轴杆式合模机构设计参数在全电动注塑机上的几点变化

严　晓

摘要：文章通过对比注塑机液压油缸驱动和伺服马达驱动两种系统的不同之处。阐述了在注塑机轴杆合模机构设计中有关参数在全电动注塑机的一些变化。

关键词：注塑机；轴杆式合模机构；伺服电机；力放大倍数

中图分类号：TQ320文献标识码：A文章编号：1009－2374(2009)12－0182－02

本人因设计工作需要，前段时间接触了国际上部分品牌电动注塑机，当然注塑部分采用侍服电机预塑与注射，有利于精密注射和成型，合模部分大多采用我们常用的轴杆式，区别在由侍服电机带动滚珠丝杠传递直线运动。

那么是不是电动注塑机的设计就是配几个侍服电机，配上全套的控制元件就万事大吉了?本人经过分析认为不能这样轻易的下结论，尤其在合模轴杆机构的设计上有所不同。

回顾历史，20世纪80年代，各家争先，国产注塑机的合模机构形式很多，主要有全液压式和肘杆机械式两大类，全液压式合模机构以广西柳州塑料机械厂为代表，肘杆机械式合模机构以上海第一塑料机械厂、上海塑料机械厂为代表，经过几十年的历程，目前，国产注塑机的合模机构以内翻式肘杆合模机构为主，其它形式的合模机构只有少量生产。同时，我们也看到一种值得思考的现象，有的地区一些厂家的内翻式肘杆合模机构的形式至零件形式、技术参数等一模一样，从一个侧面说明了有相当一部分生产制造厂家对内翻式肘杆合模机构的原理及设计还不了解。

通过以上对比可知，电动注塑机轴杆机构的力放大倍数M明显大于传统液压油缸推动轴杆机构注塑机。

我们知道，对于一个轴杆机构而言，机构力的放大倍数M和机构的速度v是一对相互矛盾的关系，电动注塑机轴杆机构的力的放大倍数大，是不是就意味着速度v的降低呢?

这就需要分析注塑机轴杆机构发展的历史，近年来，随着塑料加工业的迅猛发展，为了提高生产效率，轴杆机构也向着高速、大行程比发展，速度是提高了，但是也产生了一个问题，一个是驱动油缸增大，增加成本，一个是合模启模行程中间的惯性冲击，行程控制不精确。

反观电动注塑机轴杆机构的设计，我们可以得到启示：

首先，它采用了小速度比、大扩力比M的轴杆机构，从而减小了合模启模行程中间的惯性冲击，行程控制相对精确，减小冲击，有利于精密成型。

第二，也是最重要的一点，就是减小了合模驱动机构的推力，有利于大大降低制造成本。

电动注塑机由伺服电机驱动，伺服电机又是伺服系统的核心。

我们知道，伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。用于注塑机的伺服电机又具有如下的特点：

1结构紧凑，功率密度高；

2转动惯量较小，从而系统的加速度特性好，响应速度快；

3转速可调，却基本能保持恒转矩输出；

4低速转矩脉动小，平衡精度高，高速运行平稳。

目前，虽然伺服电机的价格较前几年有了较大的下降，但比较传统的驱动机构——油缸，价格仍然是非常昂贵的。以某品牌国产的伺服电机为例，静转矩No为70Nm伺服电机(包括控制)为1.9万元，而静转矩Mo为120Nm伺服电机(包括控制)为2.5万元，价格相差在5000元以上，而通过计算可知，以上规格伺服电机也仅用于我们常说的小规格注塑机(锁模力80吨～200吨)，对于大规格注塑机来讲价格差就更大。

我们看到转距70／120为0.583，即推力之比为0.583，所以在设计时通过增大扩力比M，就能大大减小合模驱动机构的推力，有利于降低制造成本。在设计上也完全可行，如上规格锁模力(80吨～200吨)注塑机，油缸直径在55～90mm之间均有可能，如设计一个80吨注塑机，油缸直径可以是60，也可以是80，推力之比为(60／80)的平方0.563，就完全能满足设计要求，所以采用小推力也即采用Mo为70Nm伺服电机，成本降低效果明显。

所以，采用大扩力比M的轴杆机构现在广泛应用于电动注塑机中已被肯定，现在回过头来，还是来看轴杆机构的速度v，其实我们从伺服电机上面的特点中已经找到了答案：伺服电机加速度特性好，响应速度快，速度可调，通过速度的调节能一定程度上弥补速度上的缺陷，通过电器上的调节，克服机械机构上的不足。所以，我们在设计轴杆机构的时候一定要通过表面现象看到事物的本质。比如，我们不能因为电动注塑机的高速，精密，而觉得电动注塑机什么都好，而把它全套都套用过来，包括轴杆机构，这样就会出很多问题。

下面就是我观察到的其中一个问题，如上图3所示。

我们看到电动注塑机的φ角一般为80°～85°，而我们国产液压轴杆式一般为85°～90°，现在大多接近90°，为什么会有这种不同，其实，也是上面的思路，通过分析伺服电机与油缸的特点，很容易就找到了答案，我们知道，φ角小，在启模时容易产生跳动，造成噪音与冲击，另外。书角小，因误差积累及装配关系，锁模终止位置难控制，容易产生锁模过头造成前后轴杆中间连接点外翻，从而影响启模。锁模力也难以准确控制。

而电动注塑机中的伺服电机的速度可调，却能基本保持恒转矩输出特性，有利于减小冲击，另外，通过反馈，当锁模力一旦达到设定值，伺服电机马上就停止工作，因此有利于锁模力的精确控制，也有利于模具的保护。

参考文献

[1]北京化工大学，华南理工大学，塑料机械设计[M]，北京：中国轻工业出版社，1995

作者简介：严晓(1968-)，男，浙江舟山人。浙江金鹰股份有限公司工程师，研究方向：机械设计。