基于PLC控制的塑料注射成型机液压系统的设计

2014-06-04叶金玲叶峰

机床与液压 2014年2期

叶金玲，叶峰

(1.广东水利电力职业技术学院机械工程系，广东广州 510925;2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510641)

塑料注射成型机是一种专用的塑料成型机械，主要利用塑料的热塑性，经过加热融化后，再加以高的压力使其快速流入模腔，经过一段时间的保压和冷却，成为各种形状的塑料制品。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。文中主要研究其液压传动系统及电气控制系统。

液压传动系统的作用是实现注塑机按照工艺过程的要求提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等要求。它主要由各种液压元件所组成，其中液压泵和电机是注塑机的动力来源，液压阀控制油液的压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求 (速度、温度、压力、时间)和各种程序动作，主要由电子元件、电器、仪表、传感器、加热器等组成。

1 注塑机液压系统

注塑机液压系统工作原理如图1所示。由于该系统在整个工作循环中，合模缸和注射缸等液压缸的流量变化较大，锁模和注射后系统又有较长时间的保压，为合理利用能量，系统采用双泵供油方式，液压缸快速动作 (低压大流量)时，采用双液压泵联合供油方式;液压缸慢速动作或保压时，采用高压小流量泵2供油、低压大流量泵1卸荷供油方式。执行元件除螺杆是单向旋转外，其他机构均为直线往复运动。各直线运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。锁模时所需的力最大，为保证足够的合模力，防止高压注射时模具开缝产生塑料溢边，该注塑机采用了液压－机械增力合模机构，还可采用增压缸合模装置。系统完成的进给运动是:合模→注射→保压→预塑→开模→顶出制品→顶出缸后退→合模→冷却定型［1］，以上动作分别由合模缸、预塑液压马达、注射缸和顶出缸完成，另外注射座通过液压缸可前后移动。

图1 注塑机液压系统图

工作原理分析如下:

1.1 关安全门

为保证操作安全，注塑机都装有安全门。关安全门，行程阀6恢复常位，合模缸才能动作，系统开始整个动作循环［2］。

1.2 合模

动模板慢速启动、快速前移，当接近定模板时，液压系统转为低压、慢速控制。在确认模具内没有异物存在，系统转为高压，使模具闭合。这里采用了液压机械式合模机构，合模缸通过对称五连杆结构推动模板进行开模和合模，连杆机构具有增力和自锁作用。

(1)慢速合模 (2Y、3Y1通电)。大流量泵1通过电磁溢流阀3卸载，小流量泵2的压力由电磁溢流阀4调定，泵2的压力油经电液换向阀5右位进入合模缸的左腔，推动活塞带动连杆慢速合模，合模缸右腔油液经阀5和冷却器回油箱。

(2)快速合模 (1Y、2Y、3Y1通电)。慢速合模转为快速合模时，由行程开关发指令使1Y得电，泵1不再卸载，其压力油经单向阀22与泵2的供油汇合，同时向合模缸供油，实现快速合模，最高压力由溢流阀3限定。

(3)低压合模 (2Y、3Y1、9Y1通电)。泵1卸载，泵2的压力由远程调压阀18控制，因调压阀18所调压力较低，合模缸推力较小，故即使两个模板间有硬质异物，也不致损坏模具表面。

(4)高压合模 (2Y、3Y1通电)。泵1卸载，泵2供油，系统压力由高压溢流阀4控制，高压合模，并使连杆产生弹性变形，牢固地锁紧模具。

1.3 注射座前移 (2Y、5Y1通电)

在注塑机上安装、调试好模具后，注塑喷枪要顶住模具注塑口，故注射座要前移。泵2的压力油经电磁换向阀9右位进入注射座移动缸右腔，注射座前移使喷嘴与模具接触，注射座移动缸左腔油液经换向阀9回油箱。

1.4 注射

注射是指注射螺杆以一定的压力和速度将料筒前端的熔料经喷嘴注入模腔，分慢速注射和快速注射两种。

(1)慢速注射 (2Y、5Y1、7Y1、8Y通电)。泵2的压力油经电液换向阀15左位和单向节流阀14进入注射缸右腔，左腔油液经电液换向阀11中位回油箱，注射缸活塞带动注射螺杆慢速注射，注射速度由单向节流阀14调节，远程调压阀20起定压作用。

(2)快速注射 (1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y通电)。泵1和泵2的压力油经电液换向阀11右位进入注射缸右腔，左腔油液经换向阀11回油箱。由于两个泵同时供油，且不经过单向节流阀14，因此注射速度加快了。此时，远程调压阀20起安全作用。

1.5 保压 (2Y、5Y1、7Y1、9Y0通电)

由于注射缸对模腔内的熔料实行保压并补塑，因此只需少量油液，所以泵1卸载，泵2单独供油，多余的油液经溢流阀4回油箱，保压压力由远程调压阀19调节。

1.6 预塑 (1Y、2Y、5Y1、7Y0通电)

保压完毕 (时间控制)，从料斗加入的熔料随着螺杆的转动被带至料筒前端，进行加热塑化，并建立一定压力。当螺杆头部熔料压力到达能克服注射缸活塞退回的阻力时，螺杆开始后退。后退到预定位置，即螺杆头部熔料达到所需注射量时，螺杆停止转动和后退，准备下一次注射。与此同时，在模腔内的制品冷却成形。

螺杆转动由预塑液压马达通过齿轮机构驱动。泵1和泵2的压力油经电液换向阀15右位、旁通型调速阀13和单向阀12进入马达，马达的转速由旁通型调速阀13控制，溢流阀4为安全阀。当螺杆头部熔料压力迫使注射缸后退时，注射缸右腔油液经单向节流阀14、电液换向阀15右位和背压阀16回油箱，其背压压力由阀16控制。同时，注射缸左腔产生局部真空，油箱中的油液在大气压作用下经阀11中位进入其内。

1.7 防流涎 (2Y、5Y1、6Y1通电)

当采用直通开敞式喷嘴时，预塑加料结束，要使螺杆后退一小段距离以减小料筒前端压力，防止喷嘴端部熔料流出。泵1卸载，泵2压力油一方面经换向阀9右位进入注射座移动缸右腔，使喷嘴与模具保持接触，另一方面经换向阀11左位进入注射缸左腔，使螺杆强制后退。注射座移动缸左腔和注射缸右腔，油液分别经换向阀9和换向阀11回油箱。