易恒光，游強(qiáng)，徐志江

(廣州一道注塑機(jī)械股份有限公司，廣東 廣州 51066)

注塑機(jī)的合模過程是注塑工藝流程中不可或缺的環(huán)節(jié)，合模機(jī)構(gòu)作為注塑機(jī)的核心部件之一，主要包括模板、合模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、調(diào)模機(jī)構(gòu)以及安全保護(hù)裝置等，其主要功能包括：實(shí)現(xiàn)啟閉模運(yùn)動(dòng)、提供將模具鎖緊的鎖模力和開模后頂出制品[1]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，合模機(jī)構(gòu)已發(fā)展和衍生出四十多種型式和結(jié)構(gòu)，其中，80年代出現(xiàn)的五點(diǎn)雙曲肘式結(jié)構(gòu)使得合模裝置進(jìn)一步發(fā)展，該合模裝置利用了曲肘連桿機(jī)構(gòu)力的放大功能及自鎖功能，同時(shí)此種類型合模裝置憑借其節(jié)能、高效、低成本和易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛關(guān)注，時(shí)至今日其仍是注塑機(jī)主流合模結(jié)構(gòu)形式之一，它長(zhǎng)期以來作為合模機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)型式在國(guó)內(nèi)外被廣泛的應(yīng)用[2～3]。這種合模機(jī)構(gòu)是通過動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)曲肘連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)模具啟閉的，在啟閉模過程中，能夠滿足工藝所需的慢-快-慢的運(yùn)動(dòng)過程，具有力的放大作用，能夠通過很小的推力獲得較大的鎖模力，在曲肘伸直時(shí)具有自鎖作用而長(zhǎng)久的保持鎖模力[4～7]。五點(diǎn)斜排雙曲肘合模機(jī)構(gòu)按合模過程中連桿的運(yùn)動(dòng)形式有內(nèi)翻式和外翻式之分，內(nèi)翻式當(dāng)活塞回程時(shí)，兩曲肘向中心方向翻轉(zhuǎn)，反之為外翻式[8～9]。內(nèi)翻式一般用于中小型注塑機(jī)，外翻式多用于大型注塑機(jī)。本文以U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻式合模機(jī)構(gòu)和U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以確定各自機(jī)械性能的優(yōu)劣，為不同的塑料制品找出最合適的合模機(jī)構(gòu)。

1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能

圖1所示為U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)，其最大鎖模力為3 000 kN，最大容模厚度為820 mm，開模行程為720 mm，拉桿垂直水平空間為850 mm×850 mm，中心高為630 mm，合模油缸行程為582 mm。其工作原理為：合模時(shí)十字頭推動(dòng)推力桿帶動(dòng)后連桿繞后模板上的固定鉸鏈銷軸回轉(zhuǎn)，前連桿做平面運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)模板前移，并在低速低壓保護(hù)下進(jìn)行試合模，合模油缸繼續(xù)增壓，后連桿和前連桿呈一條直線，系統(tǒng)由于彈性變形產(chǎn)生合模力。

圖1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)

圖2已知合模機(jī)構(gòu)參數(shù)拉桿：材料 40Cr直徑Dp=120 mm，長(zhǎng)度Lp=3 063 mm 中心距LAA=1 100 mm，LBB=970 mm，LEE=645 mm開模行程Sm=720 mm連桿l1=415 mm，l2=500 mm，l3=168 mm，l4=128 mm，l5=280 mm。

圖2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1 計(jì)算

1.1.1 Sg和 Ks

1.1.2 系統(tǒng)剛度K

（1）系統(tǒng)剛度K

拉桿材料 40，Cr E=2.1×106kg/cm2，Dp=12 cm，lp=306.3 cm。

連 桿 l1、l2， 剛 度 Kl1、Kl2,材 料 QT500-7，E=1.73×106kg/cm2。

a.連桿l1，剛度Kl2，斷面見圖3(a)，l1=41.5 cm

b.連桿l2剛度Kl2，斷面見圖3(b)，l2=50 cm。

圖3 連桿斷面圖

系統(tǒng)剛度：

計(jì)算系數(shù)η=1.35，則公式為：

（2）檢驗(yàn)計(jì)算剛度K中選用計(jì)算系數(shù)，y=1.35能否保證即鎖緊后能達(dá)到設(shè)計(jì)要求Pmmax=360 N。

1.1.3 求增加倍數(shù)M和油缸推力

根 據(jù) 以 上 所 得 臨 界 角γl=4.084°，αl=4.481 1°，βl=3.718 1°。

列表計(jì)算基本公式（表1）：

表1 U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)參數(shù)表

則M=16.18，P0max=12.927 N，

取η=0.65Ps=19.89≈20 N，

2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能

圖4所示為U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)，其最大鎖模力為3 000 kN，最大容模厚度為820 mm，開模行程為1 000 mm，拉桿垂直水平空間為850×850 mm，中心高為630 mm，合模油缸行程為500 mm。其特點(diǎn)就是動(dòng)模板開模時(shí)后連桿向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，后連桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)，從而模板移動(dòng)行程增大，而且模板受力情況得到改善，剛性提高，合模時(shí)，移模油缸通過推力桿使后連桿繞后模板上的固定鉸鏈銷軸回轉(zhuǎn)，前連桿做平面運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)動(dòng)模板沿拉桿滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)合模，連桿呈一條直線，合模系統(tǒng)彈性變形而產(chǎn)生的合模力。

圖4 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)

2.1 連桿參數(shù)

l1=550 mm，l2=670 mm，λ=l1/l2=0.82，lAB0=l1+l2=1 220 mm開模行程Sm=1 000 mm，十字頭E鉸和A鉸間垂直高度h=250 mm，取θ=12，Φ0=87°，h1=203.3 mm，α1+θ=125.97°。

即KS=Sm/Sg=1.74因?qū)傩〗嵌群髼U結(jié)構(gòu)，當(dāng)速度曲線較平緩：Ks＞1.5是允許的。

2.2 系統(tǒng)剛度

拉 桿 材 料 為 40Cr，E=2.06×106kg/cm2，Dp=12 cm，lp=346.8 cm，見圖 6～7。

系統(tǒng)剛度:

圖6 連桿l2斷面圖

圖7 連桿l1斷面圖

增力倍數(shù)/M和油缸推力Pomax，取θ=18°；基本公式如下：

列表(表2)計(jì)算得：M=18.6，P0max=12.776 N，Pos=

表2 U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)參數(shù)表

3 從參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)匯總

（1）U-PET300五孔斜排雙曲軸內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

剛度增加倍數(shù)M=16.18，油缸推力P0=12.427 N。開模行程與合模油缸行程比K=1.564×106kg/cmKs=1.2437。

（2）U-PET300五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

剛度K=1.564×106kg/cm，增加倍數(shù)M=18.6，油缸推力P0=12.776 N。開模行程與合模油缸行程比K=1.74。

兩款機(jī)器四柱空間H×V=850 mm×850 mm，拉桿直徑Dp=120 mm，中心高630 mm，均組成同一種安裝平臺(tái)，匹配模塊化的通用的注射系統(tǒng)。

4 結(jié)語

根據(jù)上述兩款結(jié)構(gòu)對(duì)比計(jì)算可以看出U-PET300瓶坯注塑機(jī)五孔直排外翻式合模機(jī)構(gòu)是在原有的U-PET300 瓶坯注塑機(jī)五孔斜排雙曲肘內(nèi)翻合模機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化組合而成，在鎖模力、拉桿水平垂直空間、鉸鏈、軸銷、拉桿直徑和前模板完全一致的情況下進(jìn)行必要的部分設(shè)計(jì)更改，整體技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)剛度、臨界角、增力倍數(shù)和油缸推力均有些變化。五點(diǎn)直排機(jī)鉸外翻式合模機(jī)構(gòu)，其滿足足夠的開模行程，動(dòng)模板和后模板的連桿機(jī)鉸座不用拉高和斜放，這樣動(dòng)模板相應(yīng)的模具安裝部位直接受力區(qū)域范圍，無需要力的分力傳遞，對(duì)動(dòng)模板進(jìn)行足夠的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)就好，不需要特殊的設(shè)計(jì)和加厚，但由于外翻十字頭須成框架結(jié)構(gòu)，且支點(diǎn)D1距離拉得太高，造成此部位剛性最弱，并容易發(fā)生自鎖現(xiàn)象造成需要足夠大的開模力，此部位銷軸受剪切增加，造成斷銷軸的風(fēng)險(xiǎn)。而U-PET300機(jī)鉸式合模機(jī)構(gòu)雖然有足夠的開模行程，但是動(dòng)模板的連桿機(jī)鉸座需要拉高，這樣動(dòng)模板相應(yīng)的模具安裝部分不是直接受力區(qū)域范圍，需要力傳遞，為保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，往往對(duì)動(dòng)模板要做特殊的設(shè)計(jì)和加厚，不利于成本降低。