U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻與外翻式合模機(jī)構(gòu)機(jī)械性能對比分析

易恒光，游強(qiáng)，徐志江

(廣州一道注塑機(jī)械股份有限公司，廣東 廣州 51066)

注塑機(jī)的合模過程是注塑工藝流程中不可或缺的環(huán)節(jié)，合模機(jī)構(gòu)作為注塑機(jī)的核心部件之一，主要包括模板、合模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、調(diào)模機(jī)構(gòu)以及安全保護(hù)裝置等，其主要功能包括：實現(xiàn)啟閉模運(yùn)動、提供將模具鎖緊的鎖模力和開模后頂出制品[1]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，合模機(jī)構(gòu)已發(fā)展和衍生出四十多種型式和結(jié)構(gòu)，其中，80年代出現(xiàn)的五點(diǎn)雙曲肘式結(jié)構(gòu)使得合模裝置進(jìn)一步發(fā)展，該合模裝置利用了曲肘連桿機(jī)構(gòu)力的放大功能及自鎖功能，同時此種類型合模裝置憑借其節(jié)能、高效、低成本和易維護(hù)的優(yōu)勢得到了廣泛關(guān)注，時至今日其仍是注塑機(jī)主流合模結(jié)構(gòu)形式之一，它長期以來作為合模機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)型式在國內(nèi)外被廣泛的應(yīng)用[2～3]。這種合模機(jī)構(gòu)是通過動力系統(tǒng)帶動曲肘連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)模具啟閉的，在啟閉模過程中，能夠滿足工藝所需的慢-快-慢的運(yùn)動過程，具有力的放大作用，能夠通過很小的推力獲得較大的鎖模力，在曲肘伸直時具有自鎖作用而長久的保持鎖模力[4～7]。五點(diǎn)斜排雙曲肘合模機(jī)構(gòu)按合模過程中連桿的運(yùn)動形式有內(nèi)翻式和外翻式之分，內(nèi)翻式當(dāng)活塞回程時，兩曲肘向中心方向翻轉(zhuǎn)，反之為外翻式[8～9]。內(nèi)翻式一般用于中小型注塑機(jī)，外翻式多用于大型注塑機(jī)。本文以U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻式合模機(jī)構(gòu)和U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，以確定各自機(jī)械性能的優(yōu)劣，為不同的塑料制品找出最合適的合模機(jī)構(gòu)。

1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能

圖1所示為U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)，其最大鎖模力為3 000 kN，最大容模厚度為820 mm，開模行程為720 mm，拉桿垂直水平空間為850 mm×850 mm，中心高為630 mm，合模油缸行程為582 mm。其工作原理為：合模時十字頭推動推力桿帶動后連桿繞后模板上的固定鉸鏈銷軸回轉(zhuǎn)，前連桿做平面運(yùn)動，使動模板前移，并在低速低壓保護(hù)下進(jìn)行試合模，合模油缸繼續(xù)增壓，后連桿和前連桿呈一條直線，系統(tǒng)由于彈性變形產(chǎn)生合模力。

圖1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)

圖2已知合模機(jī)構(gòu)參數(shù)拉桿：材料 40Cr直徑Dp=120 mm，長度Lp=3 063 mm 中心距LAA=1 100 mm，LBB=970 mm，LEE=645 mm開模行程Sm=720 mm連桿l1=415 mm，l2=500 mm，l3=168 mm，l4=128 mm，l5=280 mm。

圖2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)簡圖

1.1 計算

1.1.1 Sg和 Ks

1.1.2 系統(tǒng)剛度K

（1）系統(tǒng)剛度K

拉桿材料 40，Cr E=2.1×106kg/cm2，Dp=12 cm，lp=306.3 cm。

連 桿 l1、l2， 剛 度 Kl1、Kl2,材 料 QT500-7，E=1.73×106kg/cm2。

a.連桿l1，剛度Kl2，斷面見圖3(a)，l1=41.5 cm

b.連桿l2剛度Kl2，斷面見圖3(b)，l2=50 cm。

圖3 連桿斷面圖

系統(tǒng)剛度：

計算系數(shù)η=1.35，則公式為：

（2）檢驗計算剛度K中選用計算系數(shù)，y=1.35能否保證即鎖緊后能達(dá)到設(shè)計要求Pmmax=360 N。

1.1.3 求增加倍數(shù)M和油缸推力

根 據(jù) 以 上 所 得 臨 界 角γl=4.084°，αl=4.481 1°，βl=3.718 1°。

列表計算基本公式（表1）：

表1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)參數(shù)表

則M=16.18，P0max=12.927 N，

取η=0.65Ps=19.89≈20 N，

2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能

圖4所示為U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)，其最大鎖模力為3 000 kN，最大容模厚度為820 mm，開模行程為1 000 mm，拉桿垂直水平空間為850×850 mm，中心高為630 mm，合模油缸行程為500 mm。其特點(diǎn)就是動模板開模時后連桿向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，后連桿長度較長，從而模板移動行程增大，而且模板受力情況得到改善，剛性提高，合模時，移模油缸通過推力桿使后連桿繞后模板上的固定鉸鏈銷軸回轉(zhuǎn)，前連桿做平面運(yùn)動，推動動模板沿拉桿滑動實現(xiàn)合模，連桿呈一條直線，合模系統(tǒng)彈性變形而產(chǎn)生的合模力。

圖4 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)簡圖

圖5 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)

2.1 連桿參數(shù)

l1=550 mm，l2=670 mm，λ=l1/l2=0.82，lAB0=l1+l2=1 220 mm開模行程Sm=1 000 mm，十字頭E鉸和A鉸間垂直高度h=250 mm，取θ=12，Φ0=87°，h1=203.3 mm，α1+θ=125.97°。

即KS=Sm/Sg=1.74因?qū)傩〗嵌群髼U結(jié)構(gòu)，當(dāng)速度曲線較平緩：Ks＞1.5是允許的。

2.2 系統(tǒng)剛度

拉 桿 材 料 為 40Cr，E=2.06×106kg/cm2，Dp=12 cm，lp=346.8 cm，見圖 6～7。

系統(tǒng)剛度:

圖6 連桿l2斷面圖

圖7 連桿l1斷面圖

增力倍數(shù)/M和油缸推力Pomax，取θ=18°；基本公式如下：

列表(表2)計算得：M=18.6，P0max=12.776 N，Pos=

表2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)參數(shù)表

3 從參數(shù)對比數(shù)據(jù)匯總

（1）U-PET300五孔斜排雙曲軸內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)計算結(jié)果

剛度增加倍數(shù)M=16.18，油缸推力P0=12.427 N。開模行程與合模油缸行程比K=1.564×106kg/cmKs=1.2437。

（2）U-PET300五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)計算結(jié)果

剛度K=1.564×106kg/cm，增加倍數(shù)M=18.6，油缸推力P0=12.776 N。開模行程與合模油缸行程比K=1.74。

兩款機(jī)器四柱空間H×V=850 mm×850 mm，拉桿直徑Dp=120 mm，中心高630 mm，均組成同一種安裝平臺，匹配模塊化的通用的注射系統(tǒng)。

4 結(jié)語

根據(jù)上述兩款結(jié)構(gòu)對比計算可以看出U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)是在原有的U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化組合而成，在鎖模力、拉桿水平垂直空間、鉸鏈、軸銷、拉桿直徑和前模板完全一致的情況下進(jìn)行必要的部分設(shè)計更改，整體技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)剛度、臨界角、增力倍數(shù)和油缸推力均有些變化。五點(diǎn)直排機(jī)鉸外翻式合模機(jī)構(gòu)，其滿足足夠的開模行程，動模板和后模板的連桿機(jī)鉸座不用拉高和斜放，這樣動模板相應(yīng)的模具安裝部位直接受力區(qū)域范圍，無需要力的分力傳遞，對動模板進(jìn)行足夠的強(qiáng)度和剛度設(shè)計就好，不需要特殊的設(shè)計和加厚，但由于外翻十字頭須成框架結(jié)構(gòu)，且支點(diǎn)D1距離拉得太高，造成此部位剛性最弱，并容易發(fā)生自鎖現(xiàn)象造成需要足夠大的開模力，此部位銷軸受剪切增加，造成斷銷軸的風(fēng)險。而U-PET300機(jī)鉸式合模機(jī)構(gòu)雖然有足夠的開模行程，但是動模板的連桿機(jī)鉸座需要拉高，這樣動模板相應(yīng)的模具安裝部分不是直接受力區(qū)域范圍，需要力傳遞，為保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，往往對動模板要做特殊的設(shè)計和加厚，不利于成本降低。