注塑機(jī)合模裝置存在的主要問題及解決方法-

1、機(jī)械與模具注塑機(jī)合模裝置存在的主要問題及解決方法黃步明(順德市秦川恒利塑機(jī)有限公司,廣東順德528300摘 要:根據(jù)全液壓式、肘桿式合模裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析其存在的主要問題及解決辦法,主要對拉桿、模板斷裂以及模具的損壞等進(jìn)行分析并探索減少其損壞的辦法。關(guān) 鍵 詞:注塑機(jī);合模裝置;模板;斷裂中圖分類號(hào):T Q320 5+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1001 9278(200109 0076 05合模裝置是注塑機(jī)最主要的部件,合模裝置從大的方面來分,主要有三大類,即全液壓式(充液式、肘桿式(機(jī)鉸式、復(fù)合式三種,其中中小型機(jī)肘桿式和全液壓式用得最廣泛,大型機(jī)以復(fù)合式為主,下面主要討論充液式、肘桿式

2、合模裝置存在的問題及解決方法。1 充液式合模裝置存在的主要問題及解決方法1 1 內(nèi)泄問題如圖1所示,充液式合模裝置的內(nèi)泄主要是:大活塞太長、太重,支承點(diǎn)太短,造成局部磨損,有些活塞采用活塞環(huán)(金屬環(huán)密封, 也是內(nèi)泄的主要原因。1 前定模板2 拉桿3 動(dòng)模板4 快速注射油缸5 大油缸6 后定模板7 油箱8 充液閥圖1 充液式合模裝置解決辦法,盡量采用塑料、橡膠組合油封、增加支承點(diǎn)長度。1 2 漏油問題全液壓式合模裝置所采用壓力比較高,如果密封不好,容易造成漏油,解決方法:(1采用好的密封件;(2安裝油封時(shí),不要損壞密封件(不要用尖銳的工具;(3注意密封油槽尺寸精度、光潔度; 收稿日期:2001

3、06 15(4減少油中的污染物;(5降低油溫。1 3 升壓時(shí)間長充液式合模裝置在運(yùn)行中容易吸空,或者大量油液回油箱時(shí),可能會(huì)使空氣混入油中,導(dǎo)致爬行、升壓時(shí)間長等。解決方法:(1回油管盡可能短和大些;(2回油管不要直接插入油箱;(3增加油缸排氣裝置。1 4 充液閥油封處內(nèi)泄充液閥油封處如果磨損也有可能內(nèi)泄,會(huì)導(dǎo)致升壓時(shí)間太長,如出現(xiàn)升壓慢,要拆下充液閥維修。此外,充液式合模裝置要注意油溫不能太高,應(yīng)盡量增大冷卻器,水量充足且要求水溫低。在沒有安裝模具時(shí),注意不要在動(dòng)模板小于最小模具厚度時(shí)升高壓。2 肘桿式(機(jī)鉸式拉桿等斷裂的原因及解決辦法肘桿式合模裝置如圖2所示,下面簡要分析拉桿斷裂原因及解決

4、辦法。1 前定模板2 拉桿3 動(dòng)模板4 連桿(肘桿5 后定模板6 合模油缸7 鎖軸圖2 肘桿式合模裝置2 1 拉桿等斷裂的原因及分析(1疲勞破壞第15卷 第9期中 國 塑 料V ol.15,N o.92001年9月CHINA PLASTICSSep.,2001注塑機(jī)的工作過程是交變應(yīng)力的過程,故任何引致應(yīng)力集中的因素都可能導(dǎo)致拉桿(哥林柱的疲勞破壞。如: 軸徑變化較大的臺(tái)階處。 過渡處缺少圓角/退刀槽等。 表面?zhèn)刍蛘呒庸ぢ菁y不小心破壞光軸表面。 螺紋表面粗糙度太大。 螺紋長時(shí)間受壓,由于表面強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致表面擠壓損壞(調(diào)模螺母處。 螺紋表面熱處理不當(dāng)造成應(yīng)力集中。 材料缺陷。(2過載拉斷由于

5、肘桿式靠四根拉桿變形獲得鎖模力,如果四根拉桿長度不同,則其變形就不一樣,如四根中一根較短,則較短的拉桿可能會(huì)承受大大超過其本身應(yīng)承受的1/4鎖模力,從而導(dǎo)致拉斷。(3溫度應(yīng)變導(dǎo)致拉斷如果四根拉桿長短不一,例如:一條長,三條短,那么較長拉桿由于急劇的溫度升高或降低所引起的熱應(yīng)力,受到另三根桿的約束,將導(dǎo)致該桿斷裂或彎曲。(4復(fù)合應(yīng)變所導(dǎo)致的拉斷如果模具不平,連桿(鉸邊的長度、軸承座的高度及拉桿的長度等零件的綜合誤差太大,當(dāng)連桿伸直時(shí),兩邊受力不均。那么: 造成后模板擺動(dòng),拉桿更易拉斷; 造成產(chǎn)品飛邊,一般缺少經(jīng)驗(yàn)的操作者會(huì)進(jìn)一步加大鎖模力,從而造成拉桿及連桿、軸承座等過載拉斷及模具過載變形。(5

6、瞬時(shí)沖擊應(yīng)力導(dǎo)致的破壞由于肘桿式在開模之前鎖模力未能釋放,所以, 開模時(shí)瞬時(shí)沖擊造成機(jī)器振動(dòng)并導(dǎo)致拉桿及其它零件損壞; 由于整個(gè)合模部件(包括模具長時(shí)間保持在應(yīng)力狀態(tài)下,會(huì)導(dǎo)致拉桿、連桿、十字頭等零件過早疲勞失效。2 2 解決拉桿等斷裂辦法(1在設(shè)計(jì)上,要避免軸徑急劇變化,在臺(tái)階或退刀槽處,盡量用大的圓角過渡,選擇綜合性能較好的材料,熱處理既要解決螺紋表面硬度(要耐磨又要設(shè)法減少表面應(yīng)力集中,要提高表面光潔度,盡量減少應(yīng)力破壞。(2要保證加工精度,特別是連桿的長度,軸承座的高度,十字頭的精度,軸承座在模板的定位精度等。(3要特別注意在裝配時(shí)或在拆動(dòng)調(diào)模螺母后,一定要將四根拉桿的長度調(diào)好,其調(diào)模

7、螺母與后模板的間隙也要調(diào)整好。(4在產(chǎn)品產(chǎn)生飛邊時(shí)要分析其原因,不要片面提高鎖模力,如發(fā)現(xiàn)模具不平應(yīng)磨平,如拉桿或連桿長度不均應(yīng)校正,包括墊銅片、紙片等,或者校正調(diào)模螺母。以上解決辦法只能起到一定作用,未必能從根本上解決,而且有些措施會(huì)加大制造成本,如加大拉桿直徑,使用高質(zhì)量材料等,故在某種程度上取決于廠家的取舍。2 3 銷套、軸等的磨損及斷裂的原因及預(yù)防(1銷套、軸等容易磨損,一方面使鎖模精度下降,另一方面,會(huì)使各部分零件如連桿(肘桿、十字頭等受力不均,也是連桿、十字頭等斷裂的主要原因。套、軸磨損后使連桿受力長度不均,嚴(yán)重會(huì)使后模板偏擺,十字頭及鎖模油缸活塞桿也容易斷裂。所以,在軸套等磨損時(shí)

8、要特別注意及時(shí)更換維修。(2銷軸等的良好潤滑是減少銷套、軸磨損的有效辦法,另外,采用高質(zhì)量的材料,不要經(jīng)常在超載下工作也是減少磨損及斷裂的有效措施。3 模板斷裂的原因及解決辦法模板是注塑機(jī)最重要的零件之一,它的成本是注塑機(jī)成本的主要組成部分,模板斷裂,注塑機(jī)就不能正常工作。從強(qiáng)度出發(fā),當(dāng)然是選用高質(zhì)量的材料,而且盡量將模板做得厚一些,但這兩點(diǎn)均提高模板的造價(jià),影響整機(jī)成本,制造者從性能、價(jià)格綜合考慮,現(xiàn)在模板大部分采用球墨鑄鐵鑄造。這主要考慮:(1球鐵成本低、在模板上鑄出加強(qiáng)筋或?qū)⒛０逄涂?可有效減少質(zhì)量;(2由于減少加工面及球鐵本身容易切削加工,可有效減少加工成本;(3球鐵剛性較好,也具有一

9、定強(qiáng)度。雖然設(shè)計(jì)者充分考慮了模板的強(qiáng)度、剛度,但仍然有許多模板斷裂的事故發(fā)生,這是什么原因呢?下面對這幾種合模裝置模板斷裂原因加以分析。3 1 肘桿式合模裝置(1模板受力分析對于前模板(如圖3來說,其受力好象用手帕包東西一樣,要注意的是,如果中間挖空太大,或者在軸對稱線附近有鑄造缺陷、螺釘孔、銷孔等缺陷,就有發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)。對于動(dòng)模板,在F3和F4的作用下,模板的變形如圖4,由于力臂長,故水平軸線發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)最大。對于后模板,其受力與前模板相近,但是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā),為了增加開模行程,勢必要減少圖5中A的尺寸,這也是模板斷裂的主要原因。(2系統(tǒng)受力分析(a在連桿伸直時(shí),四根拉桿(哥林柱必然受

10、拉,由于加工及裝配的原因,四根拉桿受力長度未必相同,這樣受拉力也不同,作用在模板上的力也不同,這就容易引起模板局部超載而斷裂。2001年9月中 國 塑 料 77 圖3 前模板圖4 動(dòng)模板圖5 后模板(b同樣由于加工、安裝的原因,如兩邊前后連桿不等長,四根拉桿不等長、模板厚薄不均,甚至模具安裝面不平行等均會(huì)使連桿伸直后所受的力不同。當(dāng)模具剛剛閉合,如果上下連桿(肘桿形成的初始角不同(如圖6,即 1= 2,必然會(huì)使連桿受力不均,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)30%以上,那么模具受力也不均,這將使模具與模板接觸面積減少,彎曲力增加,這必然導(dǎo)致模板受力不均而斷裂。(3連桿的排列及模具安裝(圖7a 連桿主要分為上下排列或水

11、平排列兩種,如果不考慮潤滑因素,只考慮裝模方便,一般為H 1 H 2,故采用水平排列時(shí)后連桿的長度可考慮長些,以增加模板行程,這樣,如果采用長條型模具,模具寬度B 比L 1小得多,則動(dòng)模板比較容易斷裂。當(dāng)然,采用上下排列則模具水平軸線附近容易出現(xiàn)飛邊,而且開模行程較小。b 模具安裝面積太小,使模板所受的彎曲力大增,模板也容易斷裂。c 使用過程(a調(diào)模不當(dāng)或安裝不當(dāng),使4根拉桿(哥桿柱受力不均或鎖模超載均會(huì)造成模板斷裂。(b對于加工一些投影面積大、粘度低的產(chǎn)品,如用PP 做錄像帶盒及VCD 盒子等,如果模具質(zhì)量較差或受力不均,制品很容易出現(xiàn)飛邊,出現(xiàn)飛邊后,一方面脹模力增加,使連桿、十字頭、拉桿

12、(哥林柱等負(fù)載增加,另一方面,連桿可能越過中點(diǎn),在開模時(shí),連桿在回到中點(diǎn)時(shí),就相當(dāng)于給了模具等一個(gè)附加鎖模力,過了中點(diǎn)后,系統(tǒng)恢復(fù)彈性變形,變形力與開模力的疊加就會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊,這種沖擊力是造成模板斷裂的主要原因。特別是當(dāng)模板采用球鐵鑄造時(shí),使用時(shí)間一長,鑄件產(chǎn)生疲勞,當(dāng)有鑄造缺陷時(shí),就特別容易斷裂。所以,為了減少開模的困難,減少?zèng)_擊,常把肘桿設(shè)計(jì)成斜排列(帶有r 角如圖8(a或角排列(帶有w 角如圖8(b,但這兩者均減少了力的放大倍數(shù),并無法自鎖,在鎖模過程中必須繼續(xù)向合模油缸補(bǔ)充高壓油, 增加能耗。圖6 雙肘桿受力示意圖圖7 動(dòng)模上肘桿與模具安裝示意圖(a斜排列 (b角排列圖8 不同

13、肘桿排列角比較圖3 2 (全液壓充液式合模裝置充液式合模裝置后模板的受力與肘桿式前模板的受力相同,后模板一般與鎖模油缸鑄造成一體,其主要問題是油缸本身的磨損及滲油問題。動(dòng)模板的受力比肘桿式的動(dòng)模板好得多,故一般較薄,也較少斷裂。全液壓合模裝置一般不出現(xiàn)超載現(xiàn)象,這也減少了模板斷裂的機(jī)會(huì)。3 3 四缸直鎖二板式合模裝置 四缸直鎖二板式由于鎖模力僅作用在前模板與動(dòng)模板之間,其受力與肘桿式前模板相同。它除不超載外,由于采用四缸直鎖鎖模結(jié)構(gòu)(如圖9,拉桿(哥林圖9 全液壓式合模受力示意圖78 注塑機(jī)合模裝置存在的主要問題及解決方法柱承受單個(gè)油缸的鎖模力,這些油缸作用在模板四個(gè)角。四個(gè)油缸的油路是連通的

14、,故鎖模時(shí),模板四個(gè)角上受力均衡。該機(jī)油路設(shè)計(jì)比較特別,它能夠使鎖模力隨注射結(jié)束而分級(jí)大幅減少,可減少系統(tǒng)(包括模板、模具承受高負(fù)荷時(shí)間60%或以上,故模板不易疲勞。從以上分析中可以看出,肘桿式合模裝置的模板比較容易斷裂,這一點(diǎn)與其結(jié)構(gòu)有關(guān),因?yàn)樗强空麄€(gè)系統(tǒng)的剛性變形產(chǎn)生鎖模力的,而且,這種斷裂往往有時(shí)還與使用等其它因素有關(guān),故使用者要特別注意。4 影響模具壽命的主要原因及延長模具壽命的途徑模具的價(jià)格有時(shí)超過了注射機(jī)本身,而且,模具出現(xiàn)問題,直接影響到交貨時(shí)間,故對廣大用戶來說,了解影響模具壽命的主要原因是十分重要的。模具質(zhì)量主要與設(shè)計(jì)、選材、加工、裝配等有關(guān),從設(shè)計(jì)角度上,主要考慮:(1模

15、架的大小,模腔的壁厚;壽命與制造成本的關(guān)系,選用注塑機(jī)的大小對投資成本及生產(chǎn)成本的影響。(2內(nèi)嵌件的強(qiáng)度及放置的可靠性。(3盡量避免個(gè)別零件或模腔中某個(gè)位置成為薄弱的環(huán)節(jié)。(4導(dǎo)柱在移模過程中起了很重要的作用,故應(yīng)考慮其強(qiáng)度及耐磨性。其它選材、加工、裝配,主要考慮成本與質(zhì)量的矛盾關(guān)系,在此不多敘述。下面主要從各充模過程中,談?wù)労夏Ｑb置與模具壽命的關(guān)系。4 1 快速合模過程在快速合模過程中,動(dòng)模板的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響到模具導(dǎo)柱與導(dǎo)套的相對運(yùn)動(dòng)。如果動(dòng)模板的導(dǎo)向長度太短,而模具較重,或者太高,就會(huì)因模板的傾斜而導(dǎo)致導(dǎo)柱與導(dǎo)套偏磨。最近國際上一些大型機(jī)采用拉桿(哥林柱脫開定模板或脫開動(dòng)模板的結(jié)構(gòu),動(dòng)模板

16、的導(dǎo)向完全依靠機(jī)座的導(dǎo)軌,導(dǎo)軌磨損后造成導(dǎo)向精度下降,又重又高的模具使動(dòng)模板傾斜,加速模具導(dǎo)柱的磨損,設(shè)計(jì)者必須設(shè)法克服這個(gè)問題。對于肘桿式(機(jī)鉸式來說,由于其導(dǎo)向套太短,如果兩邊肘桿長短不一,會(huì)使模板左右擺動(dòng),也同樣加速導(dǎo)柱的磨損,對于四缸直鎖二板式注塑機(jī)來說(如圖10,4個(gè)油缸各有A、B、C3點(diǎn)定位,無疑大大增加導(dǎo)向長度,使動(dòng)模板在運(yùn)動(dòng)中平穩(wěn),特別是加工一些深腔產(chǎn)品,優(yōu)點(diǎn)更加突出。4 2 低壓護(hù)模過程在模具即將夾緊時(shí),如果夾到澆口料、嵌件等異物,勢必將模具夾壞,這是模具損壞的重要原因,故低壓護(hù)模十分重要,肘桿式由于低壓護(hù)模區(qū)太接近力的 放大區(qū)(圖11,該區(qū)域力不穩(wěn)定,也就是說即使作用在油缸

17、上的是恒定的較小的力,但作用在動(dòng)模板上不是恒定的力,而且相差很大,低壓護(hù)模實(shí)際上起不到多大的作用。相比之下,充液式好一些,但充液式由于內(nèi)泄漏及吸空的原因,會(huì)造成爬行而致使低壓護(hù)模不準(zhǔn)確。四缸直鎖二板式因沒有以上兩種結(jié)構(gòu)的問題,故低壓護(hù)模效果最好,實(shí)用中用很薄的紙或綿線就可做到靈敏護(hù)模。圖10 四缸直鎖二板式鎖模機(jī)構(gòu)圖圖11 肘桿機(jī)構(gòu)合模力的特性曲線4 3 高壓鎖模過程在此過程中,一般全液壓式均優(yōu)于肘桿式,因?yàn)橹鈼U式會(huì)造成:(1模具兩邊受力不均,使模具兩邊的變形量不同,會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)柱受彎,模腔變形。(2模具超載,使模具及拉桿變形量增加,開模困難,機(jī)器震動(dòng),嚴(yán)重時(shí)會(huì)開不了模。4 4 注射保壓過程(1開

18、始注射時(shí),慣性力會(huì)影響深腔產(chǎn)品型芯的定位,如果型芯剛性不夠或裝配不牢,型芯有可能移位或傾斜。(2在注射過程中,如果模腔投影面積F大,模腔壓力P高,那么脹模力M脹=F P就可能超過原始鎖模力M鎖(圖12,M剩=M鎖-M脹,M剩<0,S>0,制品厚度變大,并產(chǎn)生飛邊,這時(shí)如果采用肘桿式鎖模機(jī)構(gòu),其M鎖增加(見圖13,整機(jī)變形增加(拉桿拉長,制品厚度略為增加,對普通制品,可在超載下成型制品,但帶來的后果是連桿、拉桿等容易損壞,模具壽2001年9月中 國 塑 料 79命也縮短。與此相反,采用全液壓式,如果M剩<0,動(dòng)模板會(huì)后退(讓模制品變厚并產(chǎn)生飛邊,不但模具拉桿等變形不增加,不易損

19、壞,而且起到保護(hù)模具作用,全液壓式不能在超載下工作,既是其弱點(diǎn),也是其優(yōu)點(diǎn)。(3如果M脹較小,M鎖不變,那么隨著M剩增加,制品會(huì)變薄,制品的內(nèi)應(yīng)力較大,而且模具、拉桿等受力較大,特別是模具較小時(shí),模具更易損壞,這方面全液壓式比肘桿式有更多優(yōu)勢,因?yàn)槠滏i模力較易調(diào)節(jié)。4 5 預(yù)塑(熔膠冷卻過程如果模具受力不均,在注射階段,導(dǎo)柱和型芯已經(jīng)偏斜,在預(yù)塑冷卻階段,塑料處于冷卻收縮,這時(shí),如果模具受力不變,導(dǎo)柱等偏斜就會(huì)固定下來,這時(shí)金屬與塑料之間磨擦力會(huì)很大,加速機(jī)械磨損,這方面也是肘桿式的弱點(diǎn),四缸直鎖二板式由于在熔膠和冷卻時(shí),鎖模力隨時(shí)間而下降,而且四柱受力均勻,這種現(xiàn)象大大減少。4 6 開模過程

20、(1開模前,肘桿式由于鎖模力還沒有釋放,特別是超載時(shí),型芯還沒有恢復(fù),塑料就已經(jīng)冷卻,故金屬與塑料的磨擦力會(huì)很大,加劇型芯磨損。(2在開模時(shí),肘桿式由于鎖模力的突然釋放會(huì)產(chǎn)生震動(dòng),這些震動(dòng)會(huì)加劇一些受力零件的破壞。(3至于有兩個(gè)分型面的模具(圖14,對于肘桿式來說,由于其運(yùn)動(dòng)速度是一條基本上固定的曲線,故要使分型面A 慢速,A 就速度太快,拉壞導(dǎo)柱,要保證A 慢速A 就太慢,從而影響生產(chǎn)率,這一點(diǎn)全液壓式 就方便很多。圖12 模具受力示意圖圖13 肘桿機(jī)構(gòu)合模力與變形曲線圖14 二個(gè)分型面模具示意圖(4對于肘桿式來說,還有一種情況,制品在飛邊下開模,由于要經(jīng)過臨界點(diǎn)a (圖15, 機(jī)器彈性變形最圖15 肘桿機(jī)構(gòu)工作時(shí)的移模力大,動(dòng)模板會(huì)往模具方面施加一變形力,