二板式液压注塑机锁模力能参数及增压回路的研究

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Study of M echanical Parameters and Increased Hydraulic Loop of Die Lockingof the Two Plates Hydraulic Injection MachineLIU Xin。zhao，LIU Junying，XIAO Wang，TANG Jing。dong，HU Xin(School of Machinery Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255000，China)Abstract：The basic structure of the clamping mechanism of twoplate injection molding machine wasintroduced. The mathematical model of mechanical parameters of clamping force was established and it Scharacteristics was analyzed too. The limit value S ranges of the mechanical parameters of clamping force weredetermined. Because the mode locking hydraulic cylinder of clamping mechanism，on the one hand，it waslimited by the overal size of the injection molding machine，on the other hand，it should provide enoughclamping force，the basic form of increased hydraulic loop was given which was easy to realize the lightweight ofthe plastic injection molding machine。

Keywords：Hydraulics；Iincreased Hydraulic Loop；Injection Molding Machine；Clamping Mechanism注塑成型是塑料工业中广泛应用的加工方法 。

1872年美国发明了注塑机 ，现代的注塑机是集机械、液压、电子和控制等多方面技术于-体的机械装备，是塑料制品主要的生产母机，在汽车、家电、通讯和电子等行业中有 80%以上的塑料制品都是采用注塑机制造的。注塑成型的基本工作原理是：将固态的物料经过注塑机构加温塑化后，定量地注人到模具型腔内，型腔内的物料通过冷却固化而得到模塑制品。注塑机主要由合模机构、注塑机构、动力传动系统和控制系统四部分组成，其中合模机构的基本功能是实现模具的迅速且平稳的闭合、模具锁紧、开启和制品顶出。合模机构的性能对注射成型制品的性能影响重大，是注塑机的关键构成单元 J。注塑机合模机构的结构形式有机械曲肘式、液压式、电动式、机液混合式等结构。其中液压式合模机构是 2O世纪90年代以德国为代表的欧洲厂家推出的-类合模机构。

液压式合模机构按照模板的数量分为三板式和二板式。二板式合模机构主要有复合型和直压型两类 J，均有调尼构 J。注塑机液压系统的技术水平是整机技术水平的重要标志 。

1 二板式液压注塑机合模机构合模技术是实现注塑工艺的关键环节，合模力(锁模力)是注塑机的-个主要技术参数 。对液压式合模机构的基本要求如下： (1)提供满足注塑要求、保证模板锁紧的合模力，以获得足够的强度及系统刚性，从而保证注塑工件的精度和质量； (2)能够提供快速、平稳、低噪声等优异特性的模板运动。

典型的两板式液压注塑机合模机构的组成如图 1所示 j，模具 7分别安装在动模板 3和固定模板 6上，通过移模油缸 4驱动动模板 3移动，实现注塑模具7的闭合和开启。这种结构轴向尺寸小，占用空间通讯作者 ljy58###163.com作者简介：刘军营，男，1958年生，教授，博士，主要从事机械设计与制造 、专用设备与液压系统的设计与研究工作。

第 41卷第 7期 刘新钊，等 ：二板式液压注塑机锁模力能参数及增压回路的研究 ·57·体积小，结构紧凑，质量轻，运动惯性小，动作灵活，耗能少。基本工作过程是：首先，移模油缸4驱动动模板 3移动，实现模具分型面的接触，完成模具7的闭合；然后闸瓦油缸9动作，驱动哈呋闸瓦2抱紧拉杆 1，固定了动模板相对拉杆的位置，完成了合模工序；在注塑过程中，液体塑料在较大压力作用下充型，对模具作用着非常大的推力，整个推力通过拉杆闭合，拉杆和模具的弹性变形会使液体塑料沿着模具的分型面溢出，形成飞边，造成材料浪费，同时降低了注塑件的精度。

锁模油缸 5的设立就是为了让拉杆产生-定的预紧力，提高拉杆和模具接合面的刚度，消除拉杆和模具的变形，进而达到提高注塑件精度的目的。

图 1 两板式液压注塑机合模机构基本结构Fig 1 Basic structure of Clamping mechanism of hydraulicinjection molding machine of two board type1-拉杆 ；2-哈呋闸瓦；3-动模板；g-移模油缸；5-锁模油缸；6-固定模板；7-模具 ；8-导轨；9-闸瓦油缸2 建立合模力能参数数学模型当锁模油缸的左腔接压力油路、右腔接回油路时，就使拉杆产生-定的预拉力，所有拉杆的预拉力之和就是锁模力，锁模力实际上是为克服拉杆和合模机构弹性变形而施加在模具分型面上接触压力。锁模力 F的下限临界数值为：FP A (1)式中，P -模具型腔内的注塑压力；A -注塑件在分型面上的投影面积。

注射过程流体塑料处于紊态流动，模具内任意处的瞬时注塑压力 P i可以根据伯努利方程求出：P P- 号( 2)h (2)式中，P。-注射压力；P-流体塑料袋密度； -注射速度； ：-模具内指定处流体塑料的流速；h -考虑流体塑料的黏性产生的内摩擦力，模具内流道形状及尺寸变化使流体产生的扰动等所产生的能量损失。

注射结束时，注射速度为零，由式 (2)可以得出模具胸腔内的压力基本等于注射压力。

为了保证注塑件的精度，考虑到模具和合模机构的刚度，实际锁模力必须大于下限临界锁模力。另-方面模具和拉杆的变形直接影响塑料制品的尺寸精度，考虑到模具材料的机械性能，得出锁模力的上限数值，即同时满足公式 (3)。

Em (3)式中，S -模具分型面接触面积；E -模具材料的弹性模量；[ ] -模具的许可应变。

模具的许可应变是个变量，应根据塑料制品的尺寸和精度数值确定，-般而言，许可应变随注塑制品的壁厚变化。-些精密注塑件的尺寸精度达到 0.01～ 0.001 mm的范围，模具的许可应变所造成的误差应该不大于注塑件公差的 1/3。

综合式 (1)和式 (3)，实际锁模力 F (工艺锁模力)应该满足式 (4)：P A ≤F≤S E s (4)在同批次塑料件的注射过程中，工艺参数影响着最终产品的质量 9 J，锁模力是非常重要的工艺参数，锁模力还应该满足锁模重复精度要求，既锁模力实际值与设定值之间的重复误差均值，以保证同-批次塑料制品的重复精度。

3 液压锁模回路二板式结构的大多数应用在中大型注塑机 J，锁模油缸不需要大的行程，理论上只要满足拉杆和模具产生的许可变形量即可，许多锁模液压缸的行程设计在 20 mm或30 mm内。由图1可看出，锁模油缸是利用油缸的有杆腔产生的拉力工作的。选择低的锁模油缸压力利用密封，利用避免油液泄露和污染环境。但这样会使锁模液压缸的径向尺寸增大，导致注塑机整体尺寸比较庞大。通过提高液压系统的锁模压力，可以使得注塑机结构的紧凑。

- 般注塑机的液压系统由-个泵站及主油路系统和各分支油路构成，泵站由-个或者数个油泵组成。

综合分析液压系统压力与注塑机结构和使用之间的复杂关系，泵站的输出压力大都在 20 MPa以下，大多数液压注塑机主系统的实际压力设计在 11～17.5MPa。为了满足对注塑机性能和整体结构的优化追求，旧能减小锁模液压缸的尺寸，对锁模液压缸，需采用比其它液压支路更高的压力，最高可达 35～40 MPa。综合考虑目前密封件和液压缸的制造水平，锁模液压缸回路的压力应该在 35 MPa以下。相对注· 58· 塑 料 工 业 2013正塑机的主油路，就必须有单独的高压回路以满足锁模动作的要求。液压锁模回路-方面应该保证可靠锁模；另-方面，还要满足锁模重复精度的要求；再次调节方便，满足不同壁厚注塑件的锁模要求。锁模高压回路有以下几类种形式。

3.1 设置单独液压锁模回路设置单独锁模高压回路可以避免与主液压系统干涉，锁模回路系统的压力能够根据锁模力的要求进行单独调节，从而使其既满足工作需求，又可以减少的发热量和功率损耗。由于锁模过程就是-个保压过程，流量非常小，主要是弥补回路和或者执行件的内部泄漏，所以锁模 回路的液压泵要选用是高压小流量泵。

图2 比例阀式调压回路Fig 2 Proportional valve pressure regulating circuit1-液压泵；2-比例溢流阀单独的锁模回路通过溢流阀控制锁模系统的工作压力保持恒定并或限制其最大值，以便与注塑件要求锁模力的对应压力相适应。有两种形式： (1)采取定量泵的回路，回路中的最高工作压力利用溢流阀调节，泵在设定的恒定压力下工作，这种回路能力损失较大，但成本低廉，可以用在小型注塑件上； (2)采取变量泵的回路，回路中用溢流阀作为安全阀来限制系统的最大工作压力，防止系统过载。

图2所示为采用比例溢流阀的定量泵多级调压锁模回路，调节比例溢流阀2的输入信号电流 ，，就可以调节锁模回路的设定压力，这种多级调压回路所用的液压元件少，油路简单，可以方便地实现集成化远距离 自动控制和连续地按比例进行压力调节，压力上升和下降的时间均可以通过改变输人信号加以调节，使压力转换过程平稳。图中的比例溢流阀也可以换成电磁卸荷溢流阀，或者定量泵换成变量泵。这种回路适合锁模力变化的注塑机。

3.2 采用增压方式的锁模回路这种形式的锁模回路与注塑件主油路共用-个泵站，图3是采用-个单作用增压器的锁模回路，增压器4由-个活塞腔和-个柱塞腔串联组成，低压油进入活塞缸的左腔，推动活塞并带动柱塞右移，柱塞腔内排出的高压油通过单向阀进入锁模系统。换向阀3反向运动时，活塞带动柱塞退回，补油箱 6的油液通过单向阀5向柱塞腔内注油。这种回路的增压倍数等于增压器中活塞面积和柱塞面积之比，增压后的输出压力受主油路影响，调节范围窄。这种形式的锁模回路适合锁模力大、但允许锁模力波动小的注塑机。

统图3 单作用增压器增压回路Fig 3 Pressuring circuit of single acting booster1-主泵站；2-溢流阀；3-换向阀；4-增压器；5-单向阀；6-补油箱图4 双作用增压器增压回路Fig 4 Pressuring circuit of double acting booster1-换向阀；2-单向阀；3-双作用增压器；4-蓄能器图4是采用双作用增压器的增压回路，增压器 3由二个活塞腔和二个柱塞腔串联组成。在增压回路中采用双作用增压器，可使锁模液压缸连续获得高压油。为了连续供给高压油，换向阀1采用电磁或液动自动换向阀，在图示位置时，压力油进人双作用增压器 3的左腔，同时进入其左侧的柱塞腔，共同推动活塞右移，右侧的柱塞腔输出增压油；当换向阀1换向时，压力油进入双作用增压器的右腔，同时进入其右侧的柱塞腔，共同推动活塞左移，左侧柱塞腔输出增压油。如此过程反复进行，增压器不断地输出增压油，输出的增压油通过单向阀进入锁模系统，图4中的蓄能器起到稳定压力的作用。这种回路适合锁模力大、对锁模力平稳性要求高的注塑机。

第 41卷第 7期 刘新钊，等：二板式液压注塑机锁模力能参数及增压回路的研究 。59·图3的回路中也可在单向阀后的高压端设置蓄能器以改善高压压力波动的现象，提高锁模过程的稳定性。在图3和图4的高压油路中带有压力传感器以检测压力，当压力达到设定值时，增压器停止工作，这样可以更加节能。采用增压器增压的回路形式与注塑机的液压主系统共用-个泵站，简化了泵站结构。

4 嗅两板式液压注塑机是-类技术先进、结构合理、有广阔应用前途的注塑设备，占地空间，造价低，设备成型精度高，是精密注塑机的发展方向 ￠绍了二板注塑机合模机构的典型结构，建立了锁模力能参数的数学模型，分析了锁模力的特性，确定了锁模力能参数的取值极限范围。合模机构中的锁模液压缸对设备整体性能的发挥和提高有决定性作用，给出了高压锁模回路基本油路形式，对锁模油缸采用单独的高压回路供油即可减小锁模油缸径向尺寸，实现注塑机 自身轻量化，又利于提高注塑件的质量。锁模高压回路即可采用单独的油泵供油，也可采用与主系统共用泵站供油然后再增压的回路。