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1背景
合模裝置一般主要由前、后固定模板、移動(dòng)模板、拉桿及動(dòng)模板驅(qū)動(dòng)裝置等組成，它是注塑機(jī)合模系統(tǒng)的主要組成部件。注塑機(jī)合模裝置通常按其工作原理可分為機(jī)械式、液壓式和液壓-機(jī)械組合式三種類(lèi)型。
注塑機(jī)合模技術(shù)是注塑工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其合模機(jī)構(gòu)是注塑機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備。自1956年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)現(xiàn)代意義上的注塑機(jī)開(kāi)始,合模機(jī)構(gòu)作為最重要的單元伴隨著注塑機(jī)不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代末陸續(xù)出現(xiàn)了曲肘式、單缸充液式等結(jié)構(gòu),80年代五點(diǎn)雙曲肘式結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)更是合模機(jī)構(gòu)的重大進(jìn)展,90年代以德國(guó)為代表的歐洲廠家推出了許多新的全液壓式合模機(jī)構(gòu),其中二板復(fù)合式是其典型代表,日本廠家則將重點(diǎn)放在了全電動(dòng)式注塑機(jī)上,并取得了相當(dāng)大的成果。由加拿大Engel公司推出的無(wú)拉桿式結(jié)構(gòu)及德國(guó)Krauss Maffei公司推出的電動(dòng)Z形結(jié)構(gòu)，表明合模機(jī)構(gòu)依然在創(chuàng)新中不斷前進(jìn)。但是對(duì)于注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)的分析研究,無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外所涉及的文獻(xiàn)資料均較少,因此在合模機(jī)構(gòu)方面的研究仍然有許多工作可以做。
良好的合模技術(shù)保證了在合模過(guò)程中模板平穩(wěn)迅速啟閉。因此良好的合模機(jī)構(gòu)需要滿足以下基本要求：
（1）能夠提供足夠的合模力,這是合模機(jī)構(gòu)的功能要求。足夠大的合模力能夠保證模板鎖緊,避免模腔內(nèi)熔料在壓力作用下打開(kāi)模具而影響制品品質(zhì);
（2）能夠提供足夠的模板強(qiáng)度及系統(tǒng)剛性,這是合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求。足夠的模板強(qiáng)度及系統(tǒng)剛性能夠保證在反復(fù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中合模部件不致因頻繁受力而引起變形或損壞;
（3）能夠提供高速、平穩(wěn)、低噪聲等優(yōu)異特性的模板運(yùn)動(dòng),這是合模機(jī)構(gòu)的性能要求。高速意味著高生產(chǎn)率,平穩(wěn)及低噪聲意味著避免合模動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)
2合模機(jī)簡(jiǎn)介
合模裝置主要由模板、拉桿、肘桿、制品頂出裝置和安全門(mén)、調(diào)模裝置等組成。模板的作用是固定模具和作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的定位基準(zhǔn)，主要由后模板、動(dòng)模板、前模板組成，三者以拉桿相連，模具固定在動(dòng)模板與前模板上。前模板固定于床身上，動(dòng)模板則在床身導(dǎo)軌上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，調(diào)模時(shí)后模板在床身上滑動(dòng)。
合模機(jī)構(gòu)是保證模具可靠閉緊和實(shí)現(xiàn)模具啟閉動(dòng)作的部件。一個(gè)好的合模機(jī)構(gòu)必須具備如下三方面的特性：
1、能提供足夠的合緊模具力，保證模具在熔料的壓力下，不產(chǎn)生開(kāi)縫溢料現(xiàn)象。因?yàn)樵谧⑸鋾r(shí)，進(jìn)入膜腔的熔料還具有一定的壓力，這就要求合模裝置給予模具足夠的合緊力，以防止在熔料的壓力下模具被打開(kāi)，而導(dǎo)致制品溢邊或使制品精度下降；
2、足夠的安裝模具的空間及開(kāi)啟模具的行程；
3、快速的移模速度及較慢的合緊模具速度，移模時(shí)要具備慢—快—慢的運(yùn)動(dòng)特性。保證在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，有效地保護(hù)模具。
合模機(jī)構(gòu)種類(lèi)較多，各種不同的合模機(jī)構(gòu)其運(yùn)動(dòng)特性的側(cè)重點(diǎn)也不同。根據(jù)油液油缸的分布以及肘桿結(jié)構(gòu)的不同，合模機(jī)構(gòu)可分為很多種不同的結(jié)構(gòu)，使用較廣泛的合模機(jī)構(gòu)主要有油壓直壓式、油壓肘桿式和電動(dòng)肘桿式。油壓直壓式合模機(jī)構(gòu)直接通過(guò)鎖模油缸的推力或拉力來(lái)鎖緊模具，鎖模力與油缸作用力相等。這種合模結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有：
1、由于高壓合模油缸處于模板中間，所以不會(huì)出現(xiàn)由于模板彎曲而引起的制品飛邊；
2、開(kāi)模行程大且開(kāi)模力穩(wěn)定，可以成型深孔制品；
3、由于閘門(mén)板旋轉(zhuǎn)及其動(dòng)作切換以及高壓開(kāi)模油缸與移模油缸在開(kāi)模時(shí)的動(dòng)作切換耗時(shí)較多，難以實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)閉模循環(huán)。
油壓肘桿式合模機(jī)構(gòu)由合模油缸推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，再通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)的力放大作用推動(dòng)模板運(yùn)動(dòng)和合緊模具。油壓肘桿式合模機(jī)構(gòu)主要分為五點(diǎn)斜排式和四點(diǎn)斜排式兩種結(jié)構(gòu)，是較成熟的合模結(jié)構(gòu)。在移模中，連桿機(jī)構(gòu)具有較大的行程比系數(shù)（即行程放大倍數(shù)）和較小的力的放大倍數(shù)，在模具即將合緊時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)力的擴(kuò)大倍數(shù)急劇增大，而行程比系數(shù)減少，這樣，即使用一個(gè)較小較短的合模推力油缸，也能達(dá)到較大的合模力和移模行程。在油壓肘桿式合模
機(jī)構(gòu)中，油壓驅(qū)動(dòng)不可避免的存在浪費(fèi)能源、污染環(huán)境、噪音大等缺點(diǎn)，而且由于聯(lián)結(jié)連桿的銷(xiāo)軸需要在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)承受較大的表面壓力和剪切力，所以對(duì)其材質(zhì)、強(qiáng)度、表面硬度以及潤(rùn)滑性能都有較高要求。相對(duì)于油壓直壓式合模裝置，油壓肘桿式具有速度快、變速平穩(wěn)、節(jié)省電力、超載性能好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有調(diào)模較復(fù)雜、合模力重復(fù)精度不高、對(duì)模具平行度要求較高等局限。電動(dòng)肘桿式合模機(jī)構(gòu)與油壓肘桿式工作原理及特性相似，與油壓肘桿式相比，電動(dòng)肘桿式由于動(dòng)力裝置全部用電馬達(dá)，所以具有節(jié)約能源、凈化環(huán)境和噪音較低等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)由于電動(dòng)肘桿式注塑機(jī)是用滾珠絲杠傳遞動(dòng)力的，滾珠絲杠的磨損必然會(huì)影響到機(jī)器的性能，所以壽命較低，成本較高。
多數(shù)注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)都是油壓肘桿式，而液壓系統(tǒng)不但能量損耗大，而且噪音大，油路存在滲漏問(wèn)題，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，維護(hù)費(fèi)用高。電動(dòng)式合模機(jī)構(gòu)以其相對(duì)于液壓式的節(jié)能、環(huán)保、控制精度高等優(yōu)勢(shì)正逐步蓬勃發(fā)展起來(lái)。
3分類(lèi)
世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、具有代表性的合模機(jī)構(gòu)主要有曲肘式、全液壓直壓式、無(wú)拉桿式以及二板式。
曲肘式
五點(diǎn)雙曲肘內(nèi)翻式。五點(diǎn)雙曲肘內(nèi)翻式結(jié)構(gòu)具有低成本、低維護(hù)、剛性及運(yùn)動(dòng)特性好等顯著特點(diǎn),成為注塑機(jī)中應(yīng)用較為廣泛的合模機(jī)構(gòu)。
五點(diǎn)雙曲肘內(nèi)翻式在注塑機(jī)中得到較為普遍的應(yīng)用,原因是其充分體現(xiàn)了肘桿機(jī)構(gòu)的3個(gè)顯著特點(diǎn):（1）曲肘連桿機(jī)構(gòu)力的放大功能;（2）曲肘連桿改善運(yùn)動(dòng)特性功能;（3）曲肘連桿自鎖功能。但曲肘式合模機(jī)構(gòu)也有許多缺點(diǎn),如由于采用拉桿形變進(jìn)行鎖模,因此鎖模力不穩(wěn)定、鉸鏈較多易磨損、調(diào)模困難、開(kāi)模沖擊大、機(jī)身龐大等。
電動(dòng)曲肘連桿式。20世紀(jì)80年代末推出了采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的全電動(dòng)式注塑機(jī),電動(dòng)式合模機(jī)構(gòu)隨之一起發(fā)展起來(lái)。相比于液壓式,電動(dòng)式具有節(jié)能、降低噪聲、清潔環(huán)保、高精度、速度控制范圍寬、響應(yīng)性好等特點(diǎn),使其在能源日益匱乏、生態(tài)環(huán)境日益惡化及對(duì)塑料制品要求越來(lái)越高的今天迅速成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。
電動(dòng)式合模機(jī)構(gòu)主要采用五點(diǎn)雙曲肘內(nèi)翻式結(jié)構(gòu),依然屬于動(dòng)力源-機(jī)械式結(jié)構(gòu),不同之處在于其動(dòng)力源采用伺服電機(jī)及滾珠絲桿代替液壓油缸驅(qū)動(dòng)肘桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板運(yùn)動(dòng)。由于其采用的依然是五點(diǎn)雙曲肘合模機(jī)構(gòu),相應(yīng)地保留了肘桿式機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),并且又出現(xiàn)滾珠絲桿易磨損導(dǎo)致合模精度下降、伺服電機(jī)超載、價(jià)格成本較高等新問(wèn)題。
全液壓直壓式
充液式是全液壓直壓式的典型應(yīng)用,又稱(chēng)增速式。一般是由一個(gè)大活塞式油缸（鎖模油缸）和一個(gè)小作用油缸（快速移模油缸）組成。以小直徑油缸實(shí)現(xiàn)快速移模,以大直徑油缸獲得所需合模力,而在快速移模過(guò)程中,合模油缸能自動(dòng)充液。
這種機(jī)構(gòu)的原理是在油壓一定的情況下,以直徑大小不同的主輔油缸分別滿足較大的合模力和較快的移模速度的要求。此機(jī)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)較快的移模速度,達(dá)到相當(dāng)大的合模力,因而在大中小型注塑機(jī)上均有使用。但這種機(jī)構(gòu)缸體長(zhǎng)、直徑大,因此機(jī)構(gòu)笨重、用油量大,能耗也高。
無(wú)拉桿式
無(wú)拉桿式于1990年一推出便引起了人們的關(guān)注，它打破傳統(tǒng)的四拉桿機(jī)構(gòu)的合模力學(xué)形變概念,取消拉桿而利用基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)進(jìn)行力的傳遞,因此其設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是堅(jiān)固的基礎(chǔ)架構(gòu),如圖6所示。無(wú)拉桿式采用穩(wěn)定的C字形結(jié)構(gòu)體,通過(guò)計(jì)算其結(jié)構(gòu)體的有效截面是相同體積情況下普通四拉桿截面積之和的10倍,因此系統(tǒng)的剛性更好,產(chǎn)生的彈性變形更小。
相比于有拉桿式合模機(jī)構(gòu),無(wú)拉桿式具有以下特點(diǎn):（1）定模板直接固定在C形架構(gòu)上,很大程度上擴(kuò)展了接觸面積,降低了模板的撓度,保證模板的平行度;（2）沒(méi)有了4根拉桿的限制,模具的安裝和拆卸變得極為便利,模具可以自由地向上以及兩個(gè)側(cè)面移動(dòng),模板的面積可以得到充分利用;（3）對(duì)于多組分注射,安裝多臺(tái)注射單元非常方便,垂直式、水平式以及交叉式注射容易安裝實(shí)現(xiàn);并且易于插裝一些外圍自動(dòng)化設(shè)備,提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和集成化程度。
對(duì)于無(wú)拉桿式合模機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),有采用液壓缸作為驅(qū)動(dòng)源，從整體結(jié)構(gòu)上可以看出,由快速移模油缸進(jìn)行移模,合模油缸進(jìn)行直壓鎖模;也有采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源,Engle公司的技術(shù)人員將較新興起的電動(dòng)技術(shù)與無(wú)拉桿技術(shù)結(jié)合,設(shè)計(jì)了高精密度以及高能源利用率的電動(dòng)無(wú)拉桿式合模機(jī)構(gòu)。
二板復(fù)合式
20世紀(jì)90年代初,歐洲廠商推出了許多新的全液壓式注塑機(jī),其中以二板復(fù)合式較具代表。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:有前模板、動(dòng)模板,無(wú)后模板,鎖模力直接作用于兩模板上。其合模動(dòng)作一般依靠小直徑油缸進(jìn)行快速移模,到達(dá)*位置后產(chǎn)生抱桿動(dòng)作,然后裝換到大直徑油缸進(jìn)行鎖模。其動(dòng)作共同點(diǎn)是在穩(wěn)壓前均會(huì)對(duì)動(dòng)模板有一個(gè)止退的鎖緊程序,由一個(gè)定位鎖緊結(jié)構(gòu)來(lái)完成。
二板復(fù)合式合模機(jī)構(gòu)按穩(wěn)壓缸數(shù)量、位置及拉桿鎖緊方式有多種不同形式相比于肘桿式合模機(jī)構(gòu),二板復(fù)合式具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）機(jī)器容量大,特別適合大型注塑機(jī);（2）受力狀況理想。運(yùn)動(dòng)副不受合模力,磨損很小;機(jī)器沒(méi)有關(guān)節(jié)摩擦副,所以避免了關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑和磨損問(wèn)題;（3）合模機(jī)構(gòu)剛性好。二板式注塑機(jī)由于無(wú)需靠拉桿變形提供鎖模力,拉桿直徑可以粗很多,并且長(zhǎng)度只有二板與頭板的距離,鎖模封閉力線短;（4）與同噸位機(jī)型相比,整機(jī)的長(zhǎng)度短,結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔,所需空間和占地空間小。
二板復(fù)合式合模機(jī)構(gòu)由于動(dòng)模板運(yùn)動(dòng)時(shí)只是沿著底座,不再受肘桿或液壓缸的支撐,也意味著導(dǎo)桿處于懸浮狀態(tài),因此怎樣保證模板的對(duì)準(zhǔn)是其較大問(wèn)題,并且鎖模力由4個(gè)油缸提供,當(dāng)4個(gè)鎖模油缸施加的力不均衡時(shí)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)板傾斜。
4關(guān)鍵技術(shù)
合模機(jī)構(gòu)必須能提供足夠大的合模力，以防止制品溢邊，因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮合模過(guò)程力放大的作用。另一方面，注塑機(jī)是一種間歇式工作的設(shè)備，前人的研究已經(jīng)意識(shí)到它的成型周期是決定注塑機(jī)生產(chǎn)效率的重要因素，而合模過(guò)程通常占用了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此，提高開(kāi)合模過(guò)程中的速度，是提高注塑機(jī)效率行之有效的方法，但是當(dāng)模具接近閉合時(shí)，過(guò)快的合模速度可能導(dǎo)致模具損壞。由此可以看出，對(duì)于注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)可分為三個(gè)過(guò)程：快速合模——提高效率；低速合模——保護(hù)模具；高壓鎖模——實(shí)現(xiàn)力的放大。
在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析時(shí)，由于合模機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)十分復(fù)雜，考慮所有因素的影響是十分困難的，這就需要找出影響精度的主要因素，忽略次要因素，對(duì)整體結(jié)構(gòu)做出必要的簡(jiǎn)化，以使分析順利進(jìn)行。
參考資料
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