液壓傳動在注塑機設備中應用研究

陳興媚，李雙成

（廣東理工學院工業(yè)自動化系，廣東 肇慶 526100）

0 引言

二十一世紀以來，隨著科技的不斷發(fā)展，液壓與氣壓傳動廣泛應用在機械制造、食品醫(yī)藥、汽車、工業(yè)機器人、模具、船舶、軍工、航空航天等諸多領域。不同行業(yè)的液壓機械其工況特點、工作要求、控制方式及循環(huán)特征不盡相同。本文通過注塑機液壓油路的詳解，對于正確分析、讀懂液壓系統(tǒng)圖，以及理解掌握液壓設備的設計、分析、調(diào)整、使用、維護和故障排除具有重要的指導作用。

1 塑料注塑成型系統(tǒng)概述

塑料注射成型原理是將顆粒狀的塑料定量加入到注射機后加熱到熔融狀，再高速注射到模具型腔，由于模具的冷卻作用，使模腔內(nèi)的塑料熔融逐漸凝固成型，開模后即可取出制件。其外形圖如圖1所示。根據(jù)注射成型工藝，其工作循環(huán)為：合模→注射裝置前進→注射→保壓→預塑（冷卻成型）→注射裝置后退→開?！疲敚┏鲋破贰疲敚┘钊缀笸恕夏！：竺嬖僦貜蜕鲜鲅h(huán)。 由圖1可知，注塑成型機主要由三部分組成，分別為：液壓傳動及電氣控制系統(tǒng)，注射部件，合模部件；液壓傳動及電氣控制系統(tǒng)主要由液壓泵、閥、電動機、電器元件及控制儀表所組成。

圖1 塑料成型機

注射部件是注射機的塑化部件，主要由：料筒、螺桿、噴嘴、加料裝置、頂件裝置、注射液壓缸、機座及移動液壓缸等組成。合模部件主要是制件成型模具的安裝部件由：動模板、定模板、合模機構、合模液壓缸、頂出裝置等組成。

2 注塑機液壓系統(tǒng)要求

（1）足夠大的合模力：合模液壓缸要有足夠大的合模力，塑料熔融在充模過程中，不能出現(xiàn)合?？跐q開的現(xiàn)象，否則會出現(xiàn)塑料熔融的溢流和飛邊。（2）可調(diào)節(jié)的開合模速度：為縮短空行程時間，提高生產(chǎn)效率，動模板的空運行速度要快，同時為避免沖擊和振動，動模板在啟動瞬間和快要接觸定模板時運行速度要慢；其過程為：慢→塊→慢的變化過程，這種快慢速比可達：50~100。（3）可調(diào)節(jié)的注射壓力和注射速度：注射壓力和注射速度可調(diào)節(jié)，可以滿足不同原料、不同制品形狀、不同澆口形式的注塑要求。（4）要求有保壓及可調(diào)的保壓壓力：滿足不同原料、不同制件成型所需保壓壓力要求。（5）頂出缸速度可調(diào)：制件冷卻成型后，為保證開模時塑料制品的完整性，要求頂件裝置運行速度要平穩(wěn)，為滿足形狀不同制件的頂出要求，頂件缸的運行速度要能夠可調(diào)。

3 注塑機液壓系統(tǒng)工作原理

圖2所示為小型注塑機，每次注塑量最大為25×10-5m3；通過行程開關切換電磁換向閥可以實現(xiàn)執(zhí)行元器件的動作循環(huán)。

3.1 關安全門

安全門的作用是防止模具合模不牢固，注射機在高壓注射塑料熔融時，發(fā)生溢流或飛濺燙傷工作人員，由圖2所示液壓系統(tǒng)可知：當注塑機門關上，行程換向閥8恢復常態(tài)位置，油液方能進入電液換向閥7，合模缸才能動作，開啟整個循環(huán)。

圖2 注射機液壓系統(tǒng)原理圖

3.2 合模

合模動作是靠著合模缸活塞桿頭部連接的機械連桿機構驅(qū)動動模板移動實現(xiàn)開、合模。動模板慢速啟動，快速前移，當接近定模板時，液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)為低壓、慢速控制；因此合模運動又分為快、慢速合模，高、低壓合模等工況。

3.2.1 慢速合模

當圖2中4YA、13YA通電時，大流量泵1通過先導溢流閥3→兩位四通電磁換向閥4上位卸荷，小流量泵2的壓力由先導閥26來調(diào)定。泵2壓力油經(jīng)電液換向閥7右位進入合模缸的左腔，合模缸右腔油液通過閥7直接流回油箱，活塞桿右移推動動模板實現(xiàn)慢速合模。

3.2.2 快速合模

當圖2中1YA、4YA、13YA通電時，泵1不再卸荷，此時泵1、2出口處壓力油同時供向合模缸左腔實現(xiàn)快速合模，系統(tǒng)中油液最高工作壓力由先導閥3調(diào)定。其進、回油路分別為：進油路：泵1、2出口油液→電液換向閥7右位→合模缸無桿腔；回油路為：合模液壓缸有桿腔油液→電液換向閥7右位→油箱。

3.2.3 低壓合模

當圖2中4YA、13YA、14YA通電時，泵1卸荷，系統(tǒng)中油液由泵2提供，系統(tǒng)壓力由遠程控制閥21來調(diào)定，而閥21的調(diào)定壓力很低，合模缸此時的推力較?。惶热魟?、定模板間此時有硬質(zhì)異物，系統(tǒng)壓力很快升高，閥21亦被導通，則泵2通過先導閥26進行卸荷，動模板停止前進，從而保護動、定模板表面不至損壞。其各油路分別為：泵1卸荷回路：泵1出口油液→閥3、4→油箱；進油路：泵2出口油液→電液換向閥7右位→合模缸無桿腔；回油路：合模液壓缸有桿腔油液→電液換向閥7右位→油箱。泵2過載溢流回路：泵2出口油液→先導閥26及遠程控制閥21、三位四通電磁換向閥23右位→油箱。

3.2.4 高壓合模

當圖2中4YA、13YA通電時，泵1卸荷，泵2為系統(tǒng)供油，系統(tǒng)壓力由高壓溢流閥26調(diào)定，系統(tǒng)油液處于高壓小流量狀態(tài)，利用高壓油來進行高壓合模，模具閉合并使連桿產(chǎn)生彈性變形，將模具牢固鎖緊。模具鎖緊后，泵2開始卸荷，其卸荷回路為：泵2出口處油液→閥26→油箱。

4 注射座前移

當圖2中7YA、13YA通電時，泵2的油液經(jīng)節(jié)流閥16再經(jīng)三位四通電磁換向閥11左位進入注射座移動缸無桿腔，有桿腔油液經(jīng)閥11左位直接流回油箱。驅(qū)動活塞桿及上面的料筒前移，使噴嘴與模具接觸；節(jié)流閥16的作用是保持料筒平穩(wěn)向前運動，避免其向前運動速度過快致使噴嘴撞擊模具而損壞。

5 注射

注射是螺桿以一定的速度和壓力推動料筒前端塑料熔融，并經(jīng)過噴嘴注射到模具型腔的過程。根據(jù)注射熔料材質(zhì)和注射量的要求不同，注射缸前進速度有多級可供選擇。通過電磁閥通斷電的不同組合可以選擇泵1、2中的某一個或者兩個同時供油，實現(xiàn)多級速度控制，滿足注射工藝要求。

5.1 慢速注射

當圖2中7YA、12YA、13YA、16YA通電時，泵1卸荷，泵2壓力油通過電液換向閥19左位及單向節(jié)流閥13節(jié)流口流向注射缸無桿腔，有桿腔油液經(jīng)電液換向閥12中位流回油箱；注射活塞帶動注射螺桿慢速注射，注射速度由單向節(jié)流閥13調(diào)節(jié)，遠程閥24起到定壓作用。各油路分別為：泵1卸荷回路：泵1出口油液→閥3、4→油箱；注射缸進油路：泵2出口油液→電液換向閥19左位→節(jié)流閥13→注射缸無桿腔；注射缸回油路：注射缸有桿腔油液→電液換向閥12中位→油箱。泵2過載溢流回路：泵2出口油液→先導閥26及遠程控制閥24、兩位四通電磁換向閥25左位→油箱。

5.2 快速注射

當圖2中1YA、7YA、10YA、12YA、13YA、16YA通電時，泵1、2出口處壓力油通過電液換向閥12左位進入注射缸無桿腔，注射缸有桿腔油液經(jīng)閥12左位流回油箱。此時油液不經(jīng)過節(jié)流閥13，且是雙泵同時供油，注射速度加快，遠程調(diào)壓閥24起到安全作用。

6 保壓

注射缸的作用不僅可以對模具型腔進行充模，還可以對模腔內(nèi)的塑料熔融進行補塑和保壓，在補塑和保壓時所需行程較小，因此只需少量油液即可滿足要求。當圖2中7YA、12YA、13YA、15YA通電時，泵1卸荷，泵2出口處油液一路經(jīng)節(jié)流口16進入三位四通電磁換向閥11左位進入注射座移動缸無桿腔，保證料筒噴嘴始終與模具接觸；泵2出口處油液另一路經(jīng)電液換向閥19左位，再經(jīng)過節(jié)流閥13的節(jié)流口進入注射缸無桿腔，給模腔的保壓及補塑提供動力。保壓壓力由遠程調(diào)壓閥22來調(diào)定，多余的油液經(jīng)先導閥26流回油箱。

7 預塑

保壓結束后，隨著料筒中螺桿的轉(zhuǎn)動，從料斗加入的塑料顆粒被推至料筒前部進行加熱塑化，隨著料筒前端物料的增加，物料會給螺桿一個反向壓力，當熔料壓力大于螺桿活塞退回的阻力時，螺桿開始后退并到達預定位置，此時，螺桿頭部熔料達到所需注射量，螺桿即停止轉(zhuǎn)動和后退；這一過程結束后，模腔內(nèi)的制品也已冷卻成型，開模、取件、合模后即可準備下一次注射。由圖2可知，螺桿的轉(zhuǎn)動是靠預塑液壓馬達通過齒輪機構來驅(qū)動的。當圖2中1YA、7YA、11YA、13YA通電時，泵1、2的出口處壓力油經(jīng)閥19右位到達旁通調(diào)速閥15經(jīng)單向閥14進入液壓馬達，為滿足不同物料的送進要求，馬達的轉(zhuǎn)速要能夠可調(diào)，這里馬達轉(zhuǎn)速由旁通調(diào)速閥15來調(diào)定，當螺桿頭部熔料壓力過大迫使注射缸后退時，注射缸無桿腔的油液經(jīng)單向節(jié)流閥13、電液換向閥19右位、溢流閥20流回油箱。注射缸無桿腔油液背壓力由閥20來控制，此時注射缸有桿腔會產(chǎn)生局部真空，有桿腔又與油箱連通，在大氣壓力的作用下，油箱里的油液經(jīng)閥12中位反流到有桿腔。

8 防流涎

為防止液態(tài)塑料從噴嘴端部流涎，預塑加料結束，要使螺桿后退一小段距離，減小料筒前端壓力。當圖2中7YA、9YA、13YA通電時，泵1卸載，泵2出口油液分兩路，一路經(jīng)節(jié)流閥16和電磁閥11左位進入注射座移動缸無桿腔，使模具與噴嘴始終保持接觸，有桿腔油液經(jīng)閥11左位直接流回油箱。另一路經(jīng)電液換向閥12右位進入注射缸有桿腔使螺桿強制后退，無桿腔油液經(jīng)閥12右位直接流回油箱。

9 注射座后退

當圖2中8YA、13YA通電時，泵1卸載，泵2出口處油液經(jīng)閥16及閥11右位進入到注射座移動缸有桿腔，注射座無桿腔油液通過閥11右位油口直接流回油箱，注射座后退，系統(tǒng)中壓力由閥26來調(diào)定。

10 開模

開模速度一般分為慢速開?！焖匍_?！賳⒛?。慢速開模是指：當圖2中電磁鐵5YA、13YA（或1YA、5YA）通電時，泵1（或泵2）卸載，泵2（或泵1）出口油液經(jīng)電液換向閥7左位，進入合模缸有桿腔，無桿腔油液經(jīng)閥7左位流回油箱?？焖匍_模為：電磁鐵1YA、5YA、13YA通電時，泵1、2經(jīng)電液換向閥7左位進入到合模缸有桿腔，雙泵供油加速開模，無桿腔油液通過閥7左位直接流回油箱；慢速啟模與慢速開模過程一樣這里不再贅述。

11 頂出缸動作

頂出缸動作分為頂出缸前進和頂出缸后退兩種。頂出缸前進為：當圖2中6YA、13YA通電時，泵1卸載，泵2出口壓力油經(jīng)二位四通電磁換向閥10右位、節(jié)流閥9進入到頂出缸無桿腔，頂出缸有桿腔油液經(jīng)閥10右位流回油箱，實現(xiàn)塑料制品的頂出動作，頂出缸運動速度由節(jié)流閥9調(diào)節(jié)，溢流閥26為定壓閥。頂出缸后退：當圖2中13YA通電時，泵1卸荷，泵2的壓力油經(jīng)閥10左位進入到頂出缸有桿腔，頂出缸無桿腔油液通過閥10左位直接流回油箱，實現(xiàn)頂出缸后退動作。

12 注塑機液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表

通過前面分析，現(xiàn)將注塑機液壓系統(tǒng)動作循環(huán)中各電磁鐵通斷電情況總結如表1；

表1 注塑機液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表

13 注塑機液壓系統(tǒng)工作特點

采用機械——液壓增力合模機構，為模具有足夠的合模力提供保證，有效防止制品在開合?？谔幰缌巷w邊問題；為進一步提高合模壓力，還可采用增壓缸合模裝置。將注射成型的壓力和速度做成可調(diào)的，采用節(jié)流調(diào)速回路和多級調(diào)壓回路，滿足不同塑料品種、不同制件形狀及不同澆注系統(tǒng)的成型需求。設置補塑和保壓過程，避免模具型腔因充料不足、冷卻收縮等缺陷而出現(xiàn)殘次品。為保證人身安全，機器設置行程閥8，設備在關門之前行程閥8切斷了合模缸左端的進油路，合模缸無桿腔不能通壓力油，動、定模板不能合模，不能開啟整個循環(huán)動作。根據(jù)塑料注射成型工藝、模具啟閉過程和塑料注射各階段速度不同、其快慢速比可達50～100，因此，注塑機采用了雙泵供油，快速時雙泵合流，慢速時泵2單獨供油，泵1卸荷，系統(tǒng)利用率合理。

14 結語

注塑機液壓系統(tǒng)是注塑機的主要動力源，也是實現(xiàn)工業(yè)自動化的有效方法之一；前述通過對注塑機液壓系統(tǒng)圖中各油路的具體走向、作用做詳細分析及特點總結，通過分析可知：要分析清楚復雜液壓系統(tǒng)原理圖，則將其拆解成各個獨立的小的液壓系統(tǒng)圖很重要，如前述注塑機液壓系統(tǒng)圖中的合模缸的合模、開模、料斗的前移、后退等動作的分油路。在熟練掌握分析復雜油路系統(tǒng)圖的前提下，對于既定動作要求構建復雜液壓系統(tǒng)原理圖，以及液壓系統(tǒng)的改進設計、應用液壓系統(tǒng)原理圖實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化等都具有重要的指導意義。