两工位实心轮胎一步法注射成型硫化机组的设计研究与三维过程模拟

论文摘要

随着现代化建设的日益加快,人民生活水平的不断提高,我国对实心轮胎的需求量越来越大,质量的要求也越来越高,高质量的实心轮胎则需要由高品质的橡胶成型硫化设备来保证。因此,一个企业能否高效率的生产出高质量的实心轮胎在很大程度上取决于实心轮胎成型硫化设备的水平。目前国内外成型实心轮胎的方法主要有传统的模压法、缠绕法、离心浇注法和注射法等。但这些成型方法和设备存在如下问题:一是模压法和缠绕法都属于一种将预先得到的胶片进行贴合的工艺,其制造工艺复杂、使用设备多、消耗能量大,且胶层之间致密性差,容易出现脱层现象;二是因分子结构特性的因素聚氨酯实心轮胎内生热现象比较严重,并且其动态性能和抗滑性能差以及原材料成本高等,这些不利因素阻碍了聚氨酯实心轮胎的推广。为了适应市场对实心轮胎成型硫化设备的需求,解决对制品“高效、高质、低耗、低成本”的要求,本文在深入研究了各种实心轮胎成型硫化设备的特点和性能的基础上,全新设计了两工位实心轮胎一步法注射成型硫化机组。本论文的主要成果如下:(1)首次采用一步法注射技术成型实心轮胎,提高了实心轮胎的质量和生产效率。(2)注射成型硫化机具有两工位整体式结构,整机不仅生产效率高,而且整体受力合理、变形小、工作精度高,同时结构紧凑,占地面积小,可用于大、中、小型容量制品的注射成型硫化。一套注射装置进行两工位的依次注射,每个工位的锁模和脱模装置独立工作,完成制品的保压硫化以及脱模,具有操作自动化和生产连续化的特点。(3)设计了弹簧缓冲装置和开放式轴承座,提高了压力传感器控制精度和可靠性,解决了螺旋锁模机构偶发卡死时无法卸荷的难题。(4)注射胶料口的下移解决了传统注射过程中流道受力不均产生漏胶的问题。(5)压合装置丝杠的轴线与注射装置螺杆的轴线在同一直线上,使注射机无偏心力矩,提高了注射机的对中性能。(6)电磁离合器和滚珠丝杠的配合使用巧妙提供了清理流道内胶料的空间,提高了自动化操作水平。(7)设计中运用了先进的数字传感技术,以实施对机头压力、锁模力和压合力的检测,实现胶料的信息定量和压合装置的数字操作,使设备运行安全可靠,易于实现自动化。(8)运用传统设计、有限元分析、三维造型设计和三维过程模拟相结合的设计手段,充分体现了设计与制造同步的现代设计理念。综上所述,两工位实心轮胎一步法注射成型硫化机组具有现有成型实心轮胎设备所不具备的诸多优点,具有明显的创新性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 课题研究目的与设计研究的意义
• 1.1.1 课题的来源及迫切性
• 1.1.2 课题设计研究的意义
• 1.1.3 课题应用前景
• 1.2 实心轮胎成型技术的进步与发展
• 1.2.1 模压法成型实心轮胎
• 1.2.2 缠绕法成型实心轮胎
• 1.2.3 聚氨酯浇注法成型实心轮胎
• 1.2.4 注射法成型实心轮胎
• 1.3 轮胎硫化设备的发展
• 1.3.1 硫化罐
• 1.3.2 个体硫化机
• 1.3.3 轮胎定型硫化机
• 1.4 多工位注射技术与装置的发展
• 1.4.1 多工位注射机的功能和工作过程
• 1.4.2 多工位注射机发展历程
• 1.4.3 国内外多工位注射机的研究发展现状
• 1.4.4 链传动线性多工位实现装置
• 1.5 本文的研究内容
• 1.5.1 本文的章节安排
• 1.5.2 本文的创新点
• 2 实心轮胎一步法注射成型硫化机组的相关理论研究
• 2.1 螺杆旋转式（一步法）注射成型装置的研究
• 2.1.1 一步法注射成型技术与装置
• 2.1.2 一步法注射成型原理在细长制品应用的验证试验与研究
• 2.1.3 一步法注射成型技术理论研究的基本结论
• 2.2 电动螺旋锁模装置的研究
• 2.2.1 锁模技术的进步与发展
• 2.2.2 电动螺旋锁模装置原理在轮胎定型硫化机应用的验证研究
• 2.2.3 电动螺旋锁模装置研究的基本结论
• 2.3 本章小结
• 3 实心轮胎注射成型硫化机组的设计原理及数学模型的建立
• 3.1 一步法注射成型理论分析与数学模型的建立
• 3.1.1 注射功率模型
• 3.1.2 注射能力模型
• 3.1.3 螺杆的设计原理及相关数学模型的建立
• 3.2 电动螺旋硫化装置设计原理及相关数学模型的建立
• 3.2.1 电动螺旋硫化装置的锁模理论
• 3.2.2 电动锁模装置锁模功率数学模型的建立及求解
• 3.2.3 脱模机构的设计原理及相关数学模型的建立
• 3.3 两工位移动装置设计原理及相关数学模型的建立
• 3.3.1 两工位移动装置的设计原理
• 3.3.2 导轨链的参数设计和功率数学模型的建立及求解
• 3.4 本章小结
• 4 实心轮胎注射成型硫化机组的结构设计及有限元分析
• 4.1 一步法注射机的设计
• 4.1.1 螺杆的结构设计
• 4.1.1.1 螺杆的力学校核
• 4.1.1.2 螺杆的结构
• 4.1.2 机筒的结构设计
• 4.1.2.1 塑化段机筒的结构设计
• 4.1.2.2 喂料段机筒的结构设计
• 4.1.3 螺旋啮合喂料装置的结构设计
• 4.1.3.1 螺旋啮合喂料装置的介绍
• 4.1.3.2 螺旋啮合喂料装置的结构
• 4.1.4 注射机传动系统的设计
• 4.1.4.1 传动功率的选择
• 4.1.4.2 传动机构减速箱的选择
• 4.1.4.3 传动系统的结构设计
• 4.1.5 螺旋移动压合装置的设计
• 4.1.5.1 螺旋移动压合装置的理论计算
• 4.1.5.2 螺旋移动压合装置的结构
• 4.1.6 两工位移动装置的结构设计
• 4.1.7 两工位一步法注射机的总体结构设计
• 4.2 实心轮胎定型硫化机的结构设计
• 4.2.1 浇注系统的结构设计
• 4.2.2 实心轮胎模具的设计
• 4.2.3 螺旋锁模系统的设计
• 4.2.3.1 锁模电机及减速器的选择
• 4.2.3.2 丝杠的结构设计及有限元分析
• 4.2.3.3 轴承座的结构设计及有限元分析
• 4.2.3.4 弹簧缓冲装置的设计
• 4.2.3.5 螺旋锁模系统的总体结构设计
• 4.2.4 机架的结构设计
• 4.2.4.1 机架设计的要求
• 4.2.4.2 上横梁的结构设计及有限元分析
• 4.2.4.3 公用侧板的结构设计及有限元分析
• 4.2.4.4 侧板的结构设计
• 4.2.5 脱模装置的结构设计
• 4.2.6 实心轮胎硫化机组的总体结构设计
• 4.3 本章小结
• 5 两工位实心轮胎一步法注射成型硫化机组的三维过程模拟
• 5.1 三维动态模拟简介
• 5.1.1 三维动态模拟实现方法
• 5.1.2 三维动态模拟制作过程
• 5.2 实心轮胎一步法注射成型硫化机组的三维造型
• 5.3 实心轮胎一步法注射成型硫化机组的工作流程
• 5.4 实心轮胎一步法注射硫化机组的三维动态模拟过程图
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果