龔建康，石則滿

(浙江旭昌昇裝備科技有限公司，浙江 嵊州 312400)

0 前言

在我國的制造業(yè)中，注塑機屬于重要的重型裝備制造業(yè)設(shè)備，在國民經(jīng)濟中占據(jù)著極其重要的地位。注塑機生產(chǎn)的塑料制品廣泛分布于生活中的各行各業(yè)之中，如：汽配行業(yè)、家電行業(yè)、物流包裝行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等。隨著市場對塑料制品需求量的不斷增加，注塑機本身市場的需求量也在逐年快速上升，伴隨著注塑機市場規(guī)模的不斷擴大。作為國內(nèi)眾多注塑機設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)制造商中的一員，其每年生產(chǎn)、銷售的注塑機數(shù)量也逐年增多。國內(nèi)注塑機制造企業(yè)在大型化裝備的研發(fā)上也逐步從傳統(tǒng)的三板曲肘式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到了二板式結(jié)構(gòu)[1]。拉桿作為注塑機合模機構(gòu)中的重要組成部分，在注塑機的運行過程中，因拉桿斷裂而導(dǎo)致生產(chǎn)過程中斷，給客戶和廠商造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。目前，注塑機哥林柱斷裂的主要原因有：疲勞破壞、過載拉斷和復(fù)合應(yīng)變所導(dǎo)致拉斷[3]。針對拉桿這種非正常壽命的縮短，通過探討兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)進行分析并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，再對優(yōu)化后的拉桿支撐結(jié)構(gòu)方案進行驗證，目地是為了減小拉桿在鎖、開模交變載荷受力條件下，降低拉桿的斷裂風險、延長拉桿的使用壽命，為兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)探尋一種全新的支撐思路。

1 現(xiàn)有的兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)的分析

1.1 定模板與動模板同心雙支撐拉桿

定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)為早期的一種拉桿支撐結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)為鎖模大油缸為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，其主要由定模板、拉桿組件（含鎖模活塞、鎖模后蓋等）、耐磨環(huán)、動模板支撐環(huán)、動模板支撐環(huán)固定板等組成。定模板上同心布置多道耐磨環(huán)，動模板上布置一道寬的動模板支撐環(huán)與定模板耐磨環(huán)安裝孔處于同一中心線，拉桿同心支撐在多道耐磨環(huán)上（耐磨環(huán)安裝在定模板上）和動模板支撐環(huán)上，拉桿支撐長度比較長，支撐效果也相對較好，能避免拉桿伸出段末端因撓度而產(chǎn)生的下垂。圖1所示定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)有如下特點：

圖1 定模板與動模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

（1）拉桿與動模板支撐環(huán)接觸，能有效支撐拉桿，避免拉桿伸出段末端因撓度而產(chǎn)生的下垂。

（2）開、合閘部件抱、開閘動作過程中動作比較平穩(wěn)，抱、開閘動作過程中抱、開閘動作更順暢，拉桿承受的負載也比較小。

（3）不足之處的是：拉桿與動模板接觸，鎖、開模動作過程中有阻力，拉桿會受到偏載力，并且伴隨著較大的拉桿鎖、開模動作拉桿摩擦噪音；拉桿長度需要根據(jù)動板模的最大開距更改而變化，拉桿的長度相對會比較長，拉桿的本身制造成本也相對較高；動模板支撐環(huán)因與拉桿接觸易磨損需潤滑，油脂滴落易污染機床本身及機器周圍環(huán)境，影響機器的整潔外觀，并且當動模板支撐環(huán)因磨損嚴重需更時極不方便。

1.2 定模板同心雙支撐拉桿

如圖2所示為定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)為變更后的拉桿支撐結(jié)構(gòu)。其主要由定模板、動模板、拉桿組件（含鎖模缸套、鎖?；钊?、鎖模后蓋等）、模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)、非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)等組成。定模板上在同一中心線上布置模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)和非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)，拉桿支撐在兩個同心的拉桿支撐環(huán)上，動模板與拉桿不接觸，拉桿在兩個同心的拉桿支撐環(huán)上支撐長度較短，拉桿自由伸出段長度比較長，拉桿伸出段末端因撓度作用會下垂。圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)有如下特點：

圖2 定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

（1）拉桿與動模板不接觸，鎖、開模動作時無阻力，不需要潤滑，能減少對環(huán)境的污染，保持機器的外觀干凈整潔，并且鎖、開模動作過程中更平穩(wěn)，無接觸拉桿在開、鎖模動作時噪聲小、更安靜。

（2）拉桿長度與動模板最大開距無關(guān)，只與容模量相關(guān)，能極大的縮減拉桿的長度，降低拉桿原材料生產(chǎn)成本 。

（3）不足之處為：拉桿在定模板的支撐長度較短，拉桿因自由伸出段懸出較長，拉桿因撓度的作用自然下垂量相對較大，抱、開閘部件抱閘動作時拉動拉桿自由端下垂量上抬，拉桿受到下垂負載較大，抱閘時噪音較大。

2 方案的提出

針對圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)不足之處進行改進，圖3所示為改進后的結(jié)構(gòu)：定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)及零部件數(shù)量與圖2所示一致，具體方案主要是在定模板上的拉桿支撐環(huán)安裝孔作改進。定模板上有兩個拉桿支撐環(huán)安裝孔，圖2所示結(jié)構(gòu)是兩個拉桿支撐環(huán)安裝孔是同心的，優(yōu)化后的方案是兩個支撐環(huán)安裝孔是不同心的狀態(tài)。模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)安裝孔中心線比非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)安裝孔中心線高出一定的距離A；距離A的尺寸需經(jīng)過理論計算及試驗驗證才能獲得比較理想的數(shù)值，得到的數(shù)值也比較小，以期達到抵消因拉桿伸出段由撓度而產(chǎn)生的自然下垂量，減小合閘時抱閘上抬拉桿的力，使注塑機在動作過程中拉桿受到的抱閘交變載荷力減小，拉桿使用壽命也會得到相對延長，機器開、合模運行的會更穩(wěn)定、抱閘動作噪聲小，動作安靜。定模板的具體改進方案見圖3。

圖3 定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)

3 方案的理論依據(jù)

定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)理論依據(jù)，詳見下述的簡化理論模型圖4：

圖4 定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)理論模型

B點為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心位置；

C點為非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心的位置；

E點拉桿伸出段的末端；

LAE為拉桿的人為提升量(也是拉桿懸出端的自然下垂量)；

LCE為拉桿末端到非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心之間的距離；

LBD為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)中心線與非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)中心線的高度差；

LBC為模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心與非模面?zhèn)壤瓧U支撐環(huán)重心之間的距離。

根據(jù)上述簡化模型，由三角形的比例定理可得：

由上式可推導(dǎo)：

又由勾股定理可得：

故拉桿伸出段末端的提升量為：

拉桿伸出段末端的人為提升量LAE與拉桿的自然狀態(tài)下伸出段末端因撓度作用下的自然下垂量相互抵消，理論上在理想狀態(tài)下讓拉桿在懸出端因自重下垂的狀態(tài)近似水平，從而讓拉桿與動板運行線軌安裝豎直面上保持水平。

更改后的定模板不同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)結(jié)合了上述兩種現(xiàn)有的兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)點如下：

（1）拉桿與動模板不接觸，鎖、開模動作時無阻力，不需要潤滑，能減少對機器本身和機器周圍環(huán)境的污染，保持機器的外觀干凈整潔，并且鎖、開模動作過程中動作平穩(wěn)、順暢，開合閘動作噪聲小，更安靜。

（2）拉桿長度與動模板最大開距無關(guān)，只與容模量相關(guān)，能極大的縮減拉桿的長度，減小了拉桿制造長度，其成本更低。

（3）優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，拉桿伸出段的自然下垂量，作為人為位移的提升量；這樣拉桿伸出端經(jīng)提升后的自由水平狀態(tài)能近似看作在拉桿豎直面內(nèi)水平軸線與動板運行導(dǎo)軌軌在同一豎直面內(nèi)保持相互平行，開、合閘部件抱閘動作過程中動作會更平穩(wěn)、順暢，自由端拉桿受向上的抬起力幾乎沒有，拉桿承受因自由端下垂需要提升的交變載荷近似為零。

（4）定模板的實際加工改動量比較小，實際操作、實現(xiàn)起來比較簡單、方便；只需在加工定模板拉桿支撐環(huán)安裝孔時不同心，模面?zhèn)劝惭b孔比非模面?zhèn)劝惭b孔高出一定的距離，成本也能得到有效控制。

4 方案的驗證

拉桿支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案經(jīng)過多次反復(fù)討論后，在兩板式鎖模油缸外置結(jié)構(gòu)上進行驗證。首先在裝配過程中拉桿穿過兩個有位置差的支撐孔十分順暢，使拉桿穿過不同心的支撐孔成為可行。拉桿裝配完成后，通過質(zhì)檢部門用廠內(nèi)專用儀器對拉桿伸出段末端進行測量，對比圖2所示定模板同心雙支撐拉桿結(jié)構(gòu)能有效抵消拉桿伸出段因撓度而產(chǎn)生的自然下垂量，使拉桿在懸臂梁狀態(tài)下，自然下垂量抵消后整個拉桿軸線近似與動模板運行導(dǎo)軌軸線在豎直平面內(nèi)平行，檢測的結(jié)果與理論基本吻合，進一步驗證了設(shè)想條件的理論合理性。再經(jīng)過開機連續(xù)運行幾百模，在這個過程中觀察鎖、開模動作平穩(wěn)、順暢、噪音小，開、合閘部件合閘動作穩(wěn)定，拉桿所受的偏心下垂負載也小。經(jīng)過廠內(nèi)試制、裝配、檢驗、全面完整調(diào)試、測試合格后出機到客戶廠，在客戶處正常生產(chǎn)，經(jīng)后期跟蹤現(xiàn)場實際使用情況，多次臨時檢測，各方面運行穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過以上驗證，改進后的定模板拉桿支撐孔相比未改前的拉桿支撐孔：拉桿在注塑機動作過程中承受載荷相比現(xiàn)有的拉桿支撐結(jié)構(gòu)更小、起高壓鎖模過程更平穩(wěn)、能有效延長拉桿的使用壽命，并且與現(xiàn)有的拉桿支撐結(jié)構(gòu)相比改動極小，僅更改定模板拉桿支撐環(huán)安裝位置的相對尺寸從而減小拉桿伸出段的自然下垂，成本相對低廉，為兩板式注塑機拉桿支撐結(jié)構(gòu)提供了一種全新的支撐思路，具有創(chuàng)新的實用意義。