【文章內(nèi)容簡介】 83。 23 參考文獻(xiàn) 24 1 緒論 注塑機概述 塑料注射成型機簡稱注塑機，是一種將顆粒狀的塑料原料加熱熔化成流動狀態(tài)，然后利用活塞推力，通過機械的方法將熔融狀態(tài)的塑料以快速、高壓射入閉合的模具內(nèi)，經(jīng)固化定形后，制成塑料制品的加工設(shè)備。簡單的說，就是它是將熱塑性塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全電式。注塑機能加熱塑料，對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。 國內(nèi)外 注塑機發(fā)展概況 80 年代以來，塑料機械工業(yè)在我國獲得了蓬勃發(fā)展，特別是塑料注塑機年生產(chǎn)能力已達(dá)萬臺以上，不僅滿足了國內(nèi)生產(chǎn)的需要，還大量出口創(chuàng)匯，為滿足這種機器高輸出力、快速響應(yīng)、高速、高壓控制精度和重復(fù)精度的技術(shù)要求，國產(chǎn)注塑機幾乎全部采用了液壓傳動和電液比例控制技術(shù)。為進(jìn)一步提高精度，國外還開發(fā)了過程變量：模腔壓力、注射速度、螺桿轉(zhuǎn)速等閉環(huán)微機控制的電液系統(tǒng)。我國在這方面也作了相應(yīng)的研究。但是進(jìn)入 90 年代以來，隨著世界各國在環(huán)境保護(hù)，如能耗、噪聲、泄露等控制方面日益嚴(yán)格的要求，節(jié)能已成為注塑機電液系統(tǒng)的研究重點。為降低能耗，德、日等國已開發(fā)了全電氣傳動控制的注塑機，并投放市場。與電液控制相比，目前電氣傳動還存在無法實現(xiàn)集中控制，很難實現(xiàn)高精度的壓力控制，必須經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換裝置才能實現(xiàn)直線傳動等不足，但已向電液控制提出了嚴(yán)厲的挑戰(zhàn)。因此，電液控制系統(tǒng)必須在節(jié)能技術(shù)方面做出相應(yīng)發(fā)展，才可能避免被全電控技術(shù)取代。注塑機是塑料加工業(yè)中使用量最大的加工機械，不僅有大量的產(chǎn)品可用注塑機直接生產(chǎn)，而且它還是組成注拉吹工藝的關(guān)鍵設(shè)備。 中國已經(jīng)成為世界塑機臺件生產(chǎn)的第一大國，寧波海天也成為全球產(chǎn)量最大的注塑機生 產(chǎn)企業(yè)。除電液復(fù)合式注塑機外，目前中國已經(jīng)能制造肘桿式、全液式和全電動式注塑機。其中肘桿式注塑機已經(jīng)實現(xiàn)了升級換代，全液式注塑機也已從傳統(tǒng)的單缸充液式完善到兩板直壓式。廣東泓利機器公司開發(fā)的四缸全液式注塑機，還獲得了美國、日本等 7 國發(fā)明專利，全電動式也已生產(chǎn)出樣機，中國注塑機的生產(chǎn)與世界水平的差距在縮小，某些方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。這些 4 機械已經(jīng)基本上可以滿足國內(nèi)市場上的需要，并且相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品出口到包括歐美等國家的海外市場。 本課題介紹 課題設(shè)計內(nèi)容、任務(wù)和基本要求 技術(shù)參數(shù)：注射容量： 180g；注射質(zhì)量： 150g；注射速率： 90g/s；螺桿轉(zhuǎn)速： 0～200rpm；合模力： 900kN；移模行程： 30mm；頂出行程： 65mm；頂出力： 25kN。工作循環(huán)：合?！鰤烘i?！⑸渥爝M(jìn)→注射→注射保壓→預(yù)塑進(jìn)料→注射座后移→開模→推料 。 設(shè)計任務(wù)：機床控制系統(tǒng)原理圖、外部接線圖、 plc 控制編程，安裝圖等。 開題報告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯、設(shè)計計算書各一份。 設(shè)計要求： （ 1）圖樣全部用計算機繪制，符合最新制圖標(biāo)準(zhǔn)；投影正確，表達(dá)完整，布局合理。 （ 2）注重控制性能和結(jié)構(gòu)；功能滿足，實用可靠。 （ 3）理 論分析完整清楚；設(shè)計推導(dǎo)簡要；計算正確可靠。避免冗長，杜絕抄襲。 課題研究意義 近年來可編程控制器（簡稱 PLC）以其高可靠性、高性能的特點，在注塑機的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。注塑成型工藝對各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高，并易于實現(xiàn)自動化。早期的注塑機由于當(dāng)時的條件或成本限制多用繼電器控制，其故障率高、維修量大、設(shè)備工作效率低。老式或廢棄的注塑機長期擱置不用造成了嚴(yán)重的資源浪費。利用 PLC 對老式注塑機改進(jìn)改造便可以大大的提高系統(tǒng)的控制精度，提高可靠性，并且維修方便。 本 文通過對大量相關(guān)資料的查閱和分析，建立在實際可操作的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了一個完整的由 PLC控制的注塑機系統(tǒng)，實現(xiàn)低能耗、低噪音、運行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修的目標(biāo)。 5 2 注塑機工作原理 注塑機成型原理 注塑機的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。 注射成型是一個循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料 — 熔融塑化 — 施加注射 — 充模冷卻 — 啟模取件。取出塑件后在閉模，進(jìn)行下一個循環(huán)。 注塑機的操作 合模→增壓鎖?！⑸渥爝M(jìn)→注射→注射保壓→預(yù)塑進(jìn)料→注射座后移→開模→推料 。 注塑機液壓系統(tǒng)工作原理 6 如圖 21所示，該注塑機各執(zhí)行元件的動作循環(huán)主要依靠行程開關(guān)切換電磁換向閥來實現(xiàn)。為保證安全生產(chǎn)，注塑機設(shè)置了安全門，并在安全門下設(shè)一個行程閥 19 加以控制，只有在安全門關(guān)閉、行程閥 19 上位接入系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)才能進(jìn)行合模運動。系統(tǒng)工作 過程如下： (1)合模 合模是動模板向定模板靠攏并最終合攏的過程，動模板由合模液壓缸驅(qū)動，合模速度一般按慢 — 快 — 慢的順序進(jìn)行。具體如下： 1）動模板慢速合模運動 當(dāng)按下合模按鈕，電磁鐵 1YA、 10YA 通電，電液換向閥 4右位接入系統(tǒng)。低壓大流量液壓泵 A通過電液換向閥 1的 M型中位機能卸荷，高壓小流量液壓泵 B輸出的壓力油經(jīng)閥 閥 13 進(jìn)入合模缸左腔，右腔油液經(jīng)閥 4回油箱。合模缸推動動模板開始慢速向右運動。此時系統(tǒng)油液流動情況為： 進(jìn)油路 液壓泵 B→電液換向閥 4（右位）→單向閥 13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→電液換向閥 4（右位）→油箱 2）動模板快速合模運動 當(dāng)慢速合模轉(zhuǎn)為快速合模時，動模板上的行程擋塊壓下行程開關(guān)，使電磁鐵 5YA 通電，閥 1左位接入系統(tǒng)，大流量泵 A 不再卸荷，其壓力油經(jīng)單向閥 1單向順序閥 17 與液壓泵 B的壓力油匯合，共同向合模缸供油，實現(xiàn)動模板快速合模運動，此時系統(tǒng)油液流動情況為 進(jìn)油路 （液壓泵 A→單向閥 11→單向順序閥 17） +（液壓泵 B）→電液換向閥 4（右腔）→單向閥 13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→電液換向閥 4（右位）→ 油箱 3）合模前動模板的慢速運動 當(dāng)動模板快速靠近靜模板時，另一行程擋塊壓下其對應(yīng)的行程開關(guān)，使 5YA 斷電、閥 1復(fù)位到中位，泵 A 卸荷，油路又恢復(fù)到以前狀況，使快速合模運動又轉(zhuǎn)為慢速合模運動，直至將模具完全合攏。 (2)增壓鎖模 當(dāng)動模板合攏到位后又壓下以行程開關(guān)，使電磁閥 7YA 通電、 5YA失電，泵 A卸荷、泵 B 工作，電液換向閥 5右位接入系統(tǒng)，增力缸開始工作，將其活塞輸出的推力傳給合模缸的活塞以增加其輸出推力。此時，溢流閥 7 開始溢流，調(diào)定泵 B 輸出的最高壓力，該壓力也是最大合模力下對應(yīng)的系統(tǒng)最高 7 工作壓力。 因此，系統(tǒng)的鎖模力由溢流閥 7 調(diào)定，動模板的鎖緊由單向閥 10保證。此時系統(tǒng)油液流動情況為 進(jìn)油路 液壓泵 B→單向閥 10→電磁換向閥 5（右位）→增壓缸左腔； 液壓泵 B→電液換向閥 4（右位）→單向閥 13→合模缸左腔； 回油路 增壓缸右腔→油箱； 合模缸右腔→電液換向閥 4（右位）→油箱。 （ 3）注射座整體快進(jìn) 注射座的整體運動由注射座移動液壓缸驅(qū)動。當(dāng)電磁鐵9YA 通電時，電磁閥 3 右位接入系統(tǒng)，液壓泵 B 的壓力油經(jīng)閥 1閥 3 進(jìn)入注射座移動缸右腔，左腔油液經(jīng)節(jié)流閥 14 回油箱。此時注射座整體向左移動，使注射嘴與模具澆口接觸。注射座的保壓頂緊由單向閥 12 實現(xiàn)。此時系統(tǒng)液壓油流動情況為： 進(jìn)油路 液壓泵 B→單向閥 12→注射座移動缸右腔； 回油路 注射座移動缸左腔→電磁換向閥 3（右位）→節(jié)流閥 14→油箱。 （ 4）注射 當(dāng)注射座到達(dá)預(yù)定位置后，壓下一行程開關(guān)，使電磁鐵 4YA、 5YA通電，電磁換向閥 2右位接入系統(tǒng)，閥 1左位接入系統(tǒng)。于是，泵 A的壓力油經(jīng)閥 11，與經(jīng)閥 17而來的液壓泵 B的壓力油匯合，一起經(jīng)閥 閥 18 進(jìn)入注射缸右腔，左腔油液經(jīng)閥 2 回油箱。注射缸活塞帶動注射螺桿將料筒前端已經(jīng)預(yù)塑好的熔料經(jīng)注射嘴快速注入模腔。注射缸的注射速度由旁路節(jié)流調(diào)速的調(diào)速閥 15 調(diào)節(jié)。單向順序閥 18在預(yù)塑時能夠產(chǎn)生一定背壓，確保螺桿有一定的推力。溢流閥 8起調(diào)定螺桿注射壓力作用。此時系統(tǒng)油液流動情況為 進(jìn)油路 （泵 A→閥 11） +（泵 B→單向順序閥 17）→電磁換向閥 2（左位）→單向順序閥 18→注射缸右腔； 回油路 注射缸左腔→電磁閥 2（左位）→油箱。 （ 5）注射保壓 當(dāng)注射缸對模腔內(nèi)的熔料實行保壓并補塑時 ，注射液壓缸活塞工作位移較小，只需少量油液即可。所以，電磁鐵 5YA 斷電，閥 1處于中位，使大流量泵 A 卸荷，小流量泵 B 繼續(xù)單獨供油，以實現(xiàn)保壓，多余的油液經(jīng)閥7溢回油箱。 （ 6）預(yù)塑進(jìn)料 保壓完畢后，開始進(jìn)料預(yù)塑。預(yù)塑螺桿的轉(zhuǎn)動由液壓馬達(dá) 20通過一對減速齒輪驅(qū)動實現(xiàn)。這時，電磁鐵 6YA 通電，閥 1右位接入系統(tǒng)，泵A的壓力油經(jīng)閥 1 進(jìn)入液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)回油直通油箱。馬達(dá)轉(zhuǎn)速由旁路調(diào)速閥 16 調(diào)速，溢流閥 9 為安全閥。螺桿后退時，閥 2 處于中位，注射缸左腔會形成真空，此時依靠閥 2 的 Y 型中位機能進(jìn)行補油。此時系統(tǒng)油液流 動情況為：液壓馬達(dá)回路：進(jìn)油路 泵 A→閥 1右位→液壓馬達(dá) 20 進(jìn)油路； 回油路 液壓馬達(dá) 20回油口→閥 1右位→油箱。 液壓缸背壓回路：注射缸右腔→單向順序閥 18→調(diào)速閥 15→油箱。 （ 7）注射座后退 當(dāng)保壓結(jié)束，電磁閥 8YA 通電，閥 3 左位接入系統(tǒng)，泵 B的壓力油經(jīng)閥 1閥 3 進(jìn)入注射座移動液壓缸左腔，右腔油液經(jīng)閥 閥 14回油箱，使注射座后退。泵 A經(jīng)閥 1 卸荷。此時系統(tǒng)油液流動情況為： 進(jìn)油路 泵 B→閥 12→閥 3（左位）→注射座移動缸左腔； 回油路 注射座移動缸右腔→閥 3（左位）→節(jié)流閥 14→油箱。 （ 8）開模 開模過程與合模過程相似，開模速度一般經(jīng)歷慢 — 快 — 慢的過程。 1）慢速開模 電磁鐵 2YA 通電，閥 4 左位接入系統(tǒng)，液壓泵 6的壓力油經(jīng)閥 4進(jìn)入合模液壓缸右腔，左腔的油液經(jīng)液控單向閥 1閥 4 回油箱。泵 A 經(jīng)閥 1卸荷。 2）快速開模 此時電磁鐵 2YA 和 5YA 都通電， A、 B 兩個液壓泵匯流向合模液壓缸右腔供油，開模速度提高。 （ 9）頂出 模具開模完成后，壓下一行程開關(guān)，使電磁鐵 11YA 得點，從泵 B 8 來的壓力油，經(jīng)過電磁鐵換向閥 21上位，進(jìn)入推料缸的左腔，右腔回油經(jīng)閥 21的上位回油箱。推料頂出缸通過頂桿將已經(jīng)注塑成型好的塑料制品從模腔中推出。 （ 10）推料缸退回 推料完成后，電磁閥 11YA 失電，從泵 B 來的壓力油經(jīng)閥21的下位進(jìn)入推料缸右腔。左腔回油經(jīng)過閥 21下位后回油箱。 （ 11）系統(tǒng)卸荷 上述循環(huán)動作完成后，系統(tǒng)所有電磁鐵都失電。液壓泵 A 經(jīng)閥 1 卸荷，液壓泵 B 經(jīng)先導(dǎo)式溢流閥 7 卸荷。到此，注塑機一次完整的工作循環(huán)完成。 表 21 注塑機液壓系統(tǒng)原理圖電磁鐵動作表 動作順序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 合模 啟動慢移 + + 快速合模 + + + 慢速合模 + + 增壓鎖模 + + + 注射座快進(jìn) + + + 注射 + + + + + 注射保壓 + + + + 預(yù)塑進(jìn)料 + + + + 注射座后移 + + 開模 慢速開模 + + 快速開模 + + + 慢速開模 + + 推料 頂桿伸出 + + 頂桿縮回 + 系統(tǒng)卸荷 注：“ +”表示電磁鐵通電；“ ”表示電磁鐵斷電。 9 三 控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 主電路部分設(shè)計 在工業(yè)生產(chǎn)中， 一般采用 380V 交流工業(yè)電源，如圖 21 所示，電機帶動泵A和泵 B 旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生原始液壓能，通過電磁換向閥不同順序的通斷電，產(chǎn)生不同形式的油路，從而引起注塑機的不同動作。但是，一般電磁換向閥和 PLC 的標(biāo)示電壓為直流 24V，工業(yè)用注塑機照明燈標(biāo)示電壓為交流 36V，這就需要設(shè)計專門的主電路。 380V：三相異步電動機帶動泵 A 和泵 B 旋轉(zhuǎn)，為液壓系統(tǒng)提供液壓能，通過接觸器 KM1 主觸點控制。另外，為了防止電路電流過載，設(shè)計串聯(lián)一個熱繼電器FR；為了防止電流短路而造成