注塑机的特点研究及发展（一）

发布日期：2014/9/5 13:38:00

        随着塑胶制品的多样化,市场需求越来越大,注塑机设备的升级换代也越来越快。近几年各行业为了应对全球节能减排的迫切要求,设计开发了多种节能注塑机,可以看出,“节能、精密、高效”成为塑料加工业及其设备制造业发展的必然方向。20世纪90年代,由于加工CD、DVD等光盘及精密制品的需要,二板式的优越性得到充分体现,其模具封闭力线短,拉杆受力均衡是其他结构不能取代的。二板式注塑机的出现,将成为注塑机进一步发展的里程碑。
1    二板式注塑机与三板式注塑机模板受力方式的区别
        传统注塑机的合模装置为三板式的,由头板、二板和尾板组成。一般是头板固定,二板通过肘杆与尾板连接。在尾板的锁模油缸驱动二板进行开合模动作,合模到位后通过肘杆的力放大作用产生很大的锁模力。这种结构导致其锁模行程比较固定,在吨位较大时,其锁模系统的重量相当大。
1.1    三板式注塑机模板受力方式
        传统的三板模具受力是“顶”,肘杆式以及全电动式、单缸或多缸充液式,都是这种作用力方式。
        肘杆式对于精密注塑来说有其先天的局限性:1)因为肘杆式锁模力是靠拉杆的拉伸变形获得的,故温度变化大造成拉杆的伸缩会严重影响锁模力,并且加工精度、装配精度及机械磨损均会造成肘杆式合模精度的下降;2)由于低压慢速段刚好靠近肘杆式放大倍数急剧上升区域,故低压慢速段很难掌握,而且既不灵敏也难以调整;3)肘杆式开模力小,开合模行程小。以上三个缺点,严重地影响了肘杆式在高档机包括成型精密产品及复杂产品中的应用。对于单缸和多缸充液式来说,拉杆受力仍然很长,系统刚度差,单缸充液式还有锁模力作用不均匀,锁模油缸容易内泻等缺点。
1.2    二板式注塑机模板受力方式
        二板式注塑机相对于传统的三板机而言,省去了合模装置中的尾板,将锁模力直接作用在固定模具的两块模板上,由此设备可节省大量材料和占地空间,造价低、设备成型精度高。
        全液压二板式注塑机与以上结构有根本性的区别,其锁模力仅作用在动、定模板之间,支架是不承受力的,对模具是一种“夹”的作用力方式,二板式由于作用在模板四个角上的油缸是连通的,所以作用在模具四个角上的力几乎是相等的,定、动模板四个相对应的角的受力是作用力和反作用力的关系,所以其力完全相等,即使模具不平行,也能够自动置位使模具在分型面上完全贴合,模具四个角八个点上受力几乎完全相等,这一优势是其他结构的注塑机所不具有的。对于成型精密制品来说,直锁二板式锁模结构的合模精度最高,主要是因为模具受力均匀,锁模力重复精度高。
2    二板式注塑机的结构和分类
        二板式注塑机主要有两类:一类是复合型二板式,又称机械液压型二板式,它必须通过机械转换即二次动作,才能锁模。另一类是直压型二板式,又称全液压型二板式,它不需机械转换,即不需二次动作,直接高压锁模。欧洲两类二板式注塑机的应用趋势是在锁模力8000kN以上大型机采用复合型二板机,少数厂家采用外循环直压式;锁模力800kN以下小型机则几乎都为无循环直压式。
        复合型二板式注塑机分类:复合型二板机又分为“开式”和“闭式”两种。“开式”是在移模过程中,拉杆完全脱离定模板(或动模板)。以开式复合型二模板为例,它在固定板的对称位置上,设有两个移模油缸,四根拉杆由固定模板上的合模油缸支承。通过无拉杆导向装置,它们可在动模板中自由运动。动模板在底部设有导向装置,可准确地沿机身导轨移动。在合模后,拉杆被固定在动模板后部的四个对开螺母锁住。相对于“闭式”而言,“开式”可提供取件,换模的空间更大,可去掉后支承、缩小尺寸。缺点是“开式”精度要求高,故障率高,动模板的导向装置要求精度高,否则,快速开合模会引起晃动。
        针对全液压式注塑机的合模结构来考虑,已经从最传统的单缸充液式、多缸充液式发展到全液压二板直压式。全液压式二板注塑机根据合模油缸回油在油缸中的流动情况又可分无循环型,内循环型和外循环型三种。
2.1    无循环型二板式注塑机
        无循环式二板注塑机移模速度不宜太高,机构移模和锁模都依靠合模油缸,移模速度受油泵排量制约,合模油缸依靠油泵直接供油且其直径较大,因此不能很好地解决力与速度的关系。若要实现快速开合模,必须要大功率的油泵,液压油循环量大,能耗高,但合模性能稳定可靠。这种类型适用于小型精密注塑机,用于生产光盘等薄类精密制品最为适宜。
2.2    内循环型二板式注塑机
2.2.1    结构特点
        内循环二板式注塑机在移模时,通过移模油缸带动动模板移动,同时,锁模油缸活塞随动,缸内液压油通过打开的活塞阀心从活塞的一侧“内循环”至另一侧。当锁模时,锁模油缸活塞阀心关闭,油缸一侧进高压油,封闭的油腔维持高压实现锁模。该机构的运动特点为:移模和锁模时,相对静止的拉杆和动模板整体移动,相对于定模板运动,锁模只是在合模的基础上更进一步。
2.2.2    内循环二板式注塑机的性能特点
        (1)模板运动及动力特性更加合理。由于移模与锁模采用不同的油缸,能很好地解决力与速度的关系。合模机构的运动及动力特性可以根据工艺要求,通过设定泵的流量与压力对移模的速度和移模力进行分段设置。同时,该二板式合模机构还具有极好的低压低速护模特性,从而有效地保护模具、安全可靠。
        (2)锁模特性优异,自适应能力强。内循环二板式注塑机的四个锁模油缸进出油口相互连通,在锁模时各缸活塞两侧的压力都分别相同,确保了各拉杆为模具提供的锁模力完全一致。
        (3)响应迅速,移模速度快。模板的运动速度与换向直接通过液压系统来驱动,响应快。
        (4)模具适应能力强,锁模力调节方便。全液压注塑机本身就具有很强的模具适应能力,能免去调模机构。内循环式合模机构在此基础上又增加了齿轮联动调模装置,使适应模具的能力更加强大,可以实现一机多用,减少设备投资。
        (5)性能稳定可靠。内循环二板式注塑机的锁模机构继承了直压式锁模稳定的特性。排除了肘杆机构的加工精度、装配精度、机械磨损、变形和间隙等因素,可以长期保证锁模位置及锁模力的稳定。另外,锁模油缸阀心与阀座之间靠锥面接触来密封,零件制造基准与装配基准相同,密封效果非常优异,保证了锁模阶段锁模力的稳定。
        (6)节能。这主要体现在:①节省资源,内循环二板式注塑机与同规格三板机相比能节省钢材效果显著,极大地减少了对资源的消耗,而且也消除了从矿石冶炼到零部件加工所带来的能源消耗与环境污染;②二板式注塑机由于省去肘杆机构;避免了原有二十多个转动副摩擦带来的能量损失;③二板式注塑机能提高成型精度,有效地降低废品率,减少了对原材料的浪费;④锁模时,当锁模油缸压力达到设定压力后,通过使锁模油缸入油口处的电磁阀断电来维持锁模油缸内的高压状态,不必像其他直压式合模机构一样持续供油;⑤液压油内循环,避免了液压油外部循环所需的无功能耗。
        但是内循环二板式注塑机也有一些缺点,如油缸内部结构复杂,制造要求很高,维修困难等。
2.3    外循环型二板式注塑机
2.3.1    结构特点
        对于外循环型二板式注塑机,移模速度较快,其结构紧凑,油缸内部结构也较简单,移模通过移模油缸来进行,移模油缸直径小,能极大地提高开合模速度;锁模则通过直径较大的锁模油缸来进行。在移模过程中,合模油缸活塞要随移模油缸做随动,因而合模油缸两油腔中会出现大量的油液循环,消耗能量大。也有外循环式合模机构将合模油缸的左右腔通过外部液压阀相通。这种合模机构虽然结构简单,但是在移模时合模油缸活塞会受到较大阻力,使移模运动不平稳。黄步明等研制的四缸直锁两板式注射机有效的解决了力和速度的矛盾和许多全液压式存在的如速度慢、易漏油等问题,是我国自主开发在国际上技术领先的外循环二板直压式注塑机。2.3.2    外循环型二板式注塑机的合模机构液压原理
        杭州机电设计研究院开发了新型外循环型二板式注塑机。其合模油缸为双插缸,四根拉杆作为(前)活塞杆,后活塞杆有两种粗细规格,两根比拉杆粗(简称大杆缸),两根比拉杆细(简称小杆缸),各自两两成对角线布置,成对使用。该合模油缸以油缸液压差动原理实现开合模,只需供给前后活塞杆间的环形面积差的油量。合模时,在两大杆缸的前杆腔进油,后杆腔的油靠外部液压阀循环至前杆腔,只需补充小油量便可实现合模。同时,另一组小杆缸随动,后杆腔的油受压通过外部液压阀循环至前杆腔。在模具合紧时四缸同时进高压油锁紧模具;反之,开模时,在两小杆缸的后杆腔进油,前杆腔的油靠外部液压阀循环至后杆腔,也只需补充小油量便可实现开模。同时,另一组大杆缸随动,前杆腔的油受压通过外部液压阀循环至后杆腔。这样,无需移模油缸也能实现开合模运动,也省去了固定四根拉杆的后支板,机构长度大大减少,是真正意义上的二板式注塑机。

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