兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)的分析及改進

龔建康，石則滿

(浙江旭昌昇裝備科技有限公司，浙江 嵊州 312400)

0 前言

在我國的制造業(yè)中，注塑機屬于重要的重型裝備制造業(yè)設備，在國民經(jīng)濟中占據(jù)著極其重要的地位。注塑機生產(chǎn)的塑料制品廣泛分布于生活中的各行各業(yè)之中，如：汽配行業(yè)、家電行業(yè)、物流包裝行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等。隨著市場對塑料制品需求量的不斷增加，注塑機本身市場的需求量也在逐年快速上升，伴隨著注塑機市場規(guī)模的不斷擴大。作為國內(nèi)眾多注塑機設備研發(fā)、生產(chǎn)制造商中的一員，其每年生產(chǎn)、銷售的注塑機數(shù)量也逐年增多。國內(nèi)注塑機制造企業(yè)在大型化裝備的研發(fā)上也逐步從傳統(tǒng)的三板曲肘式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到了二板式結(jié)構(gòu)[1]。拉桿作為注塑機合模機構(gòu)中的重要組成部分，在注塑機的運行過程中，因拉桿斷裂而導致生產(chǎn)過程中斷，給客戶和廠商造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。目前，注塑機哥林柱斷裂的主要原因有：疲勞破壞、過載拉斷和復合應變所導致拉斷[3]。針對拉桿這種非正常壽命的縮短，通過探討兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)進行分析并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，再對優(yōu)化后的拉桿支撐結(jié)構(gòu)方案進行驗證，目地是為了減小拉桿在鎖、開模交變載荷受力條件下，降低拉桿的斷裂風險、延長拉桿的使用壽命，為兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)探尋一種全新的支撐思路。

1 現(xiàn)有的兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)的分析

1.1 定模板與動模板同心雙支撐拉桿

定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)為早期的一種拉桿支撐結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)為鎖模大油缸為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，其主要由定模板、拉桿組件（含鎖?；钊?、鎖模后蓋等）、耐磨環(huán)、動模板支撐環(huán)、動模板支撐環(huán)固定板等組成。定模板上同心布置多道耐磨環(huán)，動模板上布置一道寬的動模板支撐環(huán)與定模板耐磨環(huán)安裝孔處于同一中心線，拉桿同心支撐在多道耐磨環(huán)上（耐磨環(huán)安裝在定模板上）和動模板支撐環(huán)上，拉桿支撐長度比較長，支撐效果也相對較好，能避免拉桿伸出段末端因撓度而產(chǎn)生的下垂。圖1所示定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)有如下特點：

圖1 定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

（1）拉桿與動模板支撐環(huán)接觸，能有效支撐拉桿，避免拉桿伸出段末端因撓度而產(chǎn)生的下垂。

（2）開、合閘部件抱、開閘動作過程中動作比較平穩(wěn)，抱、開閘動作過程中抱、開閘動作更順暢，拉桿承受的負載也比較小。

（3）不足之處的是：拉桿與動模板接觸，鎖、開模動作過程中有阻力，拉桿會受到偏載力，并且伴隨著較大的拉桿鎖、開模動作拉桿摩擦噪音；拉桿長度需要根據(jù)動板模的最大開距更改而變化，拉桿的長度相對會比較長，拉桿的本身制造成本也相對較高；動模板支撐環(huán)因與拉桿接觸易磨損需潤滑，油脂滴落易污染機床本身及機器周圍環(huán)境，影響機器的整潔外觀，并且當動模板支撐環(huán)因磨損嚴重需更時極不方便。

1.2 定模板同心雙支撐拉桿

如圖2所示為定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)為變更后的拉桿支撐結(jié)構(gòu)。其主要由定模板、動模板、拉桿組件（含鎖模缸套、鎖?；钊?、鎖模后蓋等）、模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)、非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)等組成。定模板上在同一中心線上布置模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)和非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)，拉桿支撐在兩個同心的拉桿支撐環(huán)上，動模板與拉桿不接觸，拉桿在兩個同心的拉桿支撐環(huán)上支撐長度較短，拉桿自由伸出段長度比較長，拉桿伸出段末端因撓度作用會下垂。圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)有如下特點：

圖2 定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

（1）拉桿與動模板不接觸，鎖、開模動作時無阻力，不需要潤滑，能減少對環(huán)境的污染，保持機器的外觀干凈整潔，并且鎖、開模動作過程中更平穩(wěn)，無接觸拉桿在開、鎖模動作時噪聲小、更安靜。

（2）拉桿長度與動模板最大開距無關(guān)，只與容模量相關(guān)，能極大的縮減拉桿的長度，降低拉桿原材料生產(chǎn)成本 。

（3）不足之處為：拉桿在定模板的支撐長度較短，拉桿因自由伸出段懸出較長，拉桿因撓度的作用自然下垂量相對較大，抱、開閘部件抱閘動作時拉動拉桿自由端下垂量上抬，拉桿受到下垂負載較大，抱閘時噪音較大。

2 方案的提出

針對圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)不足之處進行改進，圖3所示為改進后的結(jié)構(gòu)：定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)及零部件數(shù)量與圖2所示一致，具體方案主要是在定模板上的拉桿支撐環(huán)安裝孔作改進。定模板上有兩個拉桿支撐環(huán)安裝孔，圖2所示結(jié)構(gòu)是兩個拉桿支撐環(huán)安裝孔是同心的，優(yōu)化后的方案是兩個支撐環(huán)安裝孔是不同心的狀態(tài)。模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)安裝孔中心線比非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)安裝孔中心線高出一定的距離A；距離A的尺寸需經(jīng)過理論計算及試驗驗證才能獲得比較理想的數(shù)值，得到的數(shù)值也比較小，以期達到抵消因拉桿伸出段由撓度而產(chǎn)生的自然下垂量，減小合閘時抱閘上抬拉桿的力，使注塑機在動作過程中拉桿受到的抱閘交變載荷力減小，拉桿使用壽命也會得到相對延長，機器開、合模運行的會更穩(wěn)定、抱閘動作噪聲小，動作安靜。定模板的具體改進方案見圖3。

圖3 定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

3 方案的理論依據(jù)

定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)理論依據(jù)，詳見下述的簡化理論模型圖4：

圖4 定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)理論模型

B點為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心位置；

C點為非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心的位置；

E點拉桿伸出段的末端；

LAE為拉桿的人為提升量(也是拉桿懸出端的自然下垂量)；

LCE為拉桿末端到非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心之間的距離；

LBD為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)中心線與非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)中心線的高度差；

LBC為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心與非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心之間的距離。

根據(jù)上述簡化模型，由三角形的比例定理可得：

由上式可推導：

又由勾股定理可得：

故拉桿伸出段末端的提升量為：

拉桿伸出段末端的人為提升量LAE與拉桿的自然狀態(tài)下伸出段末端因撓度作用下的自然下垂量相互抵消，理論上在理想狀態(tài)下讓拉桿在懸出端因自重下垂的狀態(tài)近似水平，從而讓拉桿與動板運行線軌安裝豎直面上保持水平。

更改后的定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)結(jié)合了上述兩種現(xiàn)有的兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)點如下：

（1）拉桿與動模板不接觸，鎖、開模動作時無阻力，不需要潤滑，能減少對機器本身和機器周圍環(huán)境的污染，保持機器的外觀干凈整潔，并且鎖、開模動作過程中動作平穩(wěn)、順暢，開合閘動作噪聲小，更安靜。

（2）拉桿長度與動模板最大開距無關(guān)，只與容模量相關(guān)，能極大的縮減拉桿的長度，減小了拉桿制造長度，其成本更低。

（3）優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，拉桿伸出段的自然下垂量，作為人為位移的提升量；這樣拉桿伸出端經(jīng)提升后的自由水平狀態(tài)能近似看作在拉桿豎直面內(nèi)水平軸線與動板運行導軌軌在同一豎直面內(nèi)保持相互平行，開、合閘部件抱閘動作過程中動作會更平穩(wěn)、順暢，自由端拉桿受向上的抬起力幾乎沒有，拉桿承受因自由端下垂需要提升的交變載荷近似為零。

（4）定模板的實際加工改動量比較小，實際操作、實現(xiàn)起來比較簡單、方便；只需在加工定模板拉桿支撐環(huán)安裝孔時不同心，模面?zhèn)劝惭b孔比非模面?zhèn)劝惭b孔高出一定的距離，成本也能得到有效控制。

4 方案的驗證

拉桿支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案經(jīng)過多次反復討論后，在兩板式鎖模油缸外置結(jié)構(gòu)上進行驗證。首先在裝配過程中拉桿穿過兩個有位置差的支撐孔十分順暢，使拉桿穿過不同心的支撐孔成為可行。拉桿裝配完成后，通過質(zhì)檢部門用廠內(nèi)專用儀器對拉桿伸出段末端進行測量，對比圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)能有效抵消拉桿伸出段因撓度而產(chǎn)生的自然下垂量，使拉桿在懸臂梁狀態(tài)下，自然下垂量抵消后整個拉桿軸線近似與動模板運行導軌軸線在豎直平面內(nèi)平行，檢測的結(jié)果與理論基本吻合，進一步驗證了設想條件的理論合理性。再經(jīng)過開機連續(xù)運行幾百模，在這個過程中觀察鎖、開模動作平穩(wěn)、順暢、噪音小，開、合閘部件合閘動作穩(wěn)定，拉桿所受的偏心下垂負載也小。經(jīng)過廠內(nèi)試制、裝配、檢驗、全面完整調(diào)試、測試合格后出機到客戶廠，在客戶處正常生產(chǎn)，經(jīng)后期跟蹤現(xiàn)場實際使用情況，多次臨時檢測，各方面運行穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過以上驗證，改進后的定模板拉桿支撐孔相比未改前的拉桿支撐孔：拉桿在注塑機動作過程中承受載荷相比現(xiàn)有的拉桿支撐結(jié)構(gòu)更小、起高壓鎖模過程更平穩(wěn)、能有效延長拉桿的使用壽命，并且與現(xiàn)有的拉桿支撐結(jié)構(gòu)相比改動極小，僅更改定模板拉桿支撐環(huán)安裝位置的相對尺寸從而減小拉桿伸出段的自然下垂，成本相對低廉，為兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)提供了一種全新的支撐思路，具有創(chuàng)新的實用意義。