注塑机原理之液压系统

注塑机是机、电、液一体化、集成化和自动化程度都很高。

无论是机械液压式还全液压式，液压部分都占有相当的比值，对注塑机的技术性能、节能、环保以及成本占有重要部分。

注塑机液压系统由主回路、执行回路及辅助回路系统组成，如图所示。

图14 油路系统组成图1，2，3，4，5，6—分别为合模油缸、滑模油缸、顶出油缸、注射座油缸、注射油缸、液压马达；7，8，9，10，11，12—分别为油缸的控制模块（CU）、指令模块（CM）；13—系统压力（P）、流量（Q）的控制和指令模块；14—泵；15—电机（M）；16—进油过滤器；17—油冷却器； 18—油箱；P—进油管路（高压）；T—回油管路。

（低压）油路总管线（P、T、P）的上部分是执行回路系统，下部分是主回路系统及辅助回路系统。

执行回路系统：主要由各执行机构（油缸）和指令及控制装置（电磁阀）组成。

其功能是将进入管路P的高压油按程序放到油缸的左腔或右腔中去，推动活塞杆执行动作。

高压油进入的时间、顺序和位置是通过电磁换向阀来实现的，工作指令通过电信号发给电磁阀的电磁铁，控制其阀芯动作，将控制油路（P）的高压油，进入换向阀推动阀芯动作，将高压油接通到油缸中去；而各油缸中的回油经回油管路T及辅助油路系统放回油箱。

主回路系统：由动力源和控制模块组成。

动力源系统（电机、油泵）产生油压（P）和流量（Q），与指令（CU）及控制（CM）模块（压力阀、流量阀等）组成回路。

从泵来的高压油，进入主管路的时间、顺序、压力及流量，是通过流量阀，压力阀是电磁铁获得，指令的时间、顺序和强弱，由控制其阀芯的推力和开度来确定的。

执行回路与主回路之间是通过进油管路P（高压），回油管路T（低压）以及控制回路P（高压）形成“连接网络”。

注塑机应用液压组件非常广泛。

⑴．动力组件由电机带动泵实现电能—机械能—液压能的转换。

有各种油泵和液压马达。

油泵是靠封闭容腔使其容积发生变化来工作的。

理想的泵是没有的，因为结构上总会有制品缝隙就会有泄漏，而且机械磨损也会产生间隙，所以就要考虑泵的效率。

不同质量的泵，其效率是不同的，直接影响了液压系统工作的稳定性。

此外，油的压缩性也会对泵的效率产生影响。

（2）．执行组件执行组件是将液压能转换为机械能的组件，主要有油缸和油马达。

①油缸油缸可分为单作用柱塞式、双作用活塞式、双作用活塞杆式和双作用伸缩式油缸。

图15 油缸的简图：（a）双作用活寒式；（b）双作用活塞杆式②液压马达液压马达是液压能转换成轴的扭矩和转速的设备。

通过油压控制轴的输出扭矩；通过输入流量控制轴的输出转速。

（3）控制组件控制组件主要是指各种控制阀，如压力阀、流量阀、方向阀、比例阀、伺服阀等。

我厂用注塑机中，除背压是通过注意溢流阀控制的外，其余的压力和流量的控制是通过比例压力流量复合调节阀控制的，没有流量阀。

（ⅰ）方向阀方向控制阀是控制系统油的流动方向，按程序来改变执行机构的运动方向的控制组件。

方向阀有单向阀、电磁换向阀和电液换向阀。

①．单向阀单向阀允许油沿一个方向流动，不能反向流动。

单向阀要求：油流过时，阻力小，对反向流动密封性好；动作灵敏，无撞击和噪声。

②．电磁换向阀电磁换向按程序由电磁换得失信号推动阀芯动作实现油路换向。

有三位四通和二位四通阀之分。

我们设备中控制注射、合模、移模、座移等用的都是电磁换向阀。

（ⅱ）比例阀比例阀是以输入电信号连续地按比例控制与调节系统流量、压力、方向的控制阀。

比例阀有比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀、比例压力流量阀等。

我们设备中用到的是比例压力流量复合阀。

比例压力流量阀是一种溢流阀，其功能为执行组件提供所需的压力和流量，根据负载压力，使压差保持最小，控制泵的压力，并控制流量稳定不受温度的影响。

（ⅲ）溢流阀当系统或局部压力超过弹簧调整值时，阀芯自动开启，把压力流接回油箱。

（4）辅助组件辅助组件虽然只起辅助作用，但是辅助组件质量会影响系统的功能。

辅助组件有油箱、油管和接头、冷却器、滤油器、压力表、润滑注油器等。

①油管和接头用适当的油管和接头将各液压组件和辅件，以及测量仪表连接起来能组成完整的液压系统。

对于液压装置，要求管道和接头有足够的强度和耐压储备，使用可靠，装拆方便，在输送工作介质时能量损失要小。

油管有硬管和软管之分。

硬管适用于两个相互固定组件的连接，在装配时不能任意弯曲，能承受较高的压力且牢固可靠，压力损失小。

软管可以做两个相对变位组件的管道连接，或常更换组件与液压系统的连接。

软管装配方便，不怕振动，并能部分地吸收液压系统的冲击，但沿程压力损失比硬管大。

为了减少输油的压力损失，管道和接头的通油截面应尽可能大些，壁要光滑，避免方向和截面的急剧变化，减少局部压力损失。

②滤油器滤油器的功能是将上游管路中存在的固体颗粒等异物，经滤芯被阻留，使下游管路油降低污染程度，达到要求指标。

我厂用注塑机中用到的是网式滤油器，如图16所示，在骨架上包铜网，此类滤油器通油能力强。

铜网的疏密程度用“目”来表示。

目数越大表示铜网越密，即能通过铜网的颗粒尺寸越小，液压油所含杂质也就越少。

③冷却器液压系统的功率损失，几乎全部变成热能使油温升高，油黏度下降，泄漏加重，容积效率降低。

减少油液温升的措施，应采用高效率液压组件和合理设计系统，减少系统的功率损失，其次要使热量尽量散发。

常用水式冷却器对液压油进行冷却。

（5）液压油液压油是液压传动系统的工作介质，液压油的黏度将直接影响液压系统中压力和流量的准确性、液压系统的稳定性和泄漏量。

液压油的黏度随温度升高而降低。

所以，油温高会影响油的黏度使系统产生气泡，增加泄漏量，导致系统压力和流量的波动，使进入各执行机构的流量和压力发生波动，引起各种压力和速度的不稳定，造成生产过程的不稳定性，最终影响制品的成型质量。

油的压力也会影响油的黏度，当油的压力增加时，分子间距减小，黏度随压力而升高，但是数值变化微小。

所以，当环境温度高时，应采用高黏度油；反之，应采用低黏度油。

2．液压系统分析在液压系统执行回路中，根据主油路和各执行油缸的功能，液压组件在液压系统上可组成控制模块，以提高系统的集成度。

注塑机控制油路的模块有：压力/流量控制模块（P/Q油路块）、注射/预塑控制模块、合模控制模块、顶出控制模块。

（1）压力/流量控制模块（P/Q油路块）主要控制系统在整个工作周期中，各程序系统中油的压力（P）和流量（Q），对各执行机构的速度和推力的大小及程序进行控制。

我们设备中用的是定量泵+比例压力流量阀控制回路，如图17所示，由比例压力流量阀V1、泵P、电动机MTR组成。

D1、D2分别是控制流量和压力的电磁铁，当电动机启动后，泵就输出一定的流量，此时D1、D2无电信号输入，泵输出流量通过V1流回油箱，系统压力为零；如D1、D2有电信号输入，则V1开始工作，部分油通过比例阀所设定的开启压力，比例溢流阀打开，把多余的油放回油箱。

只要改变D1、D2电信号的输入值，就可实现对系统的压力和速度调节。

图17 压力/流量控制回路图图18 注射/预塑控制模块（2）注射/预塑控制模块该模块主要是对注射/射退、预塑、射台前进/后退、背压的动作和程序进行控制。

如图18所示，由三位四通电磁换向阀V1控制座移油缸的前进/后退；三位四通换向阀V2控制注射/射退；二位四通换向阀V3控制预塑，溢流阀V4控制预塑背压。

P—压力，T—回油。

其工作原理是：当电磁铁D1、D2无信号输入时，油口封闭，注射座保持原位。

当D1得电信号时，压力油经V1进入座移油缸的杆腔，从另腔排出的油经V1至回油T推动活塞实现射台后退动作。

当电磁铁D2得信号时，压力油经V1进入座移油缸的无杆腔，从另腔排出的油经V1至回油推动活塞实现射台前进动作。

当电磁铁D3、D4、D5无信号输入时，油口封闭，螺杆保持原位。

当D3得电信号时，压力油经V2进入注射油缸的无杆腔，从另腔排出的油经V2到回油T，推动活塞实现射退动作。

当D4得电信号时，压力油经V2进入注射油缸的杆腔，从另腔排出的油经V2到回油T，推动活塞实现注射动作。

当D5得电信号时，压力油经V3进入预塑马达的压力油腔，从回油腔排出的油直接到回油T，使马达旋转，实现预塑动作。

同时，注射油缸的无杆腔油经V2到回油T，另腔油经V4至回油。

调节V4可对螺杆后退速度实施调节。

（3）合模控制模块该模块主要是对合模、模具低压保护、高压锁模、开模动作和程序进行控制。

其工作原理类似于注射/预塑控制模块。

（4）顶出控制模块该模块主要对顶出、顶退、模具抽芯的动作和程序的控制。

其工作原理类似于注射/预塑控制模块。

3．对液压系统的要求（1）注塑机从关模开始到开模结束，中间经过关模慢——快——慢——低压保护——高压锁模——注射座前进——多级注射——多级保压——预塑——冷却定型——开模慢——快——慢——顶出等多动作程序。

每个程序中又都有对压力和速度的不同要求，即：动作中的不同时刻或不同位置，流量和压力是瞬时的、多级变化的，所以对注塑机液压系统及其组成液压组件的灵敏性、可靠性、静音性和安全性都有很高的要求。

（2）注塑充模质量决定制品质量，而充模质量与液压系统结构有直接关系，在充模时，螺杆前部所形成的聚合物黏流态系统与螺杆后面通过注射油缸与油路系统形成了一个封闭流体阻力系统。

充模速率受到油路系统参量、介质、黏度、系统结构及其液压刚性等影响。

所以，液压系统水平与注塑质量密切相关。

（四）控制系统控制系统是注塑机的“神经中枢”系统，控制各种程序动作，实现对时间、位置、压力、速度和转速等的控制与调节，由各种继电器组件、电子组件、检测组件及自动作仪表所组成。

控制系统与液压系统相结合，对注射机的工艺程序进行精确而稳定的控制与调节。

控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、及模具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、可靠的低压模具保护、准确的开模定位等。

另一个需要精确控制的是影响注射工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度等。

1．开、闭环控制实现注塑机自动控制的方法分为两大类：第一类顺序控制，即：开环控制；第二类回馈控制系统，即死循环控制。

我厂注塑机的对速度和压力的控制采用的是开环控制方式；对位移和温度的控制则是死循环控制方式。

（1）开环控制如系统输出量不与指定输入相比较，系统的输出与输入量之间不存在回馈通道，此种称开环控制，如图19所示。

此控制系统结构简单、组件少、成本低、系统容易稳定。

由于不对被控量进行检测，当系统受干扰时，被控量一旦偏离原有的平衡状态，再没有消除这种偏关的功能，限制了系统的应用。

开环控制系统中，当被控制对像给以设定值之后，则系统就会使被控制量（压力、速度、转速、位移）得到实际值，并能经仪表显示出来。

但是由于各种环境因素的干扰，会使系统的给定值与实际值之间产生偏差，但无须再重新修正这个偏差，即系统自身对此偏差无调节作用。