PAGE 3 注塑机合模机构的设计 摘要：合模装置是保证注塑机的成型模具可靠地闭合、实现注塑机成型模具开闭动作以及顶出已成型产品的部件。注塑机合模装置主要由用来固定模具的前固定模板、移动模板以及连接前后固定模板的拉杆、合模油缸、制品顶出装置等组成。 合模装置是注塑机正常运作的重要组成部分之一，此装置的主要任务是给模具提供足够大的锁模力，使其在注射时，能确保模具可靠地锁紧；与此同时，在规定的时间内能够用稳定的速度开闭模具和顶出成型产品，合模装置的结构和性能影响着成型产品的质量还影响着注塑机的生产效率。本文设计的注塑机合模装置主要由合模机构、调模装置、连杆结构、安全保护设施、顶出装置、拉杆、模板等组成。 关键词：合模机构；连杆；液压 Design of Clamping Mechanism of Injection Molding Machine Abstract:The clamping mechanism is to ensure the mold of the injection molding machine to be closed reliably, to realize the opening and closing action of the molding mold of the injection molding machine and to eject the parts of the molded products. The clamping device of injection molding machine is mainly composed of the front fixed die plate, the moving die plate used to fix the mold, the pull rod connecting the front and rear fixed die plate, the clamping cylinder, the product ejection device, etc. The clamping mechanism is one of the important parts of the normal operation of the injection molding machine. The main task of this device is to provide enough mold locking force for the mold, so that it can ensure that the mold can be locked reliably during injection. At the same time, it can open and close the mold and eject the molded products with a stable speed within a specified time. The structure and performance of the clamping mechanism affect the quality of the molded products It also affects the production efficiency of injection molding machine. The clamping device of injection molding machine designed in this paper is mainly composed of clamping mechanism, adjusting device, connecting rod structure, safety protection device, ejection device, pull rod, template, etc. Keyword: Die closing mechanism; connecting rod; hydraulic PAGE 6 引言 （一）研究目的以及意义 塑料产业是国家经济产业的重要产业部门，也是与塑料处理装置是否进步相关的新的综合性产业系统。因此，近年来塑料制品产业对塑料加工设施的需求慢慢的变大，故塑料机械工业得到了迅速发展。它发展的速度和主要的经济性指标是机械工业的前一百九十四个产业之一。塑料制品加工机械的年生产能力在全球排名第一，约20万套。许多塑料成型装置都是以射出成形机、挤压机、空心吹塑机和辅助装置为中心的键。在注射成型中，注射成形起着重要的作用，该装置也称为注塑机。 随着塑料产业的发展，塑料制品愈来愈普遍地用于所有生活中。今天，在许多尖端的技术和高发达的科技中，塑料制品对每一项产品技术的要求都是超薄的厚度，超轻的重量，超精密的整体尺寸，超高速的生产和加工循环，对高品质模具的良好保护等，更好地描述了成型的过程的高要求。钳子装置是注塑机的最重要的部分。这能够完全满足模具关闭速度、钳位精度和钳位力要求，以满足这一些产品的需求。因此，以传统的液压式、三板式、拉杆式注塑机的合模装置为基础，开发了全电动式、二板式、无拉杆式注塑机.[4] （二）国内外研究现状 自从1950年注塑机出现以来，注塑机锁定装置的结构就在不断地创新，不断地发展。这种类型的锁模装置虽发展地很迅速，但受到既要满足大型锁模力又要高速、节能这一矛盾的限制。全液压式注塑机虽然存在液压油的可压缩性问题，但由于在任何地方都能得到油压，所以模具的受力非常均匀，模具具有高精度的开闭特性、模具不需要调整、不需要加润滑油等，磨损较少，开合模行程较长。1980年代末，广东本土机械（株）开发的四缸差动注塑机是世界上第一台外部循环直压型二板式机器的原型。之后，开发了完全液压式四缸直锁二板式注射成型机。采用独特的模具关闭机制和液压系统，实现模具锁紧力和射出力的自适应性，利用模具定位的自适应性，具有节能、高精度、可靠性、稳定运行等诸多优点，对中国高精密注塑机的开发经过具有重大意义。目前，这种独特的机制已经应用于最新研发的cd-rom注塑机。八十年代末，5铰点斜排列肘杆式注塑机的成功研发，完美地诠释了肘杆式注塑机的优点。二十世纪八十年代，电动注塑机开始起步。近年来，由于伺服电机的快速使用和价格急速下降，电动注塑机快速的普及和发展。Nisin、fanak、东洋机械金属公司、新泻铁工所、住友等注塑机厂商正在开发和生产，但主要厂商仍集中在日本。九十年代初期，由德国主导的欧洲开始了许多新的液压注塑机。其中，作为这种结构的有代表性地产品是二板直压式。由著名的加拿大恩格尔公司开发的第一个成功的Rodless注塑机标志着注塑机开发的新水平。[5] （三）注塑机整机的工作原理 注塑机是利用塑料的热物理性质，将塑料从料斗中添加材料到料筒中，筒外安装有加热圈对材料来加热，熔化材料。料筒内装有螺杆，螺杆由外部安装的电机进行驱动。通过螺杆的旋转，材料沿着螺杆槽向前输送并压紧压实。在输送途中，材料在外部加热圈的加热和螺杆的剪切力的双重影响下逐渐熔化，塑化和均匀化；已熔融的材料在螺杆槽的摩擦力及其剪切力的双重作用下，被推送至在螺杆的头部。同时，由于材料的反作用力，使螺杆后退，从而在螺杆的头部处形成了储存空间，并实现塑化过程。然后，注射油缸通过活塞对螺杆施加推力，将储藏空间内的熔融材料通过喷嘴以高速、高压的形式压入模具的型腔内，熔融材料在模具的型腔中通过保压、冷却并且固化成型后，通过合模机构开启模具，同时使用顶出装置将成品从模具的型腔中顶出。 一般来说，注塑机的工作原理与注射器的工作原理有点相同。在活塞推力的帮助下，将熔化状态的已塑化的塑料注入模具型腔内，在冷却固化后获得产品。在图1中示出了注塑机的操作周期。其中制品在型腔中冷却与螺杆塑化是一起进行的。 闭模 闭模 注射座前进 注射 保压 冷却 启模 制品顶出 螺杆转动 塑化退回 停止塑化 图1 注塑机工作程序框图 二、合模机构的方案设计 （一）合模机构的类型和选择 合模机构是注塑机组成部件中的一个重要部件。其作用是在于实现开闭动作，在模具闭合时产生足够大的系统弹性变形，以满足锁模力，达到锁紧模具的目的。为越来越好的锁进模具，合模机构应该具有以下三个要求： （1）应具备足够的锁模力和系统刚度，防止模具在熔融材料的压力下发生材料溢出的现象。 （2）模板拥有足够的模具安装和开启的空间 （3）移动模具时要满足慢—快—慢的运动特性，实现快速移模和慢速合模。 根据实现锁模力的方法不一样，讨论并比较全液压式，液压机械式和全电动式合模机构的优点和缺点。 1.完全液压式 全液压式合模机构可分为直动式和增压式以及充液式。 直动式合模机构。其特征是通过合模油缸直接完成模具的开闭动作和产生锁模力。合模机构通过液压油作用在活塞上实现合模动作，通过液压油的升压来实现锁模。这个机构不能够满足移模时的运动特性，并且会消耗了很多能量，具有低精度。 增压式合模机构。由模具充液阀、合模油缸、增压油缸和稳压油缸构成。这种合模机构的液压系统和密封件限制了锁模力的大小，只有中小型注塑机适用。 充液式合模机构。这种合模机构模具精度高、模板受力平衡、模具无需调整、无需加润滑油润滑、较少磨损、以及开合模行程长的优点，但这种合模机构易产生内会，造成液体压力上升时间过长、爬行、速度慢、漏油现象、高能耗甚至产生让模，会造成液压冲压，油缸过大，复杂的液压系统，成本高，处理困难 2.液压机械式 液压肘杆式合模机构由肘杆和移模液压缸两个部分串联组成。曲肘连杆机构由液压系统驱动，以实现模具的开闭和锁紧。它能够最终靠肘杆机构的放大作用，实现用非常小的液压缸推力来获得较大的锁模力。在模具的开闭过程中，能够完全满足移模时的运动特性，提高合模速度，节约能源消耗，提高效率。对于相同的输入功率，相比于别的形式的合模机构，肘杆式合模机构的移动速度更好。例如，在相同大小和移动速度下，全液压式的输入功率比肘杆式合模机构的输入功率多约10%～20%。液压肘杆式合模机构虽然是目前最常见的合模机构。但是，这个合模机构仍然油一些缺点如下： 1）结构较为复杂，易磨损，开闭模精度差。 2）加工精度要求非常高。在成型的过程中，若模板的受力不均匀，则制品精度不高。若需要复杂的模具调整结构和润滑系统，开闭模行程较短，销轴在磨损后会受力不均匀，则机器会加速损伤，例如销轴和拉杆损坏，调模螺母会锁紧等等。 3.电动式 电动合模机构是指由电机来提供动力来实现模板移动以此来实现开闭模和锁模的合模机构。全电动肘杆式合模机构式目前使用较广的电动合模机构。全电动合模机构通过采用伺服电机搭配齿形带、滚珠丝杠等替代液压系统，作为驱动肘杆机构的动力部件，以此来实现模具的移动和开闭。装置整体采用伺服马达来实现的模具的调整和制品的顶出。虽然此机构具有节能、高精度控制、高重复精度、高效、环保等优点，但滚珠丝杠会产生新的问题和新的缺点： 1）滚珠丝杆的磨损导致精度降低。 2）制造和装配的要求很高。如果两个精度不够，则额外的径向力会显示在滚珠丝杆上，以加速滚珠丝杆的磨损。 3）若成型的区域比较大时，当肘杆机构未完全伸直时，熔融材料就被射出，那么滚珠丝杠就会受到很大的轴向力，会加速滚珠丝杠的损伤。 4）成本高，特别是电气控制管理系统。在现在的注塑机市场上，需求很低。 表1为液压肘杆式合模机构和全电动肘杆式合模机构的性能对比。综述以上三种类型合模装置的比较和分析，本次设计将采取了液压肘杆式合模机构进行设计。 表1液压肘杆式合模机构与全自动肘杆式合模机构性能对比 全液压 肘杆式 移模速度 速度较慢，在整个移模行程中，速度可设定为常数 速度较快，在整个移模行程中是变化的，并处于较高的速度状态，效率较高 移模力、 锁模力 在整个行程范围内，移模力和锁模力均为常数 与构件的材料、尺寸精度、质量、速度有关，对锁模力有放大作用 对模具适应性 对不同高度的模具易于适应，因施力于模具中心且均匀，模具的常规使用的寿命长 调整要求高，合模力的调整与显示较复杂 系统刚度 合模状态液压刚性较弱，难以产生追加合模力，超载时制品易形成飞边 合模状态机械系统刚性较好，在胀模力作用下，产生追加合模力，允许适量短时间的超载工作 自锁性 不能自锁，一般要继续供应液压油，能耗较大 合模后曲肘连杆进入自锁，液压油可卸掉，节能 噪音 在合模稳压时，易产生流体噪音 开合模时，易产生启动的机械噪音 （二）液压肘杆式合模机构的常见形式和选择 下面将以双曲肘五支铰连杆合模机构进行计算分析，该合模机构主要结构有内翻式和外翻式两种。 1.双曲肘内翻式五支铰连杆机构，如图2所示。 图2双曲肘内翻式 1—合模油缸；2—调模装置；3—后模板；4—连杆机构；5—动模板；6—拉杆；7—前模板 动作原理：闭模时，合模油缸1进油，活塞推动双曲肘连杆机构4带动动模板5及其模具实现闭模运动；当模具相接触时，曲肘连杆仍处于未撑直的状态，在合模油缸1的活塞的推力作用下通过曲肘连杆机构产生力的放大作用，使合模系统发生系统弹性变形，产生锁模力，直至曲肘连杆伸直进入自锁为止。模具接触时连杆未伸直的程度是通过调模装置2与合模油缸1相配合，按工艺所要求的锁模力来调整的。 启模时，双曲肘相对于轴线想内移动，结构较外翻式简单、紧凑，在中小型注塑机中，是比较有代表性的，也是目前应用最为普遍的合模机构。 2.双曲肘外翻式五支铰连杆机构，如图3所示： 图3-双曲肘外翻式 1—合模油缸；2—曲肘连杆机构 动作原理：启闭运动原理和锁模原理与外翻式相同，所不同的是结构特点，在后模板和前模板上的支铰靠近中心布置，启模时双曲肘相对于轴线向外翻转，减小了支铰跨度，增加了动模板的支承刚性，减小了挠度，较适用于大型机。 综上所述，比较双曲肘内、外翻式的特点，结合本此设计的注塑机为小型机，故选择双曲肘内翻式合模机构进行计算分析。 （三）合模机构的参数和尺寸计算 1.合模力的确定 合模力又被叫锁模力，它是合模机构在锁模后，熔融材料注入模具型腔中时，模板对模具最终形成的锁紧力。.液压肘杆式合模机构的锁模力是通过合模油缸1的活塞产生的推力通过双曲肘连杆机构4的传递和放大作用，作用在动模板5上，然后使模具之间产生锁模力。 其具体的原理是，当模具刚接触时，此时还未产生非常明显的弹性变形，由于双曲肘连杆4还没有完全撑直，当在图2中L1与水平线°时，产生曲肘锁模角及连杆角，开始步入锁模状态。此时继续给合模油缸1的活塞施加推力，那么整个合模机构就要发生系统弹性变形，发生变形力。最大变形力是曲肘连杆机构4在撑直后进入自锁状态下发生的，此时锁模状态下的锁模力就等于变形力。当熔融材料以很多压力和流速
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