注塑機雙肘桿合模裝置的設計

摘要：注塑機合模裝置是保證成型模具可靠的閉緊和實現模具啟閉動作及頂出制品的部件。其性能好壞，直接關系到成型制品的質量和數量。一個比較完善的合模裝置，必須滿足在規定的注射量范圍內，對力、速度、安裝模具與取出制品時空間位置的要求。本文就當前國內外中小型注塑機使用最廣泛的雙肘桿合模裝置的設計進行討論。

關鍵詞：注塑機合模裝置雙肘桿設計

1.引言

注塑成型之所以能夠高速發展，其重要原因是性能優異螺桿式注射裝置的出現；而合模裝置則相反，成了注射成型機發展過程中急需解決的一個重要問題。為了提高機器的加工能力和效率，而需發展相應的合模裝置，實現其大合模力、高速、低能耗、安全可靠、結構簡單和重量輕等方面的要求。目前合模裝置在結構類型上，也遠比注射裝置多。

2.肘桿式合模裝置的工作原理

肘桿式合模裝置是利用各種形式的肘桿機構，在合模時，使合模系統形成預應力，進而對模具實現鎖緊的一種合模裝置。如圖1所示，為對稱五孔斜排列雙曲肘機構的簡圖，其工作原理：當壓力油進入移模油缸的后端，使活塞前移，從而帶動肘桿機構并推動模板向前移動；當動模板繼續移動，直至模具的分型面剛剛接觸，而肘桿機構尚未成一線排列時，動模板將受到變形阻力的作用；當移模油缸為克服變形阻力而繼續升壓后，最終合模機構和模具便克服系統的變形阻力，使肘桿成為如圖所示的一線排列。此時，合模系統因發生彈性變形（ ）而對模具實現預緊，此預緊力 即為合模力。當肘桿機構伸直并對模具實現預緊后，即使工作油的壓力卸去，只要合模系統保持著原變形，其合模力是不會隨之改變的，此時機構實現自鎖。

3.肘桿式合模裝置的運動分析

式中XCmax為閉模最終位置，XXmin閉模啟始位置，λ為前、后肘桿的長度比（L1/L2）.

從上式可知，肘桿機構的行程 是隨λ（ / ） 或 增大而增加。可是，后連桿 是由模板尺寸所決定，一般均不超過1/2V（模板高度）。而肘桿的起始角 （或 ）也受到附加運動條件的限制。在實際結構設計中，應盡可能縮短前連桿的長度，一般λ（L1/L2）取值在0.7-0.85之間，這樣可以避免動模板運動時產生過大的垂直分力而增加摩擦。

雙肘桿合模機構的模板運動速度從合模開始到結束始終是變化的，機構的模板速度圖可用解析法或圖解法做出工程中多用簡捷的圖解法。如圖2所示，從合模開始，速度由零很快上升到最高速度，以后又逐漸減慢，終止時速度為零，合模力則迅速上升到鎖模的最大值。這正好符合模裝置的要求。同樣，開模過程中模板的運動速度也是變化的，但與上述相反。這就是雙肘桿機構的運動特性，也是肘桿機構最突出的優點。

4.肘桿機構力的放大能力

對稱排列的雙肘桿合模機構，具有較大力的放大特性，以力的放大倍數 表示機構在合模過程中的移模力 與油缸推力 之間的關系。

雙曲肘機構力的放大倍數

從上式可以看出，機構力的放大倍數隨 減小及 和 角的增加而增大。而動模板的速度則相反，隨 的增大和 角的減小而增大。因此，機構的力的放大和速度之間的關系是相互矛盾的。在設計時要根據具體條件，試用多種結構方案，在同一方案中又經多組參數的試算，再經結構設計的比較，才能最后選定一個比較合適的肘桿機構。

一般情況下，力的放大倍數取值在20-40之間。在雙曲肘設計時，如若結構允許，應盡可能的縮短中間桿（推力桿） 的長度和后連桿兩孔 的距離。后連桿夾角 通常取70°～90°。這樣設計的肘桿系統具有比較合適的開模力和整個機構的外形尺寸。桿長比 一般等于0.75～0.85， 角在合緊位置時為75°～85°。目前肘桿的布置，在合模力較大的雙曲肘機構上，經常采用對稱斜排列形式，傾斜角 一般取為4°～6°。這樣可以在略加大后模板尺寸的情況下，得到較大的模板行程，而對力的放大和移模速度的特性不會產生明顯的變化。

5.合模機構對能耗的影響

目前由于注塑機在注射裝置上普遍采用了螺桿式，所以在注射參數接近的情況下，其能耗也是較接近的。因此，合模裝置在很大程度上決定著機器的總能耗。肘桿機構因具有力的放大作用，使用的油缸直徑遠小于液壓式，其合模力又是以機構預變形來實現，即使卸去油泵動力，也能鎖緊模具。液壓式則因工作周期大和工作油需要量大，用于工作油發熱，漏損，壓縮和保持合模力等方面的能耗遠大于肘桿式。例如合模力為600噸力左右的機器，肘桿式合模的機器總功率約為120～140千瓦（工作油量在500升左右）；直壓式機器總功率卻為170～180千瓦（工作油量2500升左右）。

結語：

塑料注射成型機是將熱塑性塑料或熱固性塑料制成各種塑料制件的主要成型設備。隨著現代工業和尖端科技的發展，塑料制件愈來愈廣泛地應用到各個領域；其中注射成型制件占有相當大的比例。螺桿式注射裝置，至今仍幾乎被一致公認為是當前性能最優越的注射裝置，幾十年來結構上沒有發生多少變化；而合模裝置在結構上尚存在許多有待改進的問題，先進合模裝置的研制，是注射成型技術進一步發展的重要課題。本文就五孔斜排列雙曲肘合模裝置的設計進行討論，具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1]北京化工學院、天津輕工學院主編《塑料成型機械》中國輕工業出版社1982.1

[2]《常見機構的原理與應用》本書編寫組。機械工業出版社 1978.10

[3]黃燦軍.注塑機合模裝置的技術及研究進展[J].廣東塑料，2012（21）：146-148.