轉(zhuǎn)盤式多組分注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤側(cè)傾問題及優(yōu)化措施探討

趙浩杰，鄭 良

（海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315801）

轉(zhuǎn)盤式多組分注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤側(cè)傾問題及優(yōu)化措施探討

趙浩杰，鄭 良

（海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315801）

轉(zhuǎn)盤式注塑機(jī)由于功能結(jié)構(gòu)原因，在承受模具重量時(shí)，不可避免地存在轉(zhuǎn)盤側(cè)傾的問題，而側(cè)傾程度將影響模具公母模配對精度、制品的成品率。文章通過對轉(zhuǎn)盤運(yùn)行工況進(jìn)行模擬分析來探討產(chǎn)生側(cè)傾的各種因素，分析結(jié)果可作為改良側(cè)傾問題的重要依據(jù)。

轉(zhuǎn)盤；注塑機(jī)；側(cè)傾；承重；優(yōu)化設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)盤式注塑機(jī)是多組份注塑機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)，它是一種雙工位或多工位操作的特殊注塑機(jī)，其特點(diǎn)是合模裝置采用了轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，模具和轉(zhuǎn)盤圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)模具腔的換位。旋轉(zhuǎn)模板方式（轉(zhuǎn)盤式）可以實(shí)現(xiàn)雙注塑或多注塑同步進(jìn)行，生產(chǎn)周期短、效率高，特別適合量大、多功用的零件生產(chǎn)，在工業(yè)用、民用塑料制品中得到廣泛應(yīng)用。

由于功能結(jié)構(gòu)原因，轉(zhuǎn)盤在承載模具后不可避免的存在側(cè)傾問題，轉(zhuǎn)盤的側(cè)傾將造成塑機(jī)模板與轉(zhuǎn)盤的刮擦。轉(zhuǎn)盤運(yùn)行不穩(wěn)定，這些將直接影響模具合模的配對精度、制品的成品率以及操作人員的安全性，同時(shí)也是制約轉(zhuǎn)盤承重能力的主要因素。

1 轉(zhuǎn)盤側(cè)傾原因分析

圖1、圖2為國內(nèi)某大型轉(zhuǎn)盤機(jī)結(jié)構(gòu)圖。驅(qū)動(dòng)裝置1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤3旋轉(zhuǎn)，模具6、轉(zhuǎn)盤3與轉(zhuǎn)盤軸4剛性連接，通過滾針軸承5實(shí)現(xiàn)與動(dòng)模板2的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1 國產(chǎn)某大型轉(zhuǎn)盤機(jī)結(jié)構(gòu)（正面）

圖2 國產(chǎn)某大型轉(zhuǎn)盤機(jī)結(jié)構(gòu)（側(cè)面）

分析裝模運(yùn)行工況下，模具6及轉(zhuǎn)盤3自重對轉(zhuǎn)盤軸4作用順時(shí)針力矩。在此力矩作用下，轉(zhuǎn)盤必然存在側(cè)傾。①此力矩作用下，轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤軸必然存在彎曲變形；②由于需保證轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，滾針軸承內(nèi)外圈必然存在徑向游隙，此徑向游隙在力矩作用下，轉(zhuǎn)盤有不同程度的傾斜。③轉(zhuǎn)盤軸與轉(zhuǎn)盤之間的配合間隙導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤側(cè)傾。④轉(zhuǎn)盤與模具對于旋轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力，此慣性力對剛性連接零件產(chǎn)生不定向作用力，導(dǎo)致配合間隙擴(kuò)大，配合零件擠壓變形。⑤活動(dòng)模板結(jié)構(gòu)本身的承載能力、移動(dòng)滑腳承載能力低也導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤的側(cè)傾。

按照實(shí)際運(yùn)行工況，我們分析各因素對轉(zhuǎn)盤側(cè)傾的影響，以期找到改善性能的最好途徑。

2 側(cè)傾原因分析

2.1 轉(zhuǎn)盤軸受力彎曲變形

轉(zhuǎn)盤軸在承受力矩作用力必然會(huì)產(chǎn)生一定的撓度值以及軸端的繞度角。由于轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)軸剛性連接，因此，由此產(chǎn)生的繞度角對轉(zhuǎn)盤側(cè)傾量的影響尤為明顯。

由于模擬實(shí)際工況原因，我們分兩種極端情況進(jìn)行分析。采用有限元軟件對轉(zhuǎn)盤軸的彎曲變形進(jìn)行受力分析。①工況A。前軸承：受力向上。后軸承：限位，受力向下。轉(zhuǎn)盤側(cè)傾量：上部0.263mm，下部0.231mm。②工況B。前軸承：限位，受力向上。后軸承：限位，受力向下。轉(zhuǎn)盤側(cè)傾量：上部0.077mm，下部0.077mm。

2.2 轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤軸安裝配合間隙

轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤軸的配合間隙值，也是影響轉(zhuǎn)盤側(cè)傾量的重要原因，此配合部分如果在實(shí)際裝配中存在間隙，對于轉(zhuǎn)盤的側(cè)傾影響較大，對于轉(zhuǎn)盤外圈，此側(cè)傾量成倍增加。

實(shí)際裝配以及長期的工作疲勞破壞必然會(huì)存在配合間隙影響。通過分析我們看到：①轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤軸的配合間隙值對轉(zhuǎn)盤的側(cè)傾程度影響較明顯，幾乎是線性關(guān)系。②轉(zhuǎn)盤直徑值的影響是線性的，在大中型機(jī)器中此側(cè)傾量的影響較大。③轉(zhuǎn)盤軸徑值對側(cè)傾量影響不明顯，但承載剛性增強(qiáng)。④配合長度對側(cè)傾量影響明顯。

2.3 轉(zhuǎn)盤質(zhì)量分布、彎曲變形因素分析

分析轉(zhuǎn)盤在承重情況下的受力變形，我們發(fā)現(xiàn)合理的轉(zhuǎn)盤質(zhì)量布局，對轉(zhuǎn)盤的彎曲變形影響較大。質(zhì)量布局需保證模具受壓導(dǎo)致的轉(zhuǎn)盤變形最小，這個(gè)一般以機(jī)器所限制的最小模厚分析。實(shí)際分析得到模具承壓接觸面的邊緣部分變形較明顯，需加大此區(qū)域的質(zhì)量分布。同時(shí)，由于模具與轉(zhuǎn)盤固結(jié)，質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)盤非穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)慣性矩產(chǎn)生不斷跳動(dòng)的向心力，這也是影響轉(zhuǎn)盤傾斜的一個(gè)因素。在動(dòng)力源一定的情況下，轉(zhuǎn)盤的啟動(dòng)和停止加速度是由饒中心軸的慣性矩所決定的。因此為了獲得更高的加速度，必須盡可能地減小轉(zhuǎn)盤慣性矩。在滿足機(jī)器性能的前提下，降低轉(zhuǎn)盤慣性矩可以提高控制穩(wěn)定性，同時(shí)也可以降低動(dòng)力源的能耗。轉(zhuǎn)盤固有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩由轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量分布所決定，根據(jù)慣性矩的定義可知，慣性矩與質(zhì)心的距離平方成正比。因此遠(yuǎn)離中心軸的質(zhì)量分布的越少，越有利于降低慣性矩。

綜上，我們認(rèn)為質(zhì)量布局應(yīng)該：①滿足強(qiáng)度要求，保證轉(zhuǎn)盤受力邊緣區(qū)域質(zhì)量布局密集。②盡量減小轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩影響，滿足強(qiáng)度前提下，遠(yuǎn)離中心軸的質(zhì)量分布的越少。③整體質(zhì)量分布均勻，質(zhì)量分布關(guān)于中心軸對稱，有利于減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力。

2.4 軸承游隙因素

合理的滾針軸承的安裝游隙是保證轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的必備前提，但安裝游隙的存在也是轉(zhuǎn)盤側(cè)傾的一個(gè)重要原因。

安裝游隙=自由游隙-（軸承內(nèi)圈膨脹+軸承內(nèi)圈收縮量）×（70%-90%）

根據(jù)機(jī)器的配合情況，我們可以算得后軸承安裝游隙為：0～0.135mm，前軸承為：0～0.16mm。利用幾何原理，我們得到轉(zhuǎn)盤側(cè)傾影響量約為：0.24mm。

3 結(jié)束語

實(shí)際應(yīng)用中，我們對分析所得的關(guān)鍵因素進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)，通過前后測試對比，我們發(fā)現(xiàn)效果明顯：轉(zhuǎn)盤的側(cè)傾量明顯減小，模板與轉(zhuǎn)盤的磨損未有發(fā)生，模具承載能力大大提升。通過對轉(zhuǎn)盤注塑機(jī)運(yùn)行工況的模擬分析，我們可以找到造成轉(zhuǎn)盤側(cè)傾，限制轉(zhuǎn)盤承重能力提升的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，對大型轉(zhuǎn)盤機(jī)所做的一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，能有效地改善轉(zhuǎn)盤側(cè)傾量，提高轉(zhuǎn)盤承重能力。

[1]何躍龍,楊衛(wèi)民,丁玉梅.多色注射成型技術(shù)最新進(jìn)展[J].中國塑料,2009,(1):99-104.

[2]盧霄.多組份注塑技術(shù)分析及其CAD/CAE研究[D].山東大學(xué),2005.

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1671-3818（2016）04-0095-02