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1、高聚物注射理论与设备,（ 硕士研究生非学位课程）,第五章 合模装置的结构对注塑 成型制品及质量的影响,1 合模装置的工作特性 2 液压式合模结构 3 肘杆式合模结构形式 4 肘杆式合模结构分析,第五章 合模装置的结构对注塑 成型制品及质量的影响,作用：保证成型模具可靠的闭紧和实现模具启闭动作 及顶出制品。 要求: 对力、速度、安装模具与取出制品时空间位置。 （1）满足足够的合模力和系统刚性，在熔料的压力 下模具不溢料。 （2）模板要有足够的安装模具的面积和启闭模具的行 程，以适应成型不同制品或模具。 (3) 模板在启闭过程中有速度变化，即慢快慢。,第五章 合模装置的结构对注塑 成型制品及质量的
2、影响,#合模装置的种类： 液压式（直压式）和肘杆式（机械式）两大类。,1 合模装置的工作特性,各种力的概念： 合模力（Pcm )：合模终结时，模板对模具形成的锁 紧力； 锁模力（Pz ）：在合模终结熔料注入模腔时，模板 对模具形成的最终锁紧力； 变形力（Pc）：在锁紧模具过程中，机构由于变形而 产生的内力； 移模力 (Pm ）：在启闭模时对动模板的作用力; 胀模力（Ps）：因熔料模腔压力作用而产生欲使模 具分开的力;,1 合模装置的工作特性,一、液压式合模装置基本特征 合模力: 由油缸的液压力直接提供; Pcm=Do2 po/4 (kN) 移模速度: 由油泵流量确定; Vm=Q/F=4Q/Do
3、2 (m/min),1 合模装置的工作特性,直压式合模过程中的压力与速度,1 合模装置的工作特性,液压合模装置特征： （1）合模力仅同工作油的压力有关（油缸 已定）; （2）移模速度取决于油泵的流量。 （3）动模板在油缸行程内的任意点，可以停止并 施压。故对不同厚度的模具适应性好，合模 时，模具和模板因仅受活塞杆推力作用，故 受力也比较均匀。,1 合模装置的工作特性,二、肘杆式合模装置基本特征 利用各种形式 的肘杆机构， 合模时形成 预应力，而 对模具实现 锁紧：,1 合模装置的工作特性,合模机构受力状态：封闭力系,力的放大比：M=Pm/Po,肘杆式合模装置的特点:,机构因有增力作用，故省力，
4、速度快，变速平稳； 合模力仅同系统变形量（ L）有关，即取决于肘杆变形初始位置角0（或称临界角）的大小，与合紧后的工作油压力大小无关。改变合模力，只能通过调整机构的临界角0来实现，故对于肘杆式合模，在结构上必须设置合模力的调整装置；,（3）从对机构的力与变形图的对比分析中可知，如用合模力（Pcm）相等，合模系统总刚度不同的两个合模装置，加工同一个模具（即胀模力Ps相同），发现系统刚度小的合模装置()将比系统刚度大的合模装置()回弾量大(21)。就一般来说肘杆式的压缩刚度均高于液压式，故工作时胀模小，锁模可靠。对于肘杆式合模装置，一般许可10%左右的超载。,2 液压式合模结构,一、增压式（增压油
5、缸）,2 液压式合模结构,二、充液式（增速油缸）,2 液压式合模结构,充液式:不同直径(d, D) 满足不同Vm, Pcm; 移模速度: Vm=Q/f 移 模 力: Pm=f p = p d2/4 合 模 力: P cm= F p = pD2/4 式中 f-移模油缸截面; F-合模油缸截面 d-移模油缸直径; D-合模油缸直径; p-工作油压; Q-工作油流量;,充液式: 活塞型,用于中小型合模装置 柱塞型,用于中大型合模装置,内循环充液式, 双作用特殊油缸结构,三 特殊液压式,SZ-32000/35000: 对开螺母抱合拉杆结构,四 液压式合模设计中的几个问题,(一) 合模力与开模力: 克服
6、脱模阻力, 开模力一般为合模力的1/101/15。 （二）移模速度：由D缸（d缸）和Q泵 校核。 （三）最小模具高度 Hmin和模板间的最大距离 Lmax： * 工作油缸行程 S 决定模板行程 Sm。 * 为防止油缸超越工作行程S, 需限定最小模具高 度 Hmin,严禁无模具时进行合模操作。 *最大模具高度 Hmax Lmax=（34）Hmin。 (四) 升压时间： 合模装置油缸、管道、拉杆因升压变形和油液压 缩，使达到合模压力所需的时间。,（五）油路设计 结构比较简单，油路比较复杂，性能与油路设计关系密切，故油路设计时注意： （1）合紧模具时要有检测工作油压的装置，确 认油压达到时，方可注射
7、。 （2）油路中需防止相互干扰，如合模与注射油 路最好分开。 （3）要解决好密封和噪音问题。 （4）考虑防止发生超越工作行程等安全措施。,3 肘杆式合模结构形式,肘杆机构用液压驱动时，称液压机械式。 分类： * 按曲肘数分：单曲肘、双曲肘、曲肘撑板式。 * 按排列方式分：对称型、非对型。 * 按曲肘的连接孔数分：四孔型、五孔型。,一、单曲肘合模装置,单曲肘合模装置特点：,（1）结构简单；外形尺寸小；制造比较容易； （2）增力作用比较小（10倍左右），承载能力受原结构的限制，用于合模力在1000kN 以下的小型机上。 *提高承载能力， 改善运动特性， 行程比大， 移模速度快且 变化平稳。,二、双
8、曲肘合模装置（对称型）,提高Pcm，合模力承载均匀对称，M=2030；,按排列方式：斜排与直排,外翻式,长行程双曲肘合模装置,4 肘杆式合模结构分析,肘杆机构分析设计的主要内容: (1) 确定机构原理草图; (2) 根据已定的合模装置的基本参数进 行肘杆机构的设计; (3) 根据肘杆各构件的受力和强度条件, 设计各构件的截面尺寸;,分析设计肘杆机构时的要求:,(1) 在保证模板行程的前提下，机构 占据的轴向位置尺寸要小； (2) 具有高的运动速度； (3) 具有平稳变速性能； (4) 具有大的力的放大比； 已上要求与机构的几何尺寸和位置有着密切系。,一、肘杆机构的运动分析,机构的运动分析主要讨
9、论：肘杆机构的几何尺寸及位置与模板行程及其速度之间的关系。 （一）机构的运动行程与最大起始角 下图是单、双曲肘合模机构在某点的运动原理图，可得到双曲肘斜排列模板（C点）的行程：,双曲肘斜排列模板（C点）的行程表达式：,合模油缸(A点)的行程表达式：,动模板运动条件表达式 :,机构的自锁条件:,移模力(Pm)表达式: Pm= 2 Pe cos (2-4-32),式中 P0-油缸的推力 L5-后杆BD长度 Pm-移模力 he-Pe力对D点的力臂 L1-后杆ED长度 hb-Pb力对O点的力臂,（二）模板的运动速度及速度图,二、肘杆机构力的放大能力,（一）肘杆机构力的放大倍数 1.单曲肘机构力的放大倍
10、数 由于单曲肘机构在合紧时所取的临界角00很小 （5o左右），角接近90o，则,肘杆机构具有力的放大特性，并以力的放大倍数M表示机构在合模过程中的移模力Pm与油缸推力P0之间的关系。,2.双曲肘机构力的放大倍数,(二) 肘杆机构的特性线与参数选择,1.肘杆机构的特性线,2. 肘杆机构的参数选择,M 随及和的而。 而 Vm 相反， 随 和而。 则：M 与 Vm 矛盾。 双曲肘机构设计时： * L4 杆和B点到L1杆的距离， * 取10o25o， * （L1/L2）= 0.75-0.85， * 合紧时=85o-90o； * 斜排式倾斜角= 4o-6o；,三、机构变形力及油缸推（拉）力计算,机构变形
11、力是指肘杆机构在锁紧模具的过程中，因合模系统发生弹性形变而成的实际预紧力。它取决于合模系统的变形两的大小。二移模力是从静力学的观点研究了油缸推力经肘杆机构的放大，在模板（或模具）处所能产生的推力大小。因此，肘杆机构的正常工作条件必须是：油缸的驱动力经机构放大所形成的移模力要大于机构由于变形而形成的变形阻力。,（一）变形力计算,（一）变形力计算 如合模系统各受力零件均符合虎克定律，并略去接触点处的非线形变形部分，按图2431可列出肘杆机构在合紧最终位置时的变形条件,Lp拉杆长度 Lk受压零件的总长度 Lp拉杆伸长的变形量 Lk受压零件总的变形压缩量 f1前模板弯曲变形量 f2后模板弯曲变形量,（
12、二）肘杆机构在工作过程中的几种状态,4 肘杆式合模结构分析,四、合模类型选择 1. 合模形式与制品尺寸精度； 2. 合模形式与机器循环次数； 3. 合模形式与能耗； 4. 合模形式与成本； 5. 合模机构的调调整与维护；,4 肘杆式合模结构分析,四、合模类型选择 合模装置的类型选择，直接影响到机器的性能及成本。可是液压式和肘杆式各有所长，而且各自的特点会随具体条件的改变而发生变化。所以，对合模类型的选择一直是机器设计人员关心的问题。下面就类型选择涉及到几个主要方面进行讨论。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,一、 合模形式与制品尺寸精度 成型制品的尺寸精度是体现成型制品质量优劣的重要指
13、标之。决定注射制品的尺寸精度不仅要考虑机器的名义合模力大小，而且还要注意到注射以后各种合模装置由于系统刚性不同，所反映出不同的回弹行为。在合模力相同和工艺条件相似的条件下，制品尺寸精度在很 大程度上取决于合模装置的刚性。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,就一般而言，肘杆式合模装置的刚性要比液压式的大(图2437)。这种刚性大小对制品尺寸精度的影响，特别是在机器超载时(即注射时，实际模腔压力或制品的投影面积超过设计计算值时)，表现更为突出。因为这时液压式不仅有和肘杆式发生相同性质的拉杆伸长变形，同时还要附加超载部分对合模油缸工作油压缩等变形量。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择
14、,图2437 合模形式与系统变形 a-肘杆式 b-特殊液压式 c-直压式,据计算与实验资料证明，在合模力为1600kN的两种合模装置上加工同一个模具，并在超载10的情况下工作，发现在肘杆式上加工的模具未出现缝隙，而直压式已产生0.47mm的缝隙。但液压式的合模力稳定再现性好，因此在精密注射机上常被优先采用。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,二、 合模形式与机器循环次数 注射机在工作时，构成机器循环周期的各工序，在时间分配比例上不完全相同。就从构成循环周期各工序分析，一类是由工艺条件所决定的，如注射、保压、制品冷却、预塑等，另一类不受工艺条件限制，如开、闭摸时间、喷嘴前移与后退。制品取
15、出、嵌件取放以及各工序之间的切换等等。前一类以缩短冷却时间为主要方向，而后一类主要是提高开闭模速度。对于加工薄壁制品或是采用强制冷却的模具，由于冷却时间较短，所以机器的实际循环次数主要取决于移模速度(开、合模时间约占整个成型周期80左右)。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,二、 合模形式与机器循环次数 机器的空循环次数，更是移模速度快慢的体现。 因此，要求合模装置具有高速，并且工作时变速要平 稳。 肘秆机构因有力的放大作用，使用油缸直径较小, 故易于实现高速，同时机构又有平稳变速的特点。 除此，液压式升压时间长，动作切换次数多(如变速、 升压合紧后方能注射等)，所以机器循环次数一般要
16、少 于肘杆式。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,三、合模形式与能耗 目前由于机器在注射装置上普遍采用了螺杆式，所以在注射参数接近的情况下，其能耗也是较接近的。因此，合模装置在很大程度土决定着机器的总能耗。肘杆机构因具有力的放大作用，使用的油缸直径远小于液压式，其合模力又是以机构预变形来实现，即使卸去油泵动力，也能锁紧模具。液压式则因工作周期长和工作油需要量大，用于工作油发热，漏损，压缩和保持合模力等方面的能耗远大于肘杆式。例如合模力为6000kN左右的机器，肘杆式合摸的机器总功率约为120140kW(工作油量在500L)左右；直压式机器总功率却为170180kW(工作油量2500L左
17、右)。 图2438所示合模力为12500kN，移模行程相同的两种不同形式合模装置的注射机，在工作时合模装置的实际负载。经计算，特殊液压式的功耗要比肘杆式的大五倍左右。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,图2438 不同合模型式的负载 合模力：12500kN Q-油泵流量(L/min) t-时间(s),4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,四、合模形式与成本 肘杆式零件多，象肘杆、模板一类的零件，加工精度要求高，结构复杂，还需要单独设置调模和润滑系统。液压式虽然本身结构简单，仅是象模板、拉杆、油缸一类结构简单为数不多构零件，但由于需要大的铸件多，液压系统和电器部分比较复杂，这样所形成
18、的实际成本，对中小型机器常高于肘杆式。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,五、合模机构的调整与维护 液压式合模装置的合模力，通过改变工作油的压力，可得到方便地调整，数值易于直读。对加工不同厚度的模具无需调整，装上模具即可试摸生产。肘杆式则相反，需要设置特殊的调整装置和测力系统。在工作过程中合模力有时会因机构松动或温度等影响而发生变动。合模力过量的调整、模具的不平行以及肘杆销轴的润滑状况等都会影响到机器的使用寿命。对于肘杆式合模力的调整，经常是靠经验来断定。所以，它的工作状况经常是在超过实际需要的合模力情况下工作。肘杆式的模板结构与受力状况均比液压式复杂。,4 肘杆式合模结构分析 四、合
19、模类型选择,以上从五个方面进行了一般性的对比说明，可是，液压技术和机械加工技术本身在不断发展，以及随合模力的改变，这五个方面的问题不是一成不变的。例如在合模力增大后，对肘杆机构的设计，一般会遇到下列问题： (1) 在强负载作用下的肘杆机构与销轴结构设计及其材料； (2) 模板尺寸制约着模板行程。在大型合模装置中，随合模力的增大，其模板尽寸虽有增加。但远满足不了行程增大的要求，故行程短。例如，各模力在8000kN以上的大型机器，在台模力和合模装置外型尺寸相近的条件下，肘杆式的行程只有液压式的一半左右。 （3） 在大型合模装置上，因成型制品大，模具结构复杂等缘故，要求开模力要足够。图2439可知，双曲肘机构在开模后的某行程范围内，出现移模力明显下降，在图示的A区段，有可能小于实际开模顶出制品所需的开模力。 (4) 在大型肘杆式合模装置中，如何做到使调模装直既简单、又安全可靠，这也是一个突出问题。为此，经常需要设置一套比较复杂的调整控制系统。,4 肘杆式合模结构分析 四、合模类型选择,图2439双曲肘机构的移模力与开模力,