1 技术背景
现在, 社会对尼龙扎带的需求持续增长, 并且类型不断被引入. 尼龙扎带广泛应用于汽车, 电子产品, 电气和其他工业制造行业, 用于捆扎和捆扎或整理电线, 并可避免线材在使用过程中因产品形象不佳甚至电路短路起火而造成的缠绕等严重安全事故 [1] 尼龙扎带属于薄壁产品. [2] , 通常由PA塑料尼龙颗粒加抗老化UV原料通过注塑机加热塑料模具一次性成型 [3] . 尼龙扎带注塑机设计要求锁模力大、速度快 (快速循环) 特征.
威亚公司自主研发的530t尼龙扎带注塑机就是根据以上两个要求设计的新机型. 试产机完成后, 该模型通过安装测试假模进行测试. 机型合模力可达620t, 且开合模时间不超过3s. 在设计之初, 三盘 (固定板, 动板和尾板) 夹紧机构的检查根据 660 t 夹紧力. 换句话说, 即使夹紧力达到 660 吨, 机器还能正常工作. 然而, 为了使用机器的安全和避免机器超载, 有必要设置计算机程序,使最大夹紧力不超过 600 吨.
2 研究与分析
根据客户反馈和独立的市场访问和自我测试, 发现四台注塑机模板尾板断裂, 另一个打破了趋势标志. 模板是注塑机最重要的部件之一, 是注塑机成本的主要部分, 模板坏了, 注塑机无法正常工作. [4] 通过分析 4 尾板碎片, 尾板断裂裂纹基本穿过尾板吊装螺丝孔中心, 并穿过尾板的铸造工艺孔, 如图 1.
首先, 从铸件组织分析, 锁紧尾板后上下对称工艺孔的结构虽不多见, 这个模型不是第一个案例. 而且, 最早使用这种铸造结构的模型已经生产和使用, 并且尾板一直没有断裂. 这种结构的最大优点是在许用应力范围内, 可显着减轻铸件重量, 降低铸件成本, 并提高机器的性价比. 此外, 由于铸造的工艺特点, 尾板铰链凸耳高, 不适用于实体铸造. 传统的做法是在尾板正面的铰链耳处采用镂空加强筋的形式. 这种挖空尾板后方铰接式凸耳的方式,让尾板前部的观感更加厚实. 这种加工孔的方法使零件的最大应力与传统方法相差不大, 甚至低于传统方法的最大应力.
其次, 本机型夹紧尾板升降螺孔位置为定规位置 (数字 2). 螺丝孔仅在运输和吊装过程中使用, 机器固定后螺丝孔不再使用. 其他型号已用于 5 甚至 10 年, 而且尾板没有坏, 但是这个新模型有问题. 而且, 该模型的设计具有足够的安全系数, 那是, 最大夹紧力由电脑程序设定, 所以尾板也不乏强度.
为了找到问题的根源, 使用 3D 软件对零件进行分析和比较. 发现断口的位置只是靠近零件分析中最大应力的位置, 但它不重叠. 还, 尾板断裂时间基本集中在 1.5 到 2 使用年限. 据初步分析, 锁模尾板断裂可能是疲劳造成的, 不是实力不够. 机器工作时, 锁模尾板不断承受开合模产生的拉压交变应力. 这种交变应力通过铰链传递到尾板. 尼龙扎带注塑机在高速大锁模力工作的情况下, 使交变应力更大, 更高的频率.
第三, 在三维软件分析, 尾板的最大应力集中在母线与尾板的接触面. 为了提高尾板的强度, 尾板铰耳与导柱孔连接处简单加厚. 这部分材料的厚度为 2 到 3 附近其他部分的倍数 (数字 3). 这不符合铸造工艺, 以至于铸件各部分的冷却时间相差太大, 导致铸件内应力更大, 很难通过时效处理去除. 通过这种方式, 即使在非工作状态的情况下, 会有很大的内应力. 而这种情况下的铸件厚薄不均严重, 在劳动力中, 难以有效地将力分散到零件的零件上, 局部变形很小, 但压力非常集中; 虽然有些地方压力不大, 变形特别大. 530t注塑机尾板后4个工艺孔加剧厚薄不均, 在内应力和交变应力的双重作用下, 容易发生疲劳断裂.
最后, 尾板升降螺丝孔也是不可忽视的断裂因素. 大量前期机型对比分析发现,530T尼龙扎带注塑机尾板吊耳中间有一个提尾螺丝孔 (如图. 2). 其他型号升降螺丝孔, 虽然也在这方面设计, 不位于铰链凸耳之间的中心, 即使它们更靠近中心, 工作环境与扎带注塑机不同. 如果尾板升降螺丝孔刚好位于接线片中间, 属于重要的受力点和变形较大的区域, 尾板容易从螺丝孔的钻尖处疲劳断裂. 升降螺丝孔就像尾板上的缺口, 并且交变应力很容易将尾板从槽口撕裂. 如果这些问题点分别出现, 他们可能没有像破损这样大的缺陷. 然而, 当以上结构特点与高速大合模力等问题点的工作环境同时出现时, 尾板使用一段时间后会疲劳断裂. 这就解释了为什么计算机在设计之初没有分析它.
3 方案设计
首先, 通过改变尾板的铸造结构, 设计了一种新的注塑机. 原来在尾板后面挖工艺孔的方式改为更常见的在铰孔前面挖工艺孔的方式. 使尾板背面连接成一个整体, 避免局部间隙的出现, 共同承受前铰链耳传递的力.
其次, 重新设计的铰耳铸造工艺孔增加了一定的倾角 (数字 4) 避免尾板前后工艺孔形状突变. 同时, 材料可以从尾板后部到前铰链耳逐渐减少, 以免铸件各部位材料厚度突然变化和严重不平衡.
再次, 原尾板铰链凸耳与导柱孔连接处, 为了提高原力点的强度, 材料设计得非常厚, 但它带来反作用. 为了尽可能均衡铸件各部分的材料厚度, 尾板顶部和底部均开有工艺孔 (数字 5), 该处材料厚度变薄, 各部分材料尽量平衡, 并且减少了内应力.
最后, 进一步增强尾板强度, 尾板前部增加了加强筋,将扩孔耳连接到导柱孔和两侧的侧板上 (如图. 6). 尾板主体形成类似工字钢的结构. 这种结构能更有效地将铰链耳传递的工作力分散到零件的各个部位, 减少应力集中, 使局部应力值大大降低, 并提高抗变形能力. 这种加固结构在外观上也能给人一种厚重的感觉, 并且不比改进前差.
确定修改结构设计后, 利用三维软件对新旧尾板的受力情况进行分析比较. 两种尾架材质均为球墨铸铁QT500-7. 该材料的许用应力为320MPa. 运行时尾板受力设置为 7200 千牛. 经过分析比较, 发现旧尾板不利于应力分散和局部集中, 并且最大应力达到约 278 兆帕 (数字 7). 新型尾板更有效分散应力, 将最大应力降低到大约 164 MPa 同时分散应力 (数字 8).
升降螺丝孔的位置由尾板背面改为尾板侧面,避免螺丝孔方向与尾板受力方向一致. 通过这种方式, 尾板受力位置附近基本没有薄弱点. 新的注塑机相对容易操作, 但它是在客户那里生产的.
同机解决此问题, 因为客户无法停止生产, 如果更换后的新尾板, 如果所有的旧尾板都换成新的尾板, 成本更高. 经过仔细评估和考虑, 解决方法是先做一些新的尾板, 为客户免费更换. 更换尾板, 先用同样厚度的铁板焊接在尾板背面 4 工艺孔, 然后用铸铁焊条塞住升降螺丝孔.
如果将铁板简单地焊接到尾板上, 这两种材料很难真正融合在一起. 而且, 焊接时局部高温会对尾板造成新的内应力. 与代工厂沟通后, 铸造厂通过特殊工艺, 先将尾板放入型砂中一定时间, 并让其整体预热. 当尾板达到一定温度时, 然后对焊接部分进行局部加热. 然后焊接铁板,用电极塞住螺丝孔,使材料很好地熔合在一起. 然后将尾板退火并埋入刚出炉的沙子中. 降至室温, 然后将尾板放入室外, 20 到 30 天数效果治疗. 这样可以达到更好的效果. 处理这些退回的尾板, 然后发给客户. 通过这种方式, 客户可以在不停止生产的情况下,以更低的成本从根本上解决问题,实现双赢.
4 结论
通过本文案例, 需要充分考虑模板的刚度和强度, 还要考虑设备的环境. 也要及时总结经验. 机械设计是一门博大精深的专业技术领域, 只有理论和实践充分结合, 知行合一, 为了在实际工作中不断进步.