注塑机合模机构曲轴轴套的间隙配合设计调整研究

注塑机合模机构曲轴轴套的间隙配合设计调整研究

摘要：注塑机合模机构曲轴轴套与锁轴之间的间隙配合设计非常特殊，需考虑注塑机实际工况的特殊性及装配工艺特性、不同材质的内孔收缩量以及不同的润滑介质所产生的影响等因素。特别是轴套材质和润滑介质的更换对设计轴套的内径公差需有一定程度的调整，因在相同的负载和润滑工况下，不同材质的压入装配收缩率不一样，势必会影响润滑油膜形成的厚度。同样不同的润滑介质所要求的最佳润滑膜厚度也不同，从而对轴套的间隙配合提出修正要求，设计优劣对轴套的使用寿命会产生很大程度的影响。本文从以上三各方面对注塑机合模机构曲轴轴套的间隙配合设计调整的相关内容进行论述，剖析具体的影响因素和间隙配合的推荐修正量，以期为实践提供有益的借鉴。

关键词：注塑机；曲轴轴套；间隙配合；设计调整

前言：

合模机构是注塑机的重要部件之一，而曲轴旋转部分轴套与锁轴的间隙配合的设计优劣直接影响合模机构的整体性能及使用寿命。轴套在整个开合模动作周期内承受较大的周期性变动负荷。与固定负荷轴套不同，变负荷轴套工作时锁轴与轴套接触位置随轴套负荷的不同而不断变化。接触位置的不断变化（旋转运动）使得轴套的承载力也成为一个变值，轴套承载力与轴套间隙、润滑油膜厚度、润滑粘度和轴套载荷有关。而不同材质的轴套其承载形变量是不同的，尽管可以通过不同的工艺热处理得到微量矫正，但实验数据表明，恰当的间隙配合是决定不同材质轴套工作性能和寿命的主要因数。同样，不同的润滑介质所需求的最佳油膜厚度也有差异。因此，研究多种因素影响下的轴套间隙配合设计调整，对于保证合模机构正常工作是很有必要的。

1.轴套的特定运动载荷及装配工艺对间隙配合的调整分析

以注塑机移动模板支铰轴套为例，注塑机合模尾部的合模油缸通过连杆机构来推动移动模板，从而达到锁紧模具的作用。注射结束后再次通过合模油缸反拉来拉开移动模板，移动模板的前后移动依靠模板支铰轴套的旋转通过拉杆导向来实现，高压锁模时整个机器的合模反作用力分布在移动模板上的旋转轴套上，如图1所示。在高压锁模行程（往往只有几个毫米）中，轴套承载力发生了突变，迅速接近最大许用压应力F。在移模（包括开模和合模）过程中，轴套只需克服系统摩擦力，承载应力f相对较小。注塑机合模部分在整个开合模过程中，轴套承受着交变的载荷，特别是高压锁模这一段轴套承受着突变的高载荷，而且高压承载区域比较集中。另外考虑多连杆装配工艺，一般轴套与锁轴的间隙配合会在基准值上放大50μm-80μm。

图 1 注塑机移动模板动作载荷图

2.不同材质的轴套与锁轴的间隙配合调整研究分析

2.1轴套安装后内孔收缩量数据计算分析

注塑机曲轴上的轴套与连杆一般采用H7/s6过盈配合设计，其平均过盈量为0.056（以75外径轴套为例）。普通的油润滑状态下安装后轴套对应配合锁轴（以外径60为例）一般采用H7/g6间隙配合，保证这种配合的运动间隙是注塑机曲轴部分在油润滑状态下轴承获得理想旋转运作的重要因数。但安装后轴套的内孔根据材质的抗变形能力会有不同程度的收缩，从而影响和锁轴的配合间隙。为获得良好的运动间隙，轴套的内径公差就必须根据轴套的材质在设计基准值上进行调整。

安装后不同材质的内孔收缩量不一样，根据理论计算，轴套安装后内孔收缩量⊿等于其外径压入时平均过盈量与轴套的收缩系数K之积[1]，收缩系数K和轴套及连杆的材料以及两者的壁厚有关。连杆材质一般固定为QT500，壁厚系数（以内孔75为例）i1一般设计1.33。而轴套的常规材质为20Cr和高力黄铜，壁厚系数（以外径75为例）i2一般设计1.25。相同材质的连杆配合不同材质的轴套，其壁厚系数设计均一样，唯一区别的就是不同材质轴套的弹性模量和泊松比数据有差异，根据以下收缩系数的理论计算得出20Cr轴套的内孔收缩量约为平均过盈量的1.1倍，高力黄铜轴套的内孔收缩量约为平均过盈量的0.9倍。由此可见，轴套的内径公差设计需在H7设计基准值上增加相应的内孔收缩量。

2.2不同材质收缩系数K的理论计算分析

收缩系数K的理论计算公式如下：

（其中：）

其中：E1、E2为轴套和连杆的弹性模量；μ1、μ2为轴套和连杆的泊松比；

d1为轴套内径60，d为轴套外径75，d2为连杆外径100，

常温下，20Cr的弹性模量为172Gpa，QT500的弹性模量E1为150Gpa，高力黄铜的弹性模量为205Gpa；20Cr的泊松比为0.25，QT500的泊松比μ2为0.23，高力黄铜的泊松比为0.3；根据收缩系数的计算方法，20Cr轴套的收缩系数K1为1.1，高力黄铜轴套的收缩系数K2为0.9。

3.不同润滑介质引起的轴套间隙配合调整研究分析

3.1固体润滑对轴套与锁轴间隙配合设计要求

自润轴套表面镶嵌石墨粒子等固体润滑剂，由于固体润滑剂的线膨胀系数大于金属基体，故其油膜厚度一般比油润滑油膜大20μm左右，而且固体润滑条件下摩擦热较大（因为摩擦系数偏大），如果运动间隙偏小，会影响到固体润滑膜的稳定存在。因此，对此类固体润滑的轴套和锁轴，我们一般优先采用H7/f6公

差为设计基准。

3.2油润滑对轴套与锁轴间隙配合设计要求

采用油润滑的轴套，设计间隙比固体润滑时相对要小一些，一般采用油脂或稀油介质，对此类油润滑的轴套和锁轴，我们一般优先采用H7/g6公差为设计基准。

4.结束语

注塑机合模机构曲轴旋转部分的轴套因其特殊的承载力，必须对其与配合锁轴的间隙控制有一定的特殊性，根据不同材质的收缩量以及不同的润滑介质所产生的影响，对轴套的间隙配合做出相应合理的调整是非常有必要，对保证整个合模机构的长期高效运作起到了重要的保障。长期困扰的注塑机轴套使用寿命问题在设计源头得到了有效的解决，给注塑机客户带来了客观的经济效益，同时也给注塑机行业的轴套间隙设计提供了一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]王吉庆.过盈配合中的轴套收缩量的理论计算[J].应用技术，2002，08（09）：23-24.