一種用百分表測量注塑機鎖模力的方法

韓文廣

內(nèi)容摘要： 本文分析了注塑機的鎖模原理，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點提出了一種用百分表確定注塑機鎖模力的簡單實用的測量方法，對此方法的應(yīng)用前景進行了探討，并據(jù)此方法對某型注塑機的實際鎖模力進行了測量，獲得了較為理想的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：注塑機 鎖模力 測量方法

【中圖分類號】TQ320.5

一、前言

注塑機是一種專用的塑料成型機械，其鎖模力是主要性能指標之一，作用是使模具保持足夠的合模力，以消除高壓注射時的模具離縫，避免塑料產(chǎn)品產(chǎn)生飛邊現(xiàn)象。

注塑機的鎖模力是通過拉桿材料的彈性變形來獲得的，機鉸式注塑機的鎖模結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 機鉸式注塑機鎖模結(jié)構(gòu)圖

圖中上部為機鉸完全收起（開模），下部為機鉸完全伸出（鎖模）

機鉸式注塑機的鎖模力利用了機鉸結(jié)構(gòu)的力的放大和自鎖作用，因而可使鎖模油缸結(jié)構(gòu)較小，系統(tǒng)壓力較低，鎖模動作完成后可通過機鉸的自鎖作用而使鎖模液壓系統(tǒng)卸荷，有利于節(jié)省能量，因此在注塑機的設(shè)計制造中獲得了廣泛的應(yīng)用。但該鎖模方式其受力和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有可能由于摩擦的原因而使得機鉸無法打開，因此其固定于二板與尾板之間的鉸座一般不是水平的，而是與水平線成某一角度，這使得該型注塑機的鎖模力的理論計算較為困難，因此有必要提出一種在工廠條件下簡便易行的鎖模力的測量和計算方法。

二、鎖模力的產(chǎn)生

鎖模力是指注塑機鎖模機構(gòu)對模具所能施加的夾緊力，其作用是抵抗熔融膠料在注射壓力下充填模具型腔時所產(chǎn)生的分模力。注塑機的鎖模力必須大于分模力，為了安全起見，鎖模力通常需大于分模力的1.2倍以上。

當熔融膠料以高壓注入模腔內(nèi)時會產(chǎn)生一個使模具分開的力，稱為分模力，注塑機的鎖模單元所提供的鎖模力必須大于注射時產(chǎn)生的分模力，使注射時模具不被撐開。

注塑機的鎖模力是其重要性能指標之一，鎖模力不足將導(dǎo)致注射時模具分離，使塑料產(chǎn)品產(chǎn)生飛邊，增加后續(xù)處理成本，或者導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，更有甚者可能使高溫熔融的塑料飛出模腔傷人，發(fā)生生產(chǎn)事故。因此，在生產(chǎn)實際中確定注塑機的鎖模力具有重要的實際意義。

機鉸式注塑機的鎖模力是通過其液壓系統(tǒng)的鎖模油缸推動機鉸結(jié)構(gòu)實現(xiàn)力的放大、自鎖，經(jīng)過機鉸、拉桿材料的彈性變形來獲得。實際上，鎖模力就是施加于模具兩端面的夾緊力，它是拉桿內(nèi)力通過頭板、尾板、二板及機鉸結(jié)構(gòu)的傳遞施加于模具上的，其大小取決于拉桿材料的彈性變形量，測量拉桿的應(yīng)變即可根據(jù)材料彈性理論的公式計算出拉桿的內(nèi)力，從而確定注塑機的鎖模力。

三、鎖模力的計算

注塑機在工作時，其鎖模機構(gòu)必須能夠提供足夠的鎖模力量使注射時模具不被分離。不論是液壓式鎖模結(jié)構(gòu)亦或是機鉸式鎖模結(jié)構(gòu)，鎖模力都是通過拉桿的彈性變形所產(chǎn)生的內(nèi)拉力獲得的。因此，測得拉桿的內(nèi)拉力，也就獲得了注塑機的鎖模力。

根據(jù)材料彈性力學理論，我們知道：

（1）

式中σ為材料的內(nèi)應(yīng)力， ε為材料的應(yīng)變，E為材料的彈性模量，對于注塑機的拉桿，其橫截面為圓形，因此有：

（2）

（3）

上述二式中，F(xiàn)為拉桿內(nèi)力，d為拉桿直徑，L為拉桿有效長度，△L為拉桿在內(nèi)力F作用下的伸長量。將（2）、（3）式代入（1）式可知單個拉桿的內(nèi)拉力為：

（4）

對于具體的注塑機，其拉桿直徑d為已知，其材料的彈性模量E可根據(jù)拉桿材料由有關(guān)手冊查得。拉桿有效長度L（頭板和尾板外側(cè)之間的距離）及其在內(nèi)力F作用下的伸長量△L需要測量獲得。按上式計算獲得的是單根拉桿的內(nèi)力。注塑機一般有四根拉桿，因此其鎖模力為單根拉桿拉力的四倍，考慮到可能由于模具安裝的不均衡，可分別測量和計算每根拉桿的拉力，將其求和即可獲得注塑機的鎖模力：

四、鎖模力的測量方法

本測量方法所需測量工具僅為鋼卷尺和百分表，不需要其他特殊的測量工具，在工廠條件下易于實現(xiàn)。

注塑機的鎖模結(jié)構(gòu)有頭板、二板、尾板、機鉸及拉桿等結(jié)構(gòu)，頭板固定于機架之上，二板和尾板浮動于機架上，當鎖模時，拉桿伸長，尾板可在機架上滑動，其滑動量即為拉桿的伸長量，也即本文需要測量的伸長量。

本測量方法以工廠條件易于獲得的百分表測量拉桿的實際變形量。測量時將百分表固定于機架上，表頭置于拉桿末端，使百分表具有一定的壓縮量。根據(jù)材料的彈性力學公式計算拉桿的拉力，從而獲得注塑機的鎖模力。

具體測量過程如下：

1、按實際生產(chǎn)過程安裝注塑模具，調(diào)整注塑機尾板位置，使其達到實際工作狀態(tài)；

2、測量拉桿的有效長度，拉桿在工作時受拉，其有效長度應(yīng)為頭板和尾板外側(cè)之間的距離；

3、測量拉桿直徑d，有圖紙時，可直接按圖紙獲得；

4、在停機狀態(tài)下將百分表的磁性底座安裝于注塑機機架尾板附近的適當位置，使百分表的表頭平行抵住拉桿的端頭，然后開機鎖模，讀取百分表數(shù)據(jù)，即為拉桿的伸長量。

5、拉桿材料一般為結(jié)構(gòu)鋼，可按有關(guān)機械設(shè)計手冊查得其材料彈性模量E。

通過測量獲得拉桿的伸長量及拉桿的有效長度后，可依據(jù)前述公式計算出單個拉桿的內(nèi)拉力，將所有拉桿的內(nèi)拉力求和，即可獲得注塑機的實際鎖模力。

五、鎖模力的測量數(shù)據(jù)

根據(jù)前述方法，對某型標定鎖模力為150噸的注塑機的拉桿伸長量測量了三次，實測數(shù)據(jù)如下表所示：

拉桿編號 1# 2# 3# 4#

拉桿有效長度L（mm） 1530 1530 1530 1530

拉桿直徑d（mm） 90 90 90 90

拉桿伸長量

△L（mm） 第1次 0.47 0.39 0.39 0.47

第2次 0.48 0.40 0.39 0.47

第3次 0.48 0.40 0.40 0.48

平均 0.477 0.397 0.393 0.473

說明：拉桿編號中，1#為前側(cè)下拉桿，2#為前側(cè)上拉桿，3#為后側(cè)上拉桿，4#為后側(cè)下拉桿。

測量時百分表的安裝位置如下圖所示。

測量百分表安裝位置圖

根據(jù)《機械設(shè)計手冊》查得結(jié)構(gòu)鋼的彈性模量E=206Gpa

根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算拉桿平均伸長量△L，和 以及 計算各根拉桿的內(nèi)拉力及應(yīng)變量如下表：

拉桿編號 1# 2# 3# 4#

拉桿內(nèi)拉力（KN） 408.4 339.9 336.5 404.9

拉桿內(nèi)應(yīng)變（%） 0.031 0.026 0.027 0.031

從而獲得注塑機的實際鎖模力為：

F=408.4+339.9+336.5+404.9=1489.7（KN）≈152（噸）

從上述數(shù)據(jù)可見，計算所得數(shù)據(jù)與標定數(shù)據(jù)是非常接近的，最大拉力（前側(cè)下拉桿）與最小拉力（后側(cè)上拉桿）相差7.4噸，說明拉桿內(nèi)力并不均衡，而測量頭板與二板的平行度在機器許可的范圍內(nèi)，造成各拉桿內(nèi)力不均衡的原因可能是模具安裝不對中心或模具兩端面不平行引起的。

六、本測量方法的應(yīng)用

塑料制品的生產(chǎn)，其生產(chǎn)準備階段的調(diào)模是關(guān)鍵因素之一。通常的做法是：①將模具的前后部分夾緊并固定在頭版上；②選擇低壓、慢速、手動操作移動二板向前，直至機鉸完全伸直；③啟動調(diào)模機構(gòu)，緩慢移動二板并使其與模具接觸；④啟動開模動作打開二板；⑤再次啟動調(diào)模機構(gòu)，使鎖模機構(gòu)向前移動“適當”的距離；⑥鎖模并將模具后半部分固定在二板上，完成調(diào)模動作。

這里的第五步，使鎖模機構(gòu)向前移動“適當”的距離是調(diào)模的關(guān)鍵，完全依靠操作者的經(jīng)驗，有可能獲得合適的鎖模力，也有可能使鎖模力不足或過度，后者將導(dǎo)致嚴重的后果。

采用本文提出的方法將可解決此問題，具體的操作過程如下：

1、確定模腔的投影面積和注射壓力并計算分模力；

2、取安全系數(shù)為1.2，確定需要的鎖模力（鎖模力=分模力×1.2）；

3、根據(jù)拉桿的數(shù)量確定單根拉桿的拉力F（F=鎖模力/拉桿數(shù)量）；

4、根據(jù)拉桿拉力F、拉桿直徑d以及拉桿材料的彈性模量E，計算拉桿所需產(chǎn)生的應(yīng)變量ε

5、根據(jù)拉桿的有效長度L和所需應(yīng)變量ε，計算達到所需鎖模力時拉桿的伸長量△L

6、安裝百分表，調(diào)模，使拉桿的伸長量達到計算所得的數(shù)值。

上述調(diào)模過程雖然有比較復(fù)雜的計算過程，但可保證注塑機能夠產(chǎn)生“合適”的鎖模力，對于生產(chǎn)過程的安全是有實際意義的。

實際上，上述方法可集成于注塑機的設(shè)計階段，即在拉桿上安裝應(yīng)變傳感器，根據(jù)應(yīng)變傳感器直接測量拉桿的應(yīng)變，再經(jīng)過控制電腦獲得所需的結(jié)果。

七、結(jié)論

鎖模力是注塑機的重要性能指標之一，鎖模力不足或者過大都將產(chǎn)生嚴重的后果。合理調(diào)模以獲得“合適”的鎖模力是生產(chǎn)準備的關(guān)鍵因素之一。本文提出的鎖模力的驗算測量方法，簡便實用，不需要特別的專用量夾工具，僅需一把鋼卷尺和一個百分表，這些工具在工廠條件下都易于獲得，計算數(shù)據(jù)能夠滿足實際生產(chǎn)的需要，對于保證安全正常生產(chǎn)過程有一定的實際意義。

若在注塑機的設(shè)計過程中即考慮采用本方法，在拉桿的適當位置安裝拉桿應(yīng)變傳感器，將計算參數(shù)直接固定于電腦中，則可簡化手工計算量，提高效率，達到保證安全生產(chǎn)的目的。

參考文獻：

陳金偉 注塑機鎖模力測量新技術(shù) 《工程塑料應(yīng)用》 2010年第2期

李德群 《現(xiàn)代塑料注射成型的原理、方法與應(yīng)用》 上海交大出版社