基于Pro/E的注塑機雙曲肘合模裝置設計

許穎， 蘭杰， 佘昌全

（湖北三峽職業技術學院，湖北宜昌443003）

基于Pro/E的注塑機雙曲肘合模裝置設計

許穎， 蘭杰， 佘昌全

（湖北三峽職業技術學院，湖北宜昌443003）

簡述了Pro/E軟件在注塑機液壓雙曲肘合模機構設計中的運用，并對其設計過程及方法進行了概括，說明了軟件設計及運動仿真的輔助功能在液壓雙曲肘合模裝置設計中的作用。

注塑機；雙曲肘；合模裝置；Pro/E軟件；運動仿真

0 引言

注塑機主要由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統和電氣控制系統組成。其中合模裝置的形式按其實現鎖模力的方式不同，可分為機械式、液壓式和液壓—機械式三大類，機械式合模裝置在早期出現過，它是依靠齒輪傳動和機械肘桿機構的作用實現啟閉運動的，因其調整復雜，目前已被液壓式和液壓—機械式合模裝置所取代。液壓—機械式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，其中液壓雙曲肘合模裝置的結構形式按曲肘連桿數量和組合方式不同還可以劃分出許多種，它的結構復雜程度相對難度較大，而應用也較為廣泛。

1 液壓雙曲肘合模裝置簡介

液壓雙曲肘機構按組成曲肘的鉸鏈數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。

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，驅動油缸安裝在后模板上。合模機構工作時，由驅動油缸驅動十字頭后，帶動肘桿推動移動模板在機架上來回移動，完成合模機構的開閉模動作。

圖1 液壓雙曲肘合模機構組成簡圖

2 液壓雙曲肘合模裝置設計過程

在以往的分析過程中，也曾借助過許多軟件的仿真功能，但我們只是用來對該機構參數進行優化，沒有具體對整體的三維實體模型進行仿真分析。在此我們考慮用圖2的過程進行設計。

用這種方法可以更加全面地完成設計計算并驗證設計結論。

圖2 運用Pro/E設計注塑機雙曲肘合模裝置的過程

2.1 用Pro/E軟件仿真功能優化雙曲肘機構

注塑機液壓雙曲肘合模裝置從原理上來說是平面連桿機構，如圖3所示。

圖3 五孔斜排列雙曲肘合模裝置的平面簡圖

注塑機液壓雙曲肘合模裝置是一個典型的對稱結構，所以在對其進行設計計算時可以只選取其中的一半，即取一組單曲肘機構進行分析。

移模行程主要是指閉模時動模板的移動距離，該行程既要保證包括調模行程在內的定模板與動模板之間的最大距離，又要保證在閉模時減少機械磨損和動力消耗。動模板的移動盡量使用最短的模板行程，并且當運動終止時，前連桿與后連桿在同一條直線上，肘桿機構處于自鎖狀態，因此移模行程的確定決定了模板尺寸及拉桿間距，同時也決定了合模機構中各肘桿的長度尺寸，它的重要性顯而易見。

對雙曲肘機構進行設計時，通常我們會首先進行理論計算，然后對計算的結論進行優化設計，但這樣的計算方法過程繁瑣，優化設計的過程也較長。我們可借助軟件的仿真功能進行輔助設計。

在仿真過程中，我們把液壓雙曲肘合模裝置作為曲柄連桿滑塊機構予以考慮，只研究驅動油缸的移動距離，動模板的移動距離和斜排列時的夾角，而不考慮模板的結構和肘桿的形狀。根據Pro/E軟件仿真驗證，確定了各鉸鏈孔的位置后，再由該結果來對肘桿進行結構形狀的設計。

2.2 用Pro/E軟件設計合模機構零件

合模機構中主要包括模板、拉桿、肘桿及十字頭等機械零件，其中模板的設計最復雜也最重要。在合模機構中的模板主要包括圖4所示的固定模板、移動模板和后模板。這3塊模板的設計除了必須滿足強度和剛度的要求，還要考慮各模板的不同作用。其中固定模板、動模板上要安裝模具，設計時要考慮模具安裝孔的布置，除此以外移動模板上還要安裝肘桿和頂出油缸，并且要在機架上來回移動。后模板上要安裝肘桿和驅動油缸，因此在設計時要考慮安裝孔的位置。

圖4 合模機構模板設計三維圖

因為注塑機模板大多采用的是鑄鋼件，所以在設計模板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。利用Pro/E軟件進行三維造型時，可以根據現實生產中的實際需要靈活調整模板結構，以獲得滿意的效果。

2.3 用Pro/E軟件裝配并調試合模機構

利用Pro/E軟件的裝配功能，將所有設計并創建好的各零件的三維實體模型組合在一起，再由該軟件的運動仿真功能來調試合模機構。

在對該機構進行運動仿真校調時，參照前面的優化結果，利用Pro/E軟件中的“表”來設定開、合模的行程，并且要滿足動模板運動過程中“慢→快→慢”速度特性。在運動仿真中我們會很容易發現一些容易出現干涉的地方，特別是肘桿、十字頭、模板等，所以我們要在不影響其受力的情況下，對這些零件中的細節部分進行修正。

圖5 Pro/E運動仿真調試合模機構示例圖

運用軟件的仿真功能裝配調試合模機構，有著直觀、修改簡單的優勢。首先將所有的零件組裝成部件，然后將部件按設計要求進行安裝，再仿真驗證移動模板的行程及各肘桿、模板的裝配位置，并通過分析仿真中所出現的問題修改相關零件的形狀尺寸，這樣可以使設計結果更加精確。

運用Pro/E軟件對合模機構進行輔助設計時，不僅可以對零件的結構尺寸進行設計修改，而且還可以對主要零件的力學性能進行驗證。

3 結語

注塑機是一種綜合性較強的機電一體化設備，機械部分是整個設備的支撐部分，因此機械部分的設計有著非常重要的作用。而該部分的設計難度較大，如果能夠運用計算機軟件進行輔助設計，則可以使難度大幅度降低，并且可以使設計過程變得直觀。

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（編輯：昊 天）

Design of the Double-toggle Clamping Mechanism in Injection Molding Machine Based on Pro/E

XU Ying， LAN Jie， SHE Changquan
（Hubei Three Gorges Polytechnic,Yichang 443003,China）

Pro/E is used to design the double-toggle clamping mechanism.The design process and method are summarized.The function of kinematics simulation in the design of double-toggle clamping mechanism is proved.

injection molding machine;double-toggle;clamping mechanism;Pro/E;kinematics simulation

TP 391.7

A

1002－2333（2014）04－0155－02

許穎（1972—），女，講師，工學碩士。

2014-01-22