液压与机铰机技术对比.doc

四缸直锁二板式锁模结构与其它几种锁模结构性能比较
（一）、精密注塑成型对锁模装置的要求
1、对于精密注塑而言，注射压力高，有的高达415MPa，这就要求精密注塑机的锁模结构具有足够的刚性和锁模力，但不是锁模力越高越好，它要求锁模力可以控制、稳定、重复性高，它还要求有高的开、合模精度，主要是开、合模终止点的位置精度和模板的平衡度等，它涉及锁模结构、拉杆、动定模板和合模构件的尺寸、材料、热处理方式以及机加工精度和装配精度等。
2、对低压模具保护以及合模力的大小要精确控制。一般精密注塑成型所需的模具价格十分昂贵，锁模装置应尽量减少对模具的损害；合模力的大小直接影响模具的变形程度，从而影响制品的精度。这要求动模板和定模板都要具有足够的刚性，对于精密注塑成型，一般要求动定模板与模具接触面的变形≤0.1mm，甚至更小。
3、合模机构的工作效率要高，开合模速度要快（一般达到40m/min左右）。为了达到这个目的，要求合模结构更加合理，在满足结构刚性的条件下，尽量减少运动部件及其质量，减少运动惯性，有利于实现高速开合模，降低能耗。
（二）、锁模结构一般有：传统肘杆式、传统单缸充压式、四缸直锁二板式以及全电动式
1、肘杆式锁模结构（如图1所示）的优点是:速度快、能耗低、液压系统简单、成本低。
缺点是:
a.结构复杂、易磨损、开合模精度差。
b.加工精度要求极高，在成型过程中无法保证L2与L4、L3 与L5、L1与L6相等，使得模板受力不均，不能成型精密产品。
图1 肘杆式锁模结构
c.需要复杂的调模结构和润滑系统、开合模行程短,而且销轴等磨损后造成的受力不均,会加速机器损坏,例如:销轴和拉杆断裂、模板开裂、调模螺母咬死等。
2、传统单缸充压式
传统单缸充液式（如图2所示）的优点是:开合模精度高、模板受力均衡、不需调模、不需加油润滑、磨损较少、开合模行程长。
图2单缸充液式锁模结构
缺点是:容易内泄造成升压时间长、爬行、甚至让模、速度慢、漏油、能耗高、容易造成液压冲击、液压系统复杂、成本高、大油缸加工困难。
3、四缸直锁二板式
图3是泓利公司研发并投入批量生产的四缸直锁二板式锁模结构的结构简图。如图所示，四缸直锁二板式锁模结构的四根锁模活塞杆穿过动模板，并固定在定模板和后支架上，活塞固定在活塞杆上，四个油缸套在活塞杆上并固定在动模板上，两个移模油缸安装在动模板与后支架之间，移模油缸使动模板作开合模动作，高压油一起进入四个油缸完成高压锁模动作。
四缸直锁二板式锁模结构的性能分析：

图3 四缸直锁二板式锁模结构

① 由于此结构的拉杆中部受力，封闭力线短，受力零件少，有效提高了锁模刚性，减少疲劳破坏。
② 移模油缸与锁模油缸分开，有效解决了锁模力与移模速度的矛盾，同时解决了直压式锁模结构存在的问题：a.运动中力的平衡；b.由于锁模油缸大，要解决升压时间长和卸压冲击的问题；c.充压阀的内泄漏；d.四根活塞杆的磨损及漏油。
图4 四缸直锁二板式锁模力
变化示意图
③ 锁模力通过电脑准确设定，而且可以从锁模油缸中的压力传感器直接将信号传给电脑，不受环境温度等因素的影响，重复精度高。四缸直锁二板式的锁模力可以随注射压力（如图4中曲线1）的升高而升高1.5倍，锁模力（如图4中曲线2）与胀模力同步变化，并且维持平衡状态，避免模具因长时间受高压而导致疲劳破坏，同时有利于提高制品的精度。图中曲线3表示肘杆式锁模结构的变化线，在整个充模过程中，锁模力一直保持最大值，这易造成模具的疲劳破坏。当注射结束
后锁模力随之下降至系统压
力在冷却过程中则保持一定的低压力。
④ 锁模力随注射压力反馈控制，在注射保压完毕时锁模力降至原来的30％，在开模前逐步降至零，有效取消制品的内应力，避免了开模时产生震动，保证制品的光洁度。
4、全电动式
全电动式锁模结构仍采用肘杆式合模结构（见图5），不同的是其开合模动作是由伺服电机代替原来的移模油缸进行驱动，其余的模厚调整及顶针也由伺服电机驱动。因此，开合模位置精度高，锁模力控制较普通肘杆式准。
全电动式锁模系统的主要优缺点
图5全电动式锁模结构
目前的全电动式精密注塑机的锁模系统是伺
服电机取代原来的油缸推动肘杆作开合模运动。这使原来肘杆式结构所存在的问题继续存在，如加工精度要求高，易磨损，调模难等；但有些方面得到一定的改善，由于使用伺服电机，可以使肘杆在不同的角度停下来，有利于锁模力的改变，并可进行压缩成型。而且由于没有油压惯性的影响，所以噪音较低，控制精度较高，不过，它也带来一些新的问题：
1）由于用伺服电机带动滚珠丝杆，因此滚珠丝杆的磨损会导致精度的下降。
2）如果机器的制造装配精度不高或模具安装平面不平行，那么在滚珠丝杆上就会出现一个附加的径向力，加速滚珠丝杆的磨损。
3）如果肘杆未完全撑直就开始注射，当成型面积较大的制品时就有很大的轴向力作用于滚珠丝杆及伺服电机的轴上，超载时就有可能导致它们的损坏。

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（三）锁模结构的性能分析比较
表一、锁模力形成方式比较

单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁
二板式
锁模油缸压力经压力传感器直接将信号传给电脑，不受环境因素等影响

1. 靠整个系统发生刚性变形产生锁模力，调模机构影响锁模力，最终无法测量

2.初始α02、只有3.5°～5°终止角＞0°初始角越大，终止角越小，锁模力越大。且无法保证两边肘杆的初始角和终止角相同
同肘杆式
同传统
液压式

表二、拉杆受力刚性比较
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式

夹紧模具用上图方式，后模板、拉杆乃至整个系统均受力变形，刚性差

同单缸充液式
同肘杆式

类似于4根螺栓将模具夹紧，受力零件少，刚性好
表三、模具受力均衡性比较
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式

锁模力作用在动模板的中心，其反作用力作用再定模板的四个角上。 1、四条拉杆受力可能因受力长度不同而不均匀。
2、制品投影面积型心必须与机器中心重合，否则制品厚薄不均。
A=B1+B2+B3+B4； B1≠B2≠B3≠B4≠A/4

如图，锁模力通过机铰作用在动模板的两个边缘上，反作用力B作用在定模板的四个角上 1、四条拉杆受力不均，B1≠B2≠B3≠B4；
2、 A1≠B1+B3，A2≠B2+B4； 3、动模板的变形大于定模板的变形
4、B≠1/2 A
同肘杆式

1、A作用在动模板的四个角上。 2、A1＝A2＝A3＝A4，A1＝B1，A＝B
3、B1=B2=B3=B4。
表四、模具自适应分析
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式
同四缸直锁二板式

当模具有适量平行度误差时,L1与L2由于各种原因，是绝对不可能相等的。即使模具的精度做得很好，但模板不平行，肘杆长短不一及销轴磨损等原因，也会导致模具闭合不好而出现制品误差，出现飞边，假如加大 锁模力，模具即产生变形，飞边解决了，但制品精度无法保证，而且会降低模具寿命。

同肘
杆式

若模具有适量平行度误差, 如图所示,则模具刚合上时,F1、F5实际上是未能完全抵销的,F1会继续往前压,直至模具合严,结构在间隙范围内会有适度的摆动，实现自适应。
表五、低压护模方面分析
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式
会产生虹吸现象，动模板在负压下反弹
其低压保护区与力的放大区非常接近，要实现低压护模的区域锁模力变化较大，即使我们在试模时设定了理想的状态，但往往由于系统惯性，肘杆长短不一等综合因素，在实际生产中是无法实现的，在模具即将夹紧时，如果夹到浇口料、嵌件等异物，必然对模具造成较大的损害。

同肘杆式，但通过伺服电机可较好的控制
不存在力的放大区，低压护模区的大小可以通过电脑给定，没有系统液压式结构内泄漏及吸真空造成的爬行现象，有效实现低压护模，甚至用一条棉线即可进行监测
表六、开模过程对模具及产品影响的分析
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式
同四缸直锁
二板式
由于开模前型芯的变形，开模时型芯在锁模力下降时因弹性而复位，这时，锁模力突然释放并开模会产生震动力，加剧型芯等受力零件的损坏，而且制品的内应力很大，塑料表面与金属表面的磨擦加剧，进一步损坏型芯，这是制品为何光洁度较差的原因之一。

一般高压锁模时，终止角α>0,但由于脱模力太大（即系统超载），会出现如图所示虚线的状态（即肘杆没有按正常内翻），这时 α〈0，同时因制品飞边进一步加大脱模，这时，要开模是相当困难的，即使能开模，十字头往后拉，但模板必须先往前压，这时塑料已冷却变硬，必然对模具造成损害。而且会给整个系统增加一个附加力，该附加力是使已经处于受最大锁模力时的拉杆进一步受拉，就有拉断拉杆的危险。
同肘杆式
锁模力随注射压力反馈控制，在注射保压完毕，锁模力降至原来的30%，在开模前逐步降至零，有效消除制品的内应力（用手压弹环的例子可做个比喻，手慢慢放开，弹环不会跳起，但若手突然离开，弹环会立刻跳起来），因此，避免了开模时产生震动，保证制品的光洁度，在出现系统超载时，模板会自动后退，不会对系统和模具产生损害。

表七：对模具寿命的影响分析
单缸充液式
肘杆式
全电动式
四缸直锁二板式
同四缸直锁
二板式
- - - 机铰式机构的锁模力
——— 四缸直锁结构的锁模力
- - - 注射压力
模具两边受力不均，使模具两边的变形量不同，会导致定位柱受弯、模腔变形，甚至由于模具局部长期超载而造成模具报废。
锁模力只能凭经验给定，往往作用在模具上的锁模力大大超过制品的实际成型力，既耗能又降低了模具的寿命。
由于自锁原理，模具由注射开始至开模的全过程都受高压，模具寿命大大缩短，如上图虚线所示。
通过伺服电机，锁模力得到调节
模具受力均匀，并以模具分型面为定位，锁模力随注射压力反馈控制，既节能又能有效保护模具。
如左图所示，在注射保压结束后，锁模力随注射压力的降低而降低至原来的30%左右，开模前降至零，大大缩短了模具受高压的时间。