基于SolidWorks 的注塑成型机刮料装置顶出成品输送系统设计

钱 丹 吴良芹

（沙洲职业工学院，张家港 215600）

塑料制品具有成本低、物理化学性质稳定以及绝缘性能好等优点，广泛应用于医疗、药品包装和3D 打印等科技领域[1-4]。注塑成型机是将塑料颗粒加热成熔融状态，并注射到模具内腔中加工成形状不同的塑料制品的塑料加工设备。因注塑成型机的生产效率高和生产周期短，应用比吹塑成型机和塑料挤出机更为广泛[5-6]。本文设计了一种刮料装置及其成品输出系统，工作原理是将熔融的高温塑料根据企业的生产节拍，经注塑、刮料、送料、吹气以及吸气等动作，以塑料原料球的形式分配给塑料制品模具生产出成品，然后通过成品输送系统输出塑料制品。

1 结构设计

1.1 总体设计

刮料装置顶出成品输送系统应具备以下功能：一是将原料从挤出机喷嘴口等量刮下；二是将刮下的原料球送入模具下腔；三是将从模具上腔脱下的制品传输到输送带上。刮料装置顶出成品输送系统的动作流程，如图1 所示。

1.2 刮料装置结构设计

模压转盘主轴与刮料传动轴通过同步带轮连接，为旋转分料盘提供旋转动力，并通过一定的减速比使模压转盘转1 周（模压转盘上共安装24 组模具），旋转分料盘转4周（旋转分料盘上共安装6 组刮刀）。

刮料装置示意图，如图2 所示。其中，ω1:ω3=-4:1，ω2:ω1=-1，ω2:ω3=4:1。

图1 刮料装置顶出成品输送系统流程图

图2 刮料装置示意图

应用SolidWorks 软件对刮料部件顶出成品输送系统进行三维建模。其中，刮料装置的三维模型，如图3 所示。

图3 刮料装置三维模型

设计旋转分料盘共有6 个位置安装刮刀组，结构如图4所示。每个位置设置A、B、C 这3 个孔。其中，A 孔用于吹气和吸气，主要功能是将吸附和吹落原料球的气体导入刮料活塞中心气孔；B 孔用于控制刮料活塞下行；C 孔用于控制刮料活塞上行。

设计旋转分气块，如图5 所示。其中，A 口接真空气体，用于将刀片从挤出机喷嘴刮下的原料球吸附于刮料活塞上；B 口接真空气体，用于分料盘在旋转过程中保持刮料活塞对原料球的吸附；C 口和D 口接吹气，用于刮料活塞上、下（无杆腔和有杆腔）同时进气，在刮料活塞低速向下运动时，使原料球与模具下腔更接近；E 口接吹气，使接近模具下腔的原料球脱离刮料活塞，进入模具下腔；F 口接吹气，用于刮料活塞向上时刮料活塞中心气孔再吹一次气，以确保原料球在E 位置处未能进入模具下腔，且还贴在刮料活塞上时，使得原料球可掉落到废料收集处，以免影响下一循环；G 口接吹气，用于重复刮料活塞向上的动作，确保刮料活塞在旋转进入A 位置时的准确定位。

图4 旋转分料盘

图5 旋转分气块

1.3 成品输送盘传动设计

1.3.1 传动要求

根据刮料输送部件功能要求，确定刮料输送部件成品输出的传动要求。第一，成品输送盘1 与成品输送盘2 分别以相同的线速度进行旋转；第二，成品输送盘1 与模压转盘转向相反（模压转盘在俯视方向为逆时针方向旋转），则成品输送盘1 在俯视方向为顺时针旋转；第三，成品输送盘2 与成品输送盘1 转向相反，则成品输送盘2 在俯视方向的转向为逆时针方向。

1.3.2 传动原理

成品输送盘传动示意图，如图6 所示。它通过主动齿轮、中间齿轮以及小齿轮等传动件，实现成品输送盘1 与成品输送盘2 的同速反向转动。

图6 成品输送盘传动示意图

1.3.3 参数初定

首先，依照最终制品尺寸，初定成品输送盘1 和成品输送盘2 的外径φ 均为228mm。两成品输送盘在一个平面上，且中心距为230mm。其次，为实现成品输送盘1 与成品输送盘2以相反的方向旋转，且考虑到设计的简单实用性，决定采用齿轮传动机构来实现。再次，由于要求两输送盘以相同的线速度进行相反方向旋转，因此传动比i=1。最后，齿轮排布中，刮料传动轴与小传动轴上安装两个相同模数与齿数的齿轮，初取齿数Z=31。这两齿轮中间另设有两个模数和齿轮相同的中间齿轮，用于实现两成品输送盘相反方向等速旋转的要求。初取齿轮模数m=2。

1.3.4 参数计算及确定

由成品输送盘1 和成品输送盘2 的中心距确定两侧齿轮总中心距a总为230mm。初取传动比i=1，模数m=2，两侧齿轮齿数Z侧=31。

相互啮合的两齿轮的中心距公式：

式中，a 为齿轮中心距；d1为齿轮1 的分度圆直径；d2为齿轮2 的分度圆直径；Z1为齿轮1 的齿数；Z2为齿轮2的齿数；m 为模数（两齿轮相等）；mn为法向模数（两齿轮相等)；β 为螺旋角。

两侧齿轮中心距a侧：

于是，可得中间齿轮中心距a中：

利用获得的中间齿轮中心距a中，结合式（4），有：

所以，中间齿轮齿数Z中=42mm。

齿轮直径计算公式为：

式中，d 为分度圆直径；da为齿顶圆直径；df为齿根圆直径。

根据齿轮标准件的国家标准，结合齿轮直径计算公式，最终确定两侧齿轮和中间齿轮的参数，如表1 所示。其中，我国采用标准压力角α=20°。

表1 两侧齿轮和中间齿轮参数表

2 刮料装置调试

刮料装置调试的过程如下。

步骤1：调节上下调距杆（如图3 所示），使刀片的下刃口与挤出机喷嘴距离为1mm，并分别锁紧安装于芯轴套和输送盘转轴上的内六角凹端紧定螺钉B31 和B32。

步骤2：逐个调节1 ～6 组刀片与挤出机喷嘴口的间隙至0.2mm。调节方法：先用0.2mm 的塞尺垫于挤出机喷嘴和刀片之间，再拧松刀片内六角螺钉B20，然后移动刀片使其与塞尺紧密贴合，最后锁紧刀片内六角螺钉B20，如图7（a）所示。

步骤3：点动操作设备，使第1 组刮刀的刮料活塞中心与挤出机喷嘴中心重合，如图7（b）所示。

步骤4：旋转分气块，使分气块的A 口与分料盘的第1组刮刀的A 口对准。

步骤5：旋转成品输送盘2，使其槽口与成品输送盘1的槽口对准，并锁紧B27，如图8 所示。

图7 刮料装置调试

图8 成品输送

3 结语

本文设计了一种注塑成型机刮料装置顶出成品输送系统。首先，确定该系统的动作流程；其次，根据刮料装置设计刮料装置；再次，根据成品传动的功能要求设计成品输送盘的传动部分，并计算和确定了齿轮传动方式的相关参数；最后，介绍刮料装置的调试方法。该设计为注塑机塑料制品的生产提供了一种成本低、效率高以及质量稳定的方式。