摘要：锁模机构是现代塑料注射成型机总成中是一个关键机构，它不仅是注塑机的重要功能指标，它还直接影响到注塑制件的质量。现有技术的单点卧式注塑机的锁模方式为机器整体对模具锁紧，巨大的锁模力直接作用在机器机架上，从而使大型注塑机的外形庞大，加大了材料成本和加工成本，加功能耗很大。而本项目“多级增力串联油缸锁模技术” 由于采用锁模器直接锁紧模具技术，而不是现有技术庞大的机器整体对模具锁紧，所以本项目机器重量、外形尺寸大幅降低，制造成本、机器能耗大幅降低。

关键词：大型注塑机 锁模机构 多级增力串联油缸

•  技术背景

合模装置是保证成型模具可靠的闭合和实现模具启闭动作及顶出制品的机构。合模装置的性能直接关系成型制品的质量和数量。一个比较完善的合模装置，应该满足在规定的注射量范围内，对力、速度、安装模具与取出制品时空间位置这三方面的要求，即

•  构要有足够的合模力和系统刚性，保证模具在熔料的压力作用下，不产生开缝溢料现象。

•  板要有足够的安装模具的面积和起笔模具的行程，以适应成型不同制品模具的要求。

3 、模板在启闭过程中，有一个比较理想的变速过程，即运动速度应是慢——快——慢的变化过程。这样，既可使制品平稳顶出，模具安全运行，又能提高机器的循环次数。

目前，国内大型注塑机现有技术为机器整体对模具锁紧。合模的种类较多，称法也不一致。如按工作原理分，主要有液压式（直压式）和肘杆式（机械式）两大类。他们都是由模板、拉杆、合模机构，顶出机构及其它附属装置等组成。

液压式合模装置形式的合模，是依靠液体压力经油缸活塞直接实现对模具的锁紧，并以其简单的往复运动来完成模具的启闭动作。

肘杆式（机械式）合模装置是利用各种形式的肘杆机构，在合模时，使合模系统形成预应力，进而对模具实现锁紧的一种合模装置。该装置当压力油进入油缸的活塞端，使活塞下移，从而带动肘杆机构并推动动模板向前运动。而肘杆机构尚未成一线排列时，动模板将受到变形阻力的作用，只有在合模油缸的工作油继续升压，并以克服系统的变形阻力，此时，合模系统因发生弹性变形而对模具实现预紧，此时预紧力即为合模力。当肘杆机构伸直并对模具实现预紧后，即使工作油的压力卸去，只要合模系统保持着原变形，其合模力是不会随之改变的。

这类锁模装置存在的问题是：

•  机架承担巨大的锁模力，大型注塑的锁模力一般为 20000kN-35000kN, 机器部件庞大，笨重，成本高，能源浪费大，效率低，维修不便，是目前大型注塑机技术进步的最大障碍；

•  现有技术锁模结构对注射点位限制，只能进行单射点注射；这样对于大型塑件的注塑不利于塑料充满型腔，造成塑料制品的缺肉缺陷。

•  现有技术锁模结构，由于四个拉杆的限制，使大型塑料制品取出受到影响。

二 . 创新技术原理与基本设计依据

1 、基本技术原理：

该多级增力串联油缸锁模器装置，由模具静模、上端缸体、上端活塞、下端活塞、下端缸体、垫板、对开小油缸、齿型推板等构成，模具静模与上端缸体相连，上端缸体，上端活塞与下端缸体和下端活塞串联，通过螺钉连接固定，下端缸体与垫板相连，齿型推板两端分别装有对开小油缸，其特征在于：

(1) 多级增力的油缸串联，其总出力 Fc 等于各有杆腔出力的代数和，根据加工工艺的实际要求而选定锁模器的行程，齿型推板可将模具拉杆 ( 导柱 ) 一端锁紧，从而直接锁紧模具，而不是庞大的机器整体对模具锁紧，因而使机器重量、外形尺寸大幅度降低，制造成本、机器耗用原材料大幅度降低。

(2) 多个油缸活塞串联排列，由螺钉连接，与模具静模固定。

(3) 齿型推板两端分别装有对开小油缸，通过对开小油缸的控制，使齿型推板将模具拉杆（导柱）一端锁紧。

2 、基本设计要求：

（ 1 ）油缸设计承压 40MPa, 实际工作压力为 30MPa 。

（ 2 ）本锁模器总成每 3 分钟工作一次。

（ 3 ）排气处设空滤器。

（ 4 ）串联油缸进油口在外部管路并联，只设一个总进油口。

（ 5 ）对开小油缸油口在外部并联为一组进油口。

（ 6 ）正常推力 =2 × 1.5625 ×π /4 （ 22 2 -12.5 2 ）× 4=3216kN 。

3 、工艺动作及对油缸的具体要求

（ 1 ）对开小油缸推进， V=5 ㎝ /s ( 泵排量 60ml/r) 工作油压约 20 MPa ， PH 7 =1 ，保压要求： 20 MPa 时 10 分钟下降 0.5 20 MPa 。

（ 2 ）经增压的高压油约 35MPa 进入 4 组串联油缸，产生推力约 320 吨，作用于拉杆。

（ 3 ）该串联油缸总成共为 6 组，同时对模具锁紧， PH 5 =1 ， PH 7 显示压力 16MPa-21MPa （调整 V21 ），保压 10 分钟允许下降 0.5MPa 。

（ 4 ）卸荷： V20 的 D33 的电，串联由缸高压油泄入增压油缸。

（ 5 ）对开小油缸后退， V=7 ㎝ /s 。

4 、对于拉杆（导柱）强度及热处理要求：

•  粗加工后淬火并回火 HRC41 ～ 46 ，要求拉杆（导柱）芯部应达到或接近上述硬度值。

•  热处理后调质。

•  精加工过程为带应力加工至成活，并保留中心孔。

•  齿型形位误差均值≤± 0.02 ，有专用成型刀具保证。

5 、该创新技术与现有技术相比具有以下显著优点：

(1) 内置多级增力串联油缸的锁模器装置，通过模具拉杆直接将模具锁紧，而无需机器整体承受锁模力。

(2) 机器重量、外形尺寸大幅度降低，制造成本、机器耗用原材料大幅度降低。

(3) 串联油缸的尺寸，个数可根据使用要求自行调整，实现内置多级增力串联油缸锁模器装置的参数优化，从而达到理想设计的效果。

6 、附图说明

图 1 是本多级增力串联油缸锁模器装置的主视图

图 2 是图 1 的 A-A ， B-B 截面剖视图

图中多级增力串联油缸锁模器装置主要零件：

1 、模具导柱 2 、内六角螺钉 3 、 1# 缸体 4 、 1# ； 2# ； 3# 活塞

5 、 2# ； 4# 缸体 6 、内六角螺钉 7 、 4# 活塞 8 、 4# 刚体底盖

9 、锁模器垫板 10 、对开小油缸刚体 11 、内六角螺钉 12 、小卡环 13 、内六角螺母 14 、齿型推板 15 、内六角螺钉 16 、 12 弹簧垫圈 17 、弹簧垫圈 18 、小活塞 19 、压盖 20 、内六角螺钉 21 、 8 弹簧垫圈 22 、防尘圈 23 、抗磨环 24 、活塞干密封 25 、缸密封 26 、抗磨环 27 、防尘圈 28 、抗磨环 29 、活塞杆密封 30 、抗磨环 31 、缸密封 32 、 “ o ”形密封圈 33 、弹簧垫圈

三、具体实施方式

下面结合附图，对本创新技术做进一步详述：

该多级增力串联油缸锁模器装置，主要由上端缸体 1 ，上端活塞 2 ，下端缸体 3 ，下端活塞 4 ，垫板 6 ，对开小油缸 7 ，齿型推板 8 构成，螺钉 5 将缸体，活塞串联连接，并固定在模具静模 9 的下部，垫板 6 与下端缸体 7 相连，齿型推板 8 两侧分别装有对开小油缸，模具拉杆 11 一端与模具动模 10 固定。

该多级增力串联油缸锁模器装置的工作原理：

立式机型，压板带动模具动模与模具静模合模时，模具拉杆和模具动模向下运动，当模具动模与模具静模闭合后，分别装在齿型推板两端的对开小油缸运动，推动齿型推板将模具拉杆一端锁紧。此时注入高压油，使串联油缸间的间隙变化，产生作用在模具静模的锁模力将模具动模和模具静模完全锁紧。

如果模具动模与模具静模分模时，对开小油缸将齿型推板拉开，模具拉杆随模具动模向上移动，与模具静模分离。

机器整体的工艺过程：

自动始，立式压机的压板、模具动模压下、合模（快速转慢速），多组锁模器总成的齿型推板锁住模具拉杆（导柱），高压油进入锁模器总成，模具动模与模具静模被可靠锁紧，（锁模力： 20000kN ～ 35000k N ），注射缸注射，（注射分段注射Ⅰ、注射Ⅱ、注射Ⅲ、保压，平均注射速率： 4000 ㎝ 3 /s — 6000 ㎝ 3 /s ）注射毕，分配器开放，存贮缸推进，（注射缸随之快退）至前位自锁；熔融物料直接进入注射缸，注射缸慢退，当注射缸到达设定料量，分配器关闭，同时注射缸微后退（防流涎），（此时存贮缸又自由后退）至设定冷却时间，锁模器总成的齿型推板打开，压板带动的模具动模上升，大型复杂注塑制品的多个浇口从制品根部都被拉断（制品表面平整、无料把），压板、模具动模上升慢速转快速，取制品车进入，模具动模液压抽芯出，推板油缸推动推板及模具动模的顶板顶出制品，成型制品落在取制品车上，取制品车后退至原位，模具动模液压抽芯回位，自动终。

四、 项目技术产生的经济效益与社会效益

该项目在 2002 年得到国家科技部中小型创新基金的立项支持，获得无偿资助 113 万元，在国家大力支持下，公司全体员工努力奋斗，项目于 2005 年顺利通过验收，并完成销售 1800 万元。 2003 年项目还获得国家重点新产品证书。 2006 年在天津市成果转化中心立项，认定为天津市高新技术成果转化项目，可享受有关优惠政策待遇。

五、结论

大型、超大型塑料注射成型机设备减重是行业难以攻克的技术问题，而本 多级增力串联油缸锁模的锁模器技术为直接对模具锁紧， 6 组锁模器的锁模力可达 20000kN, 是大型、超大型注塑机设备领域里锁模机构的重大创新；本技术的推出，将彻底改变大型、超大型注塑机设备庞大、笨重、价格昂贵的局面。

参考文献：

1. 《塑料机械设计》轻工业出版社出版， 1998 年再版

2. 《塑料热成形》李泽青 编著，化学工业出版社， 2005 年

3. 《塑料模塑成型工艺》，杭州，浙江科学技术出版， 1999 年

4. 《注射成型手册》化学工业出版社， [ 美 ]T.A 奥斯瓦德， L. 特恩格， 2005 年

作者简介：

汤庆薇，女， 53 岁， 1983 年毕业于天津大学机械系锻压专业，学士学位。