0    引言

        电动式立式注塑机以全电驱动方式取代立式注塑机传统的液压驱动方式,杜绝了液压驱动中液压油渗漏造成的环境污染,降低了能耗,节省了冷却液压油耗费的水资源。由于电动式立式注塑机用多个静音效果较好的小功率伺服电机取代了液压立式注塑机的油泵及其大功率驱动电机,至使整机噪音大大降低,减小了噪音污染,工作环境质量得以大大改善。立式注塑机的一个工作循环主要分为以下几个工步:合模→注塑→制品保压补缩→冷却定型→预塑(可在制品冷却定型时同时进行)→开模→制品顶出→取出塑料制品。每个工步间都或多或少地存在着一定的间隔时间,在这些间隔时间内和制品冷却定型时机器并不需要做功,但由于液压驱动中的异步电机不能频繁快速启动,使油泵驱动电机在机器做功和不做功时都要连续运转,造成了能源的浪费。电动立式注塑机的驱动方式是:在工作中各个功率不同的功能电机(合模伺服电机、注射伺服电机、预塑伺服电机、顶出伺服电机、调模电机、射移电机)根据机器的动作情况分别分时驱动,减少了能耗。TOYO公司曾拿该公司的电动立式注塑机和液压立式注塑机作过对比,电动立式注塑机与液压立式注塑机相比,电费减少了2/3,冷却水降低了9/10。因为节电、节水又无需定期更换液压油,使得电动立式注塑机的运营成本比液压立式注塑机低许多。在目前我国日益重视环保和生产可持续发展的前提下,电动式立式注塑机以其绿色环保节能的特点,在国内逐渐得到了推广使用。

        现在的电动立式注塑机的生产制造,主要以日、德2国为主。2004年8月,作者曾到德国的MILACRONFERROMATIC公司进行培训,得知电动立式注塑机是该公司3大主力系列机型之一,销量良好。电动立式注塑机的合模结构和曲肘式液压立式注塑机的结构相似,2者都利用了曲肘机构力的放大原理,它们的主要区别是电动立式注塑机是以伺服电机驱动的丝杠代替了曲肘式液压立式注塑机由液压油驱动的油缸,因而丝杠的安装结构形式(即丝杠如何在机器上布置较理想)也就成为我们要研究的主要课题。

1    电动立式注塑机合模机构的合模滚珠丝杠及其滚珠螺母的几种排布形式及其优缺点

        目前合模滚珠丝杠及其滚珠螺母的安装结构形式主要有3种,现说明如下:

        (1)滚珠螺母和滚珠丝杠安装于合模机构中部,由滚珠螺母带动丝杠运动,即滚珠螺母转动,丝杠只作直线运动。

        滚珠螺母通过轴承和轴承座装配于尾板中心,丝杠直接固定于十字头中心,并通过平键防止丝杠转动。伺服电机驱动滚珠螺母转动,以推动丝杠前后运动,从而带动整个机构运动。

        采用这种结构的优点是:对于现有的液压曲肘机改动较小,设计简便,只需对合模机构尾板上原来用于安装合模油缸的中心孔作适当改动即可。缺点是:因为丝杠需前后运动,尾板后部需给丝杠后伸预留空间,所以比下面介绍的2种结构形式合模部分的长度要长一些,造成机器的占地面积也要增大。

        (2)滚珠丝杠和滚珠螺母安装于合模机构中部,由丝杠带动滚珠螺母运动,即丝杠转动,滚珠螺母只作直线运动。

        滚珠丝杠通过轴承和轴承座装配于尾板中心,滚珠螺母通过螺钉直接固定于十字头中心。伺服电机驱动滚珠丝杠转动推动滚珠螺母前后运动,从而带动整个机构运动。

        采用这种结构的优点是:因丝杠伸入到合模机构中,且只作转动不作前后运动,无需预留丝杠后伸空间,比起第一种结构,合模机构长度较短,占地面积较小。另外,这种结构因为采用了通用的丝杠传动布置形式,所以结构较简单。缺点是:因丝杠伸入到合模机构中,且不与十字头一起前后运动,而液压曲肘机在一般设计时为了适应生产深腔制品的需要会尽量使机器获得最大行程,在机器的结构一定时,会尽量加大曲肘的长度。一般双曲肘回转时2曲肘的最小间隙只有5～10mm,这样若不对原有液压曲肘机的结构进行调整,则开合模时不回退的丝杠会与回转的曲肘发生干涉现象。为了不使丝杠与曲肘干涉,要么以牺牲开模行程为代价减短曲肘的长度,要么以加大模板高度尺寸为代价保持原有的开模行程(当模板的高度尺寸加大时,能在设计时使双曲肘机中的2对称曲肘的位置外移,从而使曲肘的长度保持不变),然而加大模板高度会使模板的受力情况变坏,又相应地增加模板的材料成本。另外采用这种结构的机器在达到最大开模行程时,因顶出机构与不回退的丝杠间空间较小,会使顶出机构的安装空间受到限制,要保证适当的塑料制品顶出行程就得适当加长动模板上曲肘固定座的长度或从动模板的结构上想办法,这样就会使整机的长度又有所加长或增加动模板结构设计的难度。

        (3)2根滚珠丝杠及其滚珠螺母分别安装于合模机构尾板中心2侧不与曲肘干涉的位置处,由2根丝杠同时带动各自的滚珠螺母运动,即丝杠转动,滚珠螺母不转动只作直线运动。

        2根滚珠丝杠通过轴承和轴承座装配于尾板中心2侧不与曲肘干涉的位置处,2个滚珠螺母通过螺钉直接固定于十字头中心2侧与丝杠对应的位置处。伺服电机驱动滚珠丝杠转动推动滚珠螺母前后运动,从而带动整个机构运动。

        采用这种结构的优点是:丝杠避开了与曲肘的干涉部位,原有液压曲肘机的设计不用作大的调整;合模机构有占地面积小,结构相对简单的优点;因为用2根丝杠代替一根丝杠传动动力和运动,可选用较细的丝杠,这对大型的立式注塑机尤为重要,因为大直径滚珠丝杠比小直径滚珠丝杠的加工成本要高很多。缺点是:因为采用了2根丝杠,所以机器的结构要复杂一些。

2    结论

        综上所述,对于已生产过液压曲肘式系列立式注塑机的厂家,在设计电动式产塑机时,选用第一种形式较好,这样可以缩短设计和验证周期;目前日、德生产的中小型电动式立式注塑机中,采用第二种形式的较多;对于大型电动式立式注塑机,设计时选用第三种形式较好。