關(guān)鍵詞：頭部法蘭、活塞桿、杠桿、動(dòng)力單元

相較于傳統(tǒng)的油壓注塑機(jī)，電動(dòng)注塑機(jī)具有高精密、高效、清潔、節(jié)能的特性。隨著國(guó)家節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)理念的普及，人們對(duì)電動(dòng)注塑機(jī)接受度也越來(lái)越高，注塑機(jī)市場(chǎng)的小機(jī)全電化、大機(jī)油電化已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

相較于傳統(tǒng)的液壓注塑機(jī)，全電動(dòng)注塑機(jī)最大的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的各個(gè)軸，例如射膠、熔膠、頂出、開(kāi)合模，都是由伺服電機(jī)控制提供動(dòng)力，各個(gè)軸的控制精度都非常高。而液壓注塑機(jī)通常只有一組電機(jī)油泵提供動(dòng)力源，其他部位均由液壓油缸組件或者液壓馬達(dá)作為執(zhí)行單元，以實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)控制，因而液壓注塑機(jī)普遍都存在滲漏的情況。滲漏的液壓油會(huì)揮發(fā)到空氣中，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品形成污染，因此一些高清潔的生產(chǎn)環(huán)境一般都采用電動(dòng)注塑機(jī)生產(chǎn)。但是在某些特定的成型工藝，液壓注塑機(jī)又有著天然的優(yōu)勢(shì)，比如厚壁制品（如車燈，見(jiàn)圖1）的高壓力長(zhǎng)時(shí)間保壓成型工藝。

圖1

保壓注塑成型工藝中，為了防止塑料制品在成型過(guò)程中收縮產(chǎn)生缺陷，需要在制品收縮過(guò)程繼續(xù)緩慢填充膠料，直到制品完全成型。對(duì)于厚壁塑膠制品，因?yàn)槠湓诶鋮s成型過(guò)程中熔融膠料的收縮更大，需要提供的補(bǔ)充膠料更多，所以一般都需要很長(zhǎng)的保壓時(shí)間來(lái)填充模腔。由于制品在成型過(guò)程中逐漸冷卻，導(dǎo)致模腔內(nèi)制品的粘度增大，因而保壓過(guò)程需要的保壓壓力也很高。對(duì)于液壓注塑機(jī)來(lái)說(shuō)，執(zhí)行單元是液壓油缸，保壓壓力是由液壓油缸提供壓力實(shí)施保壓動(dòng)作，液壓動(dòng)力單元提供少量的液壓油補(bǔ)充液，壓油缸的液壓壓力就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高壓力的保壓動(dòng)作，實(shí)施起來(lái)相對(duì)方便。常規(guī)的液壓注塑機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

電動(dòng)注塑機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其各動(dòng)作均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿完成。在實(shí)現(xiàn)保壓動(dòng)作時(shí)，由于保壓動(dòng)作的速度很慢，伺服電機(jī)（示意圖如圖4所示）相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)電流最高可達(dá)額定電流的7倍，產(chǎn)生很大的熱量，因而容易使得伺服電機(jī)退磁失效。為了滿足長(zhǎng)時(shí)間高壓力的保壓動(dòng)作，電動(dòng)注塑機(jī)經(jīng)常通過(guò)加大伺服電機(jī)或者加大射膠同步帶輪系的傳動(dòng)比，使得保壓壓力低于伺服電機(jī)的額定壓力，防止伺服電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)發(fā)熱。此做法在一定程度上雖然能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間高保壓塑膠制品的工藝需求，但是加大的電機(jī)不僅導(dǎo)致安裝困難，還增加設(shè)備成本，同時(shí)僅僅加大電機(jī)功率或者傳動(dòng)比對(duì)于減小電機(jī)保壓時(shí)扭矩的比例也有限，只能算是權(quán)宜之計(jì)。此外，若客戶生產(chǎn)常規(guī)的塑料制品采用高射速的成型工藝時(shí)，這樣的注塑機(jī)設(shè)備因兼容性太差而不匹配。

圖3

圖4

依上所述，開(kāi)發(fā)一款純電的電動(dòng)注塑機(jī)保壓結(jié)構(gòu)及成型工藝，在塑膠成型領(lǐng)域有很大的市場(chǎng)前景。本項(xiàng)目研究的一種新型電動(dòng)注塑機(jī)保壓射臺(tái)機(jī)構(gòu)，受到市場(chǎng)上常見(jiàn)的氣動(dòng)封咀啟發(fā)，通過(guò)將注塑機(jī)的螺桿料筒組件里面的頭部法蘭從料筒組件中分離出來(lái)，單獨(dú)做成類似氣動(dòng)封嘴結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)主流道和分流道的設(shè)計(jì)將注塑機(jī)的射膠動(dòng)作和保壓動(dòng)作用分開(kāi)，具體為：將頭部法蘭的主流道和熔膠筒的主流道斷開(kāi)，頭部法蘭外圈有一圈分流道，分流道和它的主流道匯合然后通往射咀主流道，同時(shí)分流道和熔膠筒的主流道聯(lián)通，頭部法蘭增加杠桿避空位（如圖5示）。頭部法蘭的主流道與外圈分流道之間用獨(dú)立的活塞桿控制聯(lián)通和斷開(kāi)，在頭部法蘭的避空位位置增加杠桿機(jī)構(gòu)，杠桿機(jī)構(gòu)的一端和保壓活塞桿連接，另一端和保壓動(dòng)力單元連接。保壓動(dòng)力單元包含伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、滾珠絲桿組件等，為保壓活塞桿提供動(dòng)力（如圖6示）。

圖5

圖6

此杠桿連接機(jī)構(gòu)能放大動(dòng)力單元提供給保壓活塞桿的力，滿足大保壓壓力需求，獨(dú)立的活塞桿通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)和保壓動(dòng)力單元連接，杠桿機(jī)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)節(jié)杠桿的長(zhǎng)度和支點(diǎn)位置調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)的放大比。相對(duì)于同步帶輪系，此保壓杠桿機(jī)構(gòu)受機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響很小，可以依據(jù)生產(chǎn)工藝需求，適當(dāng)調(diào)節(jié)杠桿機(jī)構(gòu)的放大比，保證保壓壓力控制在額定扭矩以內(nèi)，即使在長(zhǎng)時(shí)間保壓的情況下也不會(huì)發(fā)生電機(jī)電流瞬間升高而損壞電機(jī)的情況，此時(shí)動(dòng)力單元的伺服電機(jī)可依據(jù)實(shí)際需求選擇相對(duì)較小功率，不會(huì)大幅度增加設(shè)備成本。并且，由于保壓動(dòng)力單元獨(dú)立于注塑機(jī)的射臺(tái)機(jī)構(gòu)且不受其機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，因而在極端情況下動(dòng)力單元還可以在內(nèi)部做多個(gè)傳動(dòng)放大比，進(jìn)一步降低電機(jī)的額定扭矩，滿足小扭矩電機(jī)高保壓壓力的需求。

電動(dòng)注塑機(jī)通過(guò)上述頭部法蘭的添加，可以將射膠動(dòng)作和保壓動(dòng)作分開(kāi)。射膠還是用原來(lái)的射臺(tái)機(jī)構(gòu)，射膠電機(jī)以及同步帶輪系不做任何改變。生產(chǎn)普通常規(guī)制品的時(shí)候，頭部法蘭里面的活塞桿推到最后，頭部法蘭的分流道和注塑機(jī)料筒的主流道聯(lián)通，電動(dòng)注塑機(jī)生產(chǎn)時(shí)按照正常的成型工藝及射膠動(dòng)作即可。此時(shí)，保壓動(dòng)力單元及活塞桿在注塑機(jī)熔膠過(guò)程可以封住主流道和分流道之間的通道，當(dāng)作封嘴使用，防止熔膠過(guò)程熔融膠料從熔膠筒露出。生產(chǎn)需要高保壓壓力和長(zhǎng)保壓時(shí)間的厚壁制品時(shí)，先按正常的注射成型工藝將料筒里的熔融膠料注射進(jìn)模具模腔，切換到保壓工藝的時(shí)候，保壓動(dòng)力單元通過(guò)杠桿推動(dòng)活塞桿向前方運(yùn)動(dòng)，將頭部法蘭主流道里的熔融膠料緩慢射進(jìn)模腔，實(shí)現(xiàn)保壓成型工藝。

圖7

具體成型工藝如下：
1、生產(chǎn)普通常規(guī)制品時(shí)，熔膠時(shí)動(dòng)力單元通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞桿前進(jìn)，封住頭部法蘭的分流道和主流道的連接口，活塞桿相當(dāng)于頭部封嘴，防止熔融膠料從料管里面溢出到頭部法蘭，直到膠料在料筒里面熔融直至熔融結(jié)束計(jì)量完成。然后，動(dòng)力單元通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞桿后退，讓開(kāi)頭部法蘭的主流道和分流道的連接口，射膠電機(jī)推動(dòng)注塑螺桿將熔融膠料從料筒經(jīng)過(guò)頭部法蘭注射進(jìn)塑膠模具模腔。此過(guò)程中，射膠電機(jī)持續(xù)提供射膠壓力和保壓壓力，直至塑膠模具完全填充完成，制品經(jīng)冷卻定型后取出。然后，動(dòng)力單元通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞桿重新封住頭部法蘭的分流道和主流道，再實(shí)施下一次熔膠和射膠動(dòng)作。和常規(guī)塑膠制品的標(biāo)準(zhǔn)注塑成型工藝相同，這個(gè)成型工藝過(guò)程適合生產(chǎn)一些注射速度較快、保壓時(shí)間短和保壓壓力低的塑膠制品。在此過(guò)程中，活塞桿的作用相當(dāng)于射膠封嘴，防止熔膠過(guò)程中熔融膠料溢出頭部法蘭，保證熔融膠料計(jì)量準(zhǔn)確。動(dòng)作過(guò)程如圖7所示。

圖8

2、生產(chǎn)一些厚壁制品（如車燈、透鏡等）時(shí)，同樣地，熔膠時(shí)動(dòng)力單元通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞桿封住頭部法蘭的分流道和主流道連接口，活塞桿相當(dāng)于頭部封嘴，防止熔融膠料從料管里面溢出到頭部，直到膠料在料筒里面完全熔融，計(jì)量完成?；钊麠U讓開(kāi)主流道和頭部分流道的連接口，射膠電機(jī)推動(dòng)注塑螺桿將熔融膠料從料筒經(jīng)過(guò)頭部法蘭注射進(jìn)塑膠模具模腔。等到注射動(dòng)作完成切換到保壓動(dòng)作時(shí)，注射電機(jī)停止動(dòng)作，動(dòng)力單元通過(guò)杠桿推動(dòng)活塞桿進(jìn)入頭部法蘭的主流道，繼續(xù)將頭部法蘭里的熔融膠料緩慢注射進(jìn)模腔，防止模腔內(nèi)制品在逐漸冷定型過(guò)程中產(chǎn)生收縮引起制品缺陷。此過(guò)程中，動(dòng)力單元提供保壓力作用在杠桿上，杠桿通過(guò)力臂放大將放大后的保壓壓力直接作用在活塞桿上，這個(gè)力就是熔融膠料實(shí)際的保壓壓力。如果動(dòng)力單元提供的保壓力為F，力臂的放大比為L(zhǎng)1/L2，那么作用在活塞桿給熔融膠料的保壓壓力為F*L1/L2，因?yàn)榱Ρ鄣姆糯蟊瓤梢酝ㄟ^(guò)杠杠支撐點(diǎn)和多重傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于伺服電機(jī)的超載系數(shù)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小伺服電機(jī)獲得大的保壓壓力，能夠?qū)崿F(xiàn)全伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成長(zhǎng)時(shí)間高保壓壓力的保壓動(dòng)作，并且伺服電機(jī)不會(huì)超載，如圖8所示。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，本電動(dòng)注塑機(jī)保壓機(jī)構(gòu)是在原有的注塑機(jī)螺桿料筒結(jié)構(gòu)上增加一個(gè)頭部法蘭，然后利用動(dòng)力單元、杠桿機(jī)構(gòu)和活塞桿聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)保壓動(dòng)作，能夠滿足長(zhǎng)保壓時(shí)間、高保壓壓力的生產(chǎn)成型工藝需求。同時(shí)，此結(jié)構(gòu)在常規(guī)普通注塑成型工藝的條件下可以當(dāng)作注塑封嘴使用，防止熔融膠料溢出頭部，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種注塑成型工藝之間的自由切換。而且整個(gè)系統(tǒng)無(wú)液壓油，不必?fù)?dān)心液壓油的滲漏污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)，非常適合高清潔度的凈化車間生產(chǎn)。此結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了常規(guī)全電動(dòng)注塑機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中保壓壓力不能過(guò)大，保壓時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)的難題，適合在電動(dòng)注塑機(jī)結(jié)構(gòu)上推廣應(yīng)用。

作者：謝雄飛（東華機(jī)械有限公司，廣東東莞， 523118）

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來(lái)源：榮格-《國(guó)際塑料商情》

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