中大型注塑机液控系统的设计

中大型注塑机液控系统的设计

传统的液压阀主要为滑动阀结构，传压能力小，阀芯尺寸大，变换时间长，换向影响大，不适应大型中、大型注塑机对高压大流量的要求。自20世纪70年代以来,二通插装阀(以下称插装阀)发展和应用日益广泛,主要是因为插装阀比传统阀有许多优点:液阻小,流量大,压力高,响应快,泄漏小,静动态特性好等。目前,以二通插装阀为核心元件的液压系统,在中大型注塑机中应用广泛。在液压系统的设计中,如何正确选用插装阀及配置其参数,是设计成败的关键。特殊场合下,当标准插装阀不能满足系统工作需要时,可将插装阀改造后使用。下面以注塑机注射预塑控制模块为例,试述插装阀的选型及不能满足要求时的改进设计。1功能模块设计注塑机液控系统是由泵系统主油路和各控制油路系统组成的。主油路系统中主要由压力阀和流量阀组成的功能模块系统对系统压力、流量进行控制与调节。注塑机的功能模块主要有:系统压力流量模块、注射预塑控制模块、合模控制模块、顶出中子控制模块等。下面以合模力2000t的注塑机注射预塑控制模块为例,说明各插装阀的选型方法。1.1注射预塑控制如油路图(图1)所示,当V13的9DT得电时,注射座前进,喷嘴抵住模具浇口,即可开始注射。2DT、3DT同时得电时,V1、V3开启,压力油自注射油缸有杆腔进入,无杆腔油液回油箱,即可进行注射和保压。保压结束后,若要泄压,可使5DT得电,高压油经V9与系统压力同步下降。2DT、4DT得电时,V5开启,预塑马达旋转进行储料,螺杆在熔料反作用力作用下后退,系统的回油经V1流入注射油缸无杆腔,实现补油,而有杆腔油就经V4至系统回油中,保证预塑的同时,螺杆能后退。预塑的背压通过V10来控制,V10的开口度依6DT信号值的大小按比例打开,即可实现比例背压调节。若要求零背压,可使7DT得电,打开V11来实现。注射、保压、预塑过程中,9DT需持续通电,使喷嘴紧抵模具浇口,防止漏料。1DT得电时,V2开启,压力油自注射油缸无杆腔进入,有杆腔油液经V4回油箱,即可进行射退动作。8DT得电时,注射座后退。1.2图纸和工作流中的操作顺序注塑预塑控制模块油路图及工作程序,详见图1,表1所示。2插装阀的选择2.1插装阀的结构插装阀由插件和盖板两大部件组成。插件包括阀芯、阀套、弹簧和密封件等,其作用是控制流道的通断、流量的大小、压力的高低。插件有多种面积比、多种类型可供选择。盖板是插装阀的主要元件,其中装有先导阀和节流阻尼孔等,插装阀就是通过各种控制盖板来达到方向、压力、流量等的控制。插装阀安装在不同的油路块中,便可构成各种不同的油路。通常将插装阀分为方向功能、压力功能和流量功能三大类。方向功能插装阀可包含单向阀功能、换向阀功能等。压力功能插装阀可包含溢流阀功能、顺序阀功能及减压阀功能等。流量功能插装阀可包含节流阀功能、调速阀功能、溢流节流阀功能等。插装阀可以较方便地加入比例控制组件,得到比例压力控制、比例流量控制。如图2所示,插装阀由:A为正向(底面),B为侧向,C为控制腔,A,B,C分别表示三个工作腔,有效工作面积为A流经插装阀的油液,可以从A口流向B口,也可以从B口流向A口,但性能上有较大的不同。A腔与C腔的有效面积比称为插装阀的面积比,以伊顿—威格士为例,方向功能插件面积比有:1:1、1:1.05、1:1.1、1:1.6、1:2等。当面积比比较大时,如1:1、1:1.05和1:1.1,A腔具有较大的工作面积,A到B的流通能力大,开启压力小,而B到A流动,B的工作腔面积小,流通能力小,开启压力高。这种大面积比的插装阀适宜从A到B的流动,而不适宜于B到A的流动,一般把这种插件称为AA2.2插装阀的密封合模力2000t的注塑机,系统流量约1000L/min,注射时,注射油缸无杆腔回油量约1300L/min,因此选公称通径NG50的插装阀,它的额定流量为1700L/min。从注射预塑控制模块的工作过程可知,V1、V2、V3和V5起油液流通开关的作用,应选方向功能插装阀,而V4有控制背压的要求,必须选压力功能插装阀。选择流动方向时,还需考虑阀的泄漏问题。插装阀靠锥面密封,泄漏量远较滑阀的间隙密封小。必须注意的是,插装阀的密封与控制方式有关。如果控制油从A口引出,阀芯关闭时,A口到B口之间基本是线密封,几乎无直接泄漏,但B与C之间是滑阀间隙密封,即存在A到C再到B的泄漏。如果控制油从B口引出,B与C之间虽是滑阀间隙密封,但间隙两侧压力相等,则避免了B与C之间的内泄漏。采用外控方式时,主油口A和B之间的泄漏可以避免。但控制压力PC大于PB时,C腔向B腔有泄漏,必须考虑泄漏对系统的影响。注射预塑控制模块中,V1插件,因为要兼顾A到B(注射回油)和B到A(预塑补油)的双向流动,应选B2.3控制方法的选择2.3.1实际阀芯关闭时阀芯不能保持有效C腔控制油直接引自A腔或B腔,不需要外部控制油即可自锁。但是插件在开启状态需要关闭时,C腔的压力与A或B的压力基本一致,不能保证主阀上下形成有效的压力差,阀芯关闭要靠弹簧,速度较慢,甚至影响系统运行。2.3.2主阀芯没有自锁能力C腔控制油取自插装阀的外部,控制压力高于阀的工作腔压力,使主阀芯上下形成有效压差,阀关闭快速严密。但是主阀没有自锁能力,当主油路压力瞬间升高时,可能造成阀芯错误开启。需要单设的外部控制油源。2.3.3内部和外部混合控制C腔控制油取自插装阀的内部及外部,通过梭阀选取压力高者,这种控制方式兼有上面的优缺点。因注射预塑控制模块的方向功能插装阀均选用B2.4开启压力的影响插件弹簧的作用,是使插件在起始状态有一个预压力,阀芯处于关闭状态。一般有四种规格的弹簧可供选择,开启压力分别是0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa和0.4MPa。弹簧选配的基本原则是,在保证插件可靠关闭的前提下尽可能选用开启压力较低的弹簧,以降低流道内的阻力。因插件在制造安装中的偏差和系统实际运行的需要,弹簧在插装阀集成块试验时要根据插件的运行情况加以适当调整。2.5控制腔排油过快盖板中的节流阻尼孔大小对性能有较大的影响。方向功能插装阀,开启时液压力远大于弹簧力,当控制腔排油过快时,阀开启太快,易造成液压冲击。这时可减小节流阻尼孔直径,使开启时间延长,降低液压冲击。如果关闭过快,造成液压冲击,也可减小节流阻尼孔直径,使关闭时间延长。但节流阻尼孔直径过小时,可能造成阀的瞬时错误开启,给系统带来影响。比如,A2.6液压桥路的阻尼匹配压力功能插装阀的工作原理,是通过液压桥路和压力负反馈等机制,实现压力的有效控制。溢流阀型的流向为从A到B,C腔的控制油可旁路从A腔通过阻尼孔引入,也可从阀芯中间阻尼孔引入。C腔的控制油泄出阻尼孔,大小也很重要,它与引入阻尼孔共同组成液压桥路,和阀的开关时间和压力稳定性有直接的关系。标准的阻尼孔匹配数值,可查相关手册,在此基础上,根据实际运行情况作微调。用比例溢流阀做先导的压力功能插装阀,先导阀的流量一般较小,以HNC为例,6通径规格的比例溢流阀,最大流量只有2L/min,液压桥路阻尼匹配较难。经实际试用,溢流阀主阀用阀芯带阻尼孔的插件时,主阀卸荷往往不充分,或有压力波动。因此对于通径较大的插装阀,可选用阀芯不带阻尼孔的调压插件,控制油从A腔旁路引入,并加可调节阻尼,调节插件控制腔压力与比例溢流阀P口压力基本相同,使主阀卸荷充分,调压平稳。3系统的被动开启插装阀系统经实际运行,发现有一个较大的缺陷。在作预塑动作时,V1的开启不理想。当预塑马达旋转进行储料时,螺杆在熔料反作用力下后退,系统的回油应该及时经V1流入注射油缸无杆腔,实现补油,使螺杆能顺利后退。但经V1流入油缸的油是通油箱的极低压力的油,它必须在注射油缸无杆腔活塞后退产生负压并克服插装阀弹簧力的情况下,才能勉强通过V1进入油缸。这种被动的开启十分不可靠,必须将其改造为主动开启。如图3所示,将V1的结构进行改造,在插件中增加一个活塞结构,在Z腔的压力油作用下插件可主动开启。动作原理:如图4所示,在原有A、B、C三腔基础上增加Z腔,当Z腔不通高压油时,阀芯的开关同正常插装阀,当Z腔通压力油时,将根据A、B、C、Z四腔的综合作用力决定阀芯的开和关。在当前这个应用中,C、Z两腔同时通高压油时,阀芯关闭;C腔通高压油,Z腔通油箱时,阀芯关闭;C腔通油箱,Z腔通高压油时,阀芯开启。经这样改造后,当需要做预塑动作时,2DT、4DT、6DT得电,V1的C腔通油箱,Z腔通高压油,阀芯主动开启,螺杆在熔料反作用力作用下后退时,系统的回油经V1轻松流入注射油缸无杆腔,实现补油。4插装阀液压系统综合设计的思路在插装阀液压系统的设计中,要根据系统的工作要求,正确合理地选用各类插装阀,确定阀的各项参数,例如:插装阀的通径、