陳興媚，李雙成

（廣東理工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化系，廣東 肇慶 526100）

0 引言

二十一世紀(jì)以來，隨著科技的不斷發(fā)展，液壓與氣壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、食品醫(yī)藥、汽車、工業(yè)機(jī)器人、模具、船舶、軍工、航空航天等諸多領(lǐng)域。不同行業(yè)的液壓機(jī)械其工況特點(diǎn)、工作要求、控制方式及循環(huán)特征不盡相同。本文通過注塑機(jī)液壓油路的詳解，對(duì)于正確分析、讀懂液壓系統(tǒng)圖，以及理解掌握液壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、分析、調(diào)整、使用、維護(hù)和故障排除具有重要的指導(dǎo)作用。

1 塑料注塑成型系統(tǒng)概述

塑料注射成型原理是將顆粒狀的塑料定量加入到注射機(jī)后加熱到熔融狀，再高速注射到模具型腔，由于模具的冷卻作用，使模腔內(nèi)的塑料熔融逐漸凝固成型，開模后即可取出制件。其外形圖如圖1所示。根據(jù)注射成型工藝，其工作循環(huán)為：合?！⑸溲b置前進(jìn)→注射→保壓→預(yù)塑（冷卻成型）→注射裝置后退→開模→推（頂）出制品→推（頂）件活塞缸后退→合模。后面再重復(fù)上述循環(huán)。 由圖1可知，注塑成型機(jī)主要由三部分組成，分別為：液壓傳動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)，注射部件，合模部件；液壓傳動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)主要由液壓泵、閥、電動(dòng)機(jī)、電器元件及控制儀表所組成。

圖1 塑料成型機(jī)

注射部件是注射機(jī)的塑化部件，主要由：料筒、螺桿、噴嘴、加料裝置、頂件裝置、注射液壓缸、機(jī)座及移動(dòng)液壓缸等組成。合模部件主要是制件成型模具的安裝部件由：動(dòng)模板、定模板、合模機(jī)構(gòu)、合模液壓缸、頂出裝置等組成。

2 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)要求

（1）足夠大的合模力：合模液壓缸要有足夠大的合模力，塑料熔融在充模過程中，不能出現(xiàn)合?？跐q開的現(xiàn)象，否則會(huì)出現(xiàn)塑料熔融的溢流和飛邊。（2）可調(diào)節(jié)的開合模速度：為縮短空行程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，動(dòng)模板的空運(yùn)行速度要快，同時(shí)為避免沖擊和振動(dòng)，動(dòng)模板在啟動(dòng)瞬間和快要接觸定模板時(shí)運(yùn)行速度要慢；其過程為：慢→塊→慢的變化過程，這種快慢速比可達(dá)：50~100。（3）可調(diào)節(jié)的注射壓力和注射速度：注射壓力和注射速度可調(diào)節(jié)，可以滿足不同原料、不同制品形狀、不同澆口形式的注塑要求。（4）要求有保壓及可調(diào)的保壓壓力：滿足不同原料、不同制件成型所需保壓壓力要求。（5）頂出缸速度可調(diào)：制件冷卻成型后，為保證開模時(shí)塑料制品的完整性，要求頂件裝置運(yùn)行速度要平穩(wěn)，為滿足形狀不同制件的頂出要求，頂件缸的運(yùn)行速度要能夠可調(diào)。

3 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理

圖2所示為小型注塑機(jī)，每次注塑量最大為25×10-5m3；通過行程開關(guān)切換電磁換向閥可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元器件的動(dòng)作循環(huán)。

3.1 關(guān)安全門

安全門的作用是防止模具合模不牢固，注射機(jī)在高壓注射塑料熔融時(shí)，發(fā)生溢流或飛濺燙傷工作人員，由圖2所示液壓系統(tǒng)可知：當(dāng)注塑機(jī)門關(guān)上，行程換向閥8恢復(fù)常態(tài)位置，油液方能進(jìn)入電液換向閥7，合模缸才能動(dòng)作，開啟整個(gè)循環(huán)。

圖2 注射機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

3.2 合模

合模動(dòng)作是靠著合模缸活塞桿頭部連接的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模板移動(dòng)實(shí)現(xiàn)開、合模。動(dòng)模板慢速啟動(dòng)，快速前移，當(dāng)接近定模板時(shí)，液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)為低壓、慢速控制；因此合模運(yùn)動(dòng)又分為快、慢速合模，高、低壓合模等工況。

3.2.1 慢速合模

當(dāng)圖2中4YA、13YA通電時(shí)，大流量泵1通過先導(dǎo)溢流閥3→兩位四通電磁換向閥4上位卸荷，小流量泵2的壓力由先導(dǎo)閥26來調(diào)定。泵2壓力油經(jīng)電液換向閥7右位進(jìn)入合模缸的左腔，合模缸右腔油液通過閥7直接流回油箱，活塞桿右移推動(dòng)動(dòng)模板實(shí)現(xiàn)慢速合模。

3.2.2 快速合模

當(dāng)圖2中1YA、4YA、13YA通電時(shí)，泵1不再卸荷，此時(shí)泵1、2出口處壓力油同時(shí)供向合模缸左腔實(shí)現(xiàn)快速合模，系統(tǒng)中油液最高工作壓力由先導(dǎo)閥3調(diào)定。其進(jìn)、回油路分別為：進(jìn)油路：泵1、2出口油液→電液換向閥7右位→合模缸無桿腔；回油路為：合模液壓缸有桿腔油液→電液換向閥7右位→油箱。

3.2.3 低壓合模

當(dāng)圖2中4YA、13YA、14YA通電時(shí)，泵1卸荷，系統(tǒng)中油液由泵2提供，系統(tǒng)壓力由遠(yuǎn)程控制閥21來調(diào)定，而閥21的調(diào)定壓力很低，合模缸此時(shí)的推力較小；倘若動(dòng)、定模板間此時(shí)有硬質(zhì)異物，系統(tǒng)壓力很快升高，閥21亦被導(dǎo)通，則泵2通過先導(dǎo)閥26進(jìn)行卸荷，動(dòng)模板停止前進(jìn)，從而保護(hù)動(dòng)、定模板表面不至損壞。其各油路分別為：泵1卸荷回路：泵1出口油液→閥3、4→油箱；進(jìn)油路：泵2出口油液→電液換向閥7右位→合模缸無桿腔；回油路：合模液壓缸有桿腔油液→電液換向閥7右位→油箱。泵2過載溢流回路：泵2出口油液→先導(dǎo)閥26及遠(yuǎn)程控制閥21、三位四通電磁換向閥23右位→油箱。

3.2.4 高壓合模

當(dāng)圖2中4YA、13YA通電時(shí)，泵1卸荷，泵2為系統(tǒng)供油，系統(tǒng)壓力由高壓溢流閥26調(diào)定，系統(tǒng)油液處于高壓小流量狀態(tài)，利用高壓油來進(jìn)行高壓合模，模具閉合并使連桿產(chǎn)生彈性變形，將模具牢固鎖緊。模具鎖緊后，泵2開始卸荷，其卸荷回路為：泵2出口處油液→閥26→油箱。

4 注射座前移

當(dāng)圖2中7YA、13YA通電時(shí)，泵2的油液經(jīng)節(jié)流閥16再經(jīng)三位四通電磁換向閥11左位進(jìn)入注射座移動(dòng)缸無桿腔，有桿腔油液經(jīng)閥11左位直接流回油箱。驅(qū)動(dòng)活塞桿及上面的料筒前移，使噴嘴與模具接觸；節(jié)流閥16的作用是保持料筒平穩(wěn)向前運(yùn)動(dòng)，避免其向前運(yùn)動(dòng)速度過快致使噴嘴撞擊模具而損壞。

5 注射

注射是螺桿以一定的速度和壓力推動(dòng)料筒前端塑料熔融，并經(jīng)過噴嘴注射到模具型腔的過程。根據(jù)注射熔料材質(zhì)和注射量的要求不同，注射缸前進(jìn)速度有多級(jí)可供選擇。通過電磁閥通斷電的不同組合可以選擇泵1、2中的某一個(gè)或者兩個(gè)同時(shí)供油，實(shí)現(xiàn)多級(jí)速度控制，滿足注射工藝要求。

5.1 慢速注射

當(dāng)圖2中7YA、12YA、13YA、16YA通電時(shí)，泵1卸荷，泵2壓力油通過電液換向閥19左位及單向節(jié)流閥13節(jié)流口流向注射缸無桿腔，有桿腔油液經(jīng)電液換向閥12中位流回油箱；注射活塞帶動(dòng)注射螺桿慢速注射，注射速度由單向節(jié)流閥13調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程閥24起到定壓作用。各油路分別為：泵1卸荷回路：泵1出口油液→閥3、4→油箱；注射缸進(jìn)油路：泵2出口油液→電液換向閥19左位→節(jié)流閥13→注射缸無桿腔；注射缸回油路：注射缸有桿腔油液→電液換向閥12中位→油箱。泵2過載溢流回路：泵2出口油液→先導(dǎo)閥26及遠(yuǎn)程控制閥24、兩位四通電磁換向閥25左位→油箱。

5.2 快速注射

當(dāng)圖2中1YA、7YA、10YA、12YA、13YA、16YA通電時(shí)，泵1、2出口處壓力油通過電液換向閥12左位進(jìn)入注射缸無桿腔，注射缸有桿腔油液經(jīng)閥12左位流回油箱。此時(shí)油液不經(jīng)過節(jié)流閥13，且是雙泵同時(shí)供油，注射速度加快，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥24起到安全作用。

6 保壓

注射缸的作用不僅可以對(duì)模具型腔進(jìn)行充模，還可以對(duì)模腔內(nèi)的塑料熔融進(jìn)行補(bǔ)塑和保壓，在補(bǔ)塑和保壓時(shí)所需行程較小，因此只需少量油液即可滿足要求。當(dāng)圖2中7YA、12YA、13YA、15YA通電時(shí)，泵1卸荷，泵2出口處油液一路經(jīng)節(jié)流口16進(jìn)入三位四通電磁換向閥11左位進(jìn)入注射座移動(dòng)缸無桿腔，保證料筒噴嘴始終與模具接觸；泵2出口處油液另一路經(jīng)電液換向閥19左位，再經(jīng)過節(jié)流閥13的節(jié)流口進(jìn)入注射缸無桿腔，給模腔的保壓及補(bǔ)塑提供動(dòng)力。保壓壓力由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥22來調(diào)定，多余的油液經(jīng)先導(dǎo)閥26流回油箱。

7 預(yù)塑

保壓結(jié)束后，隨著料筒中螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，從料斗加入的塑料顆粒被推至料筒前部進(jìn)行加熱塑化，隨著料筒前端物料的增加，物料會(huì)給螺桿一個(gè)反向壓力，當(dāng)熔料壓力大于螺桿活塞退回的阻力時(shí)，螺桿開始后退并到達(dá)預(yù)定位置，此時(shí)，螺桿頭部熔料達(dá)到所需注射量，螺桿即停止轉(zhuǎn)動(dòng)和后退；這一過程結(jié)束后，模腔內(nèi)的制品也已冷卻成型，開模、取件、合模后即可準(zhǔn)備下一次注射。由圖2可知，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠預(yù)塑液壓馬達(dá)通過齒輪機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)圖2中1YA、7YA、11YA、13YA通電時(shí)，泵1、2的出口處壓力油經(jīng)閥19右位到達(dá)旁通調(diào)速閥15經(jīng)單向閥14進(jìn)入液壓馬達(dá)，為滿足不同物料的送進(jìn)要求，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速要能夠可調(diào)，這里馬達(dá)轉(zhuǎn)速由旁通調(diào)速閥15來調(diào)定，當(dāng)螺桿頭部熔料壓力過大迫使注射缸后退時(shí)，注射缸無桿腔的油液經(jīng)單向節(jié)流閥13、電液換向閥19右位、溢流閥20流回油箱。注射缸無桿腔油液背壓力由閥20來控制，此時(shí)注射缸有桿腔會(huì)產(chǎn)生局部真空，有桿腔又與油箱連通，在大氣壓力的作用下，油箱里的油液經(jīng)閥12中位反流到有桿腔。

8 防流涎

為防止液態(tài)塑料從噴嘴端部流涎，預(yù)塑加料結(jié)束，要使螺桿后退一小段距離，減小料筒前端壓力。當(dāng)圖2中7YA、9YA、13YA通電時(shí)，泵1卸載，泵2出口油液分兩路，一路經(jīng)節(jié)流閥16和電磁閥11左位進(jìn)入注射座移動(dòng)缸無桿腔，使模具與噴嘴始終保持接觸，有桿腔油液經(jīng)閥11左位直接流回油箱。另一路經(jīng)電液換向閥12右位進(jìn)入注射缸有桿腔使螺桿強(qiáng)制后退，無桿腔油液經(jīng)閥12右位直接流回油箱。

9 注射座后退

當(dāng)圖2中8YA、13YA通電時(shí)，泵1卸載，泵2出口處油液經(jīng)閥16及閥11右位進(jìn)入到注射座移動(dòng)缸有桿腔，注射座無桿腔油液通過閥11右位油口直接流回油箱，注射座后退，系統(tǒng)中壓力由閥26來調(diào)定。

10 開模

開模速度一般分為慢速開?！焖匍_模——慢速啟模。慢速開模是指：當(dāng)圖2中電磁鐵5YA、13YA（或1YA、5YA）通電時(shí)，泵1（或泵2）卸載，泵2（或泵1）出口油液經(jīng)電液換向閥7左位，進(jìn)入合模缸有桿腔，無桿腔油液經(jīng)閥7左位流回油箱?？焖匍_模為：電磁鐵1YA、5YA、13YA通電時(shí)，泵1、2經(jīng)電液換向閥7左位進(jìn)入到合模缸有桿腔，雙泵供油加速開模，無桿腔油液通過閥7左位直接流回油箱；慢速啟模與慢速開模過程一樣這里不再贅述。

11 頂出缸動(dòng)作

頂出缸動(dòng)作分為頂出缸前進(jìn)和頂出缸后退兩種。頂出缸前進(jìn)為：當(dāng)圖2中6YA、13YA通電時(shí)，泵1卸載，泵2出口壓力油經(jīng)二位四通電磁換向閥10右位、節(jié)流閥9進(jìn)入到頂出缸無桿腔，頂出缸有桿腔油液經(jīng)閥10右位流回油箱，實(shí)現(xiàn)塑料制品的頂出動(dòng)作，頂出缸運(yùn)動(dòng)速度由節(jié)流閥9調(diào)節(jié)，溢流閥26為定壓閥。頂出缸后退：當(dāng)圖2中13YA通電時(shí)，泵1卸荷，泵2的壓力油經(jīng)閥10左位進(jìn)入到頂出缸有桿腔，頂出缸無桿腔油液通過閥10左位直接流回油箱，實(shí)現(xiàn)頂出缸后退動(dòng)作。

12 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表

通過前面分析，現(xiàn)將注塑機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)中各電磁鐵通斷電情況總結(jié)如表1；

表1 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表

13 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)工作特點(diǎn)

采用機(jī)械——液壓增力合模機(jī)構(gòu)，為模具有足夠的合模力提供保證，有效防止制品在開合模口處溢料飛邊問題；為進(jìn)一步提高合模壓力，還可采用增壓缸合模裝置。將注射成型的壓力和速度做成可調(diào)的，采用節(jié)流調(diào)速回路和多級(jí)調(diào)壓回路，滿足不同塑料品種、不同制件形狀及不同澆注系統(tǒng)的成型需求。設(shè)置補(bǔ)塑和保壓過程，避免模具型腔因充料不足、冷卻收縮等缺陷而出現(xiàn)殘次品。為保證人身安全，機(jī)器設(shè)置行程閥8，設(shè)備在關(guān)門之前行程閥8切斷了合模缸左端的進(jìn)油路，合模缸無桿腔不能通壓力油，動(dòng)、定模板不能合模，不能開啟整個(gè)循環(huán)動(dòng)作。根據(jù)塑料注射成型工藝、模具啟閉過程和塑料注射各階段速度不同、其快慢速比可達(dá)50～100，因此，注塑機(jī)采用了雙泵供油，快速時(shí)雙泵合流，慢速時(shí)泵2單獨(dú)供油，泵1卸荷，系統(tǒng)利用率合理。

14 結(jié)語

注塑機(jī)液壓系統(tǒng)是注塑機(jī)的主要?jiǎng)恿υ矗彩菍?shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的有效方法之一；前述通過對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)圖中各油路的具體走向、作用做詳細(xì)分析及特點(diǎn)總結(jié)，通過分析可知：要分析清楚復(fù)雜液壓系統(tǒng)原理圖，則將其拆解成各個(gè)獨(dú)立的小的液壓系統(tǒng)圖很重要，如前述注塑機(jī)液壓系統(tǒng)圖中的合模缸的合模、開模、料斗的前移、后退等動(dòng)作的分油路。在熟練掌握分析復(fù)雜油路系統(tǒng)圖的前提下，對(duì)于既定動(dòng)作要求構(gòu)建復(fù)雜液壓系統(tǒng)原理圖，以及液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)、應(yīng)用液壓系統(tǒng)原理圖實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化等都具有重要的指導(dǎo)意義。