橡胶注射成型机液压系统的研究

橡胶注射成型机液压系统的研究

刘华飞

德科摩橡塑科技（东莞）有限公司

摘要：液压传动具有工作平稳、易于实现自动控制的优点,因此橡胶注射成型机采用液压传动作为动力源。文章叙述了对橡胶注射成型机液压机械式合模机构锁模力和增力倍数的一般公式进行了改进和简化，采用了几种液压新技术对橡胶注射成型机液压控制系统进行优化设计。

关键词：合模机构；注射成型机；液压系统

前言：

如今工业对橡胶制品的要求不断提高,以及温度控制和液压控制技术的发展与进步,最近十几年国内橡胶工业开始了橡胶注射成型法及注射成型机的研究和应用。橡胶注射成型机之所以能生产出高质量的制品,与先进的液压控制系统有着直接的关系。液压控制系统设计的好坏将直接影响到整个橡胶注射成型机的运转情况、使用性能、生产效率及能量消耗等。因此采用了先进的变频技术,为了实现节能、高效、低耗和提高控制水平。

一、橡胶注射成型机的工作原理及流程

整个机器由注射塑化系统、合模硫化系统、液压控制系统三大部分组成。首先将混炼好的条状胶料喂入注射塑化系统中,由液压马达带动螺杆转动,对胶料进行剪切塑化。胶料经塑化后,挤入到注射料筒中,最后由注射液压缸将注射料筒中胶料注射到模腔内,经过一定时间的高温高压作用,胶料被硫化成型。整个橡胶注射成型机的工作流程如下:顶出机构复位---推入模具---快速合模---慢速合模---锁模---注射座下移---抽真空---注射---保压---加热硫化---开模---推出模具---顶出制品---注射座上移---加料塑化---胶料挤入注射料筒---胶料贮存在料筒中等待注射。

二、橡胶注射成型机合模机构

2.1橡胶注射成型机是模压制品生产的一种新型设备。机器的主体部分由注射和合模两大部件组成,一般常用合模机构所能产生的最大力—公称锁模力(吨)作为机台的特性参数。正确而简便地计算锁模力对于机器的设计、制造和使用都具有重要意义。橡胶注射成型机合模装置的主要形式之一是液压机械式合模机构,按其结构特征又可分为单曲肘式、双曲肘式和曲肘撑杆式三种类型(图1)。这三种结构类型及其计算公式,也同样适用于橡胶注射成型机的合模机构。液压机械式合模机构的增力倍数与锁模力计算,国外文献曾有过介绍:一种是通过机构的弹性变形计算锁模力,称为变形比较法,另一种是利用虚功原理计算机构的增力倍数,称为特性线法。例如,对于单曲肘式,文献给出锁模力的计算公式为

l一活塞杆,2一肘板座;3—连接撑板:4一撑板5—左移动模板;6—右移动模板;7—后固定模板,8-一顶出油缸;9—前固定模板。

至于特性线法,则完全不考虑机构的弹性变形,而只是从刚体平衡的静力关系利用虚功原理来讨论机构临近合模位置时动模板的水平推力。对于油缸推力的增力倍数。例如,对于双曲肘式(图2),给出增力倍数的计算公式为:

通常来说,公式(1)和(2)在具体计算时是有点麻烦,不能直接用算式进行计算,因为临界角a一般都是5°以内的小角度,所以在计算时就无法保证必要的精度。而且在实际调试中,由于临界角很难测得,故实际锁模力也就无法预测,这将直接影响到制品的质量和机器的合理选用。

三、注射成型机液压系统设计及特点

橡胶注射成型机液压系统设计是在满足注射工艺要求的条件下,本着节能低耗的原则进行设计的。液压系统控制原理如图3所示

图3液压系统原理图

因为液压系统中采用了变频控制、真空自吸补油、比例压力控制等先进技术,因此它具有以下特点:

3.1能量消耗少,系统发热低

工艺多级注射速度的需要———注射速度可自动调节,以适应不同注射阶段的要求,液压系统提供给注射机的工作流量必须是不断变化的。用传统的定量泵-流量阀来调节系统流量,在低速注射、慢速合模时,因电机、液压泵转速不变,即液压泵输出流量不变,就会有大量多余的压力油经溢流阀直接流回油箱,从而造成大量的能量浪费。本设计采用了变频控制技术,通过改变电机的电流频率来改变电机和液压泵转速,使液压泵输出流量与注射机各注射阶段所需流量保持一致,故系统无节流和溢流损失,从而达到节能低耗的目的。另外,由于调速时无节流和溢流损失,系统发热量也大大减少,这不仅降低了能耗，而且使用的冷却水也更少，减少了水资源的浪费。

3.2系统成本低,生产效率高

合模机构结构简单,不需要设计专门的调模机构,对不同厚度的模具适应性好,因此该机器的合模装置设计成直压式。但直压式合模装置给液压系统带来了生产效率与系统成本相互矛盾的问题。因直压式通过压力油直接锁模,所以液压缸直径大,如选择大流量高压泵来提高合模速度,液压泵和电机的成本将增高,能耗也很大;如选择小流量高压泵,合模速度将降低,从而影响到生产效率。本设计通过真空自吸补油技术来解决这一问题。即用两个小直径辅助液压缸来带动主合模液压缸的柱塞、移动模板等可动部分快速上升、合模,当柱塞快速上升时,主合模液压缸内形成真空,在大气压力作用下,油箱中的油经充液阀进入主缸中。合模后,压力升高,顺序阀打开,高压油进入主合模液压缸完成锁模操作。由于辅助缸直径小,因此用小流量泵即可完成快速合模操作。这样一来,既提高了生产效率,又降低了系统成本,能量消耗也随之减少。

3.3阀门数量少,系统结构简单

应多级注射压力的要求,系统采用了比例压力控制。即用一个比例压力阀实现多级注射压力的控制。比例压力调节阀是通过将输入的信号电流转换成作用在阀芯上的力来控制系统压力的。因此通过改变输入信号大小,就可以方便地完成所有的压力控制。与普通压力阀控制系统相比,比例压力控制系统简化了系统结构,减少了阀门数量,同时还具有控制精度高、压力转换平稳、无冲击、节能效果好等优点。

结语:

目前，随着人们对高精度、高质量制品的要求以及对高效节能设备的需求,将会出现更先进、更完善的液压控制系统。文章在设计中重点考虑了液压系统节能问题。因为降低液压系统的能耗等于降低了橡胶制品的生产成本。希望本文能给进行橡胶注射成型机液压设计者设计出更先进的动力及控制系统有所帮助。

参考文献:

[1]雷天觉新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,1998.

[2]张利平液压阀原理、使用与维护[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3]刘海昌电液比例控制系统在电铅堆垛中的应用[D].昆明:昆明理工大学2004