注塑機液壓系統降低油液污染的方法

摘 要：歸納了幾種引起液壓油變質的原因及其特點，闡述了變質液壓油對機器各部件性能的影響，提出了液壓系統設計過程中如何降低油液污染的方法。

關鍵詞：注塑機；液壓系統；油污；設計研發

引言

隨著工業的高速發展及人民生活水平的提高，越來越多的工業、民用產品需要注塑機來成型。高強度的現代化工業生產對注塑機的工作強度與精度要求越來越高。以液壓油作為工作介質的注塑機仍然占據著主要市場。在實際的生產中，注塑機液壓系統的故障，70%-80%是有液壓介質污染引起的。在液壓系統研發過程中，如何更好的避免油液污染，仍然是一個很難解決的問題。

1 注塑機液壓系統中的污染物

液壓油液污染物的來源主要有兩大類：外界侵入的污染物和工作過程中產生的污染物。前者又分來自運輸過程中的污染物、組裝時殘留的污染物（切削、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、鐵銹等）及從周圍環境混入的污染物（空氣、塵埃、水滴等）；后者主要指工作時相對運動磨損產生的污染物和液壓油物理化學性質變化時產生的污染物，包括金屬微粒、銹斑、涂料剝離片、密封材料剝離片、水分、氣泡及油液變質后產生的膠狀物。[1]

1.1 水

注塑機在生產過程中需要大量的水對模具、料筒、油冷卻器進行冷卻。冷卻水有可能滲透到液壓油中。其次在液壓油的循環過程中，油箱內的油液會周期性的升高、降低。在此過程中會吸入外界含水的空氣。由于礦物油具有吸水性，不可避免的將水中的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等對金屬有腐蝕作用的物質摻雜在液壓油中。

1.2 金屬污染物

油液中的金屬污染物主要有兩個來源：一是系統中各個液壓元件在加工過程中產生的金屬殘留物；二是液壓元件及執行元件在工作過程中產生的磨損物[2]。另外流體的氣穴現象也會導致油液中金屬污染物的增加。在流動的液體中，由于壓力降低而產生氣泡的現象，稱為氣穴現象。在液壓系統的節流孔、閥口等處，油液從小孔或縫隙流出時，常常可能發生氣穴現象。氣穴產生后，油液的流動特性變壞，特別是當帶有氣泡的液壓油被帶到下游高壓區域時，氣穴的體積將急劇縮小或潰滅，產生局部真空，其周圍的液體將以高速流向原來氣穴占有的空間，這一過程都在瞬間完成，從而產生局部液壓沖擊，使局部壓力和溫度迅速升高，引起強烈的振動和噪聲，高溫除了使油液氧化變質，還會使金屬產生疲勞，并對其產生化學腐蝕作用，因而使元件表面受到腐蝕，邊壁剝落破壞，或出現海綿狀小洞穴。節流口下游部位常可發現這種腐蝕的痕跡，這種現象稱為氣蝕。

2 油液污染對注塑機的影響

液壓油在系統中不但起到工作介質的作用，也兼具潤滑液壓元件的作用。水分污染使油乳化，降低油的粘度和潤滑性能。使得油泵泄露增加，磨損加劇，系統供油壓力、流量不足，而造成供油回路中執行元件出現爬行，導致液壓系統產生很大的液壓沖擊，引起液壓軟管爆裂，多路換向閥、液壓泵及馬達的損壞。

另外，油液中的金屬顆粒與水不斷氧化生成氧化物，加劇了油液的污染。在水、粉塵、氧化物、金屬磨損物等混合物的作用下，能夠使油液便稠，流動性差，而使油液的抗剪切能力下降，急劇縮短了液壓油的使用壽命。

就注塑機而言，表現在以下幾個方面：（1）注射壓力不穩定，保壓效果不好；（2）慢速開合模時容易出現爬行現象；（3）經常發生液壓閥卡死現象；（4）油冷卻器堵塞，油溫偏高；（5）動力不足，達不到預設壓力

3 降低油液污染的方法

3.1 油箱結構及工藝的改進

隨著大型鈑金折彎機的發展，原來由鐵板拼焊的油箱結構可以由幾塊折彎后的鈑金拼接（圖1）。不但減少了近50%的焊接量，還減少了因虛焊造成的滲水問題。另外可以適當的改善油箱的結構，達到防止漏水的目的（圖2）。在機械結構允許的情況下，盡量將油箱設計成可從機架上拆卸的安裝方式。可在油箱呼吸孔上裝高效的空氣濾清器或采用密封油箱，防止塵土、磨料和冷卻物的侵入。油箱內部的防銹處理也相當重要。

3.2 油管路與水路的合理布局

注塑機在生產過程中需要大量的水對模具、料筒、油冷卻器進行冷卻。在模具更換、料筒更換、冷卻器清洗等過程中，不可避免的會有水流到油箱、管道、液壓閥等部件上。在水路的布局時盡量避免過多的水飛濺到液壓系統部件上。如果由于機械空間結構不允許，需要在液壓系統或是水路上做一些防護裝置。

3.3 油缸

在油缸及其部件設計過程中，材料的選擇很重要。除了要保證機械強度，最好選擇抗氣蝕能力強的材料。

采用轉盤式氣蝕試驗臺對幾種目前注塑機上常用的油缸部件材料進行試驗。試驗表明，鑄鐵和鑄鋼的抗氣蝕性能有明顯的差別。

鑄鐵中存在大量的石墨，微觀下相當于預置了缺陷。氣蝕空泡潰滅時產生的沖擊力的作用范圍為1-25um內，這對于直徑為50-80um的球狀石墨和更大的片狀石墨來說相當于集中應力，且遠遠大于石墨的強度，因此石墨很快就會被掏成空洞。空洞邊緣缺乏足夠的支撐，在氣蝕的不斷打擊下，產生疲勞而剝落。如QT600-3和碳素鑄鋼和低合金鑄鋼相比，強度并不低，但抗氣蝕性能卻差很多。如果考慮到其他因素一定要用石墨鑄鐵，應該對其進行球化，以改善鑄鐵的抗氣蝕性能。大量的試驗表明，具有均勻低碳馬氏體組織的材料具有較好的抗氣蝕性能。[3]

在油缸的其他部件設計時要考慮防塵結構，比如在活塞桿末端裝防塵密封圈。

另外適當的提高各部件的表面光潔度高，對提高部件的抗氣蝕性能也有幫助。

3.4 閥板

液壓閥板的設計注意事項很多。就減少金屬污染物而言，應該注意以下幾點：

（1） 閥板的材料宜選用35號鋼鍛件或是連鑄坯件

（3） 深孔的加工工藝

深度與直徑比大于20的孔，我們定義為深孔。在閥板設計時會出現深孔。在閥板空間允許的情況下可以適當加大孔徑，也可以采用兩段對接的方法加工。但如果加工設備精度不夠，對接處會產生偏差，產生鐵屑殘留，且很難發現和清除。所以在設計過程中，盡量避免深孔的出現。

3.5 管路

盡量縮短管路的長度和避免管路內徑的突變。管路越長沿程壓力損失越大，而管路內徑的突變會產生局部壓力損失。能量的損失最終轉變為熱量，使液壓油的溫度升高。

無縫鋼管在加工成管路前，會有鐵銹產生，尤其是內壁。在加工成彎曲復雜的管路后，其內部的鐵銹就更難清除。因此，需要對成品無縫管進行除銹。

3.6 濾油器的選擇

a位置濾油器的作用及注意事項：（1）可以保護除液壓泵外的其他液壓元件；（2）濾油器應能承受油路上的工作壓力和沖擊力；（3）過濾阻力不應超過0.35MPa以減小因過濾引起的壓力損失和濾芯所受的液壓力；（4）為了防止濾油器堵塞時引起的液壓泵過載或使濾芯損壞，壓力油路上宜并聯一旁通閥或串聯一堵塞指示裝置；（5）必須通過液壓泵的全部流量。

b位置濾油器的作用及注意事項：（1）系統工作時只須通過液壓泵流量的20%-30%，因此可以采用小規格的濾油器；（2）不會在主油路中造成壓降，濾油器也不會承受系統的工作壓力。

c位置濾油器的作用及注意事項：（1）要求濾油器有較大的通流能力和較小的阻力，為此，一般采用過濾精度低的網式濾油器，其通流能力是系統最大流量的兩倍；（2）主要用來保護液壓泵，但液壓泵中產生的磨損生成物仍將進入系統；（3）必須通過液壓泵的全部流量。

d位置濾油器的作用及注意事項：（1）可以濾掉液壓元件磨損后生成的金屬顆粒和橡膠顆粒，保護液壓系統；（2）允許采用濾芯強度和剛度較低的濾油器，允許濾油器有較大的壓降；（3）與濾油器并聯的單向閥起旁通閥作用，防止油液低溫啟動時高粘度油通過濾芯或濾芯堵塞等原因引起的系統壓力升高；（4）必須通過液壓泵的全部流量。

e位置濾油器的作用及注意事項：（1）獨立于主液壓系統之外，可以不間斷地清除系統中的雜質；（2）對大型機械的液壓系統特別適用。

具體采用哪種安裝位置，要根據機型大小，客戶的使用環境等因素而定。

參考文獻

[1]陸敏恂，李萬莉.流體力學與液壓傳動[D].上海：同濟大學出版社，2007.

[2]尚慧嶺，趙長林，張敏剛，等.油液污染對掘進機液壓系統的影響[J].液壓與氣動，2012.

[3]陳巖.不同材料抗氣蝕性能的比較[J].熱加工工藝，2000，3.