液壓二板式注塑機(jī)鎖?；芈吩O(shè)計(jì)

液壓二板式注塑機(jī)鎖模回路設(shè)計(jì)

劉軍營，胡鑫，唐敬東，朱艷飛

(山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

摘要：介紹了液壓二板式注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)的類型及各自特點(diǎn).基于注塑機(jī)鎖模回路高壓穩(wěn)定鎖模的要求，設(shè)計(jì)了單作用增壓缸式的鎖?；芈?分析了注塑機(jī)鎖模液壓系統(tǒng)的工作原理，采用AMESim軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，得到了較為理想的結(jié)果，對(duì)實(shí)際鎖?；芈返脑O(shè)計(jì)具有參考價(jià)值.

關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；增壓缸；鎖?；芈罚籄MESim

中圖分類號(hào)：TH137；TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-11-21

作者簡(jiǎn)介：趙云，女，zhaoyun0602@163.com； 通信作者： 陶常利，男,tcl@sdust.edu.cn

文章編號(hào)：1672-6197(2015)05-0029-04

Design of clamping circuit of two-plate injection molding machine

LIU Jun-ying， HU Xin， TANG Jing-dong， ZHU Yan-fei

(School of Mechanical Engineering， Shandong University of Technology， Zibo 255049, China)

Abstract:The classification of hydraulic injection molding machine clamping mechanism and its characteristic are introduced. The pressure cylinder type clamping circuit is designed, based on the high voltage requirement of injection molding machine to maintain stable mode-locked. Then this article summarizes the working principle of hydraulic system of injection molding machine clamping, and does a simulation analysis for the system based on AMESim. The result is ideal and it could provid a reference to the actual design of a clamping circuit.

Key words:injection molding machine; pressure cylinder; clamping circuit; AMESim

注塑成型是一種注射兼模塑的成型方法.注塑機(jī)作為注塑成型的主要設(shè)備，是集機(jī)械、電子等方面技術(shù)于一體的先進(jìn)制造裝備[1]，在汽車、家電、通訊、電子等國民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)中有80%以上的塑料制品是采用注塑成型裝備加工制造的.注塑機(jī)主要由合模機(jī)構(gòu)、注射機(jī)構(gòu)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)四部分組成，其中合模機(jī)構(gòu)的基本功能是實(shí)現(xiàn)模具迅速且平穩(wěn)的閉合、鎖緊、開啟和頂出制品.合模機(jī)構(gòu)的性能對(duì)注射成型制品的性能影響重大，是注塑機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)成單元[2].注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)根據(jù)主模板數(shù)目不同可分為二板式和三板式[3].本文針對(duì)內(nèi)循環(huán)二板直壓式注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)增壓缸方式的鎖?；芈穼?shí)現(xiàn)高壓鎖模，并對(duì)該回路進(jìn)行仿真分析.

1液壓二板式注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)要求及類型

合模過程是注塑工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合模力(又稱鎖模力)是注塑機(jī)的一個(gè)主要技術(shù)參數(shù)[4].對(duì)二板式液壓注塑機(jī)合模部件的要求是：(1)能夠提供足夠的合模力，以獲得足夠的強(qiáng)度和系統(tǒng)剛性，從而保證制品的精度和質(zhì)量；(2)能夠提供具有高速、平穩(wěn)、低噪聲等優(yōu)異特性的模板運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能夠進(jìn)行開合模速度的調(diào)節(jié)；(3)有足夠的模具空間和開合模行程，滿足不同模具的要求.

二板式注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)，已經(jīng)從最傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到直壓式[5].全液壓二板直壓式注塑機(jī)根據(jù)液壓油在鎖模液壓缸中的流動(dòng)情況又可分為無循環(huán)型、外循環(huán)型和內(nèi)循環(huán)型三種[6].

無循環(huán)型二板注塑機(jī)由一個(gè)液壓缸提供移模和鎖模兩個(gè)動(dòng)作，靠油泵直接供油，因此移模速度受油泵排量制約，不能很好地解決力與速度的關(guān)系.但合模性能穩(wěn)定可靠，適用于小型精密注塑機(jī).

外循環(huán)型二板注塑機(jī)由對(duì)角分布的兩個(gè)小直徑液壓缸提供移模動(dòng)作，4根拉桿(活塞桿)固定在前模板和后支板上，活塞固定于活塞桿的中間位置，動(dòng)模板穿過4根拉桿處于前模板和活塞之間，4個(gè)鎖模油缸缸套套在活塞上，并固定在動(dòng)模板上.移模過程中，鎖模液壓缸活塞隨移模液壓缸運(yùn)動(dòng)，鎖模油缸左右腔中的液壓油通過外部液壓閥連接，因此兩油腔之間會(huì)出現(xiàn)大量的油液循環(huán)，造成過多的能量損失.

內(nèi)循環(huán)型二板注塑機(jī)在外部結(jié)構(gòu)上與外循環(huán)型二板注塑機(jī)大體相似，由對(duì)角分布的兩個(gè)小直徑液壓缸移模，由4個(gè)套在拉桿上的大直徑液壓缸鎖模.如圖1所示，鎖模液壓缸主要由設(shè)置若干個(gè)孔的活塞、滑閥、鎖緊螺母、擋圈、壓縮彈簧、液壓缸后蓋和液壓缸缸筒等部分組成.移模時(shí)，向拉桿與滑閥形成的控制油腔中施加壓力使滑閥與活塞分開，此時(shí)鎖模液壓缸左右腔連通，液壓油從一側(cè)流到另一側(cè)，實(shí)現(xiàn)油液內(nèi)循環(huán).移模結(jié)束，卸掉控制油腔內(nèi)壓力，彈簧驅(qū)動(dòng)滑閥復(fù)位與活塞緊密接觸，阻斷了左右腔連通通道，從而可進(jìn)行增壓動(dòng)作.但此類油缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造要求較高. 節(jié)能、精密、高效是注塑工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[7]，因此內(nèi)循環(huán)型二板注塑機(jī)將是注塑機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向.

圖1　內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖

2液壓鎖?；芈返脑O(shè)計(jì)

二板式結(jié)構(gòu)大多數(shù)應(yīng)用在中、大型注塑機(jī)上.鎖模油缸不需要很大的行程，理論上只要滿足拉桿和模具產(chǎn)生的許可變形量即可，許多鎖模液壓缸的行程設(shè)計(jì)在20~40mm內(nèi)[8].對(duì)于液壓二板式注塑機(jī)，需要液壓油的壓力進(jìn)行鎖模，為了克服脹模作用，系統(tǒng)要對(duì)鎖模液壓缸施加比其它液壓支路更高的壓力來鎖緊模具.相對(duì)注塑機(jī)的主油路，就必須有單獨(dú)的高壓回路來滿足鎖模動(dòng)作的要求.

針對(duì)注塑機(jī)鎖模油缸單方向需要很大的力且行程較短的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單作用增壓缸式的增壓回路，如圖2所示.為方便仿真分析，回路暫時(shí)忽略內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸的控制油路部分.其工作原理是：1YA得電，三位四通電磁換向閥3處于左位，液壓泵1向單作用增壓缸4的左(x)腔供油，油液經(jīng)單作用增壓缸增壓后，由右(y)腔輸出高壓油.高壓油經(jīng)過二位二通電磁換向閥6、單向閥7進(jìn)入內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸11實(shí)現(xiàn)增壓鎖模.當(dāng)鎖模液壓缸內(nèi)的油液壓力足以克服脹模力后，1YA失電，換向閥3處于中位，液壓泵卸荷.鎖模液壓缸在單向閥7、二位二通電磁球閥8的作用下處于保壓狀態(tài).若鎖模缸由于泄漏導(dǎo)致鎖模力不足時(shí)，壓力傳感器10將輸出信號(hào)，控制系統(tǒng)將換向閥3切換至左位，為鎖模缸供油.當(dāng)鎖模結(jié)束后，2YA、3YA得電，換向閥3處于右位，換向閥6處于上位，增壓缸回程，液壓泵經(jīng)單向閥5向右(y)腔補(bǔ)充油液.同時(shí)，4YA得電，二位二通電磁球閥8處于右位， 鎖模液壓缸高壓腔內(nèi)油液經(jīng)電磁球閥8和節(jié)流閥9流回油箱.當(dāng)壓力下降到一定壓力后，4YA失電，控制油腔壓力油液推動(dòng)滑閥使鎖模油缸左右兩腔接通，并隨移模油缸回程.

1.液壓泵； 2.溢流閥；3.三位四通電磁換向閥；4.單作用增壓缸；5、7.單向閥；6.二位二通電磁換向閥 8.二位二通電磁球閥；9.節(jié)流閥；10.壓力傳感器；11.內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸 圖2　內(nèi)循環(huán)二板式注塑機(jī)鎖?；芈?

加入節(jié)流閥和二位二通電磁球閥組成的泄壓回路可使鎖模液壓缸在回程之前卸掉高壓，避免因壓力過高、突然回程造成的壓力沖擊，保證了系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行.通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小可控制泄壓速度.

3基于AMESim的鎖模模型與仿真

AMESim是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)高級(jí)建模與仿真軟件，它可使用戶在單一平臺(tái)上建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域的一體化系統(tǒng)模型，并可進(jìn)一步進(jìn)行仿真計(jì)算和分析.

利用AMESim軟件在草圖模式(Sketch mode)下對(duì)圖2所示的注塑機(jī)鎖?；芈方⒎抡婺Ｐ?對(duì)圖2所示的液壓回路系統(tǒng)來說，大多數(shù)元件的模型均可在液壓庫中選擇，但是系統(tǒng)中的單作用增壓缸及內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸無法從標(biāo)準(zhǔn)元件庫中得到.因此利用AMESim液壓元件設(shè)計(jì)庫HCD中的基本模型設(shè)計(jì)仿真子模型[9-10].圖3為建立的增壓缸仿真子模型.圖4為內(nèi)循環(huán)鎖模液壓缸的仿真子模型，由兩個(gè)缸體及大通徑的二位二通閥組成，通過二位二通閥來實(shí)現(xiàn)液壓缸兩腔油液的循環(huán)，忽略了油液在外部管路中流動(dòng)對(duì)仿真的影響.圖5所示為利用液壓元件庫中的標(biāo)準(zhǔn)模型和建立的仿真子模型構(gòu)建的內(nèi)循環(huán)二板式注塑機(jī)鎖模回路模型.

進(jìn)入子模型模式(Submodel mode)，利用AMESim 提供的首選子模型 (Premier submedel)功能，為仿真系統(tǒng)中每個(gè)圖形模塊選取子模型.針對(duì)鎖模力為18MN的注塑機(jī)，在參數(shù)模式(Parameter mode)下，選擇系統(tǒng)中的主要元件，設(shè)定的仿真參數(shù)見表1.進(jìn)入仿真模式(Simulation mode)，設(shè)定仿真時(shí)間為10s，仿真步長為0.1s，開始進(jìn)行仿真.

圖3　單作用增壓缸仿真子模型

圖4　內(nèi)循環(huán)鎖模油缸仿真子模型

圖5　內(nèi)循環(huán)二板式注塑機(jī)鎖模回路模型

表1　系統(tǒng)主要元件仿真參數(shù)

4仿真結(jié)果分析

設(shè)定前5s為增壓階段，單作用增壓缸的壓力曲線如圖6所示.由圖6可知，高壓腔的最大壓力為359.52bar，低壓腔的最大壓力為176.69bar，得出實(shí)際增壓比為2.03，比理論增壓比略小.通過增壓缸的增壓作用，壓力成比例增大，因而在注塑機(jī)鎖模回路中加裝增壓缸，能夠滿足注塑機(jī)的鎖模要求.

單作用增壓缸實(shí)際增壓比與理論增壓比的差值

是由于泄漏造成的.圖7和圖8分別為增壓缸低壓腔和高壓腔的泄漏量曲線，低壓腔的最大泄漏量為0.057L/min，高壓腔的最大泄漏量為0.116 7L/min.對(duì)比這兩條曲線可以看出，高壓腔的泄漏量始終大于低壓腔的泄漏量，證明壓力越高，泄漏越嚴(yán)重.因此在設(shè)計(jì)增壓缸的時(shí)候一定要考慮壓力的影響，使增壓缸達(dá)到較好的密封效果，盡量減小泄漏量，進(jìn)而保證系統(tǒng)壓力滿足工作要求.

圖6　單作用增壓缸壓力曲線

圖7　增壓缸低壓腔泄漏量曲線

圖8　增壓缸高壓腔泄漏量曲線

鎖模液壓缸的壓力曲線如圖9所示，從圖9可以看出，壓力分階段釋放，高壓階段以慢速下降，低壓階段以相對(duì)較快的速度下降，避免了因壓力瞬時(shí)釋放帶來的液壓沖擊，保證了鎖模系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而延長了注塑機(jī)的使用壽命.

(a)壓力整體曲線

(b)壓力下降階段放大曲線 圖9　鎖模液壓缸壓力曲線

5結(jié)束語

隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，零部件加工精度的提高，內(nèi)循環(huán)二板式注塑機(jī)憑著其節(jié)能、高效、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在大中型注塑機(jī)領(lǐng)域取代三板肘桿式注塑機(jī)是必然趨勢(shì).加裝增壓缸鎖?；芈房蓾M足液壓注塑機(jī)對(duì)鎖模力的要求.當(dāng)系統(tǒng)的壓力越高時(shí)，油路及元件的泄漏就越大.因此在設(shè)計(jì)增壓缸的時(shí)候一定要注意活塞桿的密封，特別是高壓腔活塞的密封.

利用建模仿真軟件AMESim對(duì)鎖模系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析.通過反復(fù)調(diào)整仿真模型中各個(gè)元件的參數(shù)值，得到了最優(yōu)化的系統(tǒng)，為實(shí)際鎖?；芈返脑O(shè)計(jì)提供了理論依據(jù).

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(編輯：郝秀清)