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橡胶注射机合模技术剖析 |
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作者：林武 江波 黄娜斌 来源：《中国塑料橡胶》 |
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橡胶注射成型机具有结构紧凑、注射精确度高、节省能耗、物料塑化性能好等优点。该类成型机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。其中合模系统的主要作用是保证成型模具系统的锁紧，开启和闭合，取出制品，并确保以准确的数据动作。
一个比较完善的合模装置应能满足下列三项基本要求：足够而稳定的锁模力；一定的开模行程和变换的动模板移动速度；一定的模板面积和模板间距。能够满足上述三项基本要求的合模装置的结构型式是很多的，下面选取三种具有代表性的结构进行分析和比较。
直压式合模装置
直压式合模装置的液压油缸活塞杆端部直接与动模板连接，靠油缸内压力油来移动和锁紧模具。当油压撤除后，合模力也随之消失。
主要构造型式和特徵分为自吸式、辅助油缸式和增压油缸式三种，分别介绍如下：
（1）自吸式 自吸式合模装置结构如图1所示，下面对其动作原理进行简单介绍。
图1 自吸式合模装置
压力油从快速柱塞的中心管道1进入快速油缸3，由于油缸3的内径较小，因此能实现快速移模。这时主油缸4的内腔出现负压，辅油箱中的压力油通过自吸口8向主油缸4充油，当快速油缸给油结束时，动模板停止移动，充油停止。自吸阀2后退，切断自吸口通道，主油缸进高压油，实现高压、大吨位的锁模。当制品硫化结束后，主油缸高压油进口被切断，自吸阀前行，主油缸回油口进油，实现动模板快速退回。接近终止位置时切换成慢速，与此同时顶出装置7动作，顶出制品。
（2）辅助油缸式 带辅助油缸的合模装置的结构如图2所示，主油缸1的活塞借助两个侧向辅助油缸2实现快速往返运动，最终锁模由主油缸1来进行。这样主油缸1的活塞可做成柱塞形式，主油缸内腔的加工精度可以降低。这类合模装置动作过程与前述大致相同。
图2 带辅助油缸的合模装置
（3）增压油缸式 增压油缸式合模装置是由移模油缸和增压油缸连结而成，其结构原理如图3所示，移模油缸主要完成模具的开闭动作，而大的锁模力主要靠增压油缸产生的高压油作用在合模油缸活塞上来实现。增压油缸的活塞头受压面积和活塞杆断面积的比通称为增压比，该值一般取5左右。
图3 增压式合模装置
综上可见，直压式合模装置具有下述优点：
1 结构简单，制造较为方便；
2 前固定模板和动模板之间的间隔较大，因而能够适应的模具厚度变化范围大，可以制取比较高的制件；
3 动模板可在合模行程的范围内任意停止，便于调整模具。
主要缺点是：
1）由于没有力的扩大机构，因此在合模力较大的情况下，需要较大的缸体直径和较高的油压，前者使机器结构庞大，后者对油路系统精度的要求高；
2）大直径油缸的密封装置难以精确制造，容易发生泄漏现象；
3）开、闭模的速度较慢。
液压机械式合模装置
液压机械式合模装置的原理是通过曲肘连杆机构将合模油缸产生的合模力进行扩大，从而使合模系统承受预紧力（即锁模力），在该预紧力的作用下，两片模具紧密地贴合在一起。
在该机构中，随着曲肘连杆位置的变化，力的扩大率（或合模力）和移模速度也随之变化。由图4可见，在合模初始阶段，模板移动速度快，力的扩大率小，当模板即将闭合时，模板移动速度急剧减小，而力的扩大率激增。
图4 移模速度、合模力和合模行程的关系
最常见的液压机械式合模装置有单曲肘液压机械式合模机构、双曲肘液压机械式合模机构和曲肘撑杆式合模机构三种，现将它们的结构和特徵介绍如下：
（1）单曲肘液压机械式合模机构 单曲肘液压机械式合模机构的机构如图5所示。
图5 单曲肘液压机械式合模机构
它主要由动模板6、拉杆7、单曲肘连杆机构2、合模油缸10、顶出装置3以及调整装置5等组成。当压力油进入合模油缸10的上部时，活塞下移，与它相连接的连杆机构推动动模板前移，当模具的分型面刚贴合时，连杆机构尚未伸成一线排列。如果合模油缸继续升压，强使连杆机构成一线排列，此时合模系统发生弹性变形，从而给予模具以相当大的预紧力，使模具可靠地闭合。
该类合模装置的特点是：结构简单、外形尺寸小、制造容易，但增力倍数较小，一般仅大十倍左右。多应用在锁模力1000kN以下的小型机器上。
（2）双曲肘液压机械式合模机构 双曲肘液压机械式合模机构的结构如图6所示，它的特点是：增力倍数较大，一般能达20倍以上，合模速度快，但是模板行程往往受模板尺寸限制而变得较小。同时，该类机构的构件数和尺寸链较多、结构复杂、制造精度要求较高，因此该类型式合模机构多用在中小型机器上。
图6 双曲肘液压机械式合模机构
3）曲肘撑杆式合模机构 其是利用连杆和撑板的增力和自锁作用而使模具可靠地闭紧。由于非固定铰链的撑板开模时可收藏于后固定模板内，因此该机构可以在不加大机构尺寸的基础上得到较大的模板行程。
该装置特点是行程大、构件少，但对撑板楔面的制造精度和材质要求比较高，否则难以保证合模力的要求。
液压机械式合模装置是由固定的尺寸链节所组成，为了适应加工不同高度的制品要求，就必须考虑模板间距的调整环节，为此，在液压机械式合模装置中常设置有调模装置。
二次动作式合模装置
对注射容积在1000cm3以上的大型注射机，由于所需的合模力和模板行程都较大，因此，如何减轻机器的重量、缩小机器的外形尺寸的矛盾就显得尤为突出。为此在液压机械式和直压式合模装置的基础上，又研制出两次动作式合模装置。
图7为带肘杆机构的两次动作式合模装置，模具的开闭由移模油缸1和曲肘撑杆机构2来实现，最终锁模由稳压油缸3完成。
图7 带曲肘撑杆机构的两次动作式合模装置
两次动作式合模装置的共同特点是：利用一个较小的油缸或曲肘机构实现快速闭模，然后运用一套专用机构（如夹紧螺母，闸板等）将动模板固定，最终获得的锁模力是靠行程短、直径大、油压高的稳定油缸或分设在四根立柱上的串接油缸来提供。
两次动作式合模装置具有速度快、合模力大、重量轻、占地面积小和锁模可靠等优点，因此在大型注射机中得到了广泛的应用。然而由于该类合模装置结构复杂、动作较多、造价高，因此对于中小型注射机不宜采用。
与其他两种合模装置锁模力传递途径相比，两次动作式合模装置的锁模力传递途径较短，承受锁模力的部件较少，故对减轻机器重量，改善各部件的受力状态有一定好处。
另外，由于两次动作式合模装置完成锁模动作的稳压油缸长度短，柱塞行程小，该类合模装置所需的升压时间短，因此整个循环周期可缩短，此外，稳压油缸行程小还能减少泄漏，提高锁模的可靠性。各类合模装置的性能比较可参见表1。
表1 各类合模装置的性能比较
对于大中型橡胶注射机，为适应其制品结构复杂、尺寸偏大的特点一般采用液压式合模装置，新型的合模装置综合了各种液压式合模装置的特点，采用内藏自吸式合模装置与增压油缸式合模装置相结合的型式，因此它兼有两种合模装置型式的优点：第一，可以通过自吸式合模装置来完成在高速合模过程中的液压补给；第二，通过增压油缸产生的高压油作用在合模油缸活塞上来实现大的锁模力，即采用较低的油路系统压力就可以实现大的锁模力，对油路系统密封要求相对较低。
工作原理：合模时，压力油从快速移模缸柱塞的中心管进入，由于快速移模油缸的内径较小，能实现快速移模。与此同时，主油缸出现负压，辅油箱中的压力油通过自吸口向主油缸充油。当快速油缸给油结束时，动模板停止移动，充油停止，自吸阀前移，切断自吸口通道，继而进行增压锁模。
结构特点：由于快速移模缸、增压缸、自吸阀、锁模缸、顶出缸等均埋藏在锁模缸内，因此结构非常紧凑。高压系统仅局限在锁模缸内，对油路系统密封要求相对较低，液压系统仅采用中压即可，节省能耗，可以实现快速、稳定、可靠地锁模，无需设置专门的调模装置，锁模力大小可以直接显示和贮存，这对降低制造成本、方便操作是十分有利的。它可以克服曲肘式锁模装置由于制造和安装的原因产生的锁模角不易调节、锁模力大小不能显示等缺陷。(end)
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(1/9/2008) |
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