簡述注塑機應(yīng)力板的設(shè)計

林燦峰 肖后標(biāo)

（廣船國際技術(shù)中心、電梯公司）

0 前言

隨著塑料制品應(yīng)用的范圍越來越廣，所涉及的行業(yè)越來越多，對塑料制品的質(zhì)量要求越來越高，對注塑機生產(chǎn)的精度、效率、穩(wěn)定性提出了更高的要求，而柱架作為注塑機的重要部件，對控制在注塑生產(chǎn)過程中因漲模引起的變形起著決定性的影響，為此研發(fā)一款能最大限度消除變形的應(yīng)力板來提高注塑機生產(chǎn)精度顯得尤為重要。

1 現(xiàn)有板結(jié)構(gòu)及存在問題

柱架的主要構(gòu)成是由四根哥林柱、三大板、上下機鉸以及鎖模油缸與頂針油缸組成，其中三大板包含：頭板、中板、尾板，哥林柱將三大板連接在一起，鎖模油缸固定在尾板上，機鉸將鎖模油缸的力傳遞給中板，實現(xiàn)中板在哥林柱的軸線上來回運動，即開合模動作，而相對于同一套模具頭板與尾板的位置是相對固定的，整體柱架結(jié)構(gòu)的受力方式為內(nèi)力方式，如圖1 所示。

合模時，鎖模油缸活塞桿伸出，機鉸慢慢打直，中板向著頭板方向移動，等機鉸打直至死點位模具左右型腔被在機械鎖的作用被緊密關(guān)閉，此時熔膠筒將高溫熔膠料以高壓高速射出至模具內(nèi)腔，在0.4秒～1 秒之間充滿整個模具內(nèi)腔，此時模具內(nèi)腔形成高壓高溫狀態(tài)，在內(nèi)高壓的逼使下，引起模具左右型腔向外漲開，此時頭板、中板必須要有足夠的強度牢牢的壓緊模具，使得模具不能往外漲開，熔膠料狀態(tài)就像水一樣，只要有一點點的間隙，它都會被高壓逼出來，形成飛邊，造成不良品，如圖2 所示。

（1）現(xiàn)有板的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有舊頭板結(jié)構(gòu)，大模面與正面（哥林柱施力面）是直接剛性連接，如圖1，此時大模面與正面就如同一塊厚板，當(dāng)正面受到哥林柱施加的拉伸力（F 拉）后，會直接傳遞到大模面，同時大模面也受到模具的反作用力（F 壓），使大模面發(fā)生彎曲變形，猶如一張紙被吊起四個角，中部往下垂，變形量放大來看就如同一個弧形的盆，見圖3、圖4 所示。

（2）現(xiàn)有板的受力情況

針對SNA320 機型舊頭板進行分析，對其大模面（即施力面）上添加3200KN（320 噸）的正壓力進行受力分析，如圖5 所示，為舊頭板結(jié)構(gòu)的幾何固定面以及施力面的設(shè)定。

通過分析得出，舊頭板結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)變量為0.280mm，如圖6 所示。

（3）存在問題

結(jié)合目前國內(nèi)外對注塑成型設(shè)備產(chǎn)品所制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對柱架大模面的平面變形量考量標(biāo)準(zhǔn)為：小于哥林柱對角線長度的0.5～2/10000，如圖7 所示，針對SNA320 機型舊頭板數(shù)據(jù)進行分析，哥林柱對角線長度為1120.06，按照國內(nèi)外制定標(biāo)準(zhǔn)，頭板大模面的平面變形量最大應(yīng)控制在0.224mm（1120.06 x 2/10000）之內(nèi)，但從受力分析中得出，目前舊頭板的大模面平面變形量為0.2804mm，已超出最大變形量0.224mm。因此，舊頭板存在變形量大，不能滿足高精度生產(chǎn)的需求。

2 應(yīng)力板的構(gòu)想

引起漲模的原因主要有2 方面：

一方面是哥林柱的屈服應(yīng)力不足，不能固定死頭板與中板的固定鎖模位置，這種情況一般只會在大型或一出多的塑料制品模具用在不匹配的機型上時才會出現(xiàn)。

另一方面就是因為中板與頭板的強度不足，在哥林柱的拉伸力以及模具的反作力下產(chǎn)生變形，使得模具有漲開的空間位置，這種情況如果簡單的往中板與頭板上加材料，使得中板與頭板變得非常笨重，在一定程度上會使得變形量有所改善，但這種簡單粗暴的改動并不會帶來明顯的改良效果，反而會使成本增加不少，為此必須得從結(jié)構(gòu)上改變，通過力的轉(zhuǎn)移達到控制變形量，應(yīng)力板的出現(xiàn)就能達到質(zhì)的改變。

圖1 柱架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 產(chǎn)品飛邊圖

圖3 舊板受力分析圖

圖4 舊板變形示意圖

應(yīng)力板的設(shè)想就是模板結(jié)構(gòu)按照應(yīng)力分析特性進行合理規(guī)避等優(yōu)化設(shè)計方案，使大模面平面度高，變形小，從而確保制品品質(zhì)良好，也能確保模具變形小，延長模具使用壽命。

為了能使變形量盡可能的控制在正面，不傳遞至大模面，必須要改變哥林柱拉伸力（F 拉）的對大模面的直接傳遞方向，盡可能的使得F 拉力與模具的F 壓力處于正對的水平方向上，減小大模面因F 拉力而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力變形，而切斷正面與大模面的鋼性連接就是正確的思路，如圖8 所示。

正面與大模面斷開了直接的鋼性連接，當(dāng)正面受到哥林柱拉伸力（F 拉）后，因為沒有了鋼性連接的存在，F(xiàn) 拉力只能往頭板中部位置延伸，進而傳遞至大模面，如此一來，傳遞至大模面的F 拉力就與模具作用在大模面的F 壓力正面碰上，避免了F 拉力對大模面四個角位產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變，大模面基本上保持一個高精度的平面度。如圖9、圖10 所示

3 方案驗證（以頭板作為分析）

為了能進一步確保應(yīng)力板構(gòu)想的可行性，落實到生產(chǎn)中，必須要對應(yīng)力板的各方面參數(shù)及性能進行科學(xué)分析，主要以屈服應(yīng)力以及應(yīng)變量兩方面進行。

第一步：設(shè)定固定面，以哥林柱拉伸力施在頭板上四個接觸面為固定幾何面，如圖11 所示。

第二步：設(shè)定施力面，由于施力面與固定幾何面是相對，所以設(shè)定模具與大模面接觸面為施力面，在施力面上添加3200KN（320 噸）的正壓力，如圖12 所示。

圖5 舊板施力位示意圖

圖6 舊板變形量示意圖

圖7 舊板模面示意圖

圖8 應(yīng)力板結(jié)構(gòu)圖圖

圖9 應(yīng)力板受力分析圖

最大屈服力為217180kn/m2，如圖13 所示。

大模面最大的應(yīng)變量為0.06198mm，如圖14 所示。從分析的數(shù)據(jù)及變形量來看，基本上驗正了應(yīng)力板構(gòu)想的正確性。

應(yīng)力板的應(yīng)變量為：0.06198mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍值0.224，通過應(yīng)力板與舊板二者在相同條件進行的分析可得出，應(yīng)力板的應(yīng)變量僅為舊結(jié)構(gòu)的22%，同時應(yīng)力板的整體重量也比舊結(jié)構(gòu)輕了7%。柱架的整體受力情況得到明顯改善。

圖10 應(yīng)力板力傳遞示意圖

圖11 固定支點示意圖

圖12 施力位示意圖

圖13 應(yīng)力板應(yīng)力分析圖

圖14 應(yīng)力板變形量示意圖

圖15 應(yīng)力板柱架受力示意圖

圖16 應(yīng)力板現(xiàn)場實物照

圖17 應(yīng)力板現(xiàn)場實物照

4 結(jié)束語

廣船品牌注塑機的重要部件是柱架在同行業(yè)中突現(xiàn)出受力變型小、重量輕、加工便捷、款式新等優(yōu)點，所設(shè)計的應(yīng)力板重量相比較于老款，輕了7%，變型量僅為原來的22%，極大的改善了注塑產(chǎn)品在生產(chǎn)中因柱架受力變形而影響質(zhì)量及生產(chǎn)效益等嚴(yán)重問題。