注塑机原理之液压系统.docx

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注塑机原理之液压系统

（三）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xx；

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”。

1．主要液压组件

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xx。

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xx。

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xx

液压xx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xx，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，内壁要光滑，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xx，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xx，油黏度下降，泄漏加重，容积效率降低。

减少油液xx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xx的压力油腔，从回油腔排出的油直接到回油T，使xx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xx、可靠性、静音性和xx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：

xx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xx控制方式；对位移和温度的控制则是死循环控制方式。

（1）xx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xx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。

xx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xx这个偏差，即系统自身对此偏差无调节作用。

图19xx控制系统框图

（2）闭循环控制

把系统被控制量回馈到输入端，并与指定输入相比较，此为死循环控制，由于存在被控制量经回馈环节至比较点的回馈通道，又称回馈控制，如图20所示。

死循环控制系统的特点是：

连续地对被控量检测，把测得的实际值提前回馈到始端与给定值进行比较，将所得到的偏差信号经控制器的变换运算和放大器的放大，对控制对象发出新的控制信号，使被控量按照指定输入的要求去变化。

受内部和外部信号干扰时，通过死循环控制，能自动地消除或削弱干扰信号对被控对象的影响，有抗扰动功能。

图20死循环控制系统框图

2．控制系统的组成

（1）检测系统电器

我厂的注塑机具有检测系统电器有行程开关、电子尺、热电偶等。

（ⅰ）行程开关

行程开关（限位开关）是以机械动作发出控制指令的主令电器。

用于控制运动方向、行程或位置保护。

符号：

SQ（LS）。

行程开关由操作机构、触头系统和外壳等组成。

我们所用的舜展卧式机的位移控制就是此种行程开关。

（ⅱ）接近开关

接近开关（无触点行程开关）代替有触点行程控制和限位保护，也可用于高频计数、液面控制等，具有稳定、可靠、寿命长、定位重复、适应较恶劣的工作条件等优点。

符号：

PRS

今机立式机利用接近开关控制滑范本的行程。

（ⅲ）电子尺

电子尺是一种电阻式的位移传感器，有是也称为电阻尺。

符号：

POS。

其工作原理是：

采用可变电阻分压原理，将线位移转换成传感器的电阻变化，并变成电压信号传送。

图21电子尺工作原理图

除舜展卧式注射机外，其它机型都是用电子尺对螺杆位移、模板位移、及顶出杆位移进行检测，从而对运动速度进行控制。

（ⅳ）热电偶

热电偶是温度检测组件，用来对各处温度进行检测。

符号是：

BTT/C。

其工作原理：

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，由于热电效应，两者之间产生电动势，在回路中形成电流。

即将工作端置于温度为t的被测介质中，另一自由端在t0的恒定温度下。

当工作端的介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势输入显示仪表、记录或关入微机进行处理，获得温度值。

热电势值与热电极本身的xx和直径无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关。

注塑机的料筒温度、喷嘴温度和油温的温度控制，都需要经热电偶检测后送入控制器中。

（2）执行系统电器

注塑机用到的执行机构有：

电磁阀线圈、加热线圈、电动机、接触器、报警灯、蜂鸣器等。

（3）逻辑判断及指令形成系统电器

有各种控制器、显示器、按钮、拨码开关、电源器等。

（4）其它系统电器

快速熔断器、变压器、导线、冷却风扇、电流表等。

3．注射速度与注射压力的控制

注塑机的注射速度控制包括两种含意：

一个是对螺杆推进物料的速度进行xx或死循环控制；一个是对螺杆推进速度同时进行位置和速度值的多级切换，称多级注射速度切换或控制。

同样，注塑机的注射压力控制也包括的是这两种含意：

一个是对螺杆推进物料的压力进行xx或死循环控制；一个是对螺杆推进压力同时进行位置和速度值的多级切换，称多级注射速度切换或控制。

我们所用的注塑机对注射压力和速度控制的特点是：

用电子尺检测位置信号与通过所设定的位置信号进行比较，将比较信号输入给控制装置，实现在指定位置上的速度切换和压力切换。

速度值和压力值通过模拟量或数学量设定输入给控制装置，指令信号经放大输出给比例压力流量阀，实现对流量和压力的控制，从而实现多级注射压力和速度的控制。

如图23。

图23多级注射控制原理图

注射压力的切换有三段，各段的切换是由位置设定和位移传感器通过控制装置来同时切换压力和速度；由射出切换为保压时，既可通过位移设定来切换，也可用时间来切换；保压有二段压力、两段速度，两段间的切换是用时间来切换的，因为进入保压阶段后，螺杆位移量很小，不易控制。

4．温度的控制与调节

（1）料筒温度控制

注塑机料筒温度是注塑工艺的重要参数，是塑化装置的唯一外部供热，因此，料筒的温控技术将直接影响到制品的质量。

我们所用的注塑料筒加热段有三段、四段或五段。

注塑机料筒与喷嘴温控的调节是死循环控制方式，即通过热电偶检测与设定值进行比较，从而对加热电阻圈进行控制和调节。

注塑机的温度控制与调节有四种基本形式：

我厂注塑机用的是开关控制型式和比例微分积分控制式。

（ⅰ）开关控制（ON/OFF）型式这种型式的热能转换组件是电阻加热圈，功率的输出状态是开关形式，。

图24是开关控制型式的输出状态及其温度特性曲线。

从特性曲线可以看出，这种开关式的温度控制超调量大，温度波动大很不稳定。

图24开关控制温度特性曲线图25PID控制温度曲线

（ⅱ）比例、积分、微分控制（PID）控制型式是一种根据连续检测温度的偏差信号，提高对温度的控制精度。

由前所述，注塑机的料筒壁较厚，所以，在对料筒温度控制时，就要考虑热电偶检测点的选择问题，因为在不同的检测点上其温度曲线有较大的差异的。

如26图所示。

图26热电偶位置对温度特性曲线的影响

（1）温度检测点安装方式；

（2）不同安装位置曲线的比较

曲线1—检测点在料筒表面的温度曲线；曲线2—检测点在料筒深部时的温度曲线；

曲线3—工艺要求曲线

曲线1是热电偶1的温度-时间曲线，反应出温度波动大。

但由于检测点与控制点接近，有较高的温控灵敏度。

曲线

（2）是热电偶的温度-时间曲线，由于料筒热惯性的原因，曲线要比曲线1滞后，但所指示的温度更接近于塑料熔体的实际温度。

但是两者均有较大的温度波动，与实际要求的有较大的偏差。

另外，料筒温度的控制还与所选用的热电偶有关，尤其在对温度进行精确控制时，应选用热敏性高、且质量稳定的热电偶。

（2）喷嘴温度的控制与检测

喷嘴温度也是在注塑工艺参数中应特别控制的一工艺参数，由于此处测得的温度更能接近熔体的实际温度，所以对其的控制也日益受到人们的重视。

一般情况下采用和料筒温度相同的控制方式，目前，有些厂家用专门测量喷嘴的热电偶对喷嘴温度进行检测。

相对来讲，因喷嘴处料筒壁较薄，热电偶检测点较接近熔体，测得的温度也较料筒温度更接近熔体温度，对成型更具有指导意义。

（3）油温的控制与检测

由前述可知，对液压系统的稳定性和注塑制品质量都有重要的影响。

所以一般注塑机都设置有油温检测装置。

在生产中，我厂用xx对液压油进行冷却以控制油温，却没有对油温进行检测。

但在注塑机操作温度页面中，则有油温检测，由此可见，油温检测是作为注塑机的一种可选功能，我们没有选择此功能。

（五）冷却加热系统

冷却系统主要是指对油温和加料口的冷却，在前面已经做过介绍。

加热系统主要是指对料筒的加热，前面也做了介绍。