第五章注塑机控制系统

4.1注塑机组成和参数

4.1.1注塑机的基本结构

注射成型加工方法是塑料成型加工方法中最普通，应用最广泛，最重要的成型方法之一。塑料制品加工总量的1/3，工程塑料的2/3以上加工都是采用注射成型加工方法。注射成型加工适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料的加工。注射成型方法是将热塑性塑料或热固性塑料的粉料或粒料，通过注射成型机的料斗，送入料筒内，通过料筒外部加热和螺杆旋转产生剪切摩擦热，将其加热、混合、剪切、压缩、输送，并均匀地塑化熔融。塑化的熔融胶料在射嘴的阻挡下，积于料筒的前端，然后借助柱塞或螺杆对其轴向施加压力，将高温的熔融胶料经过射嘴和模具的浇注系统进入已闭合好的低温模具中，再经过保压、冷却定型后，开启模具，顶出制品，得到与模腔几何尺寸及精度相似的塑料制品。

注塑成型所用的机械为注射成型机，简称注塑机，也称作啤机。

注塑成型具有以下特点：在短时间内，在模腔内一次加工成型出外形复杂、尺寸精确或带有金属嵌件、成型孔长的塑料制品。注塑生产工艺简单，成型周期短，生产效率高，易于实现自动化生产。注塑生产适应各种塑料，能生产加填料改性的某些塑料制品。注塑制品表面粗糙度低，后加工量少。因此，注塑成型技术发展较快，注塑机也在不断改进和发展。注塑机朝着高速化、精密化、自动化方向发展。注塑机类型很多，应用广泛，最具有代表性的是通用型注塑机。通用型注塑机如图4-1所示，主要包括合模装置、注射装置、液压传动和电气控制系统等部件。

注射装置注射装置的主要作用是将塑料均匀地塑化熔融，并且以足够的压力和速度将一定计量的熔料注入模具的型腔中。它主要由螺杆、料筒、射嘴等塑化部件，料斗、计量装置、传动装置、注射和注射座移动油缸等组成。

合模装置合模装置的主要作用是实现模具的开模、锁模动作，保证成型模具的可靠闭合以及顶出制品。它主要由前后固定模板、移动模板、连接前后模板用的拉杆、锁模油缸、顶针油缸、连杆机构、调模装置和安全门等组成。

液压传动和电气控制系统液压传动和电气控制系统的主要作用是保证注塑机按工艺过程设定的参数和动作程序准确地进行工作。液压传动系统主要由油泵、各种液压元件、油路及辅助装置等组成；电气控制系统主要由电机、电加热、电气控制元器件、微机控制系统等组成。液压传动和电气控制系统有机地组织在一起，对注塑机提供动力和实现控制。

4.1.2注塑机的工作过程

注塑机的工作过程如图4-2所示。注塑成型周期一般从模具闭合开始时起，模具首先以低压快速进行锁模。当动模与定模快要接近时，合模机构的动力系统自动地将其低压快速转换为低压低速，在确认模具内无异物存在时，再切换成高压将模具锁紧。这时注塑机则完成锁模动作。

在锁模动作完成后，锁模终止信号发出，注射座台便前移，使得料筒前端的射嘴和模具流道口紧密贴合。这在上、下模后进行的调模中就已经调试好了，射嘴与模具流道口的同轴度以及接触面间隙等达到要求，这时注塑机则完成了射座前移的动作。

在射座前移动作完成后，射台前移终止信号发出，射胶动作便开始，液压系统向射胶油缸注入压力油，于是射胶油缸活塞杆推着与之相连的注射螺杆动作，并且以高压和高速将料筒头部的熔融胶料注入模具型腔中。这时螺杆头部作用于熔融胶料上的压力称为注射压力。射胶一般采用多级射胶，射胶末级动作后则完成了射胶动作。

在射胶动作完成后，射胶终止信号发出，制品冷却和保压动作开始。保压是在熔融胶料充满模腔后，螺杆仍对熔融胶料保持一定的压力，以防止模腔中熔融胶料的反流，并向模腔内补充因低温模具的冷却作用而使熔料收缩所需要的物料，从而保证塑料制品具有致密性、一定的尺寸精度、良好的力学性能。这时螺杆作用于熔料上的压力称为保压压力，在保压时螺杆因补缩而有少量的前移。保压动作直到模腔内的熔料失去从浇口回流的可能性时结束。这时，继续冷却定型模腔内的制品，同时螺杆在螺杆传动装置的驱动下转动。从料斗落入到料筒中的胶料，随着螺杆的转动沿着螺杆螺纹方向向前输送。这一过程中，料筒的加热，螺杆螺纹容积的压缩，螺杆转动与周围胶料的剪切和摩擦发热，使得胶料逐渐塑化熔融，呈现出黏流态。由于受到射嘴的阻碍，输送到螺杆前端的熔融胶料，产生反螺杆螺纹的压力，称作背压。随着螺杆推动熔融胶料前移量的增加，背压也在加大，当背压压力大于油缸活塞对螺杆的推力时，螺杆开始后退，熔胶动作开始加料计量。螺杆在塑化时的后移量则表示螺杆头部所积累的熔料体积量，即由一次成型制品的注射料量来决定。当螺杆回退到计量值时，螺杆停止转动，熔胶动作完成，准备下一次注射。随着熔胶完成，注塑机多数机型装有倒索装置，主要防止射嘴漏胶，监视及显示所有注射不足的成品。倒索动作开始，螺杆直线向后移动。倒索动作移动的长度是随着熔胶终止开始计算的，最多不超过10mm。

在倒索动作完成后，注射座台便后退。这是在螺杆塑化计量结束后，为了使射嘴不至于长时间和冷的模具接触而形成冷料的缘故。将注射座台后退，以将射嘴撤离模具。后退距离由射座台后限位开关来限定。射座台后退动作时，制品冷却已经定型。制品冷却与螺杆塑化在时间上通常是重叠的，这是为了缩短成型周期。一般情况下，要求螺杆塑化计量时间要少于制品冷却时间。

在注射座台后退动作完成后，合模机构开模动作开始。开模先慢变快，再由快变慢。要求开模动作快捷、平稳，以防止模具的撞击。开模分段完成后，开模终止信号发出，标志着开模动作完成。

在开模动作完成后，顶出装置的顶针向前动作开始，顶出装置具有足够的顶出力和可控的顶出次数，还具有足够的顶出行程和行程限位调节装置，以实现制品的平稳顶出并提高生产能力。顶针向前顶出产品，顶针次数根据产品具体情况而定。顶针向前动作完成后，顶针后退动作立即进行，将顶针退回到原先初始位置，开始进行第二次往复循环。

注塑机的工作过程按时间先后程序，可以绘制成注塑机工作过程循环，如图4-3所示。

4.1.3注塑机的规格表示及技术参数

注塑机质量评定的主要依据是注塑机的产品标准。世界各工业国家都有自己国家的生产制造标准。我国注塑机标准有轻工业行业标准、机械工业行业标准和国家标准。大部分标准都按注射容量表示法、合模力表示法、注射容量与合模力表示法这三种方法来表示。注射容量表示法是以注塑机标准螺杆理论注射容量的80%为注塑机的注射容量。国产早期的注塑机都采用这种方法。合模力表示法是以注塑机的最大合模力来表示注塑机的规格。国外一些注塑机生产厂家常采用这种方法。注射容量与合模力表示法是以理论注射量作分子，合模力作分母来表示注塑机的规格型号。我国注塑机国家新标准GB/T—编制的规格表示方法如下。

注塑机规格表示的第一项是类别代号，用S表示塑料机械。

注塑机规格表示的第二项是组别代号，用Z表示注射成型。

第三项是品种代号，用英文字母表示。

第四项是规格参数，用阿拉伯数字表示，第三项与第四项用短横线隔开，注塑机品种代号和规格参数见表4-1。

注塑机的技术参数，主要包括注射装置、合模装置、辅助装置的技术参数。

注射装置主要技术参数如下。

螺杆直径，螺杆的外径尺寸，单位mm。

注射量，螺杆一次注射PS的最大质量，单位g或oz，1oz=28.35g。

射胶容积，螺杆头部截面积与最大注射行程的乘积，单位cm3。

注射压力，注射时螺杆头部与熔胶的最大压力，单位MPa。

注射速率，单位时间内注射的理论容积,即螺杆截面积乘以螺杆的最高速度，单位cm3/s。

螺杆长径比L/D，螺杆的有效长度与螺杆直径之比。

螺杆行程，螺杆移动的最大距离或螺杆计量时后退的最大距离，单位mm。

螺杆转速，塑料塑化时，螺杆最低转速至最高转速的范围，单位r/min。

塑化能力，单位时间内，可以塑化塑料的最大质量，单位kg/s。

射嘴行程，射嘴伸出到前模板或模具安装平面的长度，单位mm。

合模装置主要技术参数如下。

合模力，为克服熔料胀模，使模具最大的锁紧力，单位kN。

容模量，注塑机上能安装模具的最大厚度和最小厚度，单位mm。

模板最大开距，注塑机的定模板与动模板之间开的最大和最小距离，单位mm。

开模行程，为取出制品，使模具可移动的最大距离，也称作移模行程或模板行程，单位mm。

拉杆间距，注塑机拉杆水平方向和垂直方向内侧的间距，单位mm，拉杆也称作哥林柱。

模板尺寸，前后定模板和动模板模具安装平面的尺寸，单位mm。

顶出行程，注塑机顶针油缸顶出杆水平方向可移动的距离，单位mm。

顶出力，注塑机顶针油缸顶出杆推出产品最大的顶出力，单位kN。

辅助装置主要技术参数如下。

电机功率，驱动油泵转动的电机最大驱动功率，单位kW。

最大工作压力，油泵提供给注塑机工作的最大工作压力，单位MPa。

油箱容量，注塑机液压系统油箱的额定容量，单位L。

电热功率，注塑机加热筒所需用的电热功率，单位kW。

（温馨提示：全文小说可点击文末卡片阅读）

机器体积，机器外形的最大长度×宽度×高度，单位m。

机器质量,机器的总质量，单位t。

注塑机的机械部分主要是锁模装置和射胶装置，其作用是受控制油路的作用为其提供具有压力、速度的油液推动各油缸动作，驱动机械部件动作，按照工艺循环进行动作；机械各部件位置的信号采集、反馈给电气部分进行处理。

4.1.4注塑机液压传动系统

注塑机液压传动系统主要由动力部分、执行机构部分、控制装置、辅助装置及传动介质五个部分组成。

动力部分主要是油泵，油泵使电动机输出的机械能转换成油液的压力能，供给液压系统压力油，提供动力源。油泵按结构形式可分为齿轮泵、叶片泵、活塞泵及螺杆泵等类型。油泵按排出油液体积是否可调又分为定量泵和变量泵。注塑机油泵应用最广泛的是叶片泵，采用美国威格士系列和日本油研PV2R2系列油泵。叶片泵按作用方式可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵具有变量和内外反馈特性，可做成变量油泵，双作用叶片泵具有定量平衡特性，可做成定量油泵。叶片泵按级数可分为单级叶片泵和双级叶片泵。按连接形式可分为单泵和双泵。按工作压力还可分为中压叶片泵和中高压叶片泵等。注塑机油泵目前采用的还是双作用叶片泵居多。

油泵是注塑机液压系统的心脏，为系统提供一定压力和一定流量的液压油，以满足执行机构驱动机械负载所需要的能量。注塑机常用的液压平衡式叶片泵“油研”PV2R2系列，其特性参数见表4-2。外形及结构如图4-4所示。

①cm3/r—每转流量；②GPM—每分钟流量加仑数；③1bar=0.1MPa。

注塑机采用威格士公司的V系列叶片泵。其性能参数用cSt和50℃的抗磨液压油，在r/min测得典型值见表4-3，外形及结构如图4-5所示。

注：1bar=Pa。

执行机构部分主要有油缸和油马达。油缸的作用是将液压能转换为机械能作直线运动；油马达的作用是将液压能转换为机械能作旋转运动。油缸按结构特点可分为柱塞式、活塞式和回转式油缸；油缸按作用方式可分为单作用油缸和双作用油缸。注塑机油缸应用最广泛的是活塞式油缸。活塞式油缸按结构特点可分为单活塞杆油缸和双活塞杆油缸两大类，注塑机的锁模油缸、射台移动油缸、顶针油缸都采用单活塞杆油缸；注塑机的射胶油缸大多采用双活塞杆油缸。图4-6是常用的单活塞杆油缸结构。由于油缸一腔中有活塞杆，另一腔没有，所以油缸两腔的有效作用面积不相等。在两腔分别供给同样压力和流量的压力油时，活塞往复运动速度不相等，活塞两侧的轴向力也不相等。如果活塞杆直径大，活塞杆有效作用面积相差就大。当有杆腔进油时，活塞有效作用面积小，推力小，但速度快；当无杆腔进油时活塞有效作用面积大、推力大、速度低。注塑机的油缸直接驱动机械传动部件，油缸活塞的行程就是机械传动的工作行程。运用单活塞杆在工作行程时，压力油输入无杆腔，产生较大的推力，推动机械传动负载动作。在回程时，压力油又输入到有杆腔，产生较快的回程速度完成一个循环的工作行程。

油马达按结构形式可分为齿轮油马达、叶片油马达和柱塞油马达等类型。由于齿轮油马达输出转矩小，速度不稳定，实际应用很少，注塑机常用的熔胶油马达、调模油马达均采用叶片式油马达和柱塞式油马达。油马达转速低，输出扭矩大，可以直接驱动机械机构。最常用的是注塑机熔胶动作控制，采用径向柱塞式油马达。图4-7是MPH1系列径向柱塞型低速高扭矩马达结构。

在径向柱塞式低速大转矩油马达应用中，以曲轴连杆形式星形油马达出现最早。以曲柄连杆机构形成的较简单的机械结构形式，已在广泛应用，图4-8是曲轴连杆式星形油马达结构。

控制装置主要由各种控制阀组成。控制阀的作用是控制液压系统中压力油流的压力、流量和油流方向，以一定的压力和一定的速度按照所要求的方向运动，以保证各执行机构按照工艺条件要求的机械传动机构的动作循环。通常将这种可进行调节和控制的液压元器件称为控制阀。控制阀根据在液压系统中起的作用，可以分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。压力控制阀如溢流阀、减压阀、顺序阀等，用来控制液压系统中的压力，以供给液压执行机构的压力或转矩要求。流量控制阀如节流阀、调速阀等，用来控制液压系统中的流量，以提供液压执行机构的速度要求。方向控制阀如单向阀、换向阀等，用来控制液压系统中的油流方向，以满足执行机构的变换运动方向的要求。注塑机液压系统最常用的几种控制阀如下。

受到控制。它是耗电小的进口控制流量型调节阀。还由于它附有温度补偿，流量的控制是稳定的，不受油温的影响。其特性见表4-4，控制阀内部结构如图4-9所示。

注：1kgf/cm2=0.MPa。

换向阀注塑机的动作是通过一组换向阀来指挥执行元件动作。图4-10是电磁换向阀的结构，它由主体1、电磁线圈2、活塞3、弹簧4和柱塞5等组成。无动作时，活塞3由两边弹簧力维持在中间位置。依靠电磁线圈的磁力来移动活塞，磁力先推动柱塞5，从而使活塞3改变位置，这样压力油便可以从入口P流入至A及回路B至出口T、或者入口P流至B及回路A流至出口T。为了检验其接通的状态配有应急操作装置6，以便能手动操作。

为了减小开模、锁模的冲击现象，注塑机的锁模先导式换向阀上加上先导节流叠加板，如图4-11、图4-12所示。它是一对节流单向阀，装在先导阀与主阀之间。根据先导节流阀的安装位置，可以节制先导供油或先导泄油。进口节流转换成出口节流的方法是拆下先导阀，保留密封圈板；将先导阀节流调节器绕水平轴转过来放置，再将先导阀装回原处。顺时针转动调节螺钉可增加阀的切换时间，逆时针转动则减小切换时间。

压力控制阀图4-13是溢流阀的结构。锥形阀芯4由弹簧5控制闭锁在阀座3上，主阀芯由弹簧2及上下油压平衡保持其位置。当压力升高有能力打开锥形阀芯4时，锥形阀芯离开闭合位，使主阀芯1上部的油泄至油箱，造成主阀上下压力不平衡，而使主阀芯上升，此时压力油便由主阀芯下部泄入油箱，压力因而不会继续上升。压力降到没有能力打开锥形阀芯时，主阀芯1的上下压力渐趋于平衡，因而主阀退回原位，停止泄油，使油压回升，从而控制油压正常。调整手轮6可变动弹簧5的顶压缩量，以控制油压大小。保持压力油清洁使压力控制阀内小孔畅通，可使压力稳定。

流量单向控制阀图4-14是流量单向控制阀的结构及性能参数。

辅助装置主要由油箱、冷却器、滤油器、蓄能器、压力表、油管、管接头等器件组成。辅助装置的作用是输送油液、储存油液、过滤杂质、冷却油液等。油箱储存和供给注塑机液压系统的工作油液，还可有散热、分离油中的空气和沉淀油中杂质的作用。冷却器通过辐射和对流的方法对液压系统中的油液进行冷却，以防止油温过高。过滤器主要是滤除污垢颗粒，防止如划伤、卡死、堵塞等灾害性事故发生。蓄能器是储存和释放液体压力能的装置，可作为辅助动力源及消除油泵的脉动或回路冲击压力的缓冲器等。压力表是用来显示液压系统的压力指示或需检测处的压力指示。油管是液压系统中的“油路”，可用于进油路、回油路、泄油路等处。管接头是油管与液压元件、油管与油管之间的连接件。

传动介质主要是液压油，注塑机以液压油作为工作介质或传动介质，其作用就是进行动力和能量的传递。

注塑机液压传动是以密封容腔中的压力油为工作介质，利用密封容积变化过程中压力油的压力能来实现动力和能量的传递、转换。注塑机液压系统常见的液压元件及图形符号见表4-5。

注塑机的液压传动部分主要由上述几部分组成，其作用是由油泵产生油压供给各电磁阀体及管路组成的“油路”，使油路产生工作压力及流量，尤其采用比例流量、比例压力阀提供可调节的系统压力和系统流量，可以方便地按照液压阀线圈受到的电气控制而动作，并且配合机械部分来完成注塑工作。

4.2注塑机电气控制

注塑机主要由四部分组成：电气部分、机械部分、液压部分和辅助部分。虽然种类繁多，品牌不一，功能各异，但最基本的工作原理是一样的。如图4-15所示是注塑机成型循环动作。为了完成这个循环，机械和电气或其他部件，都在这个循环周期内，围绕各个动作进行协调工作。电路设计要遵循动作图，机械运动要遵循，液压传动也要遵循。在完成整个动作循环后，周而复始地进行，就达到了自动状态。电气、机械、液压关系非常密切，互相牵制和制约，对成型产品质量有较大影响，其关系如图4-15所示。

注塑机电气部分一般由控制电箱进行控制，它包括主电机、各种保险器等。机械部分的锁模装置和射胶装置及机械感应装置涉及安全门限位开关、接近开关、压力传感器、光学解码器、电子尺等电气、电子元器件。液压部分的比例流量阀、比例压力阀、各种控制阀的电气电子控制，涉及电子放大板电子电路、功率三极管、小型继电器、拨盘开关、光电开关、电磁阀线圈等。注塑机常用电器元件及图形符号见表4-6。

注塑机的电气部分主要由主电路、电加热电路、电源电路和程序控制电路等组成。主要作用是主电路驱动油泵电机以供给液压部分的动力源；电加热电路供给电加热电源并能自动控制料筒注塑温度；电源电路提供调模电机电源，提供程序控制及程序控制器的工作电源和驱动电源，以使注塑机进行顺序动作控制及时间顺序控制，按照工艺循环动作提供各种控制信号并进行组合运算、放大、反馈并输出控制电压，控制和驱动电磁阀等负载动作。

如图4-16所示为注塑机电气电路控制原理，它采用继电器程序控制。

4.2.1主电机启动电路

先打开开关1SS，电源信号指示灯1L亮，按下启动按钮PB2，交流接触器1M动作吸合。

使其主触头闭合，主电机1MOT启动，其辅助常开触点闭合自保，正常运转。其控制回路如下。

R→1→8FU→3→1SS→5

停止：按PB1→1M线圈失电→1C主触头断开→1M停转

4.2.2电加热自动控制电路

电加热电路分别由2S～5S控制温度控制器及电加热继电器线圈，主加热部分由3FU、4FU、5FU进行加热。喷嘴温度控制靠热继电器TAS来调节控制加热圈HTR进行加温，并由2S加热开关控制。加热开关3S、4S、5S分别控制螺杆料筒的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ温度，各区温度靠热电偶进行采样，由温度控制器进行运算，再将结果输出使得温度控制器中的继电器闭合或断开去控制温度加热继电器线圈。

以3S为例，操作如下：先打开1SS开关后，再打开3S开关，这时接通温度控制器1TC电源，电源信号灯3L亮。当温度通过热电偶传来的信号进入1TC温度控制器中，经过运算放大和比较若达到设定的温度值时，1TC常开触点闭合或断开，控制加热继电器的线圈失电，加热筒失电不加温。当温度未达到设定值时，1TC保持原状，控制加热继电器线圈受电,加热筒受电加温。其控制回路如下。

4.2.3注塑机的主要器件及电路分析

图4-17是PYI-7B型注塑机主要限位开关布置，其名称及作用见表4-7。

图4-18是PYI-7B型液压原理。图4-19和图4-20是PYI-7B型电气控制原理。手动控制电路分析如下。

总压电磁阀V的控制较为简单，它在交流接触器1M的辅助触点串联，当主电机启动后1M辅助触点闭合，当射台向前2R、射胶3R、熔胶4R、射台向后5R、抽胶19R继电器吸合时，电磁阀圈V均吸合，使液压回路动作。

快速电磁阀10V也是靠10S开关串联如锁模1R、开模6R、射胶3R、熔胶4R、顶针7R继电器线圈，在吸合时均能由10V电磁阀推动油缸进行快速锁模、开模或其他操作。手动锁模操作：打开锁模开关3SS使其触头①②闭合，使接线～接通，在下列条件达到时安全门10LS限位开关复位；安全门前限位开关1LS压合限位；锁模终止行程开关4LS闭合；顶针向后限位开关14LS闭合。锁模继电器1R线圈得电吸合，使得锁模电磁阀1Y吸合，锁模油缸动作。其电路工作回路如下。

6S→→9R常闭点→→3SS→→10LS复位→4LS压合→→11R常开触点→

→5TR常闭点→→1TR→→13R常开点→→1R→2→N

其中10LS在安全门关上才闭合；锁模终止行程开关4LS在终止位置才闭合；而前安全门限位开关1LS压合闭合后，11R继电器才闭合；顶针后限位开关14LS压合后，13R继电器才闭合。经过上述条件锁模才能动作。

手动开模操作：打开手动开关3SS，只要开模终止行程开关9LS没有压上，即12R继电器没有吸合，开模继电器6R线圈受电吸合，电磁阀6Y也吸合开模进行工作，直至开模终止限位开关9LS使12R继电器吸合，其常闭触点断开，回路断电，开模继电器、电磁阀均停止工作。其工作回路如下。

6S→→→3SS→→12R常闭点→→6R→2→N

其中12R继电器受开模终止行程开关9LS控制。

控制回路如下。

宝源机型的状态分为半自动状态和自动状态。

（点击上方卡片可阅读全文哦↑↑↑）

感谢大家的阅读，如果感觉小编推荐的书符合你的口味，欢迎给我们评论留言哦！

想了解更多精彩内容，

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/3589.html