CN113688477B - 铜套的设计方法及铜套 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜套的设计方法及铜套，铜套用于套设在销轴上，铜套和销轴之间通过润滑剂润滑；铜套的设计方法包括：根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；其中，d＝d1；根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；其中，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和；根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；其中，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和。本发明的铜套的设计方法解决了现有技术中的在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。

Description

铜套的设计方法及铜套
技术领域
本发明涉及注塑机领域，具体而言，涉及一种铜套的设计方法及铜套。
背景技术
注塑机机铰是注塑机锁模机构的重要组成部分，主要负责完成开合模动作，而机铰组件是完成力的放大的关键结构，机铰组件中的铜套位于前、后连杆与销轴的连接处，将受到循环性的高速重载冲击，造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常。因此可靠的铜套设计在整个注塑机设计过程中尤为重要，也为注塑产品的质量提供了一定的保证。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铜套的设计方法及铜套，以解决现有技术中的在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铜套的设计方法，铜套用于套设在销轴上，铜套和销轴之间通过润滑剂润滑；铜套的设计方法包括：根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；其中，d＝d1；根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；其中，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和；根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；其中，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和。
进一步地，铜套和销轴之间通过润滑脂润滑；铜套和销轴之间的油膜厚度确定的方法包括：根据润滑脂的膜厚比λ和铜套的表面粗糙度Ra计算出油膜厚度hmin；其中，润滑脂的膜厚比λ的选取范围为0.2＜λ＜3。
进一步地，铜套的设计方法还包括：根据铜套的内径d和铜套的宽径比a确定铜套的宽度B；其中，a＝B/d，且a的取值范围为0.3至1.5；铜套的宽度B为铜套沿其轴向方向上的宽度。
进一步地，铜套的设计方法还包括：根据铜套的平均压强p确定铜套的主体材料；其中，铜套的主体材料的许用承载压力[p]大于或等于铜套的平均压强p。
进一步地，铜套的平均压强p的确定方法包括：根据铜套的受力F、铜套的内径d和铜套的宽度B计算出平均压强p；其中，
进一步地，第一连杆和动模板之间通过销轴和铜套铰接，第一连杆套设在铜套上，销轴与动模板连接；第一连杆远离铜套的一端与第二连杆的第一端铰接，第二连杆的第二端与调模板铰接；第二连杆与第三连杆的第一端铰接，第三连杆的第二端与十字头铰接，十字头由驱动组件驱动沿朝向或远离动模板的方向移动；铜套的受力F的确定方法包括：根据计算公式计算Fc1；其中，Fc1为十字头与第三连杆连接铰孔点受力；/>为动模板合模状态下的第三连杆与水平线的夹角；F0为驱动组件推力；根据计算公式/>计算Ff1；其中，Ff1为第一连杆和动模板连接铰孔点受力，hd为调模板与第二连杆连接铰孔点到第三连杆的距离；hf为调模板与第二连杆连接铰孔点到第一连杆的距离；根据计算公式计算F；其中，β为动模板在开模状态和合模状态之间转换过程中的第一连杆的转角。
进一步地，在根据铜套的平均压强p确定铜套的主体材料之后，铜套的设计方法还包括：向铜套的主体材料中加入高纯石墨，以使铜套由主体材料和高纯石墨共同制成。
进一步地，铜套的侧壁设置有油孔，铜套的设计方法还包括：先假定铜套和销轴之间的润滑脂的平均温度tm；其中，tm＝50℃-75℃；通过热平衡计算来验算油孔的入口油温t1是否在30℃至40℃之间，若入口油温t1是在30℃至40℃之间，则表示铜套、销轴和润滑脂的整个系统的传热平衡；否则，重新选择平均温度tm再作计算，直至入口油温t1是在30℃至40℃之间；其中，热平衡计算包括：先根据公式计算Δt；然后根据公式计算t1；其中，f为铜套和润滑脂之间的摩擦因数，ρ为润滑脂密度，αs为润滑脂表面传热系数，C为润滑脂比热容，/>为润滑脂流量系数；q为润滑脂流量；ψ为铜套与销轴之间的间隙；υ为润滑脂粘度。
根据本发明的另一方面，提供了一种铜套，铜套用于套设在销轴上，铜套和销轴之间通过润滑剂润滑；铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和；铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和。
进一步地，铜套的材料包括CuZn25Al5Mn4。
进一步地，铜套的材料还包括高纯石墨。
本发明的铜套的设计方法根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；铜套的内径d与销轴的直径d1相等；该铜套的设计方法根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；且根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；具体地，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和。由于在设计铜套的内径上差偏和内径下差偏时将油膜厚度考虑进去，能够准确的计算出铜套的内径上差偏和内径下差偏，使得铜套和销轴之间的间隙更为合理，避免铜套磨损，解决了在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的铜套的设计方法的实施例的设计流程图；
图2示出了根据本发明的铜套的实施例的剖视图；
图3示出了根据本发明的铜套的实施例的轴测图；
图4示出了图2中的铜套的B-B截面处的剖视图；
图5示出了根据本发明的注塑机处于合模状态(即动模板合模状态)的结构示意图；
图6示出了根据本发明的第一连杆和动模板的结构示意图；
图7示出了图6中的第一连杆和动模板的G-G截面处的剖视图；
图8示出了图7中的第一连杆和动模板的Ⅰ处的局部放大图；
图9示出了根据本发明的注塑机处于开模状态(即动模板开模状态)的结构示意图；
图10示出了根据本发明的注塑机处于开模状态(即动模板开模状态)的剖视图；
图11示出了根据本发明的注塑机处于合模状态(即动模板合模状态)的运动简图；
图12示出了根据本发明的注塑机处于开模状态(即动模板开模状态)的运动简图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、锁模机构；2、机铰组件；10、铜套；11、油孔；12、油槽；20、销轴；30、第一连杆；40、第二连杆；50、第三连杆；60、动模板；70、调模板；80、十字头；90、驱动组件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种铜套的设计方法，请参考图1至图12，铜套用于套设在销轴上，铜套和销轴之间通过润滑剂润滑；铜套的设计方法包括：
步骤S100，根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；其中，d＝d1；
步骤S200，根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；其中，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和；
步骤S300，根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；其中，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和。
本发明的铜套的设计方法根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；铜套的内径d与销轴的直径d1相等；该铜套的设计方法根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；且根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；具体地，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和。由于在设计铜套的内径上差偏和内径下差偏时将油膜厚度考虑进去，能够准确的计算出铜套的内径上差偏和内径下差偏，使得铜套和销轴之间的间隙更为合理，避免铜套磨损，解决了在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。
具体地，销轴的直径上偏差和销轴的直径下偏差通过公差等级确认。
具体地，铜套和销轴之间通过润滑脂润滑，采用润滑脂润滑的优点为，使用量小且无需复杂的密封装置。润滑脂粘度高，具有优良的承载能力和出色的吸振效果。
需要说明的是，铜套和销轴之间的油膜厚度存在不同位置的油膜厚度会不同的问题，故本申请所说的油膜厚度为不同的油膜厚度中最小的油膜厚度。
具体地，铜套和销轴之间的油膜厚度确定的方法包括：根据润滑脂的膜厚比λ和铜套的表面粗糙度Ra计算出油膜厚度hmin；其中，润滑脂的膜厚比λ的选取范围为0.2＜λ＜3。需要说明的是，在铜套的润滑成分为润滑脂时，膜厚比λ的选取范围为0.2＜λ＜3，具体设计时，可根据实际情况进行选择。
在本实施例中，铜套的设计方法还包括：根据铜套的内径d和铜套的宽径比a确定铜套的宽度B；其中，a＝B/d，且a的取值范围为0.3至1.5；铜套的宽度B为铜套沿其轴向方向上的宽度。具体地，a的取值范围为0.3至1.5包括a＝0.3和a＝1.5的情况。
在一个实施例中，如图5所示，注塑机包括动模板60和锁模机构1，锁模机构1包括机铰组件2，机铰组件2包括第一连杆30，第一连杆30和动模板60之间通过销轴20和铜套10铰接，第一连杆30套设在铜套10上，动模板60与销轴20连接。
在本实施例中，铜套的设计方法还包括：根据铜套的平均压强p确定铜套的主体材料；其中，铜套的主体材料的许用承载压力[p]大于或等于铜套的平均压强p。具体地，控制铜套的平均压强p的大小可以有效避免涂于表面的润滑脂溢出，影响润滑效果，加剧铜套的磨损情况。由于铜套的主体材料的许用承载压力[p]大于或等于铜套的平均压强p，可以保证铜套的强度，避免铜套磨损或断裂。
具体地，铜套的平均压强p的确定方法包括：根据铜套的受力F、铜套的内径d和铜套的宽度B计算出平均压强p；其中，
在一个实施例中，如图5所示，注塑机包括调模板70，机铰组件2还包括第二连杆40、第三连杆50十字头80和驱动组件90；第一连杆30远离铜套10的一端与第二连杆40的第一端铰接，第二连杆40的第二端与调模板70铰接，第二连杆40与第三连杆50的第一端铰接，第三连杆50的第二端与十字头80铰接，十字头80由驱动组件90驱动沿朝向或远离动模板60的方向移动。具体地，驱动组件90包括丝杠螺母结构，丝杠螺母结构与十字头80传动连接，以使十字头80沿图5中的水平方向(即左右方向)往复移动。
具体地，如图11和图12所示，铜套的受力F的确定方法包括：根据计算公式计算Fc1；其中，Fc1为十字头与第三连杆连接铰孔点受力；/>为动模板合模状态下的第三连杆与水平线的夹角；F0为驱动组件推力；根据计算公式/>计算Ff1；其中，Ff1为第一连杆和动模板连接铰孔点受力，hd为调模板与第二连杆连接铰孔点到第三连杆的距离；hf为调模板与第二连杆连接铰孔点到第一连杆的距离；根据计算公式计算F；其中，β为动模板在开模状态和合模状态之间转换过程中的第一连杆的转角。需要说明的是，铜套的受力F的确定方法中所涉及到的参数均是指在动模板合模状态下的参数，如Fc1为在动模板合模状态下时十字头与第三连杆连接铰孔点受力。
具体地，为动模板合模状态下的第三连杆与水平线的夹角中的水平线沿图5中的水平方向(即左右方向)延伸。
具体地，如图11所示，Ff1方向为第一连杆共线方向，F受力方向为水平方向；合模状态下，第一连杆与水平方向具有一定的夹角，并未平行，Fc1为第三连杆共线方向。其中，该水平方向即图11中的左右方向。
在本实施例中，在根据铜套的平均压强p确定铜套的主体材料之后，铜套的设计方法还包括：向铜套的主体材料中加入高纯石墨，以使铜套由主体材料和高纯石墨共同制成。高纯石墨的加入进一步提高了铜套的耐磨性，提高了铜套的机械强度。
在本实施例中，铜套的侧壁设置有油孔11，铜套的设计方法还包括：先假定铜套和销轴之间的润滑脂的平均温度tm；其中，tm＝50℃-75℃；通过热平衡计算来验算油孔的入口油温t1是否在30℃至40℃之间，若入口油温t1是在30℃至40℃之间，则表示铜套、销轴和润滑脂的整个系统的传热平衡；否则，重新选择平均温度tm再作计算，直至入口油温t1是在30℃至40℃之间；其中，热平衡计算包括：先根据公式计算Δt；然后根据公式/>计算t1；其中，f为铜套和润滑脂之间的摩擦因数，ρ为润滑脂密度，αs为润滑脂表面传热系数，C为润滑脂比热容，/>为润滑脂流量系数；q为润滑脂流量；ψ为铜套与销轴之间的间隙；υ为润滑脂粘度。
具体地，在铜套和销轴之间采用润滑脂润滑的情况下，摩擦因数f取值范围为0.01-0.1之间；其中，f的取值范围包括f＝0.01或f＝0.1。
具体实施时，在一个实施例中，铜套的具体设计如下：
铜套的基本结构以及材料的确定：
铜套基本结构：
铜套的宽径比a一般为0.3-1.5之间(包括a＝0.3和a＝1.5)，铜套的内径d由销轴的直径确定，如图7，该实施例中的销轴的直径为90mm，选取铜套的宽径比为1.1，确定铜套的内径d＝90mm，铜套的宽度B＝100mm。另外，在铜套的侧壁上开有三个油孔11以及油槽12，如图2至图4所示，以供润滑作用。
铜套的材料：
铜套的材料选择根据铜套的平均压强，控制平均压强大小可以有效避免涂于表面的油脂溢出，影响润滑效果，加剧铜套的磨损情况。根据以下公式进行计算：其中，根据设计要求F＝650KN。根据计算结果选铜套的主体材料为CuZn25Al5Mn4，并向主体材料中加入高纯石墨，以使铜套的材料由CuZn25Al5Mn4和高纯石墨组成，相对于38CrMo钢制材料具有更高的耐磨性，避免注塑机在运行过程中产生开合模异响的问题。
需要说明的是，十字头与第三连杆之间、第一连杆和第二连杆之间、第二连杆与调模板之间，第二连杆和第三连杆之间均是通过铜套和销轴铰接，上述的铜套均可以通过本申请的铜套的设计方法进行设计。
本申请的铜套的设计方法用于避免在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。
本申请可以保证在注塑机开合模运行的过程中，铜套可以承受高速重载的冲击，在润滑脂的润滑保护下减轻铜套的磨损程度使其正常运行。
本申请通过提供一种铜套的设计方法，克服铜套磨损严重问题，降低注塑机故障率，节约售后维修成本，保证注塑产品质量稳定，使注塑设备更具市场竞争力。
本发明还提供了一种铜套，采用上述实施例中的铜套的设计方法获得，铜套10用于套设在销轴20上，铜套10和销轴20之间通过润滑脂润滑；铜套10的内径上差偏等于销轴20的直径上偏差和油膜厚度之和；铜套10的内径下差偏等于销轴20的直径下偏差和油膜厚度之和。
具体地，铜套10的材料包括CuZn25Al5Mn4。具体地，相对于38CrMo钢制材料具有更高的耐磨性，避免注塑机在运行过程中产生开合模异响的问题。
具体地，铜套10的材料还包括高纯石墨。
在一个实施例中，铜套10由CuZn25Al5Mn4和高纯石墨制成。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的铜套的设计方法根据销轴的直径d1确定铜套的内径d；铜套的内径d与销轴的直径d1相等；该铜套的设计方法根据销轴的直径上偏差、铜套和销轴之间的油膜厚度确定铜套的内径上差偏；且根据销轴的直径下偏差、油膜厚度确定铜套的内径下差偏；具体地，铜套的内径下差偏等于销轴的直径下偏差和油膜厚度之和，铜套的内径上差偏等于销轴的直径上偏差和油膜厚度之和。由于在设计铜套的内径上差偏和内径下差偏时将油膜厚度考虑进去，能够准确的计算出铜套的内径上差偏和内径下差偏，使得铜套和销轴之间的间隙更为合理，避免铜套磨损，解决了在注塑机运行过程中铜套因循环高速重载冲击造成严重磨损，影响设备性能，进而导致产品质量异常的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套用于套设在销轴上，所述铜套和所述销轴之间通过润滑剂润滑；所述铜套的设计方法包括：
根据所述销轴的直径d1确定所述铜套的内径d；其中，d＝d1；
根据所述销轴的直径上偏差、所述铜套和所述销轴之间的油膜厚度确定所述铜套的内径上差偏；其中，所述铜套的内径上差偏等于所述销轴的直径上偏差和所述油膜厚度之和；
根据所述销轴的直径下偏差、所述油膜厚度确定所述铜套的内径下差偏；其中，所述铜套的内径下差偏等于所述销轴的直径下偏差和所述油膜厚度之和；
第一连杆和动模板之间通过所述销轴和所述铜套铰接，所述第一连杆套设在所述铜套上，所述销轴与所述动模板连接；所述第一连杆远离所述铜套的一端与第二连杆的第一端铰接，所述第二连杆的第二端与调模板铰接；所述第二连杆与第三连杆的第一端铰接，所述第三连杆的第二端与十字头铰接，所述十字头由驱动组件驱动沿朝向或远离所述动模板的方向移动；所述铜套的受力F的确定方法包括：
根据计算公式计算Fc1；其中，Fc1为所述十字头与所述第三连杆连接铰孔点受力；/>为所述动模板合模状态下的第三连杆与水平线的夹角；F0为驱动组件推力；
根据计算公式计算Ff1；其中，Ff1为所述第一连杆和所述动模板连接铰孔点受力，hd为所述调模板与所述第二连杆连接铰孔点到所述第三连杆的距离；hf为所述调模板与所述第二连杆连接铰孔点到所述第一连杆的距离；
根据计算公式计算F；其中，β为所述动模板在开模状态和合模状态之间转换过程中的所述第一连杆的转角。
2.根据权利要求1所述的铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套和所述销轴之间通过润滑脂润滑；所述铜套和所述销轴之间的油膜厚度确定的方法包括：
根据所述润滑脂的膜厚比λ和所述铜套的表面粗糙度Ra计算出所述油膜厚度hmin；其中，所述润滑脂的膜厚比λ的选取范围为0.2＜λ＜3。
3.根据权利要求1所述的铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套的设计方法还包括：
根据所述铜套的内径d和所述铜套的宽径比a确定所述铜套的宽度B；其中，a＝B/d，且a的取值范围为0.3至1.5；所述铜套的宽度B为所述铜套沿其轴向方向上的宽度。
4.根据权利要求3所述的铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套的设计方法还包括：
根据所述铜套的平均压强p确定所述铜套的主体材料；其中，所述铜套的主体材料的许用承载压力[p]大于或等于所述铜套的平均压强p。
5.根据权利要求4所述的铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套的平均压强p的确定方法包括：
根据所述铜套的受力F、所述铜套的内径d和所述铜套的宽度B计算出所述平均压强p；其中，
6.根据权利要求4所述的铜套的设计方法，其特征在于，在根据所述铜套的平均压强p确定所述铜套的主体材料之后，所述铜套的设计方法还包括：
向所述铜套的主体材料中加入高纯石墨，以使所述铜套由所述主体材料和所述高纯石墨共同制成。
7.根据权利要求5所述的铜套的设计方法，其特征在于，所述铜套和所述销轴之间通过润滑脂润滑；所述铜套的侧壁设置有油孔，所述铜套的设计方法还包括：
先假定所述铜套和所述销轴之间的所述润滑脂的平均温度tm；其中，
tm＝50℃-75℃；
通过热平衡计算来验算所述油孔的入口油温t1是否在30℃至40℃之间，若所述入口油温t1是在30℃至40℃之间，则表示所述铜套、所述销轴和所述润滑脂的整个系统的传热平衡；否则，重新选择所述平均温度tm再作计算，直至所述入口油温t1是在30℃至40℃之间；
其中，热平衡计算包括：
先根据公式计算Δt；
然后根据公式计算t1；
其中，f为所述铜套和所述润滑脂之间的摩擦因数，ρ为润滑脂密度，αs为润滑脂表面传热系数，C为润滑脂比热容，为润滑脂流量系数；q为润滑脂流量；ψ为铜套与销轴之间的间隙；υ为润滑脂粘度。
8.一种铜套，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的铜套的设计方法获得，所述铜套(10)用于套设在销轴(20)上，所述铜套(10)和所述销轴(20)之间通过润滑剂润滑；所述铜套(10)的内径上差偏等于所述销轴(20)的直径上偏差和油膜厚度之和；所述铜套(10)的内径下差偏等于所述销轴(20)的直径下偏差和油膜厚度之和。
9.根据权利要求8所述的铜套，其特征在于，所述铜套(10)的材料包括CuZn25Al5Mn4。
10.根据权利要求9所述的铜套，其特征在于，所述铜套(10)的材料还包括高纯石墨。
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