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注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则

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注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则 第��卷第�期����年�月塑料丁业���������������������・��・注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则张友根�宁波海达塑料机械制造有限公司�浙江宁波�������摘要�详细评述�传统的注塑机筒疲劳强度的设计理论�分析了其局限性和可用范围�提出了符合实际的注塑机筒的复合应力疲劳破坏理沦设计准则。关键词�注塑机�机筒�疲劳强度�设计中图分类号�����������文献标识码��文章编号�����—����������一��—����—���������������������������������...

注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则
第��卷第�期����年�月塑料丁业���������������������・��・注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则张友根�宁波海达塑料机械制造有限公司�浙江宁波�������摘要�详细评述�传统的注塑机筒疲劳强度的设计理论�分析了其局限性和可用范围�提出了符合实际的注塑机筒的复合应力疲劳破坏理沦设计准则。关键词�注塑机�机筒�疲劳强度�设计中图分类号�����������文献标识码��文章编号�����—����������一��—����—������������������������������������������������������������������������������������‘������������������������������������������������������������’����������������������������������������������������������������������������������������—����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������超高压注射成型已成为注塑机的发展方向�注射压力从传统的������发展到������以上�甚至达到�������全电动的精密注射机的注射压力�������已属正常。传统的注塑机筒的疲劳强度设计理论…�不能解释实际中出现的超高内压的机筒疲劳强度的设计�不能圆满解释注塑机筒疲劳失效现象。本文从弹性力学角度分析研究注塑机筒的工作特征�对传统的注塑机筒的疲劳强度理论作了分析研究�提出了符合实际的注塑机筒的复合应力疲劳破坏理论设计准则�并用实例加以论证。�机简疲劳强度分析研究的对象额定注射压力产生在额定注射行程段�这是不同于普通厚壁圆筒内压的不同特点。注射机筒在额定注射行程段为压力注射�注射至结束段为高压注射。注塑机筒疲劳失效主要现象是头部高压区的径向平面内产生径向裂纹�由里到外延伸�并在该平面内沿径向一直扩展至机筒外壁�裂纹�一�条、表观照示出机筒疲劳强度不足额定注射行程段的机筒壁厚必须达到疲劳强度的设计要求�其余段的壁厚不以注塑机筒疲劳强度设计准则作设计准则。机筒的头部由于须联接喷嘴座�又处在高压段�是机筒疲劳强度的薄弱环节�疲劳强度的设计�实质上是对机筒头部疲劳强度薄弱部位的分析研究。・螺纹联接墅喷嘴座疲劳强度计算截面疲劳强度计算截面积图�机筒头部螺纹联接式机筒�����������������������������机筒头部的结构形式不同�机筒疲劳强度设计分析研究的对象也不同。机筒头部与喷嘴座联接组成一体�两者之间联接的形式不同�结构形式主要有以下几种�螺纹联接式�图���螺钉联接式直筒型�图���螺钉联接式阶梯型�图���螺钉联接法兰分体式�图��。机筒头部的结构不同�疲劳强度的薄弱部位也不同�计算的对象截面的位置也不同。图���标明了各种机筒头部不同结构形式的疲劳强度薄弱部位、疲劳强度计算截面�图示中的网格区�。图中���为机筒疲劳强度计算截面内半径���计算截面外半径。作者简介�张友根�教授级高级��程师�享受国务院政府特殊津贴�在国际国内有关专业学术会议及专业学术刊物上发表了中�英文���篇 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 。参于编写了《机电液设计手册》、《轻工业技术装备手册》、《机电一体化应用》。����������������������  万方数据 ・��・塑料工业����年图�机筒头部螺钉联接式的直筒型机筒������������������������������������图�机筒头部螺钉联�������������������螺纹联接加强型喷嘴座图�机筒头部螺钉联接法兰式机筒������������������������������������注塑机筒弹性力学分析图�机筒应力分析模型���������������������������������机筒为两端通孑�的厚壁圆筒�设内半径为���外半径为���机筒任意点半径为��受均匀工作内压力�作用�外压为�。机筒应力应变是厚壁圆筒的一个轴对称的平面应变�根据����的厚壁圆筒弹性力学的应力分析原理�有关机筒的应力公式为����机简环向应力盯。���—�盯。�≠与�号�����������当�����盯口为最大�旷笔挚�半半���当�����即机筒外壁应力�一���‘��盯一�再��而����—��—����机筒径向应力矿��番�亨����������万葛�尹�【�’当�����径向应力盯�为最大�盯����当���。�径向应力盯�为最小�盯��一�。���机简切应力������丢�����������弗�当���。�切应力下�为最大����丁������������为�篙���式中��一工作内压�即额定注射压力������一机筒任意点半径������一机筒内半径������一机筒外半径�����一径比�机筒外半径与内半径之比��������从上式可看出�内壁的周向应力最大�外壁的周向应力最小�内壁的径向应力最小�外壁的径向应力最大。内壁的切应力最大�外壁的切应力最小。在受力相同下�轴向应力随内径加大而减小�周向应力随内压�减小而降低。机筒构件的最大应力产生在内壁。�复合应力疲劳破坏理论根据注塑机筒头部疲劳强度失效的现象分析�复合应力破坏是主要因素。������分析了高压厚壁圆筒的受力特点�从�����等人提出的考虑复合应力影响的应力椭圆方程出发�得出了有效拉伸疲劳极限与内压极限、径比之间的关系心】������������葛����式���可变换为����磋寿盯。一有效拉伸疲劳极限����。由式�������。式���中�盯。、�为已知参数�内压极限�。。强度安全系数��厅�罟����������������可得�盯。即可求得机筒���扇国  万方数据 第��卷第�期张友根�注塑机简复合应力疲劳破坏的设计准则・��・例��注射机筒�作内压为�������机筒头部为疲劳强度薄弱处�结构如图�所示�机筒头部疲劳强度计算截面的径比���。由式���可得内压极限�。为�������安全系数为�������������能安全运行�与实际运行情况一致。复合应力疲劳破坏理论符合注射机筒的疲劳度实际。�机简壁厚设计理论探讨注射机筒疲劳强度的设计中�一个十分重要的参数是径比足的确定�即机筒綮厚的设计。注射机筒的特殊圆筒结构不同于普通圆筒结构�壁厚的设计准则也不一样。传统的注射机筒壁厚的设计准则不能解释超高压注射机筒壁厚的实际。本文结合实际统计�提出机筒径比�值设计准则。以式���为壁厚设计基础�把���式中的内压极限�。改为工作内压�、有效拉伸疲劳强度极限��。改为与内压极限�。相对应的有效许用拉伸疲劳应力�����径比��即壁厚�的设计式为��篇���・�垮���式中�����一有效许用拉伸疲劳极限。�口��业�����一安全系数��������—��取���。���卜�����器�����������儿���设����地�一���‘式����中机筒径比����籍�…上式中��—����即����有意义�即����等一�������由式����可求得������励����式����中�����为�������可求得机筒构件的工作内压的极限为������。由式����可确定出径比�值�即由此可计算出疲劳强度确定的机筒外径及壁厚。在机筒构件的材料及加工确定之后�式���中�����������—��‘��为常量�随着径比�值的增加�����������—��下降�即承受工作内压�上升。设计实例�例�中�机筒头部疲劳强薄弱区最大内径为���������由式����为�������工作内压�。为������。径比�一��机筒外径����・�������������壁厚����一������—�������������与实际相同。�机筒有效拉伸疲劳强度极限机筒构件有效拉伸疲劳强度极限是强度极限设计准则的重要参数。机筒构件材料为不具备动态自增强的合金钢����������根据机筒工作的特点�把材料的屈服极限作强度极限的强度安全设计�低估了合金钢的疲劳强度性能�应把材料的拉伸疲劳强度极限作强度极限的强度安全设计参数。当机筒的材料、加工、热处理等确定后�机筒的构件有效拉伸疲劳强度极限��。成为定值。根据沃勒公式�机筒循环特征系数为��拉伸疲劳强度极限�矿�������×���������×�����������机筒构件都采用调质、氮化的热处理�使内表面硬化�高精度磨削的机加工�减少内部缺陷。氮化使其拉伸疲劳强度极限提高�������则机简构件材料的有效拉伸疲劳强度极限��������×�������×���������������注塑机筒疲劳强度设计准则的提出根据上述分析讨论�复合应力疲劳破坏理论反映出机筒疲劳破坏的本质�作为注塑机筒疲劳强度的设计准则。机筒疲劳强度设计准则包括�内压设计准则为式���、强度安全校核准则为式���、机筒径比设计准则为式����。�注塑机筒疲劳强度设计准则的应用���注塑机筒疲劳强度设计准则在机筒高压性能分析中的应用戮皇���出翟擎����担窭������������������径比��图�疲劳强度安全系数���下的机筒工作内压与径比关系�����������������������������������������������������图�是由复合应力疲劳破坏设计准则式���计算出的机筒工作内压�与径比�之间的曲线图�当径比从���增长到��机筒的工作内压增长率较快�  万方数据 ・��・塑料工业����正当径比从���起增长�机筒工作内压增长率逐渐减缓。说明仅靠增加径比�增加机筒工作内压是有限的�但对于超高压注射机筒的工作内压性能已满足。径比的设计大于����意义不大。如额定注射压力超过�������机筒的材料、热处理、结构设计等不同于普通注射机筒�研究的目标是如何提高有效疲劳强度极限及降低机筒内壁的应力�而不是用提高径比来达到。由机筒工作内压与径比关系表可以看出�一般注射机的额定注射压力不大于�������机筒疲劳强度计算截面的径比取����可满足机筒疲劳强度的性能要求。���注塑机筒疲劳强度设计准则在设计中的应用以具有代表性的大型机筒为例�进一步阐述应用本节中确定的疲劳强度设计准则取得的成果。实例��额定注射压力�������机筒内孑�直径������额定注射力为���������。机筒头部结构为图�型式。机筒头部疲劳强度薄弱区为螺孔加工区�以这一段的截面作机筒疲劳强度设计的对象。强度安全系数为���。由图��当内压�额定注射压力�为�������径比�为���。机筒疲劳强度设计的对象的截面外径为�����×������������������。螺孑�位置。根据额定注射力�选用��一���内六角高强度螺钉联接�螺钉孔中心周向圆为直径为������则螺钉孑�底周向圆为直径为���—���������机筒头部适于螺钉安装的外径为�������������机筒头部薄弱区截面内压强度复核。结构设计后径比�为�������������由式���可计算的机筒承受工作内压为�������不小于额定注射压力������。图�例�的机筒结构形式及有关技术参数������������������������������������������������������������用该注塑机筒疲劳强度设计准则设计的七台注射机运行三年多来机筒工作可靠�没有发生疲劳强度失效。说明运用复合应力疲劳破坏理论的注塑机筒疲劳强度设计准则�设计高压大型机筒疲劳强度也是可行的。���注塑机筒疲劳强度设计准则在机筒失效分析中的应用运用注射机筒疲劳强度设计准则分析及改进机筒疲劳强磨陛能。机筒头部结构如图��额定注射压力�������机筒内孔直径�����机筒与喷嘴座用��—���螺钉联结�螺钉孔中心周向圆直径���—砌�螺钉孑�底周向圆直径为���—�������。机筒工作一段时期后�机筒头部螺钉孑�段内腔产生径向裂纹�高压注射时�熔融料渗透裂纹进入螺钉孔流出筒体。由以上参数�可以得出�机筒强度计算截面的径比为�����������由式���计算得机筒内压极限为�������小与额定注射压力������的������两者相差太大�可见疲劳强度安全性能达不到�当实际注射压力大于�������产生疲劳裂纹失效的可能性很大。解决的办法是根据本文的机筒疲劳强度设计准则����式�径比由����提高至�����疲劳强度计算截面外径由����改为��������������螺钉由��一���改为�������螺钉孔中心周向圆直径由�����改为���������������机筒外圆直径为���������������与原机筒外圆直径保持不变。改进后�由式���计算得机筒内压达到�������大于额定注射压力�������达到疲劳强度安全要求。该例进一步说明了�径比是决定机筒疲劳强度的关键参数。���注塑机筒疲劳强度设计准则在注塑机总体注射压力设计中的应用额定注射压力是注塑机的总体重要的主参数。为适应注射成形的需要�注射机一般都配备低压、中压、高压三根螺杆�中压螺杆的注射压力是设计参数�低压及高压螺杆的注射压力�根据中压螺杆的注射压力为基准作相应变动�同时为达到互换性�机筒与喷嘴座的螺钉联结位置、机筒外径、加热圈等是不变的。中压螺杆的设计的额定注射压力已由������提高到������。由机筒工作内压与径比关系表�可以看出�机筒工作内压与径比不成正比关系�这给出了一个提示�常规的机筒头部螺钉联接式的直筒型机筒�螺钉孔中心圆周向位置不变情况下�即疲劳强度的计算截面的外径不变�额定注射高压�内压�设计受到限制�不能达到随心所欲的理想的超高注射压力�也就是说�高压螺杆的直径受到限制�这在高压注射压力设计中是值得注意的。以例�为例�高压螺杆直径�����注射压力为�������径比为������������由式����得机筒内压极限为������。强度安全系数取����由式  万方数据 第��卷第�期张友根�注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则・��・���得机筒内压极限为�������可承受������的注射高压。如要求超高注射压力为���������则螺杆直径为�������在此情况下�径比�为������������在此情况下�机筒工作内压为�������强度安全系数取����由式���得机筒内压极限为�������小于要求的��������的注射压力。说明该机筒的结构�最高注射压力只能达到������的注射压力。如为了要达到��������的注射压力�仅把螺杆直径设计为������会带来疲劳强度不安全的因素。要达到��������的注射压力�必须提高径比�即加大疲劳强度计算截面的外径。由上述分析可看出�在一台注塑机的同一注射部件上�高压、中压、低压的三根螺杆之间的直径差受到机筒结构的约束。�提高机筒有效拉伸疲劳强度极限措施增大机筒构件内压极限��有效的措施是提高机筒构件有效拉伸疲劳强度极限��。。提高机筒构件的有效拉伸疲劳强度极限主要取决于材料的性能、加工制造的方法及结构形式�特别是内表面的热处理及摩擦段的结构形式。双金属机筒可阻止高压熔融塑料与机筒内壁直接接触�消除了熔融塑料对机筒内壁强度的破坏�能显著提高机筒有效拉伸疲劳强度极限和内压极限�使用寿命可提高���倍。提高机筒构件的氮化层的持久性�以达到提高有效拉伸疲劳强度极限的持久性�一是增加氮化层的深度�二是控制机筒内壁氮化层硬度�使之与螺杆、止回环的硬度差不小于������以达到提高耐磨性能�保证氮化层深度的持久性�三是机筒与螺杆、止回环的合理配合间隙�提高传动机构的加�及装配的几何精度�达到减少对机筒的摩擦力�提高氮化层的寿命。合理的机筒头部结构设计是提高机筒疲劳强度的关键。图�的结构形式�在同样的注射压力下�机筒工作应力最大�图�、图�的结构形式�在同样的注射压力下�机筒工作应力最小。�结语注射机简外径设计涉及的高压厚肇机筒疲劳强度的研究是一个长期的课 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 �新【艺、新材料、新技术的工业化的应用为研究者又不断提出新的课题。尽管研究者的�程背景和目的性很强�由于机筒疲劳强度问题的复杂性�难以得出一个理论上比较完整且普遍适用的设计准则�也很难对目前的一些设计准则做出合理性、适用性、先进性的考核�难以得出一些定量的、普遍适用的结论�但对其设计、制造、加�及进一步研究均具有很大的实用价值。参考文献���北京化丁大学�华南理工大学合编�塑料机械设计����北京�中国轻下业出版社���������—�������李志义�丁信伟�厚壁圆筒形构件的疲劳性能����化工装备技术�����������—������李志义�丁信伟�高压厚壁圆筒的设计准则����石油化工设备�����������—������冲岛喜八�材料力学���题详解����伍洪泽译�长沙�湖南科学技术出版社����������本文于����—��—��收到��上接第�页������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������—��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������—������—�����������������������������������������������������������������������������������������������—��������������������������������������������������—������—��������贾莉莉�毕红�王亚芬�聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究����安徽大学学报�自然科学版���������������—����本文于����—��—��收到��上接第�页������������������������������������������������������。����������‘���������������������������锄�����—����������������������������—���������卢江�梁晖�高分子化学����化学工业出版社���������—��������王正洲�刘晓峰�胡森�马来酸酐悬浮固相接枝聚丙烯����合成树脂及塑料��������������—�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������—�����本文于����—��一��收到�  万方数据 注塑机筒复合应力疲劳破坏的设计准则 作者� 张友根� ZHANG You-gen 作者单位� 宁波海达塑料机械制造有限公司,浙江,宁波,315200 刊名� 塑料工业 英文刊名� CHINA PLASTICS INDUSTRY 年�卷(期)� 2009,37(1) 被引用次数� 1次 参考文献(4条) 1.李志义;丁信伟 高压厚壁圆筒的设计准则[期刊论文]-石油化工设备 1995(03) 2.李志义;丁信伟 厚壁圆筒形构件的疲劳性能 1996(04) 3.北京化工大学;华南理工大学 塑料机械设计 1995 4.冲岛喜八;伍洪泽 材料力学500题详解 1995 引证文献(1条) 1.谈桂春.赵志鸿.许书道 2009年我国工程塑料加工技术进展[期刊论文]-工程塑料应用 2010(6) 本文链接�http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_slgy200901006.aspx
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分类:生产制造
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