許穎　嚴文超　楊紅

通過合理運用軟件仿真及分析功能，可以較好地輔助注塑機結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及注塑工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。本文通過實例闡述了引入此類方法的過程。能夠使設(shè)計人員、生產(chǎn)制造人員和操作人員根據(jù)實際工作的需要，在不同的程度上受益，起到事半功倍的作用。

注塑機是一種綜合性較強的機電一體化設(shè)備，主要由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。而注塑機的核心包括注射裝置和合模裝置（其中包含調(diào)模機構(gòu)）都屬于機械部分，它們的設(shè)計有著非常重要的作用。而該部分的設(shè)計難度較大，如注射裝置的塑化驅(qū)動，合模裝置的開合模設(shè)計及調(diào)模裝置的調(diào)模行程等，如果能夠較好地運用軟件進行輔助設(shè)計，則可以使難度大幅度降低，并且可以使設(shè)計過程變得直觀。運用校企合作的方式解決關(guān)鍵的技術(shù)問題是一個較好的資源共享的方法，通過近期的努力，我們將計算機軟件的仿真和分析技術(shù)較好地運用到了注塑機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)及注塑操作方面。

一、軟件仿真在注塑機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用

近些年來軟件的仿真和分析在各個領(lǐng)域中的運用越來越普及，對于注塑機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也不例外。比如在對注塑機合模裝置的設(shè)計中，合模裝置的形式按其實現(xiàn)鎖模力的方式不同，可分為機械式、液壓式和液壓—機械式三大類，其中液壓—機械式合模裝置是運用最為廣泛的。該合模裝置主要有液壓單曲肘、液壓雙曲肘及液壓撐板式合模裝置，而液壓雙曲肘合模裝置在中小型注塑機中占有相當大的份額。對于合模裝置中的調(diào)模機構(gòu)，運用較多的是拉桿螺母調(diào)距，為了保證四根拉桿在調(diào)模過程中位置的一致性，設(shè)計了多種調(diào)模機構(gòu)聯(lián)動系統(tǒng)來予以實現(xiàn)，采用較多的是齒圈傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)和蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，目前我們所設(shè)計的注塑機設(shè)備運用的是鏈傳動機構(gòu)。

1.用軟件仿真功能設(shè)計液壓雙曲肘合模裝置

液壓雙曲肘機構(gòu)按組成曲肘的鉸鏈數(shù)可分為四孔型和五孔型；如按曲肘排列位置又分為斜排列和直排列。目前使用最多的是五孔斜排列雙曲肘機構(gòu)。

注塑模具分別安裝在固定模板和移動模板上，肘桿的支撐部分安裝在移動模板和后模板上，驅(qū)動油缸安裝在后模板上。合模機構(gòu)工作時，由驅(qū)動油缸驅(qū)動十字頭后，帶動肘桿推動移動模板在機架上來回移動，完成合模機構(gòu)的開閉模動作。

由注塑機合模裝置的運動原理可以看出，雙曲肘的設(shè)計及裝配直接影響到整個合模裝置的運行精度。所以合模裝置的設(shè)計首先是要使液壓雙曲肘機構(gòu)能夠達到最佳狀態(tài)。對雙曲肘機構(gòu)進行設(shè)計時，通常我們會進行理論計算，然后對計算的結(jié)論進行優(yōu)化設(shè)計，但傳統(tǒng)的方法計算起來過程繁瑣、誤差大。對于該機構(gòu)的設(shè)計是在注塑機中最早引入軟件的仿真功能進行輔助的，在這個仿真過程中，我們把液壓雙曲肘合模裝置作為曲柄連桿滑塊機構(gòu)予以考慮，只研究驅(qū)動油缸的移動距離，動模板的移動距離和斜排列時的夾角，而不考慮模板的結(jié)構(gòu)和肘桿的形狀。借助軟件的優(yōu)化和仿真驗證，確定了各鉸鏈孔的位置后，再由該結(jié)果來對肘桿進行結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計。

合模裝置中的模板、拉桿、肘桿及十字頭等機械零件屬于整個裝置的關(guān)鍵零件，借助軟件強大的三維設(shè)計造型功能，可以較為全面地分析這些關(guān)主件的結(jié)構(gòu)。特別是在設(shè)計模板、十字頭時，主要從鑄鋼件標準對其工藝孔和各支撐部分的板厚入手，進行合理的布局。同時在進行三維造型時，還可以根據(jù)現(xiàn)實生產(chǎn)中的實際需要而靈活調(diào)整模板結(jié)構(gòu)，使抽象的設(shè)計過程變得直觀，并能達到滿意的效果。

產(chǎn)品的裝配是生產(chǎn)制造過程中的最后一道也是最為重要的一道工序，尤其是類似注塑機合模裝置這種較為復雜的機構(gòu)，利用計算機軟件進行動態(tài)的裝配起到了非常好的輔助作用。將所有設(shè)計并創(chuàng)建好的各零件的三維實體模型組合在一起，可以從各個視角觀察各零部件之間的配合情況，再由該軟件的運動仿真功能來調(diào)試合模機構(gòu)。

運用軟件仿真功能裝配調(diào)試那些通常情況下不太好把控的合模裝置，有著直觀、修改簡單的優(yōu)勢。先將所有的零件組裝成部件，然后將部件按設(shè)計要求進行安裝，再通過仿真驗證移模行程及各肘桿、模板的裝配位置，并通過分析仿真中所出現(xiàn)的問題修改相關(guān)零件的形狀尺寸，這樣可以起到精確設(shè)計結(jié)果的作用。

2.用軟件仿真功能設(shè)計鏈傳動調(diào)模機構(gòu)

鏈傳動調(diào)模機構(gòu)包括拉桿螺母調(diào)距和鏈傳動聯(lián)動系統(tǒng)兩大部分，所以要較準確地分析鏈傳動調(diào)模機構(gòu)，就必須從螺旋傳動和鏈傳動兩個角度進行考慮。首先鏈傳動屬于柔性連接，是軟件仿真中較難實現(xiàn)的一種，其次如何將螺旋傳動和鏈傳動組合起來，在仿真過程中同時完成現(xiàn)實操作過程中的聯(lián)動，是要面臨的另一個更大的難題。于是我們在設(shè)計過程中通過拉桿螺紋設(shè)計——鏈輪、鏈節(jié)設(shè)計——鏈條裝配——調(diào)模機構(gòu)整體裝配——聯(lián)動仿真模擬——校調(diào)等，將鏈傳動調(diào)模機構(gòu)在軟件仿真中完整地實現(xiàn)。

調(diào)模時，由液壓馬達直接控制驅(qū)動鏈輪，由驅(qū)動鏈輪帶動鏈條運動，再將運動傳遞給與拉桿相連接的四個鏈輪，通過鏈輪中的鏈輪螺母使后模板在拉桿上可以做往復移動。

對于調(diào)模機構(gòu)而言，鏈輪、鏈條和鏈輪螺母是整個裝置的關(guān)鍵零件，但此類零件的設(shè)計并不是難點，調(diào)模機構(gòu)的裝配才是至關(guān)重要的，因為調(diào)模運動過程必須要保證四根拉桿的協(xié)調(diào)同步，否則會使后模板的移動受阻，甚至會影響到拉桿的受力。在以往的裝配過程中，需要大量相當有經(jīng)驗的生產(chǎn)制造人員，面臨突發(fā)的情況還要進行長時間的調(diào)配。在這個環(huán)節(jié)運用軟件仿真可以非常好地反映出調(diào)模機構(gòu)現(xiàn)場裝配過程可能出現(xiàn)的各種狀況，在實際生產(chǎn)裝配前采取適當?shù)念A防措施。

二、軟件分析功能在注塑工藝中的運用

螺桿式注射裝置是目前最常用的一種，注塑螺桿的塑化過程是由固體、熔融和熔體輸送三個過程組成的。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，落入料筒加料口的塑料被不斷向前輸送，在輸送過程中，塑料原料被壓實，塑料溫度不斷升高，被逐漸塑化成粘流態(tài)向螺桿頭部聚集，并建立起一定的壓力。在整個塑化過程中，螺桿不僅要作旋轉(zhuǎn)運動，還要作軸向往復運動。

物料塑化過程受到速度、壓力和溫度的影響，而整個塑化過程是操作人員無法看到也無法摸到的，于是這三者之間如何在空間和時間上有效地聯(lián)系起來，便成為了一個難以解決的技術(shù)問題。以往都是用技術(shù)人員長時間摸索而積累的經(jīng)驗來指導生產(chǎn)的，通常為了滿足要求，生產(chǎn)企業(yè)不得不通過試模來進行分析，而這樣需要消耗大量的人力物力，在缺乏理論支持的同時也存在很多的不確定性。而利用軟件分析功能則可以彌補這一缺陷，同時還可以大大地節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。

首先可以利用軟件分析熔體沿螺槽方向的流速變化，通過這樣的模擬分析可以較好地把握熔體的流動速度與熔體所處的位置之間的相互關(guān)系，并通過設(shè)定參數(shù)予以調(diào)節(jié)。

另外，利用軟件分析熔體沿螺槽方向的壓力大小，通過這樣的模擬分析可以判斷工藝參數(shù)的選取是否合理，當壓力的變化沒有超出系統(tǒng)的設(shè)定值時，我們可以把它作為可供選取的條件之一，反之則不能用于生產(chǎn)。同時可以對熔體的溫度場進行分析，對于分析結(jié)果中能量所產(chǎn)生的那一部分溫度要單獨考慮。從圖 4和圖 5所提供的數(shù)據(jù)中可簡單地觀察到在已有工藝參數(shù)下生產(chǎn)該種產(chǎn)品時的熔體壓力及溫度的變化。

注塑螺桿的塑化過程是非穩(wěn)態(tài)的，即使是在熔體輸送過程中也不例外。不同的螺桿參數(shù)，不同的加工工藝條件對熔體輸送過程都有影響。運用上述方法對熔體輸送過程進行計算機仿真模擬，結(jié)合熔體輸送率、熔體壓力和熔體溫度選擇工藝參數(shù)，為工藝參數(shù)的確定提供了一定的理論依據(jù)。

三、結(jié)語

由于注塑機的操作包括機械、液壓及電氣等多個方面，所以對于設(shè)計人員、生產(chǎn)制造人員和操作人員來說，要掌握這些技能都要經(jīng)過大量理論和實踐的培訓。

隨著數(shù)字化、自動化的發(fā)展，目前大多數(shù)注塑機都由電腦控制，因此需要利用計算機軟件仿真和分析功能讓設(shè)計人員對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)有一個較為清晰的了解，讓生產(chǎn)制造人員知道產(chǎn)品零件的特點和裝配過程中的關(guān)鍵，并且可以讓多個操作人員同時接受培訓，在一定程度上節(jié)約了培訓成本。另外，運用這樣的方式可以讓參加學習的人員不只針對一種產(chǎn)品，而是對多類產(chǎn)品的參數(shù)都有所了解，能夠提高并拓展他們的能力。endprint