青科大高分子材料加工机械教案02注射成型机-4合模装置

第四节合模装置合模装置是保证成型模具可靠的闭锁开启并取出制品的部件。一个完善的合模装置，应该具备下列三个基本条件:第一、足够的锁模力，使模具在熔料压力（即模腔压力）作用下，不致有开缝现象发生。第二、足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸制品的成型要求。第三、模板的运动速度，应是闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢，以防止模具的碰撞，实现制品的平稳顶出并提高生产能力。五十年代以来，螺杆预塑注射机的出现，使注射成型技术的发展进入了新的历史阶段。相应的先进合模装置的研制，是注射成型技术进一步发展的重要课题之一。合模装置主要由固定模板、活动模板、拉杆、油缸、连杆以及模具调整机构、制品顶出机构等组成。合模装置的种类较多，若按实现锁模力的方式分，则有机械式、液压式和液压--机械组合式三大类。机械式在新设计中已不采用。因它不很符合工艺的要求，将不予介绍。一、液压合模装置这种合模装置是依靠液体的压力实现模具的启闭和锁紧作用的。(一）单缸直压式合模装置模具的启闭和锁紧都是在一个油缸的作用下完成的，这是最简单的合模装置。这种合模装置存在一些问题，并不十分符合注射机对合模装置的要求。合模初期，模具尚未闭合，合模力仅是推动移动模板及半个模具，所需力量甚小；为了缩短循环周期，这时的移模速度应快才好。但因油缸直径甚大，实现高速有一定困难。合模后期，从模具闭合到锁紧，为防止碰撞，合模速度应该低些，直至为零。锁紧后的模具才需要达到锁模吨位。这种速度高时力量小，速度为零时力量大的要求，是单缸直压式合模装置难以满足的。正是这个原因，促使液压合模装置在单缸直压式的基础上发展成其它形式．（二）增压式合模装置压力油先进入合模油缸，因为油缸直径较小，其推力虽小，但却能增大移模速度。当模具闭合后，压力油换向进入增压油缸。由于增压活塞两端的直径不一样（即所谓差动活塞），利用增压活塞面积差的作用；提高合模油缸内的液体压力．以此满足锁模力的要求。采用差动活塞的优点是，在不用高压油泵的情况下提高锁模力。由于油压的增高对液压系统和密封有更高的要求，故增压是有限度的。目前一般增压到20—32MPa，最高可达40—50MPa。增压式合模装置一般用在中小型注射机上，其合模速度并不十分快，因为实际上合模油缸直径还是较大的。(三）二次动作液压式合模装置为满足注射机对合模装置提出的速度和力的要求，除了采用增压式的合模装置外，较多地采用不同直径的油缸，分别实现快速移模和加大锁模力。这样，既缩短生产周期，提高生产率，保护模具，也降低能量消耗。1．充液式合模装置合模时，压力油首先进入装在锁模油缸中心的小直径移模油缸4内，实现快速闭模合模过程中，锁模缸的活塞随着移动模板前进，因而造成油缸内的负压，充液阀l打开大量的工作油进入锁模油缸。当模具闭合，锁模油缸接通高压油，使合模力迅速上升到锁模吨位。开模时；从锁模拉的另端进油，由于是差动油缸，另端容积小。故能实现快速开模2．液压—-间板合模装置合模时，压力油进入移模缸2的右端，因活塞固定不动，移模缸2和稳压缸1（即移动模板）前移。到某一定位置时，闸板3在扇形传动器作用下，卡住移模缸外径的凹槽。与此同时，高压油进入稳压缸1，其直径大、容积小，因此迅速达到锁模力。开模时，稳压缸首先卸压，锁模力消失，闸板张开。压力油进入移模缸左端，使移动模板迅速后退。这种合模装置是根据移模速度先快后慢，合模力先小后大设计的。移模缸直径小，用大泵供油，从而提高模板运动速度，可以缩短循环周期，提高生产率。移模油缸所产生的力不要求很大，能推动移动零件就行了。待模具分型面开始接触，需要模具锁紧时，压力油进入稳压缸从而达到需要的锁模力。这种合模装置机器的重量减轻，用油量减少，是单缸直压式的发展。3．液压--转盘合模装置液压--转盘合模装置，是液压二次动作合模装置的又一形式。压力油进入移模缸左端，稳压缸、支承柱（即移动模板）右移,进行闭模。当支承柱从转盘的孔内拨出，转盘油缸开始作用，使转盘旋转一定角度，与此同时。高压油进入稳压缸，支承柱顶在转盘上，并迅速升压，达到锁模吨位。4．液压--抱合螺母合模装置前面讲的几种二次动作液压合模装置的锁模力，是由高压油和大直径油缸提供的。但是，液压系统的阀件和管路，以及密封问题都不允许无限制的增加油压。油缸直径的增加，也会受到模板尺寸的限制，同时，过大直径的油缸，也会给制造和维修带来困难，因此，更大的注射机采用前面讲述过的合模装置，显然是不合理的。液压--抱合螺母合模装置适用于锁模力在1000吨以上的注射机，是二次动作液压合模装置的一种形式。当移动模板行至终点时，抱合螺母分别抱住四根拉杆，使之定位。四个串接锁模油缸分别设置在前固定模板的拉杆螺母处，拉杆上的凸起作为活塞。当压力油进入锁模油缸后，将前固定模板推向移动模板，使模具锁紧。这里的前固定模板，已名不符实，事实上是有移动的。启模时，串接锁模缸首先卸压，抱合螺母松开后，移模油缸动作。分别制造四个直径较小的锁模油缸，比制造一个特大的油缸要方便些，所要求的加工机床也小，密封问题也容易解决。拉杆承受锁模力的部分大为缩短，对合模机构的刚性有提高。后固定模板不承受锁模力，仅起支承作用，故可薄些。合模油缸直径小，移模快，并能节省功率消耗。但是，一台机器的油缸数目甚多，其液压系统的线路必然复杂。液压合模装置的形式还有许多，不再一一列举。液压合模装置的优点是：固定模板和移动模板间的开距大，能够加工制品的高度范围较大。移动模板可以在行程范围内任意位置停留，因此，调节模板间的距离十分简便。调节油压；就能调节锁模力的大小。锁模力的大小可以直接读出，给操作带来方便。零件能自润滑，磨损小。在液压系统中增设各种调节回路，就能方便地实现注射压力、注射速度、合模速度以及锁模力等的调节，以更好地适应加工工艺的要求．但是，液压系统管路甚多，保证没有任何渗漏是困难的，所以锁模力的稳定性差，从而影响制品质量。管路、阀件等的维修工作量大。此外，液压合模装置应有防止超行程和只有模具完全合紧的情况下方能进行注射等方面的安全装置。总之，液压合模装置的优点突出，正日益广泛地被采用。二、液压一曲肘合模装置（一）液压---单曲肘合模装置液压--单曲肘合模装置上图是液压---单曲肘合模装置的一种形式。当压力油从油缸上部进入时，推动活塞向下，迫使两根连杆伸展为一条直线，从而锁紧模具。开模时，压力油从油缸下部进入，使连杆曲屈。油缸用铰链与机架相联，开、闭模过程中，油缸可以摆动。这种合模装置油缸小，装在机身内部，使机身长度减小。由于是单臂X易使模板受力不均，只适于模板面较小的小型注射机，但模板距离的调整较易。（二）液压---双曲肘合模装置由于是双臂。可以适应较大模板面积，因此中、小型注射机都有采用。开模时，肘杆收缩在机身后部，使移动模板的行程较大。调整锁模力时，曲肘双臂必须一致，即使有微小的长度差别，也会造成模板受力不均，从而使模具偏斜。液压--曲肘合模装置的结构形式．还有许多，不尽列举。这种合模装置有以下特点：增力作用。其驱动肘杆的油缸直径较小，增力倍数大约为10。增力倍数的大小同肘杆机构的形式、各肘杆的尺寸以及相互位置等有关，将在下面具体讲述。自锁作用。撤去油缸推力合模系统仍然处于锁紧状态。模板的运动速度从合模开始到终了是变化的。合模开始，速度由零很快到最高速度，以后又逐渐减慢，终止时速度为零，合模力则迅速上升到锁模吨位。这正好符合合模装置要求。同样，开闭模过程中模板的运动速度也是变化的，但与上述相反。模板间距、锁模力和合模速度的调节困难，必须设置专门的调模机构，因此不如液压合模装置的适应性大和使用方便，此外，曲肘机构容易磨损，加工精度要求也高。综上所述，液压合模装置和液压---曲肘合模装置都具有各自的特点，这些特点都是相对的，同时也不是不可改变的。例如液压合模装置结构简单，适于中、高压液压系统，其液压系统的设计和对液压元件的要求比较高，否则难以保证机器的正常工作。液压---曲肘合模装置虽有增力作用。易于实现高速，但没有合理的结构设计和制造精度的保证，上述特点也难以发挥。因此，在中小型注射机上，上述各种形式都有应用。不过相对来说，液压--曲时式多一些，而大中型则相反，液压式采用较多。（三）液压---曲肘合模装置的特性参数液压---曲肘合模装置的特点，前面略有介绍，现进一步分析如下。1．锁模力与活塞推（拉）力锁模力及活塞推力的确定，对液压--曲肘合模装置的设计是十分重要的。当压力油进入合模油缸，推动活塞前移时，肘杆则推动移动模板进行合模。模具分型面开始闭合时。肘杆机构尚未伸展成一线排列。这时，肘杆、模板和模具并不受压力，拉杆也不受拉力。这个时候肘杆和水平面的夹角α。和β。称为初始角，如上图所示。如果合模油缸继续升压，迫使肘杆机构作一线排列，整个合模系统发生弹性变形，使拉杆被拉长，肘杆、模板和模具被压缩，从而产生压应力，使模具可靠地闭锁．在此过程中，肘杆与水平面的夹角由α。和β。逐渐变小，肘杆成直线排列时，α。=β。=0。此时，如果油缸卸载，锁模力不会随之改变、整个系统处于自锁状态。这是液压--曲肘合模装置和液压合模装置最本质的区别。拉杆的被拉长和受压零件的被压缩，是在一个系统内，故其变形应该是协调的，按照虎克定律，可以分别求出各变形量。考虑到模板面积和刚度大，略去其压缩变形。应用变形协调方程，经过换算，则锁模力F——锁模力E——肘杆、拉杆、模具等材料的弹性模量L1——为肘杆1的长度A——形状系数λ---杆长比(L1/L2)对于已有的机台，各构件的长度、截面积、弹性模量等都是已知常数。因此，锁模力主要取决于α。的大小，即F=f（α），是随α的变化而变化的，绘出曲线，如图所示。从图看到，不同的初始角α。，其锁模力的大小是不相同的。再者，初始角（或称临界角）α。的度数很小，它的取值稍有变化，就会引起锁模力的巨大变化。因此，初始角的确定是十分重要的。液压--曲肘合模装置对调模量的控制，实际上就是对机构总变形量的控制，也就是初始角α0的选取问题。总之，α。的确定，是不能随心所欲的。根据上图，可求出活塞杆的拉（推）力经换算可得但这是理论上的，由于制造精度、安装误差和摩擦损耗等方面的影响，实际油缸推力式中η——效率，一般取0.7—0.8。2、运动特性前面已经提到，肘杆机构使模板的移动速度是变化的，合模时由零到最快、后慢，到锁紧时再为零，开模时则相反。这就是肘杆机构的运动特性，它正好符合合模装置的要求，所以是肘杆合模机构的突出优点。3．增力倍数前面已经提到肘杆机构的增力作用，如XS－ZY－125型注射机，其油缸拉力为7.2吨，锁模力为90吨，把锁模力与油缸推力之比，称为增力倍数，亦称放大系数。单曲时机构，其增力倍数一般为10双曲时机构，其增力倍数一般为20三、模板距离调节机构对液压--肘杆合模装置，由于模板行程不能调节，为适应不同厚度模具的要求，前固定模板和移动模板之间的距离（指闭模状态）应能调节。模板距离的调节机构，还可以调整锁模力。小型注射机，常用手动调节；对大型注射，有用电动或液压驱动调节的。现就几种常见的模板距离调节机构，简单介绍如下：（一）螺纹肘杆调距松动两端的螺母，调节调距螺母（其内螺纹一端为左旋，另一端为右旋），使肘杆的两段发生轴向位移，改变肘杆的长度，从而达到调节模板距离的目的。这种形式结构简单，制造容易，调节也方便。但是，螺纹和调节螺母要承受锁模力，因此只适用于小型注射机。（二）移动合模油缸位置调距合模油缸外径上有螺纹，并与后固定模板相连接。转动调节手柄，使大螺母转动，合模油缸发生轴向位移，从而使合模机构沿拉杆移动，达到调距的目的。这种结构一般也只用在小型注射机上。（三）拉杆螺母调距合模油缸装在后固定模板上，通过调节拉杆螺母，便可调节合模缸的位置。四个螺母调节量必须一致，否则模板会发生歪斜。用手动调节达到四个螺母的调节量完全一致是困难的。为使四个螺母的调节量一致，有的设有联动机构。（四）动模板间连接大螺母调距它们有两块移动模板，其间用螺纹连接起来，调动调节螺母，便可改变移动模板的厚度，从而达到调距的目的。这种形式调节方便，使用较多，但多了一块移动模板，增加了移动部分的重量和机身的长度。四、顶出装置顶出装置是为顶出模内制品而设的，各种合模装置均设有顶出装置．顶出装置可分为机械顶出、液压顶出和气动顶出三种。机械顶出。顶杆固定在机架上，它本身不移动，开模时动模板后退，顶出杆穿过移动模板上的孔而达于模具顶板，将制品顶出。顶出杆长度可以根据模具的厚薄，通过螺纹调节。顶杆的数目、位置随合模机构的特点、制品的大小而定。机械顶出结构简单，但顶出是在开模终了进行的，模具内顶板的复位要在闭模开始以后。液压顶出，顶出力量、速度和时间都可以通过液压系统调节。一般小型注射机，若无特殊要求，使用机械顶出较好。较大的注射机，一般同时设有机械顶出和液压顶出，可根据需要选用。气动顶出是利用压缩空气，通过模具上的微小气孔，直接把制品从型腔内吹出。此法顶出方便，对制品不留痕迹，特别适合盆状、薄壁或杯状制品快速脱模。第五节注射机的调整和安全措施一个满意的注射制品的获得，主要同以下四个方面的因素有关：制品形状的合理设计和塑料品种的恰当选择。合理的模具结构与正确的浇道设计；注射机的种类和结构（如螺杆式还是柱塞式，以及合模装置的结构等）；成型条件（如注射压力、注射速度、成型温度、保压及冷却时间等）。前面三个方面都不是操作者决定的，而成型条件的调整控制，则主要取决于操作者的技术水平。先进的注射机，若不认真调整、操作，也难以获得合格制品；相反，一台较落后的注射机，如果精心调整、操纵，却能获得满意制品。另外，工程塑料品种繁多，制品形状各异，精度要求相差很大，必须根据情况，随时调整成型条件。一、注射机的调整为了叙述方便，分成若干项来介绍。（一）注射压力随着被加工物料的粘度、制品结构的复杂程度、壁厚、浇道设计情况以及熔料流程等的不同，所需注射压力也不相同。对于高粘度塑料，高精度、壁薄、流道长的制品，注射压力应高，相反则可以低些。注射压力。一般在40—130MPa范围内。注射压力的调节方法，一是调换不同直径的螺杆，另一是调节油压（通过远程调压阀或溢流阀调节）。在注射过程中，模具内熔料的压力是变化的。起初，压力随熔融塑料的不断充满而迅速上升；当模腔充满后．因制品的冷却收缩压力有所下降。为了对制品进行补缩，螺杆对熔料仍需保持一定的压力。有时，充模过程和保压过程对压力的要求不完全一样，例如，为降低制品内应力和便于脱模，一般用较低压力进行保压。因此，目前采用分级压力控制已较多，这种压力的分级控制，对采用液压传动的注射机，实现起来是很方便的，相反，对机械传动的注射机，要实现压力的分级控制就比较困难了。（二）锁模力不同的成型面积和模腔压力，要求的锁模力不同。若知道制品的投影面积和选定的模腔压力，就能算出所需的锁模力。对全液压合模装置，只消调节合模油压，就可以达到锁模力的调节。而对液压--曲肘合模装置，则通过模板距离的调节，改变机构的弹性变形量，达到锁模力的调节。这种调节，正如前面已经指出的，例如拉杆螺母调距，要使四个螺母的调节量完全一致是困难的。而且，其调节量是很微小的，一般不是手工所能办到的。加之其锁模力是不能直接显示的，使得调节更加困难。（三）注射速度注射速度的大小，主要取决于熔料的流动性、成型温度范围、制品的壁厚和熔料的流程。当生产薄壁、长流程、熔融粘度高或有急剧过渡断面的制品，发泡制品以及成型温度范围较窄的结晶塑料制品时，宜用较高的注射速度，对厚壁或带有嵌件的制品则以用较低的注射速度为好。制品相对注射方向的各横断面积总是不一样的，如果用一种注射速度是难以得到满意制品的。因此，要求在注射过程中，使用分级注射速度，二级、三级或四级注射速度。对液压传动的注射机，只须在注射回路中增设调速回路。并与大、小泵的溢流阀配合使用，便能达到。（四）合模速度。在闭模过程中，模板速度要有慢、快、慢的变化过程。但是，为了适应不同制品的成型要求，有时速度变换的位置也需要调整，其速度大小也可能需要调整。速度变换位置的调定可用行程开关和液压系统配合来实现；而合模速度的调整，只需在闭模油路中增设调速环节即可。（五）循环时间注射成型过程所经历的时间是由许多项目组成的，例如注射时间、保压时间、制品冷却时间、开模时间以及其他辅助时间等。这些时间与制品质量、生产效率有密切关系，是重要的成型条件之一，必须根据情况，随时加以调整．注射时间即充模时间，和注射速度的快慢有关，根据制件的大小不同，一般约在3—10秒范围内。保压时间是指制品在压力下进行冷却和补缩的时间，而冷却时间是指从注射油缸内压力撤除到模具开启的这一段时间。它们的长短，主要根据制品的壁厚、塑料的硬化速度、模具温度以及制品脱模后是否变形等条件而定。过多的冷却时间。不仅影响机器的生产率，同时有可能造成制品脱模困难。时间的调整，主要由电器部分的时间继电器（或PLC）来完成。（六）塑化情况塑化情况的好坏。直接影响制品质量。一般通过调节螺杆背压、螺杆转速或料筒温度来达到塑化情况的调整。螺杆背压的调节是通过油路中背压阀的调节来实现的。背压增大，螺杆退回时间延长，即塑化时间增长，使物料密实，塑