液压二板式注塑机锁模回路设计

液压二板式注塑机锁模回路设计

刘军营，胡鑫，唐敬东，朱艳飞

(山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255049)

摘要：介绍了液压二板式注塑机合模机构的类型及各自特点.基于注塑机锁模回路高压稳定锁模的要求，设计了单作用增压缸式的锁模回路.分析了注塑机锁模液压系统的工作原理，采用AMESim软件对该系统进行了仿真分析，得到了较为理想的结果，对实际锁模回路的设计具有参考价值.

关键词：注塑机；增压缸；锁模回路；AMESim

中图分类号：TH137；TQ320 文献标志码：A

收稿日期：2014-11-21

作者简介：赵云，女，zhaoyun0602@163.com； 通信作者： 陶常利，男,tcl@sdust.edu.cn

文章编号：1672-6197(2015)05-0029-04

Design of clamping circuit of two-plate injection molding machine

LIU Jun-ying， HU Xin， TANG Jing-dong， ZHU Yan-fei

(School of Mechanical Engineering， Shandong University of Technology， Zibo 255049, China)

Abstract:The classification of hydraulic injection molding machine clamping mechanism and its characteristic are introduced. The pressure cylinder type clamping circuit is designed, based on the high voltage requirement of injection molding machine to maintain stable mode-locked. Then this article summarizes the working principle of hydraulic system of injection molding machine clamping, and does a simulation analysis for the system based on AMESim. The result is ideal and it could provid a reference to the actual design of a clamping circuit.

Key words:injection molding machine; pressure cylinder; clamping circuit; AMESim

注塑成型是一种注射兼模塑的成型方法.注塑机作为注塑成型的主要设备，是集机械、电子等方面技术于一体的先进制造装备[1]，在汽车、家电、通讯、电子等国民经济支柱行业中有80%以上的塑料制品是采用注塑成型装备加工制造的.注塑机主要由合模机构、注射机构、液压传动系统和电气控制系统四部分组成，其中合模机构的基本功能是实现模具迅速且平稳的闭合、锁紧、开启和顶出制品.合模机构的性能对注射成型制品的性能影响重大，是注塑机的关键构成单元[2].注塑机的合模机构根据主模板数目不同可分为二板式和三板式[3].本文针对内循环二板直压式注塑机的合模机构进行研究，设计增压缸方式的锁模回路实现高压锁模，并对该回路进行仿真分析.

1液压二板式注塑机合模机构要求及类型

合模过程是注塑工艺的关键环节，合模力(又称锁模力)是注塑机的一个主要技术参数[4].对二板式液压注塑机合模部件的要求是：(1)能够提供足够的合模力，以获得足够的强度和系统刚性，从而保证制品的精度和质量；(2)能够提供具有高速、平稳、低噪声等优异特性的模板运动，同时能够进行开合模速度的调节；(3)有足够的模具空间和开合模行程，满足不同模具的要求.

二板式注塑机的合模机构，已经从最传统的单缸充液式、多缸充液式发展到直压式[5].全液压二板直压式注塑机根据液压油在锁模液压缸中的流动情况又可分为无循环型、外循环型和内循环型三种[6].

无循环型二板注塑机由一个液压缸提供移模和锁模两个动作，靠油泵直接供油，因此移模速度受油泵排量制约，不能很好地解决力与速度的关系.但合模性能稳定可靠，适用于小型精密注塑机.

外循环型二板注塑机由对角分布的两个小直径液压缸提供移模动作，4根拉杆(活塞杆)固定在前模板和后支板上，活塞固定于活塞杆的中间位置，动模板穿过4根拉杆处于前模板和活塞之间，4个锁模油缸缸套套在活塞上，并固定在动模板上.移模过程中，锁模液压缸活塞随移模液压缸运动，锁模油缸左右腔中的液压油通过外部液压阀连接，因此两油腔之间会出现大量的油液循环，造成过多的能量损失.

内循环型二板注塑机在外部结构上与外循环型二板注塑机大体相似，由对角分布的两个小直径液压缸移模，由4个套在拉杆上的大直径液压缸锁模.如图1所示，锁模液压缸主要由设置若干个孔的活塞、滑阀、锁紧螺母、挡圈、压缩弹簧、液压缸后盖和液压缸缸筒等部分组成.移模时，向拉杆与滑阀形成的控制油腔中施加压力使滑阀与活塞分开，此时锁模液压缸左右腔连通，液压油从一侧流到另一侧，实现油液内循环.移模结束，卸掉控制油腔内压力，弹簧驱动滑阀复位与活塞紧密接触，阻断了左右腔连通通道，从而可进行增压动作.但此类油缸内部结构较为复杂，制造要求较高. 节能、精密、高效是注塑工业发展的必然趋势[7]，因此内循环型二板注塑机将是注塑机发展的一个重要方向.

图1　内循环锁模液压缸结构示意图

2液压锁模回路的设计

二板式结构大多数应用在中、大型注塑机上.锁模油缸不需要很大的行程，理论上只要满足拉杆和模具产生的许可变形量即可，许多锁模液压缸的行程设计在20~40mm内[8].对于液压二板式注塑机，需要液压油的压力进行锁模，为了克服胀模作用，系统要对锁模液压缸施加比其它液压支路更高的压力来锁紧模具.相对注塑机的主油路，就必须有单独的高压回路来满足锁模动作的要求.

针对注塑机锁模油缸单方向需要很大的力且行程较短的特点，设计了单作用增压缸式的增压回路，如图2所示.为方便仿真分析，回路暂时忽略内循环锁模液压缸的控制油路部分.其工作原理是：1YA得电，三位四通电磁换向阀3处于左位，液压泵1向单作用增压缸4的左(x)腔供油，油液经单作用增压缸增压后，由右(y)腔输出高压油.高压油经过二位二通电磁换向阀6、单向阀7进入内循环锁模液压缸11实现增压锁模.当锁模液压缸内的油液压力足以克服胀模力后，1YA失电，换向阀3处于中位，液压泵卸荷.锁模液压缸在单向阀7、二位二通电磁球阀8的作用下处于保压状态.若锁模缸由于泄漏导致锁模力不足时，压力传感器10将输出信号，控制系统将换向阀3切换至左位，为锁模缸供油.当锁模结束后，2YA、3YA得电，换向阀3处于右位，换向阀6处于上位，增压缸回程，液压泵经单向阀5向右(y)腔补充油液.同时，4YA得电，二位二通电磁球阀8处于右位， 锁模液压缸高压腔内油液经电磁球阀8和节流阀9流回油箱.当压力下降到一定压力后，4YA失电，控制油腔压力油液推动滑阀使锁模油缸左右两腔接通，并随移模油缸回程.

1.液压泵； 2.溢流阀；3.三位四通电磁换向阀；4.单作用增压缸；5、7.单向阀；6.二位二通电磁换向阀 8.二位二通电磁球阀；9.节流阀；10.压力传感器；11.内循环锁模液压缸 图2　内循环二板式注塑机锁模回路

加入节流阀和二位二通电磁球阀组成的泄压回路可使锁模液压缸在回程之前卸掉高压，避免因压力过高、突然回程造成的压力冲击，保证了系统的平稳运行.通过调节节流阀的开口大小可控制泄压速度.

3基于AMESim的锁模模型与仿真

AMESim是一个系统级高级建模与仿真软件，它可使用户在单一平台上建立复杂的多学科领域的一体化系统模型，并可进一步进行仿真计算和分析.

利用AMESim软件在草图模式(Sketch mode)下对图2所示的注塑机锁模回路建立仿真模型.对图2所示的液压回路系统来说，大多数元件的模型均可在液压库中选择，但是系统中的单作用增压缸及内循环锁模液压缸无法从标准元件库中得到.因此利用AMESim液压元件设计库HCD中的基本模型设计仿真子模型[9-10].图3为建立的增压缸仿真子模型.图4为内循环锁模液压缸的仿真子模型，由两个缸体及大通径的二位二通阀组成，通过二位二通阀来实现液压缸两腔油液的循环，忽略了油液在外部管路中流动对仿真的影响.图5所示为利用液压元件库中的标准模型和建立的仿真子模型构建的内循环二板式注塑机锁模回路模型.

进入子模型模式(Submodel mode)，利用AMESim 提供的首选子模型 (Premier submedel)功能，为仿真系统中每个图形模块选取子模型.针对锁模力为18MN的注塑机，在参数模式(Parameter mode)下，选择系统中的主要元件，设定的仿真参数见表1.进入仿真模式(Simulation mode)，设定仿真时间为10s，仿真步长为0.1s，开始进行仿真.

图3　单作用增压缸仿真子模型

图4　内循环锁模油缸仿真子模型

图5　内循环二板式注塑机锁模回路模型

表1　系统主要元件仿真参数

4仿真结果分析

设定前5s为增压阶段，单作用增压缸的压力曲线如图6所示.由图6可知，高压腔的最大压力为359.52bar，低压腔的最大压力为176.69bar，得出实际增压比为2.03，比理论增压比略小.通过增压缸的增压作用，压力成比例增大，因而在注塑机锁模回路中加装增压缸，能够满足注塑机的锁模要求.

单作用增压缸实际增压比与理论增压比的差值

是由于泄漏造成的.图7和图8分别为增压缸低压腔和高压腔的泄漏量曲线，低压腔的最大泄漏量为0.057L/min，高压腔的最大泄漏量为0.116 7L/min.对比这两条曲线可以看出，高压腔的泄漏量始终大于低压腔的泄漏量，证明压力越高，泄漏越严重.因此在设计增压缸的时候一定要考虑压力的影响，使增压缸达到较好的密封效果，尽量减小泄漏量，进而保证系统压力满足工作要求.

图6　单作用增压缸压力曲线

图7　增压缸低压腔泄漏量曲线

图8　增压缸高压腔泄漏量曲线

锁模液压缸的压力曲线如图9所示，从图9可以看出，压力分阶段释放，高压阶段以慢速下降，低压阶段以相对较快的速度下降，避免了因压力瞬时释放带来的液压冲击，保证了锁模系统的稳定性，进而延长了注塑机的使用寿命.

(a)压力整体曲线

(b)压力下降阶段放大曲线 图9　锁模液压缸压力曲线

5结束语

随着塑料工业的发展，零部件加工精度的提高，内循环二板式注塑机凭着其节能、高效、稳定等特点，在大中型注塑机领域取代三板肘杆式注塑机是必然趋势.加装增压缸锁模回路可满足液压注塑机对锁模力的要求.当系统的压力越高时，油路及元件的泄漏就越大.因此在设计增压缸的时候一定要注意活塞杆的密封，特别是高压腔活塞的密封.

利用建模仿真软件AMESim对锁模系统进行了仿真分析.通过反复调整仿真模型中各个元件的参数值，得到了最优化的系统，为实际锁模回路的设计提供了理论依据.

参考文献：

[1] 富强鑫. 注塑机在创新中发展[J]. 国外塑料，2005，23(9)：96.

[2] 尹辉，陆国栋，王进，等. 注塑机合模机构分析及其发展趋势[J]. 中国塑料，2009，23(11)：1-6.

[3] 张有根. “十二五”塑料机械自主创新的分析研究[J]. 塑料包装，2012，22(1)：42-49.

[4] 许颖，方子帆. 注塑机合模装置的结构及发展[J]. 机械工程师，2006(1)：119-122.

[5] 李雪梅. 塑料精密注射成型机械及其发展新动向[J]. 合成材料老化及应用，2004，33(2)：44-48.

[6] 冯刚，江平. 二板式注塑机的特点研究及发展新动向[J]. 塑料工业，2011，39(1)：9-13.

[7] 焦志伟，安琪，谢鹏程，等. 新型注塑机合模机构内循环节能机理[J]. 机械工程学报，2012，48(10)：153-159.

[8] 刘新钊，刘军营，肖旺，等. 二板式液压注塑机锁模力能参数及增压回路的研究[J]. 塑料工业，2013，41(7)：56-59.

[9] 余锐平，肖世耀，罗成辉. 基于AMESim的液压增压缸的仿真分析[J]. 佛山陶瓷，2010，20(2)：25-27.

[10] 袁玉比，袁锐波，罗璟，等. 基于AMESim的增压回路仿真分析[J]. 机械与电子，2011(3)：47-50.

(编辑：郝秀清)