附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 微型塑料粉碎機 設計說明書 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 摘要 I 摘要 塑料粉碎機是一種將外形尺寸較大的塑料加工成外形尺寸較小的塑料的塑 料加工機械 廢舊塑料經過它的加工處理后 可成為新的原材料用來制造其它 產品 現(xiàn)在已有的塑料粉碎機存在刀片使用壽命短 粉塵污染嚴重 操作復雜 等不足 基于此 我們設計了此款微型塑料粉碎機 微型塑料粉碎機主要由濾鐵式進料倉 機架 塑料刀片 易拆卸篩網 電 機和可視化出料倉等部分組成 可將堅韌 橡膠狀 纖維狀塑料粉碎至 1 10mm 有刀片使用壽命長 操作方便 噪音低 粉塵少等優(yōu)點 采用三維 參數(shù)化設計 設計周期短 應用 Moldflow 軟件對梅花旋鈕開關進行注射模設 計 便于零部件的大批量生產 應用 ANSYS 軟件對機架和轉軸進行靜力學分 析 對機架進行模態(tài)分析 結果表明 結構合理 選材得當且不會發(fā)生共振 應用 Pro E 軟件對微型塑料粉碎機進行運動仿真 結果表明微型塑料粉碎機結 構合理 不存在干涉現(xiàn)象 通過 UG 軟件以動刀刀座為例對各零部件進行數(shù)控 加工仿真 結果表明各零部件結構合理 可由數(shù)控機床加工生產 關鍵詞 塑料機械 粉碎機 塑料 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 Abstract II Abstract Plastic grinder is a size large plastic processing into smaller dimensions of plastics plastics processing machinery Part of waste plastics after it s processed can become the new raw material used to make other products Now plastic grinder blade life short dusts pollute environment lack of procedure complicated based on this we designed the miniature plastic shredders Micro plastics crusher is mainly composed of iron type feeding Hopper filter racks plastic blades easy to disassemble the screen composition variable speed motor and Visual storage hopper can be tough and rubbery fibrous plastic pieces to 1 10MM with plastic blade long life simple and convenient operation low noise and dust pollution and so on Using the three dimension parametric design method short design cycle using Moldflow software to design of injection mold for the plum rotary switch for easy mass production of parts using modern CAD CAE CAM software ANSYS to static analysis the rack and the hinge to modal analysis of the frame shows meet the strength requirements and does not resonate miniature plastic shredders by using Pro e software for movement simulation Results showed that the miniature plastic Shredder s body movement problems does not exist knives knife using the UG NC programming software for NC programming and machining simulation turned knife holder can use CNC processing using CAXA software to drawing detail drawing and Assembly drawing using 3D printing 3D printer in miniature plastic shredders Key words plastics machinery crusher plastic 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 III 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 第一章 概論 1 1 1 塑料破碎機概論 2 1 2 塑料破碎機的發(fā)展趨勢 2 1 3 微型塑料粉碎機的設計背景及思路 2 1 3 1 設計背景 2 1 3 2 設計思路 3 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 4 2 1 微型塑料粉碎機簡介 4 2 2 微型塑料粉碎機的結構設計 5 2 2 1 濾鐵式進料倉的設計 5 2 2 2 可視化出料倉的設計 6 2 2 3 易拆卸篩網的設計 7 2 2 4 傳動機構的設計 7 2 2 5 動刀的設計 8 2 2 6 定刀的設計 9 2 2 7 機架的設計 10 2 2 8 重要部件的材料 使用要求及熱處理方法 11 2 2 9 電機的選擇 11 2 3 裝配體的展示 11 第三章 基于 Moldflow 和 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模設計 13 3 1 設計任務 13 3 2 模流分析 13 3 2 1 模流分析前處理 13 3 2 2 流動分析 14 3 2 3 翹曲分析 14 3 3 基于 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模結構設計 14 3 3 1 成型零部件的設計 14 3 3 2 模架的設計 14 3 3 3 導向機構與脫模機構的設計 15 3 3 4 冷卻系統(tǒng)的設計 16 3 3 5 排氣系統(tǒng)的設計 16 3 4 模具相關裝配圖 17 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 19 4 1 微型塑料粉碎機的受力計算 19 4 1 1 主軸帶輪所在鍵槽上的力和皮帶預緊力的計算 19 4 1 2 機架肘座處力的計算 19 4 1 3 初步確定軸的最小直徑 19 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 IV 4 2 基于 ANSYS 的微型塑料粉碎機機架和轉軸的有限元分析 19 4 2 1 機架的靜力學分析 19 4 2 2 轉軸的靜力學分析 21 4 2 3 整體機架的模態(tài)分析 22 第五章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機運動仿真 24 5 1 微型塑料粉碎機零部件的裝配 24 5 2 傳動機構的仿真 24 5 3 可視化出料倉的仿真 25 5 4 濾鐵式進料倉的仿真 25 5 5 微型塑料粉碎機爆炸圖 26 第六章 基于 UG 的動刀刀座數(shù)控加工仿真 27 6 1 刀座加工方案及加工參數(shù)的確定 27 6 2 刀座的加工編程 27 6 2 1 零件模型的導入 27 6 2 2 毛坯的確定 28 6 2 3 加工參數(shù)的設置 29 6 2 4 刀具的定義 29 6 2 5 刀具路徑的定義 30 6 2 6 加工仿真 31 6 2 7 CNC 程序后序處理 31 第七章 基于 CatalystEX 的微型塑料粉碎機 3D 打印 32 7 1 微型塑料粉碎機三維模型的創(chuàng)建 32 7 2 整機及各零部件的打印 33 7 2 1 微型塑料粉碎機整機的打印 33 7 2 2 重要零部件的打印 34 第八章 總結 40 參考文獻 41 致謝 42 附錄 43 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 V 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 VI 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 VII 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 VIII 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 IX 附贈三維圖紙 說明書 領取加 Q 197216396 或 11970985 目錄 X 第一章 概論 1 第一章 概論 1 1 塑料破碎機概論 隨著塑料制品在各行各業(yè)應用的日益廣泛 廢舊塑料的回收利用問題已經 受到了世界各國的普遍重視 廢舊塑料的回收利用不但可以節(jié)約大量的原材料 及能源 而且有利于防止環(huán)境污染 塑料破碎機是回收利用廢舊塑料的重要設 備 適用于各種塑料 如 PE PP PVC ABS PET PC 等各種板材 管材 注射制品和中空容器等的破碎 1 為了適應不同性質塑料的回收 逐漸研發(fā)出了不同類型的塑料破碎機 主 要可分為三類 硬塑料破碎機 強力塑料破碎機 塑料管材塑料破碎機 硬塑料破碎機 適合破碎各類中小型塑料板材 ABS PE PP 板材 為便 于長條形板材投入破碎 獨特設計了長方形投料口 提高了工作效率 可選配 吸料風機 儲料桶組成板材粉碎回收系統(tǒng) 以更加充分發(fā)揮回收效率 強力塑料破碎機 適合破碎普通片材 管材 型材 板材及包裝材料等塑 料制品 使用結構介于爪刀和平刀之間的合金鋼片形刀片 刀型設計合理 使 用的軸承為密封軸承 軸承轉動可長時間保持良好 產品成粒均勻 塑料管材塑料破碎機 適合破碎各類中小型塑料管材 如 PE PVC 管 硅芯管等管材的破碎回收 為便于長條形管材的投入粉碎 獨特設計了圓管型 的投料口 可選配吸料風機 儲料桶組成管材粉碎回收系統(tǒng) 以更加充分發(fā)揮 回收效率 2 依據塑料破碎機所施加外力的種類 運動部件的施力方式 破碎機的結構 及其外形等對其進行分類如下 2 1 按所施加外力種類來分 可分為壓縮式破碎機 沖擊式破碎機和切割 式破碎機 2 按運動部件的運動方式可分為往復式破碎機 旋轉式破碎機和振動式 破碎機 3 按旋轉軸的數(shù)目和方向可分為單軸式破碎機和雙軸式破碎機 4 按破碎機的結構來分 可分為圓錐式破碎機 滾筒式破碎機 葉輪式 2 破 2 碎機以及錘式破碎機 5 按機型設計可分為臥式破碎機和立式破碎機 2 不同類型的破碎機 其結構和使用特性也不同 且破碎條件 破碎物的粒 度也有相當大的差別 因此在實際工作中要根據塑料的種類 塑料的物理性能 來選擇破碎機及其所用篩網的尺寸和刀具的數(shù)量 角度等 3 表 1 1 為常見塑 料破碎機的類型及使用特性 表 1 1 常見塑料破碎機的類型及使用特性 2 注 a 壓縮 0 4m s b 沖擊 10 200m s c 切割 剪短 與該項相對 應 1 2 塑料破碎機的發(fā)展趨勢 隨著社會的不斷發(fā)展 人們生活水平的不斷提高 塑料垃圾造成的污染越 來越嚴重 廢舊塑料處理行業(yè)的壓力也越來越大 塑料破碎機是回收處理廢舊 塑料的重要設備 目前已經研發(fā)出了硬塑料破碎機 強力塑料破碎機 塑料管 材塑料破碎機 高精密的塑料破碎機是日后塑料破碎設備的研發(fā)目標 且要融 入更多的電子技術 網絡技術和自動調控技術 3 1 3 微型塑料粉碎機的設計背景及思路 1 3 1 設計背景 目前回收廢舊塑料的一個重要的方法為物理回收法 將廢舊塑料收集起來 后 用塑料粉碎機將其粉碎 之后清洗干燥 投入造粒機中成型即可再生顆粒 這就是物理回收法 此過程中 塑料粉碎機起著至關重要的作用 目前市場上 被粉碎物料 磨耗程度 破碎機類型 施力方 式 脆 弱 堅 韌 橡 膠 狀 纖 維 狀 柔 弱 破碎品粒度 mm 大 中 小 壓碎機 a 500 15 圓錐破碎機 a 100 10 滾筒破碎機 a 20 沖擊破碎機 b 30 錘式破碎機 b 20 切割式破碎機 c 10 1 第一章 概論 3 已經出現(xiàn)了許多類型的塑料粉碎機 如顎式粉碎機 錘式粉碎機等 但這些已 有的粉碎機都存在一些相同的不足 1 無法濾出混雜在被粉碎物料中的鐵質雜質 2 更換篩網操作復雜 3 觀察出料倉的收集情況時需將其打開 此時會有粉塵飛出 污染車間 環(huán)境 1 3 2 設計思路 人類生產工具的發(fā)展方向是使用方便 操作簡單 節(jié)約能源 使用壽命長 我們以這個思路對塑料粉碎機進行了創(chuàng)新設計 1 為了防止混雜在被粉碎物料中的鐵質雜質破壞刀片 需要設計一種裝 置 在鐵質雜質進入粉碎室之前 將其濾出 2 粉碎機工作時 操作人員需要不斷地打開出料倉以觀察其收集情況 可以安裝一種裝置 使得操作人員不需將其打開即可觀察其收集情況 3 需要不同的出料粒徑時 便需要更換不同孔徑的篩網 篩網與其支架 可以采用分離式設計 以便于輕松地更換篩網 4 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 2 1 微型塑料粉碎機簡介 在目前市場上已有塑料粉碎機的基礎上進行了創(chuàng)新設計 得到了此款微型 塑料粉碎機 微型塑料粉碎機主要由濾鐵式進料倉 機架 塑料刀片 易拆卸 篩網 可視化出料倉 電動機等組成 用于粉碎堅韌 橡膠狀和纖維狀塑料 其機械尺寸為 540 625 977 長 寬 高 單位 mm 可防止混雜在被粉碎 物料中的鐵質雜質損壞刀片 減少粉塵及噪音污染 微型塑料粉碎機如圖 2 1 所示 圖 2 1 微型塑料粉碎機 本款微型塑料粉碎機的主要參數(shù)如表 2 1 所示 表 2 1 主要參數(shù) 2 型號 粉碎室口徑 mm 粉碎能力 kg h 電機功率 KW h 固定刀 片 活動刀 片 機械尺寸 mm 重量 kg SWP160A 190 165 30 80 2 2 2 9 540 625 977 250 進料倉 右護罩左護罩 電動機 機架 2出料倉 機架 1 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 5 2 2 微型塑料粉碎機的結構設計 2 2 1 濾鐵式進料倉的設計 進料倉是粉碎機的進料部位 濾鐵式進料倉可控制物料進入粉碎室的速度 能濾除會損壞塑料刀片的鐵質雜質 便于拆卸安裝以及減小噪音 且可以防止 粉塵從入口處飛入車間污染環(huán)境 如圖 2 2 2 3 所示 濾鐵式進料倉主要由投料斗 旋轉擋板 直角鎖緊旋 桿 碟形螺栓 強力磁鐵 磁鐵框等部件組成 當吸附了一定量的鐵質雜質后 旋開直角鎖緊旋桿 用刮板由后向前刮出雜質 刮板到達擋板位置時 順勢即 可將其頂開 從而將雜質移出粉碎機 落料區(qū)為與水平方向呈 13 角的平板 其面積約為 500cm2 使得物料可在其上緩慢勻速地進入粉碎室 且此種設計有 利于強力磁鐵充分地吸附混雜在物料中的鐵質雜質 入口截面為矩形 面積為 240cm2 圖 2 2 濾鐵式進料倉 圖 2 3 強力磁鐵 落料區(qū) 強力磁鐵 入口 6 進料倉與機架為分離式設計 通過吊桿螺母和銷軸將進料倉與機架固定在 一起 便于拆卸和安裝 3 如圖 2 4 圖 2 5 所示 圖 2 4 吊桿螺母 圖 2 5 銷軸 2 2 2 可視化出料倉的設計 出料倉是收集符合粒徑要求物料的裝置 如圖 2 6 所示 可視化出料倉主 要由儲料斗 插板式擋板 透明窗和萬向輪等部件組成 容量為 16000mL 出 料倉前部安裝透明窗口 操作人員不需將其打開即可隨時觀察物料的收集情況 工作過程中粉碎機始終為全封閉狀態(tài) 粉塵無法進入車間環(huán)境 圖 2 6 透明窗口 圖 2 7 插板式擋板 如圖 2 6 所示 出料倉底部安裝萬向輪 可以方便地將收集到的物料運送 到指定的位置 如圖 2 7 所示 出料倉尾端安裝插板式擋板 將擋板取出 可以輕松快捷 地清理余料 透明窗口 萬向輪 插板式擋板 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 7 2 2 3 易拆卸篩網的設計 篩網的作用是篩選出符合粒徑要求的物料 易拆卸篩網可以輕松快捷地更 換不同孔徑的篩網 如圖 2 8 所示 篩網分為支架和帶圓孔的篩板兩部分 拆 裝方法如圖所示 操作方便簡單 圖 2 8 篩網的拆裝 根據實際生產需求 設計出孔徑為 6mm 7mm 8mm 9mm 10mm 五種 不同孔徑的篩網 3 篩網支架由銷軸及吊桿螺母固定在機架上 如圖 2 9 所示 圖 2 9 篩網支架的固定 2 2 4 傳動機構的設計 傳動機構的作用是將電動機的動力傳遞給轉軸 從而帶動動刀繞轉軸高速 旋轉 實現(xiàn)對物料的粉碎 如圖 2 10 所示 傳動機構主要由皮帶輪 電機輪和普通 V 帶組成 選用 B 型皮帶輪 具有運行平穩(wěn) 噪音小 震動低等優(yōu)點 電動機的動力是由 V 帶 傳遞給皮帶輪的 選用普通 V 帶傳動 傳動平穩(wěn) 結構簡單 造價低 且易維 吊桿螺母 銷軸 8 護 3 圖 2 10 傳動機構 2 2 5 動刀的設計 塑料粉碎機對物料的粉碎是通過繞轉軸高速旋轉的動刀與固定在機架上的 定刀相互配合進行剪切來實現(xiàn)的 此種刀片可以方便簡單地調節(jié)動刀與定刀間 的尺寸以及拆卸安裝 且可以承受巨大的剪切力 如圖 2 11 所示 需要調節(jié)刀片間隙時 先旋松固定螺栓 然后旋長或旋短 調節(jié)螺栓 再向前或向后平移刀片即可調節(jié)刀片間隙 圖 2 11 動刀的固定與前后調節(jié) 刀座安裝在轉軸上 九個動刀片呈階梯式分三組安裝在三個刀座上 使得 每片刀的切削力增大 3 以適合粉碎堅韌物料 如圖 2 12 所示 皮帶輪 電機輪 普通 V 帶 調節(jié)螺栓 調節(jié)孔 固定螺栓 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 9 圖 2 12 動刀的安裝 需要調節(jié)刀片間隙或刀具磨損需要更換時 只需用六角扳手將固定螺釘旋 開即可 操作方便簡單 動刀相關參數(shù)如下 刀刃回轉直徑 160mm 刀片前后最大調節(jié)距離 5mm 刀片寬度 60mm 2 2 6 定刀的設計 定刀是機架上的固定不動的刀片 此種刀片調節(jié)間隙簡單 拆卸安裝容易 如圖 2 13 所示 定刀上設計有調節(jié)孔 可前后調節(jié) 10mm 的距離 調節(jié)間 隙的方法與動刀相同 刀刃長度為 180mm 由高強度螺栓固定在機架上 前 后各一片 根據粉碎物料的不同調節(jié)間隙大小 圖 2 13 定刀的固定與前后調節(jié) 動刀 刀座 調節(jié)孔 高強度螺栓 10 2 2 7 機架的設計 機架起支撐粉碎機各個部件的作用 相當于人體的骨架 此種機架采用雙 層結構設計 內部填充隔音材料 可防止噪音污染 各個部位尺寸設計合理 滿足強度要求 對材料的利用合理 如圖 2 14 所示 機架為雙層結構設計 內部填充隔音材料 粉碎室口徑為 190 165 mm 左右兩側為軸承座 可安裝外徑為 110mm 的密封軸承 機 架如圖 2 15 2 16 所示 圖 2 14 隔音材料 圖 2 15 機架 1 圖 2 16 機架 2 雙層結構設計 雙層結構設計 粉碎室 第二章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機設計 11 2 2 8 重要部件的材料 使用要求及熱處理方法 重要零部件的材料 使用要求及熱處理方法見表 2 2 表 2 2 重要零部件的材料 使用要求及熱處理方法 4 使用要求 零件名稱 材料 熱處理方法 硬度 硬度高 耐磨 定刀 高鉻鋼 淬火回火 60 65HRC 一定的強度 剛度 定刀固定片 Q235A 淬火 50 55HRC 一定的強度 耐磨 篩網 Q235A 淬火 50 55HRC 強度高 耐磨 抗疲 勞 機架 HT250 淬火回火 54 58HRC 強度高 抗疲勞 吊桿螺母 35 表面淬火 45 50HRC 強度高 抗疲勞 抽屜鎖緊塊 35 表面淬火 45 50HRC 強度高 抗疲勞 皮帶輪 HT150 淬火回火 54 58HRC 強度高 抗彎 抗疲 勞 轉軸 40Cr 淬火回火 60 65HRC 強度高 抗疲勞 刀座 6CrW2Si 淬火回火 60 65HRC 2 2 9 電機的選擇 參考現(xiàn)有塑料粉碎機電動機的型號 暫定塑料粉碎機電動機的型號為 Y100L1 4 電機相關參數(shù)如表 2 3 所示 表 2 3 電機參數(shù) 5 電機型號 電源種類 額定功率 KW 額定電壓 V 頻率 Hz 效率 功率因數(shù) Y100L1 4 交流電源 2 2 380 50 81 0 86 2 3 裝配體的展示 利用 Pro E 裝配功能 對微型塑料粉碎機各部件進行裝配 裝配后如圖 2 17 所示 12 圖 2 17 裝配體 第三章 基于 Moldflow 和 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模設計 13 第三章 基于 Moldflow 和 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模設計 3 1 設計任務 以微型塑料粉碎機梅花旋鈕開關為例進行注射模設計 塑件三維圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 梅花旋鈕開關 3 2 模流分析 3 2 1 模流分析前處理 本設計基于 Pro E 和 Moldflow 軟件完成了梅花旋鈕開關模型導入 網格劃 分 材料選擇和工藝參數(shù)設置 1 模型導入 在 Pro E 中完成塑件的三維建模后 保存為 STL 格式 然 后打開 Moldflow 軟件 導入之前保存為 STL 格式的模型 選擇雙層面的顯示 模式 2 網格劃分 在生成網格的對話框中 設置 全局網格邊長 為 2mm 弦高 為 0 15mm IGES 合并公差為 0 1mm 然后對模型進行網格劃 分 3 選擇材料 本設計選擇制造商 BIP PF 牌號為 PF ESS2 的 ABS PC 4 工藝參數(shù)設置 在選擇了分析序列和材料 確定了澆口位置和流道 設置了冷卻水路之后 前處理基本完成 最后一步 對成型工藝進行設置 達到與實際成型一致 14 3 2 2 流動分析 完成本產品的充填用時 4 518s 由測試流動末端的時間可得 流動末端相 差時間不大 流動平衡 符合要求 充填時間分析結果如圖 3 2 所示 圖 3 2 充填時間 3 2 3 翹曲分析 引起翹曲的原因有三點 分別是收縮不均勻 冷卻不均勻和分子取向 總 變形量是三種因素加起來引起的變形總和 塑件變形很小時 肉眼難以看出塑 件的變形趨勢 此時需要通過修改比例因子來對塑件的變形進行放大 3 3 基于 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模結構設計 3 3 1 成型零部件的設計 在本設計中 是利用 Pro E 軟件的插件 EMX6 0 進行成型零部件設計的 3 3 2 模架的設計 本設計考慮到塑件質量 生產批量 模具成本和模具結構等因素 利用側 澆口的優(yōu)點 最終選擇單分型面模架 該模架的動 定模都采用一塊模板 模 具開模時只需一次分型就能使塑件與凝料分離并且同時頂出 本設計是從 Pro E 的外掛軟件 EMX 中導入模架 導入后的模架三維模型如圖 3 3 所示 第三章 基于 Moldflow 和 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模設計 15 圖 3 3 模架三維模型圖 3 3 3 導向機構與脫模機構的設計 本設計采用的是導柱與導套的導向機構 具有導向作用良好 一定的定位 精度和承載能力 磨損后容易更換修復的優(yōu)點 本設計中使用的導柱和導套是 從 Pro E 的外掛軟件 EMX 中直接導出的標準件 只需外購 不需廠家自己制 作 本設計中的導柱和導套如圖 3 4 圖 3 5 所示 圖 3 4 導套 圖 3 5 導柱 因為本產品的結構簡單 所以采用了推桿脫模機構 其結構簡單 更換方 便 頂出效果好 本產品的脫模機構如圖 3 6 所示 定模座板 定模板 動模板 墊塊 動模座板 推板 推板固定板 導套 導柱 16 圖 3 6 脫模機構 3 3 4 冷卻系統(tǒng)的設計 本產品機構簡單 采用直通式冷卻水道冷卻 成型零件表面冷卻均勻 模 具各處溫差小 冷卻系統(tǒng)比較簡單 冷卻水道的直徑為 6mm 冷卻水道如圖 3 7 所示 圖 3 7 冷卻水道 3 3 5 排氣系統(tǒng)的設計 本設計在注射成型過程中 排氣量較小 且無燒焦碳化現(xiàn)象 可以利用模 具分型面的間隙和頂桿的間隙進行排氣 所以不需要另外開設排氣槽 復位桿 推板 推桿固定板 推桿 第三章 基于 Moldflow 和 Pro E 的梅花旋鈕開關注射模設計 17 3 4 模具相關裝配圖 成型零部件 模架 導向機構 冷卻系統(tǒng)等設計完成后 對各零部件進行 裝配 獲得了模具三維模型 模具的動模部分軸測圖 定模部分軸測圖 模具 總裝開模軸測圖 模具工程圖分別如圖 3 8 圖 3 9 圖 3 10 圖 3 11 所示 圖 3 8 動模部分軸測圖 圖 3 9 定模部分軸測圖 圖 3 10 模具總開模軸測圖 18 1 動模座板 2 墊板 3 復位桿 4 動模固定板 5 導柱 6 定模固定板 7 導套 8 定模座板 9 凹模 10 定位圈 11 澆口套 12 螺釘 13 水嘴 14 凸模 15 推桿 16 推桿固定板 17 推板 圖 3 11 模具工程圖 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 19 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 4 1 微型塑料粉碎機的受力計算 4 1 1 主軸帶輪所在鍵槽上的力和皮帶預緊力的計算 傳遞到主軸上的功率 P 可由下式計算 6 2 0KW 902 1n 式中 為電動機功率 2 2KW 為普通 V 帶傳動效率 0 92 為nPn1 1 2 深溝球軸承效率 0 99 7 為大帶輪直徑 為電機2 d22 1 d2n 的轉速 為彈性滑動系數(shù) 取值范圍為 0 01 0 02 所以 min r85 10338 914 2n 傳遞到主軸上的轉矩 作用到主軸帶輪所在鍵槽N P nT2 5 上的力 式中 為帶輪處軸頸直徑 970 N2 dF0dd038 皮帶預緊力 0r145 8 4 1 2 機架肘座處力的計算 粉碎機的破碎力 7 其中 為物料抗壓強度 此處取A FB B 7 肘板面積為 所以 由160MPa B 2m180 NF610 28 作用力與反作用力可知 機架肘座處所受載荷大小 座0 20 4 1 3 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調質處理由機械設計第八版表 15 3 8 取 120 A 考慮到軸上有兩個鍵槽 所以m nPAdr 941850321320 即設計滿足要求 rmin6 4 2 基于 ANSYS 的微型塑料粉碎機機架和轉軸的有限元分析 利用計算模型和 ANSYS 有限元分析法對微型塑料粉碎機整機及其相關零 部件進行結構靜力學分析 結構動力學分析 可以對其實際的工作狀態(tài)和運行 行為進行模擬 4 2 1 機架的靜力學分析 1 機架有限元模型的建立 1 1 模型的導入 機架強度不但影響著微型塑料粉碎機的壽命 而且對工 件的加工精度也產生巨大影響 在保證計算模型的幾何特性 力學特性與真實 情況相近的情況下 由三維建模軟件 Pro E 完成對機架的建模 通過 Pro E 和 ANSYS 數(shù)據接口將模型直接導入到 ANSYS 軟件 如圖 4 1 所示 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 21 圖 4 1 機架幾何模型 1 2 單元材料的定義 微型塑料粉碎機機架使用材料為 HT250 材料各向 同性 彈性模量為 130GPa 泊松比為 0 25 密度 4 37150kg m 1 3 模型網格劃分 考慮計算時間 精度等因素 選用 Solid 187 實體單元 采用自由網格劃分 機架共劃分節(jié)點數(shù)為 57137 單元數(shù)為 28190 具體如圖 4 2 所示 圖 4 2 機架網格劃分 1 4 定義邊界條件及載荷施加 a 定義邊界條件 對底面施加全約束 b 載 荷施加 粉碎機機架受載根據實際工作條件分為四部分 一是電機的重力 二 是機架自身的重力 三是機架肘座處的力 四是轉軸對軸孔的作用力 各個力 的作用情況如圖 4 3 所示 22 圖 4 3 機架上力的作用情況 2 計算結果與分析 2 1 等效應變 導出計算結果 從圖 4 4 可知機架的最大應變?yōu)?0 036118mm 變形量很小 不影響使用 圖 4 4 機架等效應變 2 2 等效應力 從圖 4 5 可知機架受到的最大等效應力為 97 6MPa HT250 的許用應力為 125MPa 按照第四強度理論 機架結構安全 4r 肘座 底面 軸孔 電機安裝處 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 23 圖 4 5 機架等效應力 4 2 2 轉軸的靜力學分析 粉碎機轉軸是粉碎機的一個基本部件 工作時在剪切力作用下容易產生變 形 因此轉軸結構的合理設計 對提高粉碎機粉碎質量與加工能力有直接的影 響 采用有限元方法對粉碎機轉軸剛性進行了分析 得出了剪切力作用下轉軸 的變形規(guī)律 為粉碎機轉軸的結構設計與剛性校核提供了理論指導與依據 1 轉軸有限元模型的建立 1 1 模型導入 本設計中轉軸結構簡單 不需要做簡化處理 可以直接通 過 Pro E 和 ANSYS 數(shù)據接口將模型直接導入到 ANSYS 軟件 如圖 4 6 所示 圖 4 6 轉軸幾何模型 1 2 單元類型的選擇及材料的定義 本次分析中選擇了實體單元 Solid 187 轉軸材料為 40Cr 40Cr 力學參數(shù) 4 20GPa E0 3 3kg m 7820 24 1 3 模型網格劃分 對于本模型 采用了自由網格對模型進行網格劃分 網格總劃分節(jié)點數(shù)為 67336 單元數(shù)為 46229 網格劃分結果如圖 4 7 所示 圖 4 7 轉軸網格模型 1 4 定義邊界條件及載荷施加 a 定義邊界條件 對于本模型約束左右端節(jié) 點方向的自由度 b 載荷施加 轉軸通過鍵槽傳動帶動動刀刀座繞轉軸旋轉 進而帶動動刀旋轉 與定刀配合實現(xiàn)對物料的粉碎 轉軸受載根據實際工作條 件分為兩部分 一是主軸帶輪所在鍵槽上的力 二是粉碎時刀座對轉軸的作用 力 如圖 4 8 所示 圖 4 8 轉軸上力的作用情況 2 計算結果與分析 2 1 等效應變 導出計算結果 由圖 4 9 可得轉軸上最大應變?yōu)?0 961E 03mm 變形量很小 不影響使用 右端點 左端點 鍵槽 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 25 圖 4 9 等效應變 2 2 等效應力 從圖 4 10 可知轉軸受到的最大等效應力為 31 4MPa 40Cr 的許用應力為 212MPa 按照第四強度理論 轉軸結構安全 4r 圖 4 10 等效應力 4 2 3 整體機架的模態(tài)分析 機架作為粉碎機的主要受力部件 其結構必須有足夠的靜強度和剛度來達 到其疲勞壽命 裝配和使用的要求 同時還應有合理的動態(tài)特性來達到控制振 動與噪音的目的 機架結構的設計中 局部結構的不合理可能導致整個粉碎機 26 在粉碎過程中發(fā)生共振 產生噪音 模態(tài)分析的作用在于提取結構固有頻率及 振型 做模態(tài)分析的好處 一是使結構設計避免共振或以特定頻率進行振動 二是使工程師可以認識到結構對于不同類型的動力載荷是如何響應的 三是有 助于在其他動力分析中估算求解控制參數(shù) 9 模態(tài)分析中的建模過程與靜力分析的建模過程基本一致 設定材料參數(shù) 設定密度參數(shù) 然后進行網格劃分 9 模態(tài)計算結果與分析 經過模態(tài)分析 獲得了機架的前 10 階固有頻率及 相關振型 頻率如表 4 1 所示 振型如圖 4 11 所示 表 4 1 機架模態(tài)分析 前 10 階頻率 第一階模態(tài)振型圖 第二階模態(tài)振型圖 第三階模態(tài)振型圖 第四階模態(tài)振型圖 階數(shù) 1 2 3 4 5 頻率 Hz 0 49944 1 7349 1 9229 2 4811 2 7042 階數(shù) 6 7 8 9 10 頻率 Hz 3 3043 3 8852 3 9543 4 1652 4 6762 第四章 基于 ANSYS 的機架和轉軸有限元分析 27 第五階模態(tài)振型圖 第六階模態(tài)振型圖 第七階模態(tài)振型圖 第八階模態(tài)振型圖 第九階模態(tài)振型圖 第十階模態(tài)振型圖 圖 4 11 機架前十階振型圖 已知電機的轉速 n 1420r min 可得 s148 63rad 6023 2 n 148 T 23Hz0 f 從模態(tài)分析結果可知 整體機架的振動變形主要集中在機架 1 部分 整體 機架的最大頻率 4 6762Hz 經計算得粉碎機工作頻率為 23 81HZ 所以符合粉 28 碎機工作時的振動頻率要求 第五章 基于 UG 的動刀刀座數(shù)控加工仿真 29 第 5 章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機運動仿真 5 1 微型塑料粉碎機零部件的裝配 裝配完成后的微型塑料粉碎機如圖 5 1 所示 圖 5 1 微型塑料粉碎機的裝配 5 2 傳動機構的仿真 由普通 V 帶將變速電機的動力傳遞給皮帶輪 從而帶動轉軸高速旋轉 通 過 Pro E 運動仿真 驗證了微型塑料粉碎機的運動機構無干涉現(xiàn)象 傳動機構 的仿真如圖 5 2 所示 圖 5 2 傳動機構的仿真 30 5 3 可視化出料倉的仿真 可視化出料倉的仿真如圖 5 3 所示 經驗證 其鎖緊裝置的四個軸 位于 機架上 和四個孔 位于出料倉 可以實現(xiàn)準確對接 圖 5 3 出料倉的仿真 5 4 濾鐵式進料倉的仿真 由于要定期清理粉碎室 更換刀片 所以將投料斗設計成可繞后部轉軸旋 轉的結構 工作時用吊桿螺母將其鎖緊 通過運動仿真驗證其運動機構無干涉 現(xiàn)象 運動軌跡正常 投料斗的仿真如圖 5 4 所示 圖 5 4 濾鐵式進料倉的仿真 第五章 基于 Pro E 的微型塑料粉碎機運動仿真 31 5 5 微型塑料粉碎機爆炸圖 通過爆炸圖直觀形象地演示了各個零件的安裝過程 微型塑料粉碎機爆炸 圖如圖 5 5 所示 圖 5 5 微型塑料粉碎機爆炸圖 32 第六章 基于 UG 的動刀刀座數(shù)控加工仿真 6 1 刀座加工方案及加工參數(shù)的確定 本設計以動刀刀座為加工對象 刀座材料為 6CrW2Si 首先用平頭銑刀銑 削加工該工件的外形輪廓 加工余量為 0 5mm 然后使用型腔銑 等高輪廓精 銑及平面銑進行半精加工和精加工 根據工件的特點 安裝尺寸精度及使用要 求確定工件的加工方案 首先 使用 10 的平頭銑刀對毛坯進行粗加工 主軸轉速 2000r min 進給 率 250mm min 下切速度 100mm min 快進速度 1000mm min 安全高度為 10mm 其次 使用 2 3 的平頭銑刀對刀座進行半精加工 加工余量為 0 25mm 主軸轉速 1000r min 進給率 250mm min 下切速度 100mm min 快 進速度 1000r min 安全高度為 10mm 最后 使用等高輪廓精銑及平面銑對刀座進行精加工 加工余量為零 主 軸轉速 1000r min 進給率 250mm min 下切速度 100mm min 快進速度 1000r min 安全高度為 10mm 分別選用 8 3 的鉆刀主軸轉速 1000r min 進給率 250mm min 下切速度 100mm min 快進速度 1000r min 安全高度為 10mm 再選用 10 5 刀具加工出螺紋 6 2 刀座的加工編程 6 2 1 零件模型的導入 由 Pro E 創(chuàng)建的刀座三維實體可直接導入 UG 軟件中 這是生成數(shù)控代碼 的前提和基礎 導入效果如圖 6 1 所示 第六章 基于 UG 的動刀刀座數(shù)控加工仿真 33 圖 6 1 導入效果圖 6 2 2 毛坯的確定 根據加工工藝的需要對工件的毛坯進行優(yōu)化 針對刀座的加工方案確定毛 坯如圖 6 2 所示 圖 6 2 毛坯 34 6 2 3 加工參數(shù)的設置 在保證加工質量 提高加工效率同時不對機床產生危害的前提下 本設計 加工參數(shù)的設置如圖 6 3 所示 圖 6 3 加工參數(shù)的設置 6 2 4 刀具的定義 根據該工件實際加工的需要 定義了 8 把刀具 10 的平頭銑刀 長 L 100mm 2 的平頭銑刀 長 L 100mm 3 的平頭銑刀 長 L 100mm 1 的平頭銑刀 長 L 100mm 4 的平頭銑刀 長 L 100mm 10 的鉆刀 長 L 100mm 5 的鉆刀 長 L 100mm 第六章 基于 UG 的動刀刀座數(shù)控加工仿真 35 10 的 TAP 長 L 100mm 6 2 5 刀具路徑的定義 對刀座表面平面使用 10 的平頭銑刀進行粗加工 對刀座表面使用 3 2 的平頭銑刀進行半精加工 對刀座表面斜面使用 4 1 的平頭銑刀進行精加工 對刀座使用 8 3 的鉆刀進行預鉆孔再使用 10 5 的 TAP 進行螺紋加 工 加工過程如圖 6 4 至 6 7 所示 圖 6 4 粗加工 圖 6 5 半精加工 圖 6 6 精加工 圖 6 7 鉆螺紋孔 36 6 2 6 加工仿真 對刀座數(shù)控編程最終加工效果如圖 6 8 和圖 6 9 所示 圖 6 8 最終效果圖 圖 6 9 最終效果圖 6 2 7 CNC 程序后序處理 通過上述的 UG 數(shù)控仿真驗證以上編程可滿足制造要求 然后進行 CNC 程序后序處理 通過后序處理器將其轉換為指定的機床的 CNC 代碼 部分 CNC 代碼詳見附錄 37 第七章 基于 CatalystEX 的微型塑料粉碎機 3D 打印 7 1 微型塑料粉碎機三維模型的創(chuàng)建 在 Pro E 中完成微型塑料粉碎機的三維模型的創(chuàng)建 重要零部件的創(chuàng)建 如圖 7 1 儲料斗 刀片 電機輪 動刀刀座 機架 投料斗 圖 7 1 重要零部件 38 裝配體如圖 7 2 所示 圖 7 2 裝配體 7 2 整機及各零部件的打印 以微型塑料粉碎機整機和部分重要零部件為例進行 3D 打印 圖 7 3 3D 打印流程 7 2 1 微型塑料粉碎機整機的打印 1 運行 CatalystEX 軟件 CatalystEX 軟件是計算機與 3D 打印機的橋梁 它與 3D 打印機配合使用 共同完成 3D 模型的打印 開機前檢查所有開關是否處于關閉狀態(tài) 連接好電源 打開快速成型機前 面和后面的開關并打開計算機 運行 CatalystEX 軟件 Dimension 公司研發(fā)的 3D 打印機及相關信息如圖 7 4 所示 39 圖 7 4 打印機及相關信息 2 打開 STL 選擇所需的文件 將三維模型文件以 STL 格式進行處理 并導入打印設備 打開 STL 時可能會遇到 STL 太大或太小的問題 太大時一般使用毫米做 單位 反之使用英寸 本次打印使用毫米 STL 處理信息如圖 7 5 所示 圖 7 5 STL 處理信息 FDM 快速 成型機 打印機型號 Dimension SST1200es 使用材料 ABS 40 3 設置打印機參數(shù) 1 層厚 使用絲的直徑為 0 02540mm 2 模型內部 實心 疏松 低密度 3 支撐填充 半實心式填充 4 份數(shù) 一份 5 STL 單位 mm 6 STL 比例 1 6 4 確定打印方案 根據微型塑料粉碎機的模型特征可以確定以下打印方案耗材最少 如圖 7 6 所示 圖 7 6 打印方案的確定 5 處理 STL 文件 1 處理 STL 時若發(fā)現(xiàn)錯誤可及時按下 取消 按鈕取消操作 2 完成 STL 處理后可在 層視圖 里單擊不同的按鈕觀察打印過程 3 處理 STL 文件后為 CMB 文件 6 切片處理 切片信息如圖 7 7 所示 其中紅色為成型材料 白色為支撐材料 41 圖 7 7 切片信息 7 添加到模型包 模型包詳細信息里可看到支撐材料 模型材料的使用情況以及打印的總體 時間 如圖 7 8 所示 圖 7 8 模型包 8 打印過程 打印耗時 20 小時 打印過程部分截圖如圖 7 9 所示 42 圖 7 9 打印過程 9 后期處理 去除支撐材料 圖 7 10 照片中黑色部分為打印后的支撐材料 需用一定濃度的 NaOH 溶液 和酒精溶液進行溶解 溶解時將模型和支撐材料的整體放入到盛有 NaOH 溶液的容器內 可配制 NaOH 熱溶液或者溶解時加熱 以加速溶解 放入時要注意避免溶液濺起 以免腐蝕皮膚 將溶解后的模型放入酒精溶液中清洗 洗去表面殘留的物質 注意 放入和取出模型時 要使用橡膠手套 輕拿輕放 43 圖 7 10 未去除支撐材料的實物模型 打磨拋光 FDM 成型的物件表面會產生階梯效果 看得出吐絲痕跡 可用強身嬰兒爽 身粉工業(yè)膠水做涂抹處理 干燥后再用銼刀和砂紙打磨 可讓物件表面變得光 滑 細膩 打磨拋光后如圖 7 11 所示 圖 7 11 實物模型 支撐材料 支撐材料 44 7 2 2 其他重要零部件的 3D 打印 皮帶輪 刀座 滾動軸承 45 第八章 總結 在設計此款微型塑料粉碎機之前進行了大量的市場調查 發(fā)現(xiàn)目前市場上 存在的塑料粉碎機都具有相同的不足 針對這些不足 基于 CAD CAR CAM 技術 設計了此款微型塑料粉碎機 完成此作品過程中主要做了以下工作 1 通過查詢相關資料 了解了各個類型的破碎機的工作原理 特點及使 用場合 2 利用 Pro E 軟件完成了微型塑料粉碎機三維模型的創(chuàng)建 并針對目前市 場上塑料粉碎機的不足 對其進行了創(chuàng)新設計 3 利用 UG 軟件對動刀刀座進行了數(shù)控加工仿真 導出了 G 代碼 證明 動刀刀座可以由數(shù)控加工機床進行加工 4 利用 ANSYS 軟件對機架做了模態(tài)分析 對機架和轉軸做了靜力學分析 結果證明粉碎機工作過程中不會發(fā)生共振且機架和轉軸滿足強度要求 5 利用 Pro E 軟件對微型塑料粉碎機做了運動仿真 結果證明其各個機構 不存在運動方面的問題 6 利用 CAXA 軟件完成了微型塑料粉碎機各個零件圖及裝配圖的繪制 7 通過 3D 打印機打印出了微型塑料粉碎機的三維模型 參考文獻 1 劉西文 塑料成型設備 M 北京 印刷工業(yè)出版社 2009 2 劉西文 塑料成型設備 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2010 3 中國國家標準化管理委員會 GB 25936 1 2012 中華人民共和國國家標準 橡膠塑料粉碎 機械 北京 中國標準出版社 2012 4 溫秉權 金屬材料手冊 M 北京 電子工業(yè)出版社 2009 5 孫克軍 電機常用技術數(shù)據速查手冊 M 北京 中國電力出版社 2009 46 6 趙品貴 實驗室粗用顎式破碎機整機設計 D 太原 太原理工大學碩士學位論文 2012 7 黃偉平 PC5282 顎式破碎機的設計及動顎和機架有限元優(yōu)化分析 D 南昌 江西理工大 學碩士學位論文 2012 8 濮良貴 機械設計 第八版 M 北京 高等教育出版社 2010 9 呂延 基于 ANYSY 的破碎機機架模態(tài)分析 J 機械設計與制造 2008 11 99 101 致謝 致謝 47 附錄 動刀刀座加工 NCN 代碼 N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0 0 0030 T01 M06 N0040 G0 G90 X2 1755 Y 2 1503 S0 M03 N0050 G43 Z2 9528 H00 N0060 Z2 5197 N0070 G1 Z2 4016 F9 8 M08 N0080 X1 7291 Y 1 8925 N0090 X1 7278 Y 1 8918 N0100 X3 1266 Y 531 N0110 G3 X3 1579 Y 6818 I 2112 J 1225 N0120 G1 X3 14 Y 8224 N0130 X3 1399 Y 8227 N0140 X3 1333 Y 8577 N0150 G3 X3 1331 Y 8584 I 0062 J 0012 N0160 G1 X3 1272 Y 8769 N0170 G3 X3 1271 Y 8774 I 006 J 0019 N0180 G1 X3 1198 Y 8953 N0190 G3 X3 1193 Y 8962 I 0058 J 0024 N0200 X3 0185 Y1 0199 I 4784 J 2867 N0210 G1 X2 9487 Y1 0937 N0220 X2 8788 Y1 1698 N0230 X2 8088 Y1 2484 N0240 X2 7196 Y1 3522 N0250 X2 6613 Y1 4224 N0260 X2 599 Y1 4994 N0270 X2 5291 Y1 5889 N0280 X2 4591 Y1 6814 N0290 X2 3892 Y1 7773 N0300 X2 3192 Y1 8769 N0310 X2 247 Y1 9838 N0320 X2 1794 Y2 0881 N0330 X2 1094 Y2 2004 N0340 X2 0709 Y2 2644 N0350 X2 0297 Y2 3346 N0360 X1 9695 Y2 4409 N0370 X1 9129 Y2 5451 N0380 X1 8762 Y2 6149 N0390 G3 X1 7237 Y2 805 I 3395 J 1162 N0400 X1 7229 Y2 8054 I 0033 J 0054 N0410 G1 X1 7051 Y2 8131 N0420 G3 X1 7045 Y2 8133 I 0025 J 第九屆全國信息技術應用水平大賽 48 0058 N0430 G1 X1 686 Y2 8195 N0440 G3 X1 6853 Y2 8196 I 002 J 006 N0450 G1 X1 6506 Y2 8269 N0460 G3 X1 6497 Y2 827 I 0013 J 0062 N0470 G1 X1 6144 Y2 829 N0480 G3 X1 614 I 0004 J 0063 N0490 G1 X1 0248 N0500 X1 0247 N0510 G3 X 7855 Y2 5772 I 0044 J 2437 N0520 G1 Y2 4353 N0530 X 2 0262 N0540 G3 X 2 1697 Y2 3918 I 0046 J 2434 N0550 X 2 3523 Y2 232 I 4123 J 655 N0560 X 2 3529 Y2 231 I 0048 J 004 N0570 G1 X 2 3627 Y2 213 N0580 G3 X 2 363 Y2 2125 I 0055 J 003 N0590 G1 X 2 3712 Y2 1935 N0600 G3 X 2 3714 Y2 193 I 0058 J 0025 N0610 G1 X 2 3773 Y2 1757 N0620 X 2 3774 Y2 1755 N0630 X 2 4126 Y2 0523 N0640 X 2 4338 Y1 9821 N0650 X 2 4558 Y1 912 N0660 X 2 4786 Y1 8418 N0670 X 2 5023 Y1 7716 N0680 X 2 5268 Y1 7014 N0690 X 2 5522 Y1 6313 N0700 X 2 5921 Y1 5255 N0710 X 2 6336 Y1 4208 N0720 X 2 6626 Y1 3506 N0730 X 2 6924 Y1 2804 N0740 X 2 732 Y1 1905 N0750 X 2 7876 Y1 0699 N0760 X 2 8213 Y 9997 N0770 X 2 8719 Y 8978 N0780 X 2 9282 Y 7892 N0790 X 2 9659 Y 719 N0800 X 3 0118 Y 6363 N0810 X 3 0446 Y 5787 N0820 X 3 0856 Y 5085 N0830 X 3 1517 Y 3992 N0840 X 3 2214 Y 2885 N0850 G3 X 3 2839 Y 0469 I 2245 J 1869 N0860 X 3 2836 Y 046 I 0062 J 0012 N0870 G1 X 3 2716 Y 0116 N0880 G3 X 3 2712 Y 0107 I 0059 J 0021 N0890 G1 X 3 2524 Y 0248 N0900 G3 X 3 2523 Y 025 I 0056 J 00