注塑机合模装置存在的主要问题及解决方法

机械与模具注塑机合模装置存在的主要问题及解决方法黄步明(顺德市秦川恒利塑机有限公司 ,广东 顺德 528300)摘 要 : 根据全液压式、肘杆式合模装置的结构特点分析其存在的主要问题及解决办法 ,主要对拉杆、模板断裂以及模具的损坏等进行分析并探索减少其损坏的办法。关 键 词 : 注塑机 ; 合模装置 ; 模板 ; 断裂中图分类号 : 2 文献标识码 : B 文章编号 : 10012001) 09合模装置从大的方面来分 ,主要有三大类 ,即全液压式 (充液式 ) 、肘杆式 (机铰式 ) 、复合式三种 ,其中中小型机肘杆式和全液压式用得最广泛 ,大型机以复合式为主 ,下面主要讨论充液式、肘杆式合模装置存在的问题及解决方法。1 充液式合模装置存在的主要问题及解决方法111 内泄问题如图 1 所示 ,充液式合模装置的内泄主要是 :大活塞太长、太重 ,支承点太短 ,造成局部磨损 ,有些活塞采用活塞环 (金属环 )密封 ,也是内泄的主要原因。1 前定模板 2 拉杆 3 动模板 4 快速注射油缸5 大油缸 6 后定模板 7 油箱 8 充液阀图 1 充液式合模装置解决办法 ,尽量采用塑料、橡胶组合油封、增加支承点长度。112 漏油问题全液压式合模装置所采用压力比较高 ,如果密封不好 ,容易造成漏油 ,解决方法 :(1)采用好的密封件 ;(2)安装油封时 ,不要损坏密封件 (不要用尖锐的工具 ) ;(3)注意密封油槽尺寸精度、光洁度 ;收稿日期 :2001)减少油中的污染物 ;(5)降低油温。113 升压时间长充液式合模装置在运行中容易吸空 ,或者大量油液回油箱时 ,可能会使空气混入油中 ,导致爬行、升压时间长等。解决方法 : (1)回油管尽可能短和大些 ; (2) 回油管不要直接插入油箱 ; (3)增加油缸排气装置。114 充液阀油封处内泄充液阀油封处如果磨损也有可能内泄 ,会导致升压时间太长 ,如出现升压慢 ,要拆下充液阀维修。此外 ,充液式合模装置要注意油温不能太高 ,应尽量增大冷却器 ,水量充足且要求水温低。在没有安装模具时 ,注意不要在动模板小于最小模具厚度时升高压。2 肘杆式 (机铰式 )拉杆等断裂的原因及解决办法肘杆式合模装置如图 2 所示 ,下面简要分析拉杆断裂原因及解决办法。1 前定模板 2 拉杆 3 动模板 4 连杆 (肘杆 )5 后定模板 6 合模油缸 7 锁轴图 2 肘杆式合模装置211 拉杆等断裂的原因及分析(1)疲劳破坏第 15 卷 第 9 期 中国塑料 15 ,92001 年 9 月 ,2001 1994 ,故任何引致应力集中的因素都可能导致拉杆 (哥林柱 ) 的疲劳破坏。如 : 轴径变化较大的台阶处。过渡处缺少圆角 / 退刀槽等。表面伤痕或者加工螺纹不小心破坏光轴表面。螺纹表面粗糙度太大。螺纹长时间受压 ,由于表面强度不够而导致表面挤压损坏 (调模螺母处 ) 。螺纹表面热处理不当造成应力集中。材料缺陷。(2)过载拉断由于肘杆式靠四根拉杆变形获得锁模力 ,如果四根拉杆长度不同 ,则其变形就不一样 ,如四根中一根较短 ,则较短的拉杆可能会承受大大超过其本身应承受的 1/ 4 锁模力 ,从而导致拉断。(3)温度应变导致拉断如果四根拉杆长短不一 ,例如 :一条长 ,三条短 ,那么较长拉杆由于急剧的温度升高或降低所引起的热应力 ,受到另三根杆的约束 ,将导致该杆断裂或弯曲。(4)复合应变所导致的拉断如果模具不平 ,连杆 (铰边 ) 的长度、轴承座的高度及拉杆的长度等零件的综合误差太大 ,当连杆伸直时 ,两边受力不均。那么 : 造成后模板摆动 ,拉杆更易拉断 ; 造成产品飞边 ,一般缺少经验的操作者会进一步加大锁模力 ,从而造成拉杆及连杆、轴承座等过载拉断及模具过载变形。(5)瞬时冲击应力导致的破坏由于肘杆式在开模之前锁模力未能释放 ,所以 ,开 模时瞬时冲击造成机器振动并导致拉杆及其它零件损坏 ; 由于整个合模部件 (包括模具 ) 长时间保持在应力状态下 ,会导致拉杆、连杆、十字头等零件过早疲劳失效。212 解决拉杆等断裂办法(1)在设计上 ,要避免轴径急剧变化 ,在台阶或退刀槽处 ,尽量用大的圆角过渡 ,选择综合性能较好的材料 ,热处理既要解决螺纹表面硬度 (要耐磨 ) 又要设法减少表面应力集中 ,要提高表面光洁度 ,尽量减少应力破坏。(2)要保证加工精度 ,特别是连杆的长度 ,轴承座的高度 ,十字头的精度 ,轴承座在模板的定位精度等。(3)要特别注意在装配时或在拆动调模螺母后 ,一定要将四根拉杆的长度调好 ,其调模螺母与后模板的间隙也要调整好。(4)在产品产生飞边时要分析其原因 ,不要片面提高锁模力 ,如发现模具不平应磨平 ,如拉杆或连杆长度不均应校正 ,包括垫铜片、纸片等 ,或者校正调模螺母。以上解决办法只能起到一定作用 ,未必能从根本上解决 ,而且有些措施会加大制造成本 ,如加大拉杆直径 ,使用高质量材料等 ,故在某种程度上取决于厂家的取舍。213 销套 、轴等的磨损及断裂的原因及预防(1)销套、轴等容易磨损 ,一方面使锁模精度下降 ,另一方面 ,会使各部分零件如连杆 (肘杆 ) 、十字头等受力不均 ,也是连杆、十字头等断裂的主要原因。套、轴磨损后使连杆受力长度不均 ,严重会使后模板偏摆 ,十字头及锁模油缸活塞杆也容易断裂。所以 ,在轴套等磨损时要特别注意及时更换维修。(2)销轴等的良好润滑是减少销套、轴磨损的有效办法 ,另外 ,采用高质量的材料 ,不要经常在超载下工作也是减少磨损及断裂的有效措施。3 模板断裂的原因及解决办法模板是注塑机最重要的零件之一 ,它的成本是注塑机成本的主要组成部分 ,模板断裂 ,注塑机就不能正常工作。从强度出发 ,当然是选用高质量的材料 ,而且尽量将模板做得厚一些 ,但这两点均提高模板的造价 ,影响整机成本 ,制造者从性能、价格综合考虑 ,现在模板大部分采用球墨铸铁铸造。这主要考虑 : (1) 球铁成本低、在模板上铸出加强筋或将模板掏空 ,可有效减少质量 ; (2) 由于减少加工面及球铁本身容易切削加工 ,可有效减少加工成本 ; (3) 球铁刚性较好 ,也具有一定强度。虽然设计者充分考虑了模板的强度、刚度 ,但仍然有许多模板断裂的事故发生 ,这是什么原因呢 ? 下面对这几种合模装置模板断裂原因加以分析。311 肘杆式合模装置(1)模板受力分析对于前模板 (如图 3)来说 ,其受力好象用手帕包东西一样 ,要注意的是 ,如果中间挖空太大 ,或者在轴对称线附近有铸造缺陷、螺钉孔、销孔等缺陷 ,就有发生断裂的危险。对于动模板 ,在 作用下 ,模板的变形如图 4 ,由于力臂长 ,故水平轴线发生断裂的危险最大。对于后模板 ,其受力与前模板相近 ,但是从设计的角度出发 ,为了增加开模行程 ,势必要减少图 5 中 A 的尺寸 ,这也是模板断裂的主要原因。(2)系统受力分析(a)在连杆伸直时 ,四根拉杆 (哥林柱 ) 必然受拉 ,由于加工及装配的原因 ,四根拉杆受力长度未必相同 ,这样受拉力也不同 ,作用在模板上的力也不同 ,这就容易引起模板局部超载而断裂。2001 年 9 月 中 国 塑 料 77 1994 前模板 图 4 动模板 图 5 后模板(b) 同样由于加工、安装的原因 ,如两边前后连杆不等长 ,四根拉杆不等长、模板厚薄不均 ,甚至模具安装面不平行等均会使连杆伸直后所受的力不同。当模具刚刚闭合 ,如果上下连杆 (肘杆 ) 形成的初始角不同(如图 6) ,即 1 = 2 ,必然会使连杆受力不均 ,严重时可达 30 %以上 ,那么模具受力也不均 ,这将使模具与模板接触面积减少 ,弯曲力增加 ,这必然导致模板受力不均而断裂。(3)连杆的排列及模具安装 (图 7)杆主要分为上下排列或水平排列两种 ,如果不考虑润滑因素 ,只考虑装模方便 ,一般为 故采用水平排列时后连杆的长度可考虑长些 ,以增加模板行程 ,这样 ,如果采用长条型模具 ,模具宽度 B 比 L 1小得多 ,则动模板比较容易断裂。当然 ,采用上下排列则模具水平轴线附近容易出现飞边 ,而且开模行程较小。具安装面积太小 ,使模板所受的弯曲力大增 ,模板也容易断裂。用过程(a) 调模不当或安装不当 ,使 4 根拉杆 (哥杆柱 ) 受力不均或锁模超载均会造成模板断裂。(b)对于加工一些投影面积大、粘度低的产品 ,如用 录像带盒及 子等 ,如果模具质量较差或受力不均 ,制品很容易出现飞边 ,出现飞边后 ,一方面胀模力增加 ,使连杆、十字头、拉杆 (哥林柱 ) 等负载增加 ,另一方面 ,连杆可能越过中点 ,在开模时 ,连杆在回到中点时 ,就相当于给了模具等一个附加锁模力 ,过了中点后 ,系统恢复弹性变形 ,变形力与开模力的叠加就会使系统产生瞬时冲击 ,这种冲击力是造成模板断裂的主要原因。特别是当模板采用球铁铸造时 ,使用时间一长 ,铸件产生疲劳 ,当有铸造缺陷时 ,就特别容易断裂。所以 ,为了减少开模的困难 ,减少冲击 ,常把肘杆设计成斜排列 (带有 r 角 ) 如图 8 (a) 或角排列 (带有 w 角 )如图 8 (b) ,但这两者均减少了力的放大倍数 ,并无法自锁 ,在锁模过程中必须继续向合模油缸补充高压油 ,增加能耗。图 6 双肘杆受力示意图 图 7 动模上肘杆与模具安装示意图(a)斜排列 (b)角排列图 8 不同肘杆排列角比较图312 (全液压 )充液式合模装置充液式合模装置后模板的受力与肘杆式前模板的受力相同 ,后模板一般与锁模油缸铸造成一体 ,其主要问题是油缸本身的磨损及渗油问题。动模板的受力比肘杆式的动模板好得多 ,故一般较薄 ,也较少断裂。全液压合模装置一般不出现超载现象 ,这也减少了模板断裂的机会。313 四缸直锁二板式合模装置四缸直锁二板式由于锁模力仅作用在前模板与动模板之间 ,其受力与肘杆式前模板相同。它除不超载外 ,由于采用四缸直锁锁模结构 (如图 9) ,拉杆 (哥林图 9 全液压式合模受力示意图 78 注塑机合模装置存在的主要问题及解决方法 1994 )承受单个油缸的锁模力 ,这些油缸作用在模板四个角。四个油缸的油路是连通的 ,故锁模时 ,模板四个角上受力均衡。该机油路设计比较特别 ,它能够使锁模力随注射结束而分级大幅减少 ,可减少系统 (包括模板、模具 )承受高负荷时间 60 %或以上 ,故模板不易疲劳。从以上分析中可以看出 ,肘杆式合模装置的模板比较容易断裂 ,这一点与其结构有关 ,因为它是靠整个系统的刚性变形产生锁模力的 ,而且 ,这种断裂往往有时还与使用等其它因素有关 ,故使用者要特别注意。4 影响模具寿命的主要原因及延长模具寿命的途径模具的价格有时超过了注射机本身 ,而且 ,模具出现问题 ,直接影响到交货时间 ,故对广大用户来说 ,了解影响模具寿命的主要原因是十分重要的。模具质量主要与设计、选材、加工、装配等有关 ,从设计角度上 ,主要考虑 : (1) 模架的大小 ,模腔的壁厚 ;寿命与制造成本的关系 ,选用注塑机的大小对投资成本及生产成本的影响。 (2) 内嵌件的强度及放置的可靠性。 (3) 尽量避免个别零件或模腔中某个位置成为薄弱的环节。 (4) 导柱在移模过程中起了很重要的作用 ,故应考虑其强度及耐磨性。其它选材、加工、装配 ,主要考虑成本与质量的矛盾关系 ,在此不多叙述。下面主要从各充模过程中 ,谈谈合模装置与模具寿命的关系。411 快速合模过程在快速合模过程中 ,动模板的运动平稳性影响到模具导柱与导套的相对运动。如果动模板的导向长度太短 ,而模具较重 ,或者太高 ,就会因模板的倾斜而导致导柱与导套偏磨。最近国际上一些大型机采用拉杆(哥林柱 ) 脱开定模板或脱开动模板的结构 ,动模板的导向完全依靠机座的导轨 ,导轨磨损后造成导向精度下降 ,又重又高的模具使动模板倾斜 ,加速模具导柱的磨损 ,设计者必须设法克服这个问题。对于肘杆式 (机铰式 )来说 ,由于其导向套太短 ,如果两边肘杆长短不一 ,会使模板左右摆动 ,也同样加速导柱的磨损 ,对于四缸直锁二板式注塑机来说 (如图 10) ,4 个油缸各有A、 B、 C 3 点定位 ,无疑大大增加导向长度 ,使动模板在运动中平稳 ,特别是加工一些深腔产品 ,优点更加突出。412 低压护模过程在模具即将夹紧时 ,如果夹到浇口料、嵌件等异物 ,势必将模具夹坏 ,这是模具损坏的重要原因 ,故低压护模十分重要 ,肘杆式由于低压护模区太接近力的放大区 (图 11) ,该区域力不稳定 ,也就是说即使作用在油缸上的是恒定的较小的力 ,但作用在动模板上不是恒定的力 ,而且相差很大 ,低压护模实际上起不到多大的作用。相比之下 ,充液式好一些 ,但充液式由于内泄漏及吸空的原因 ,会造成爬行而致使低压护模不准确。四缸直锁二板式因没有以上两种结构的问题 ,故低压护模效果最好 ,实用中用很薄的纸或绵线就可做到灵敏护模。图 10 四缸直锁二板式锁模机构图图 11 肘杆机构合模力的特性曲线413 高压锁模过程在此过程中 ,一般全液压式均优于肘杆式 ,因为肘杆式会造成 :(1) 模具两边受力不均 ,使模具两边的变形量不同 ,会导致导柱受弯 ,模腔变形。(2)模具超载 ,使模具及拉杆变形量增加 ,开模困难 ,机器震动 ,严重时会开不了模。414 注射保压过程(1)开始注射时 ,惯性力会影响深腔产品型芯的定位 ,如果型芯刚性不够或装配不牢 ,型芯有可能移位或倾斜。(2)在注射过程中 ,如果模腔投影面积 F 大 ,模腔压力 P 高 ,那么胀模力 F P 就可能超过原始锁模力 图 12) , 0 ,制品厚度变大 ,并产生飞边 ,这时如果采用肘杆式锁模机构 ,其 加 (见图 13) ,整机变形增加 (拉杆拉长 ) ,制品厚度略为增加 ,对普通制品 ,可在超载下成型制品 ,但带来的后果是连杆、拉杆等容易损坏 ,模具寿2001 年 9 月 中 国 塑 料 79 1994 。与此相反 ,采用全液压式 ,如果 0 ,动模板会后退 (让模 ) 制品变厚并产生飞边 ,不但模具拉杆等变形不增加 ,不易损坏 ,而且起到保护模具作用 ,全液压式不能在超载下工作 ,既是其弱点 ,也是其优点。(3) 如果 小 , 变 , 那么随着 加 ,制品会变薄 ,制品的内应力较大 ,而且模具、拉杆等受力较大 ,特别是模具较小时 ,模具更易损坏 ,这方面全液压式比肘杆式有更多优势 ,因为其锁模力较易调节。415 预塑 (熔胶 )冷却过程如果模具受力不均 ,在注射阶段 ,导柱和型芯已经偏斜 ,在预塑冷却阶段 ,塑料处于冷却收缩 ,这时 ,如果模具受力不变 ,导柱等偏斜就会固定下来 ,这时金属与塑料之间磨擦力会很大 ,加速机械磨损 ,这方面也是肘杆式的弱点 ,四缸直锁二板式由于