1背景

       合模装置一般主要由前、后固定模板、移动模板、拉杆及动模板驱动装置等组成，它是注塑机合模系统的主要组成部件。注塑机合模装置通常按其工作原理可分为机械式、液压式和液压-机械组合式三种类型。

       注塑机合模技术是注塑工艺的关键环节,其合模机构是注塑机的关键设备。自1956年世界上出现第一台现代意义上的注塑机开始,合模机构作为最重要的单元伴随着注塑机不断发展。20世纪70年代末陆续出现了曲肘式、单缸充液式等结构,80年代五点双曲肘式结构的出现更是合模机构的重大进展,90年代以德国为代表的欧洲厂家推出了许多新的全液压式合模机构,其中二板复合式是其典型代表,日本厂家则将重点放在了全电动式注塑机上,并取得了相当大的成果。由加拿大Engel公司推出的无拉杆式结构及德国Krauss Maffei公司推出的电动Z形结构，表明合模机构依然在创新中不断前进。但是对于注塑机合模机构的分析研究,无论是国内还是国外所涉及的文献资料均较少,因此在合模机构方面的研究仍然有许多工作可以做。

良好的合模技术保证了在合模过程中模板平稳迅速启闭。因此良好的合模机构需要满足以下基本要求：

（1）能够提供足够的合模力,这是合模机构的功能要求。足够大的合模力能够保证模板锁紧,避免模腔内熔料在压力作用下打开模具而影响制品品质;

（2）能够提供足够的模板强度及系统刚性,这是合模机构的结构要求。足够的模板强度及系统刚性能够保证在反复的运动过程中合模部件不致因频繁受力而引起变形或损坏;

（3）能够提供高速、平稳、低噪声等优异特性的模板运动,这是合模机构的性能要求。高速意味着高生产率,平稳及低噪声意味着避免合模动作时出现波动

2合模机简介

     合模装置主要由模板、拉杆、肘杆、制品顶出装置和安全门、调模装置等组成。模板的作用是固定模具和作为运动导向的定位基准，主要由后模板、动模板、前模板组成，三者以拉杆相连，模具固定在动模板与前模板上。前模板固定于床身上，动模板则在床身导轨上来回运动，调模时后模板在床身上滑动。

   合模机构是保证模具可靠闭紧和实现模具启闭动作的部件。一个好的合模机构必须具备如下三方面的特性：

1、能提供足够的合紧模具力，保证模具在熔料的压力下，不产生开缝溢料现象。因为在注射时，进入膜腔的熔料还具有一定的压力，这就要求合模装置给予模具足够的合紧力，以防止在熔料的压力下模具被打开，而导致制品溢边或使制品精度下降；

2、足够的安装模具的空间及开启模具的行程；

3、快速的移模速度及较慢的合紧模具速度，移模时要具备慢—快—慢的运动特性。保证在提高生产效率的同时，有效地保护模具。

    合模机构种类较多，各种不同的合模机构其运动特性的侧重点也不同。根据油液油缸的分布以及肘杆结构的不同，合模机构可分为很多种不同的结构，使用较广泛的合模机构主要有油压直压式、油压肘杆式和电动肘杆式。油压直压式合模机构直接通过锁模油缸的推力或拉力来锁紧模具，锁模力与油缸作用力相等。这种合模结构的特点有：

1、由于高压合模油缸处于模板中间，所以不会出现由于模板弯曲而引起的制品飞边；

2、开模行程大且开模力稳定，可以成型深孔制品；

3、由于闸门板旋转及其动作切换以及高压开模油缸与移模油缸在开模时的动作切换耗时较多，难以实现高速开闭模循环。

      油压肘杆式合模机构由合模油缸推动连杆机构，再通过连杆机构的力放大作用推动模板运动和合紧模具。油压肘杆式合模机构主要分为五点斜排式和四点斜排式两种结构，是较成熟的合模结构。在移模中，连杆机构具有较大的行程比系数（即行程放大倍数）和较小的力的放大倍数，在模具即将合紧时，连杆机构力的扩大倍数急剧增大，而行程比系数减少，这样，即使用一个较小较短的合模推力油缸，也能达到较大的合模力和移模行程。在油压肘杆式合模

     机构中，油压驱动不可避免的存在浪费能源、污染环境、噪音大等缺点，而且由于联结连杆的销轴需要在旋转运动的同时承受较大的表面压力和剪切力，所以对其材质、强度、表面硬度以及润滑性能都有较高要求。相对于油压直压式合模装置，油压肘杆式具有速度快、变速平稳、节省电力、超载性能好等优点，但同时也有调模较复杂、合模力重复精度不高、对模具平行度要求较高等局限。电动肘杆式合模机构与油压肘杆式工作原理及特性相似，与油压肘杆式相比，电动肘杆式由于动力装置全部用电马达，所以具有节约能源、净化环境和噪音较低等优点。但同时由于电动肘杆式注塑机是用滚珠丝杠传递动力的，滚珠丝杠的磨损必然会影响到机器的性能，所以寿命较低，成本较高。

     多数注塑机合模机构都是油压肘杆式，而液压系统不但能量损耗大，而且噪音大，油路存在渗漏问题，对环境产生污染，维护费用高。电动式合模机构以其相对于液压式的节能、环保、控制精度高等优势正逐步蓬勃发展起来。

3分类

世界范围内应用广泛、具有代表性的合模机构主要有曲肘式、全液压直压式、无拉杆式以及二板式。

曲肘式

     五点双曲肘内翻式。五点双曲肘内翻式结构具有低成本、低维护、刚性及运动特性好等显著特点,成为注塑机中应用较为广泛的合模机构。

     五点双曲肘内翻式在注塑机中得到较为普遍的应用,原因是其充分体现了肘杆机构的3个显著特点:（1）曲肘连杆机构力的放大功能;（2）曲肘连杆改善运动特性功能;（3）曲肘连杆自锁功能。但曲肘式合模机构也有许多缺点,如由于采用拉杆形变进行锁模,因此锁模力不稳定、铰链较多易磨损、调模困难、开模冲击大、机身庞大等。

     电动曲肘连杆式。20世纪80年代末推出了采用电机作为驱动源的全电动式注塑机,电动式合模机构随之一起发展起来。相比于液压式,电动式具有节能、降低噪声、清洁环保、高精度、速度控制范围宽、响应性好等特点,使其在能源日益匮乏、生态环境日益恶化及对塑料制品要求越来越高的今天迅速成为市场热点。

     电动式合模机构主要采用五点双曲肘内翻式结构,依然属于动力源-机械式结构,不同之处在于其动力源采用伺服电机及滚珠丝杆代替液压油缸驱动肘杆机构带动模板运动。由于其采用的依然是五点双曲肘合模机构,相应地保留了肘杆式机构的缺点,并且又出现滚珠丝杆易磨损导致合模精度下降、伺服电机超载、价格成本较高等新问题。

全液压直压式

     充液式是全液压直压式的典型应用,又称增速式。一般是由一个大活塞式油缸（锁模油缸）和一个小作用油缸（快速移模油缸）组成。以小直径油缸实现快速移模,以大直径油缸获得所需合模力,而在快速移模过程中,合模油缸能自动充液。

     这种机构的原理是在油压一定的情况下,以直径大小不同的主辅油缸分别满足较大的合模力和较快的移模速度的要求。此机构虽然可以实现较快的移模速度,达到相当大的合模力,因而在大中小型注塑机上均有使用。但这种机构缸体长、直径大,因此机构笨重、用油量大,能耗也高。

无拉杆式

      无拉杆式于1990年一推出便引起了人们的关注，它打破传统的四拉杆机构的合模力学形变概念,取消拉杆而利用基础架构来进行力的传递,因此其设计关键就是坚固的基础架构,如图6所示。无拉杆式采用稳定的C字形结构体,通过计算其结构体的有效截面是相同体积情况下普通四拉杆截面积之和的10倍,因此系统的刚性更好,产生的弹性变形更小。

     相比于有拉杆式合模机构,无拉杆式具有以下特点:（1）定模板直接固定在C形架构上,很大程度上扩展了接触面积,降低了模板的挠度,保证模板的平行度;（2）没有了4根拉杆的限制,模具的安装和拆卸变得极为便利,模具可以自由地向上以及两个侧面移动,模板的面积可以得到充分利用;（3）对于多组分注射,安装多台注射单元非常方便,垂直式、水平式以及交叉式注射容易安装实现;并且易于插装一些外围自动化设备,提高生产过程的自动化和集成化程度。

对于无拉杆式合模机构的驱动结构,有采用液压缸作为驱动源，从整体结构上可以看出,由快速移模油缸进行移模,合模油缸进行直压锁模;也有采用伺服电机作为驱动源,Engle公司的技术人员将较新兴起的电动技术与无拉杆技术结合,设计了高精密度以及高能源利用率的电动无拉杆式合模机构。

二板复合式

     20世纪90年代初,欧洲厂商推出了许多新的全液压式注塑机,其中以二板复合式较具代表。其结构特点是:有前模板、动模板,无后模板,锁模力直接作用于两模板上。其合模动作一般依靠小直径油缸进行快速移模,到达*位置后产生抱杆动作,然后装换到大直径油缸进行锁模。其动作共同点是在稳压前均会对动模板有一个止退的锁紧程序,由一个定位锁紧结构来完成。

       二板复合式合模机构按稳压缸数量、位置及拉杆锁紧方式有多种不同形式相比于肘杆式合模机构,二板复合式具有以下优点:（1）机器容量大,特别适合大型注塑机;（2）受力状况理想。运动副不受合模力,磨损很小;机器没有关节摩擦副,所以避免了关节的润滑和磨损问题;（3）合模机构刚性好。二板式注塑机由于无需靠拉杆变形提供锁模力,拉杆直径可以粗很多,并且长度只有二板与头板的距离,锁模封闭力线短;（4）与同吨位机型相比,整机的长度短,结构紧凑简洁,所需空间和占地空间小。

    二板复合式合模机构由于动模板运动时只是沿着底座,不再受肘杆或液压缸的支撑,也意味着导杆处于悬浮状态,因此怎样保证模板的对准是其较大问题,并且锁模力由4个油缸提供,当4个锁模油缸施加的力不均衡时会导致动板倾斜。

4关键技术

      合模机构必须能提供足够大的合模力，以防止制品溢边，因此，在设计中必须考虑合模过程力放大的作用。另一方面，注塑机是一种间歇式工作的设备，前人的研究已经意识到它的成型周期是决定注塑机生产效率的重要因素，而合模过程通常占用了相当长的时间。因此，提高开合模过程中的速度，是提高注塑机效率行之有效的方法，但是当模具接近闭合时，过快的合模速度可能导致模具损坏。由此可以看出，对于注塑机合模机构可分为三个过程：快速合模——提高效率；低速合模——保护模具；高压锁模——实现力的放大。

     在对机构进行理论分析时，由于合模机构整体结构和受力状态十分复杂，考虑所有因素的影响是十分困难的，这就需要找出影响精度的主要因素，忽略次要因素，对整体结构做出必要的简化，以使分析顺利进行。