第二章注射成型设备

第二章注射成型设备第四节合模装置合模装置•2.4合模装置•合模装置是保证成型模具可靠的闭锁开启并取出制品的部件。一个完善的合模装置，应该具备下列三个基本条件:•第一、足够的锁模力，使模具在熔料压力（即模腔压力）作用下，不致有开缝现象发生。•第二、足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸制品的成型要求。•第三、模板有合适的运动速度，应是闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢，以防止模具的碰撞，实现制品的平稳顶出并提高生产能力。合模装置•2.4.1合模装置的组成和分类•1、结构组成：•合模装置主要由固定模板、活动模板、拉杆、油缸、连杆以及模具调整机构、制品顶出机构等组成。•2、分类：•合模装置的种类较多，若按实现锁模力的方式分，则有机械式、液压式和液压--机械组合式三大类。•机械式在新设计中已不采用。因它不很符合工艺的要求，将不予介绍。合模装置•2.4.2液压合模装置•合模装置是依靠液体的压力实现模具的启闭和锁紧作用的。•1、单缸直压式合模装置•模具的启闭和锁紧都是在一个油缸的作用下完成的，这是最简单的合模装置。合模装置•这种合模装置存在一些问题，并不十分符合注射机对合模装置的要求。•合模初期，模具尚未闭合，合模力小；为了缩短循环周期，这时的移模速度应快才好。但因油缸直径甚大，实现高速有一定困难。•合模后期，从模具闭合到锁紧，为防止碰撞，合模速度应该低些，直至为零。锁紧后的模具才需要达到锁模吨位。•这种速度高时力量小，速度为零时力量大的要求，是单缸直压式合模装置难以满足的。合模装置•2、增压式合模装置•合模初期，压力油进入合模油缸，因直径较小，其推力小，却能增大移模速度。•模具闭合后，压力油换向进入增压油缸。利用增压活塞面积差的作用，提高合模油缸内的液体压力。以此满足锁模力的要求。合模装置•增压式合模装置的优点是：在不用高压油泵的情况下提高锁模力。•增压式合模装置的缺点是：油压的增高对液压系统和密封有更高的要求，故增压是有限度的。目前一般增压到20~32MPa，最高可达40~50MPa。•增压式合模装置一般用在中小型注射机上，其合模速度并不十分快，因为实际上合模油缸直径还是较大的。合模装置•3、充液式合模装置•合模时，压力油首先进入小直径移模油缸，实现快速闭模；•合模过程中，锁模缸的活塞随着移动模板前进，因而造成油缸内的负压，充液阀打开，大量的工作油进入锁模油缸。•当模具闭合，锁模油缸接通高压油，使合模力迅速上升到锁模吨位。•开模时，从移模缸的另端进油，由于移模油缸直径小，故能实现快速开模。•如下图所示：合模装置•充液式合模装置示意图：1---锁模油缸；2---移模油缸；3---动模板；4---定模板合模装置•充液式合模装置特点•1）用小直径油缸取得高速，大直径油缸取得较大合模力。•2）可实现较大合模力。•3）体积较大（大油缸直径大）。•4）移模速度（尤其锁模加压速度）慢，油量吞吐量大。•5）其它与其它液压式相同。•6）适应于大中小型合模机构。合模装置•4、特殊液压式•为克服液压油缸用大行程去适应不同模具高度的要求，减小油缸长度，从而减少油液的吞吐量。对其进行如下改进：•A、将合模油缸单独设置在动模板或固定模板上，用机械定位的方式，缩短合模油缸的行程。•B、用大直径短行程缸代替大直径长行程缸。•C、为适应不同厚度的模具，需将定模板（或动模板）的起始位置做相应的调整。合模装置•特殊液压式的形式很多，仅举一例介绍：1---锁模油缸；2---移模油缸；3---定位机构；4---中心立柱合模装置•特殊液压式的特点:•1）所需工作油量小，能耗低；•2）速度快，升压时间短；•3）合模系统刚性大（由于行程缩短）；•4）其结构和油路较复杂；•5）适用于1000t以上的大型注射机。合模装置•5、液压式合模装置的优缺点•1）优点：•固定模板和移动模板间的开距大，能够加工制品的高度范围较大。•移动模板可以在行程范围内任意位置停留，因此，调节模板间的距离十分简便。•调节油压，就能调节锁模力的大小。•锁模力的大小可以直接读出，给操作带来方便。•零件能自润滑，磨损小。•在液压系统中增设各种调节回路，就能方便地实现注射压力、注射速度、合模速度以及锁模力等的调节，以更好地适应加工工艺的要求。合模装置•2）缺点：•液压系统管路甚多，保证没有任何渗漏是困难的，所以锁模力的稳定性差，从而影响制品质量。•管路、阀件等的维修工作量大。•液压合模装置应有防止超行程和只有模具完全合紧的情况下方能进行注射等方面的安全装置。•液压合模装置的优点突出，正日益广泛地被采用。合模装置•6、液压式合模设计中的几个问题：•1）合模力与开模力在取出制品开模的瞬间，由于需克服模腔短时间形成的负压和粘附力，需一定的开模力。开模力的大小一般为合模力的大小的1/10~1/152）移模速度：•移模速度都不会高，看其是否满足设计要求。3）最小模具高度•防止油缸（特别是柱塞缸）超越工作行程，需限定最小模具高度及严禁机器在无模具时运行。4）模板间最大距离•对其无严格限制，不能太大，作无效行程。合模装置•5）升压时间•从闭模终了到升压结束的时间。是由合模装置的机械变形和实际工作液的可压缩性造成的。•由于工作油的抗张系数比钢材的弹性系数小的多，因此，工作液压缩对升压时间的影响最大。•6）油路设计•工作油压力有检测装置（到压注射）•合模系统与注射系统最好分开（防干扰）•密封和噪音合模装置•2.4.3液压---曲肘合模装置•1、液压---单曲肘合模装置合模装置•上图是液压---单曲肘合模装置的一种形式。•当压力油从油缸上部进入时，推动活塞向下，迫使两根连杆伸展为一条直线，从而锁紧模具。•开模时，压力油从油缸下部进入，使连杆曲屈。•油缸用铰链与机架相联，开、闭模过程中，油缸可以摆动。•这种合模装置油缸小，装在机身内部，使机身长度减小。•由于是单臂易使模板受力不均，只适于模板面较小的小型注射机，但模板距离的调整较易。合模装置•2、液压---双曲肘合模装置合模装置•液压---双曲肘合模装置由于是双臂，可以适应较大模板面积，因此中、小型注射机都有采用。•开模时，肘杆收缩在机身后部，使移动模板的行程较大。•调整锁模力时，曲肘双臂必须一致，即使有微小的长度差别，也会造成模板受力不均，从而使模具偏斜。合模装置•3、液压--曲肘合模装置的特点：•1）增力作用•其驱动肘杆的油缸直径较小，单曲肘增力倍数大约为10，双曲肘增力倍数大约为20。增力倍数的大小同肘杆机构的形式、各肘杆的尺寸以及相互位置等有关。•2）自锁作用•撤去油缸推力合模系统仍然处于锁紧状态。•3）运动速度•模板的运动速度从合模开始到终了是变化的。合模开始，速度由零很快到最高速度，以后又逐渐减慢，终止时速度为零，合模力则迅速上升到锁模吨位。这正好符合合模装置要求。同样，开模过程中模板的运动速度也是变化的，但与上述相反。合模装置•4）模板间距、锁模力和合模速度的调节困难，必须设置专门的调模机构，因此不如液压合模装置的适应性大和使用方便，•5）此外，曲肘机构容易磨损，加工精度要求也高。•综上所述，液压合模装置和液压---曲肘合模装置都具有各自的特点，这些特点都是相对的，同时也不是不可改变的。因此，在中小型注射机上，上述各种形式都有应用。不过相对来说，液压--曲肘式多一些；而大中型则相反，液压式采用较多。合模装置•4、液压---曲肘合模装置的特性参数•1）锁模力与活塞推（拉）力•当压力油进入合模油缸，推动活塞前移时，肘杆则推动移动模板进行合模。模具分型面开始闭合时，肘杆机构尚未伸展成一线排列。这时，肘杆、模板和模具并不受压力，拉杆也不受拉力。这个时候肘杆和水平面的夹角α0和β0称为初始角，如图。合模装置•如果合模油缸继续升压，迫使肘杆机构作一线排列，整个合模系统发生弹性变形，使拉杆被拉长，肘杆、模板和模具被压缩，从而产生压应力，使模具可靠地闭锁。•在此过程中，肘杆与水平面的夹角由α0和β0逐渐变小，肘杆成直线排列时，α0=β0=0。此时，如果油缸卸载，锁模力不会随之改变、整个系统处于自锁状态。这是液压--曲肘合模装置和液压合模装置本质的区别。合模装置•拉杆的被拉长和受压零件的被压缩，是在一个系统内，故其变形应该是协调的，按照虎克定律，可以分别求出各变形量。考虑到模板面积和刚度大，略去其压缩变形。应用变形协调方程，经过换算，则锁模力•F—锁模力•E—肘杆、拉杆、模具等材料的弹性模量•L1—为肘杆1的长度•A—形状系数•λ---杆长比(L1/L2)10(1)()2EFLA合模装置•对于已有的机台，各构件的长度、截面积、弹性模量等都是已知常数。因此，锁模力主要取决于α0的大小，即F=f（α），是随α的变化而变化的，绘出曲线，如图所示。•从图看到，不同的初始角α0，其锁模力的大小是不相同的。再者，初始角（或称临界角）α0的度数很小，它的取值稍有变化，就会引起锁模力的巨大变化。因此，初始角的确定是十分重要的。合模装置•经过计算，活塞杆的拉（推）力为：•经过计算还可以得出活塞杆的最大拉（推）力••但这是理论上的，由于制造精度、安装误差和摩擦损耗等方面的影响，实际油缸推力•式中η—效率，一般取0.7~0.8。2010(1)()2EPLA230max10(1)EPLA0maxPP合模装置•2）运动特性•肘杆机构使模板的移动速度是变化的，合模时由零到最快、后慢，到锁紧时再为零，开模时则相反。这就是肘杆机构的运动特性，它正好符合合模装置的要求，所以是肘杆合模机构的突出优点。•3）增力倍数•锁模力与油缸推力之比，称为增力倍数，亦称放大系数。•增力倍数•单曲时机构，其增力倍数一般为10；•双曲时机构，其增力倍数一般为20。合模装置•2.4.4模板距离调节机构•对液压--肘杆合模装置，由于模板行程不能调节，为适应不同厚度模具的要求，前固定模板和移动模板之间的距离（指闭模状态）应能调节。•模板距离的调节机构，还可以调整锁模力。•小型注射机，常用手动调节；对大型注射机，多用电动或液压驱动调节。•现就几种常见的模板距离调节机构，简单介绍如下：合模装置•1、螺纹肘杆调距•调节调距螺母（其内螺纹一端为左旋，另一端为右旋），使肘杆的两段发生轴向位移，改变肘杆的长度，从而达到调节模板距离的目的。•这种形式结构简单，制造容易，调节也方便。但是，螺纹和调节螺母要承受锁模力，因此只适用于小型注射机。合模装置•2、移动合模油缸位置调距•合模油缸外径上有螺纹，并与后固定模板相连接。转动调节手柄，使大螺母转动，合模油缸发生轴向位移，从而使合模机构沿拉杆移动，达到调距的目的。这种结构一般也只用在小型注射机上。合模装置•3、拉杆螺母调距•合模油缸装在后固定模板上，通过调节拉杆螺母，便可调节合模缸的位置。四个螺母调节量必须一致，否则模板会发生歪斜。用手动调节达到四个螺母的调节量完全一致是困难的。为使四个螺母的调节量一致，有的设有联动机构。合模装置•4、动模板间连接大螺母调距•它们有两块移动模板，其间用螺纹连接起来，转动调节螺母，便可改变移动模板的厚度，从而达到调距的目的。•这种形式调节方便，使用较多，但多了一块移动模板，增加了移动部分的重量和机身的长度。合模装置•2.4.5顶出装置•顶出装置是为顶出模内制品而设的，各种合模装置均设有顶出装置。顶出装置可分为机械顶出、液压顶出和气动顶出三种。•1、机械顶出•顶杆固定在机架上，它本身不移动，开模时动模板后退，顶出杆穿过移动模板上的孔而达于模具顶板，将制品顶出。•顶出杆长度可以根据模具的厚薄，通过螺纹调节。•顶杆的数目、位置随合模机构的特点、制品的大小而定。•机械顶出结构简单，但顶出是在开模终了进行的，模具内顶板的复位要在闭模开始以后。合模装置•2、液压顶出•顶出力量、速度和时间都可以通过液压系统调节。•一般小型注射机，若无特殊要求，使用机械顶出较好。较大的注射机，一般同时设有机械顶出和液压顶出，可根据需要选用。•3、气动顶出•是利用压缩空气，通过模具上的微小气孔，直接把制品从型腔内吹出。•此法顶出方便，对制品不留痕迹，特