图解法在合模装置设计中的应用

作者简介：刘俊萍（1957-），女，山东章丘人，副教授，本科，研究方向：塑料成型机械。

收稿日期：2008-11-24；修回日期：2009-02-040引言采用注射方法成型塑料制品的过程中，合模装置是个很重要的部件，它的作用是保证成型模具可靠地闭合、开启、顶出制品。

合模装置性能的好坏，直接关系到塑料制件的质量和数量。

锁模装置的种类较多，主要有液压式（直压式）和肘杆式（机械式）两大类型。

肘杆式又分单曲肘式和双曲肘式,双曲肘合模装置以其结构对称、增力作用大、模具承受的合模力均匀对称，在国内外注射机上得到广泛应用；目前的一些大型注射机上也用这种合模装置。

双曲肘机构按曲肘的铰链数可分为四孔型和五孔型；按曲肘排列位置又分为斜排列和直排列。

目前采用最多的是五孔斜排列形式，具有较紧凑的结构[1]见图1。

1问题的提出和解决合模装置设计过程中，会遇到一些比较棘手的问题，看起来是数学计算问题，但是解其过程却很复杂。

通过对问题的思考和分析，采用图解法与计算法相结合的方法，可使问题得到圆满解决。

1.1求机构最大初始角设计中的动模板行程S m 为给定的见图2，综合考虑机构具有较小的轴向尺寸、较大的增力作用、较高的运动速度和平稳变速后，确定了各杆件的尺寸和合模时机构的位置，即L 1、L 2、L 4、L 5、γ、e 、e D 均已确定，现在需要求出开模时的最大初始角αmax 。

机构在某一位置时，模板行程S m 可表达为：S m =L 1+L 2 cos θmin －L 1cos αmax +L 22－L 21sin 2αmax %姨姨姨cos θmax .(1)其中:sin θ=eL 1cos α+L 22－L 21sin 2α%姨%.(2)模板行程S=315mm 为已知，如何求得机构的最大起始角αmax ，如将S 代入式（1）求αmax 是很困难的。

这里采用AutoCAD 作图解决，可以很快初步确定αmax ，作图过程见图2。

具体做法如下：1）按比例绘制出合模状态下的机构简图。

2）将行程315mm 分为5等分，从闭模状态开始逐个画出各杆件对应的确定位置，最后达到开模位置，可得杆1的两个极限位置的夹角，即是最大起始角αmax ，同时也得到了移模油缸的行程S 0与不同位置对应的诸多角度。

3）把αmax 代入式（2）计算出θ，再代入式（1）计算出S m 。

4）如果计算出的S m 与已知的行程相等，说明作图得到的αmax 为真实的最大初始角；如果二者不等，可在作图得到的αmax 値左右调整α，重新计算θ，再代入式（1）计算S m ，直至与给定的行程相符为止。

本设计将作图得到的αmax 带回式（2）、式（1），经计算得到S m =314.82mm ，相对误差仅为0.057%，所以图解法在合模装置设计中的应用刘俊萍(太原理工大学机械工程学院，山西太原030024)【摘要】合模装置是塑料注塑成型设备中的重要机械设备，作用是保证成型模具可靠地闭紧、开启、顶出制品。

在注塑机合模装置的设计中，采用AutoCAD 作图和计算相结合的方法来解决较为复杂的数学问题，从而达到高效和准确之目的。

【关键词】合模装置；图解法；分析【中图分类号】TB21【文献标识码】A 【文章编号】1003-773X （2009）03-0003-02图2运动行程与各参数的图解图第24卷第3期(总第108期)机械管理开发2009年6月Vol.24No．3(SUM No．108)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTJun ．20093··第24卷第3期(总第108期)机械管理开发2009年6月CAD的作图精度完全能够满足设计要求。

1.2求移模油缸最大推力p0max[2]肘杆、动模板、定模板、后固定模板、拉杆组成了一个封闭框架，合模时，移模油缸通过肘杆机构推动动模板前移，当动模与定模接触时，两肘杆尚未伸直为一直线，此时的α0称临界角。

肘杆继续运动，各构件产生弹性变形，动模板、肘杆受压，拉杆受拉。

机构变形力PC=f(α)为肘杆机构在锁紧模具过程中，因系统发生弹性变形而形成的实际锁紧力，它取决于合模机构变形量的大小，与杆件尺寸有关，呈二次抛物线。

封闭框架形成的预紧力可保证塑料熔体充模后动、定模不分离，从而使制品具有较高的精度。

变形力是移模油缸的负荷，合模时油缸推动肘杆机构，因机构有增力作用，产生移模力P m=f(α)克服变形力将模具锁紧，移模力Pm=f(α)是双曲线，移模力应大于变形力，这是肘杆机构正常工作的条件。

如果给定一组油缸推力值，就可画出一组移模力曲线（见图3），理论上只要P m=f(α)在PC=f(α)上方都可保证机构正常工作；但是过大的油缸推力不但使结构增大和移模速度减慢，同时还易造成超载事故；因此应求出油缸理论最大推力，再考虑机构效率，最后确定油缸实际推力。

合模时的油缸推力将随机构的放大能力的改变而改变，α′为移模力和变形力相等时所对应的角度，在α′～α0区间，由于变形力的增长速率大于机构放大后的移模力的增长速率，因此油缸推力P0从零逐渐增大。

而在α′～0区间侧相反，放大后的移模力的增长速率大于变形力的增长速率，油缸推力逐渐减小直至为零。

因此油缸推力有一个最大值，就在P C和P m相切的′之处。

计算式为：%PC =0.5L1·(1+λ)C·(α2－α2).%（3）由机构的放大倍数:M=PmP=L5sin(α+γ+φ+θ)cosθL1(1+λ)cosφsinα.（4）可得移模力：Pm=PL5sin(α+γ+φ+θ)cosθL1(1+λ)cosφsinα.（5）令PC=Pm,可得油缸推力：P=L21C(1+λ)2cosφsinα(α2－α2)2L5sin(α+γ+θ+φ)cosθ.（6）其中:sinφ=ed－L5sin(γ+α+θ)L4.（7）要得到P0的最大值，对式（6）求导，令d P/dα=0得到α′后，再代入式（6）求得P0max,但其计算过程复杂。

如果采用作图方法，只要寻找到两条曲线的切点，即可解决此问题，大大降低了难度。

具体过程如下：1）按比例分别绘制出Pc=f(α)和Pm=f(α)两条曲线。

2）将移模力曲线Pm=f(α)放在Pc=f(α)曲线的正上方，横座标严格对齐，上下移动Pm=f(α)曲线，两曲线相切处对应的角度即为要求的α′，代回式（6）求出P0max。

3）在初步确定的α′左右，再选出几个角度带入（6）式计算，直到求出真正的P0max。

2结束语以上两个实例虽是针对某一独特设计，但是这种借助CAD作图和计算相结合的方法，却是可以借鉴的，能为解决设计计算中出现的一些较复杂的数学问题，提供一种方法和思路：1)这种方法简单直观，可以化繁为简，能很快将寻找目标锁定在较小的范围内，省去了复杂的数学运算，从而提高效率。

2)在找到初步目标后，可以结合计算的方法，进行调整计算，使最后结果更加准确，从而满足设计要求。

参考文献[1]北京化工大学，华南理工大学.塑料机械设计[M].北京:化学工业出版社，1995.[2]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.图3P C-P m-P o关系图The Graphical Method Application in Close-Mold Device DesignLIU Jun-ping(College of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan030024,China)〔Abstract〕The close-mold device is the important set in the injection mold,it is used to ensure the process of closing,opening and ejecting the products.In the process of designing closed-mold device,the paper integrates AutoCAD with calculation to solve some complex mathematic problems and reach high efficiency and accuracy.〔Key words〕Closed-mold device;Graphical method;Analysis4··。