛伐克 MATADOR 公司推出了 CP45 和 CP48（热板直径 分别为 45 和 48 ）2 种采用 PLC 控制的全自动柱式液压硫化机，RIB 型中心机构。该硫化机的特点是采用直线液压马达操纵硫化机开合模，装胎和胶囊进出。 意大利倍耐力公司为配合其 M I R S 轮胎生产系统，专门设计了为 M I R S 系统成型机配套的转盘式轮胎硫化装置，转盘上设有 6 套轮胎硫化装置模具。硫化装置转盘与轮胎成型的步骤同步运行，以保持生产的连续性。硫化时，轮胎内腔不用蒸汽加压加热，而利用成型鼓自动进行加压，硫化结束后机械手将成型鼓取出返回到生产线上供成型机重复使用。轮胎硫化机组的开发历经数十年，始终没有突破市场关，除莫斯科轮胎厂和原捷克斯洛伐克的轮胎厂偶有使用外，未见有其他使用者。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：全电动螺旋锁模装置是依靠电机减速器和滚珠丝杠螺旋副转动相结合实现动板带动模具上模进行开合模的运动。这种装置相对于结构复杂、生产效率较低的传统锁模装置具有结构十分简单，开合模速度快，合模力稳定的优点。全电动螺旋锁模装置主要有电机、减速箱传动系统和滚珠丝杠螺旋副操纵系统两大部分组成，滚珠丝杠螺旋副操纵系统主要由结构改进螺母、丝杠和导向定位杆组成，改进螺母通过轴承箱和轴承压盖固定，通过键联接可以与主轴一同旋转,而导向定位杆安装在丝杠上部,导向杆有两条对称的键槽，通过安装在导向圆筒上的导向键进行导向，使得丝杠只能产生上下移动，而不能出现旋转打滑现象，由此完成了电机主轴带动螺母的旋转运动变成丝杠的直线运动。在锁模装置动作时，启动电机通过减速器带动螺母转动，在导向杆的作用下螺母带动丝杠上下移动，上模固定在丝杠联接的动盘上，从而带动上模上下移动，完成开合模的动作，但是由于滚珠丝杠螺旋副不自锁，所以减速箱需采用带自锁性的涡轮蜗杆减速器,使得丝杠可以在任意位置停留。

研究计划： 第 1 周：了解毕业设计环节，熟悉毕业设计任务内容； 第 2-4 周：查阅文献资料，撰写文献综述，填写开题报告； 第 5 周：调研，拟定总体方案；准备和熟悉AUTOCAD、PROE、ANSYS分析软件； 第 6-12周：画出总装图，零件二维工程图，辅以ProE画三维立体图； 第 13 周：运用材料力学知识，对装置关键结构进行强度校核计算，并运用ANSYS分析软件对主要结构进行受力模拟分析，优化结构； 第14-15周：撰写毕业设计说明书； 第 16 周：做好答辩准备工作，并进行毕业答辩。

4. 研究创新点

本课题全新设计轮胎定型硫化机的锁模装置,这种锁模装置首次采用了滚珠丝杠螺旋副,其运动轨迹是垂直往复直线运动形式的。这种锁模装置与先进的传感器技术结合,可以实现轮胎定型硫化机的数字化操作,突破传统的机械式主令开关触点控制和液压式溢流控制的方法,使得锁模装置具有运行稳定可靠、对中精度高、往复性能好和开合模速度快等优点,是轮胎定型硫化机设计的一次创新。本课题首次设计全电动的中心机构,这种机构运用现代工业高精度的滚珠丝杠有机地结合电磁离合器性能的特点,成功地设计了全电动中心机构,克服了传统液压式中心机构的设备庞大、泄漏等难题,为今后轮胎定型硫化机中心机构更新换代奠定了基础。