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小型立式注塑機開關模動作故障之分析解決
2011-6-14 9:43:15來源:浏覽量:3480次

在目前立式注塑機生産廠中普通反映所生産之10T至20T鎖模力小型機存在如下故障: 

在關模過程中,當機器從快速關模切換至慢速關模時出現較大的沖擊和噪聲,無論如何調節快速及慢速的壓力值,均不能根除此故障。

在開模過程中,會出現非常沉悶的噪聲,通常開模動作的壓力值要達到7MPa以上,動作速度慢且無論如何變化壓力設定值的大小,動作速度均無明顯變化。

在用戶現場發現各生産廠所使用的油路原理均是一樣的,全部采用單作用油缸加差動閥,油泵采用定量單泵加單比例溢流閥

立式機之關模動作流程為:

快速關模—>慢速關模—>高壓鎖模—>鎖模停止。開模動作流程為快速開模—>慢速開模。快速關模時圖1中V2閥之YV1線圈通電、V3閥之YV3線圈通電,比例閥V1之設定值為快速關模之壓力值。此時G1之有杆腔的油液經過V3閥之P-B與V2閥P-A所供壓力油一起經V4閥之A-B進入開關模油缸G1之無杆腔,這樣即構成油壓中所稱的差動回路,當油缸G1之活塞杆直徑越小時,如A2=(9/10)*A1,在同樣供油流量時差動之速度可達到10倍非差動速度,但活塞杆越小則有杆腔面積A2越大,在供油壓力相同情況下,差動關模時油缸産生的作用力隻有非差動時的1/10,并且開模時開模速度也隻有差動時的1/9,開模速度與差動關模速相差太大,兩者相差越大在工作時越不合理,同時活塞杆太細油缸也難以設計加工并無法滿足受力的需要。

實際設計中考慮具體使用環境等因素,A2/A1一般取在0.2-0.8之間,現對A2/A1分别為0.2、0.5及0.8時不采用差動合模及采用差動合模各種情況下之關模及開模時間計算如下:

設油缸直徑D=120mm,油缸行程L=200mm,油泵流量Qp=28L/min,假定關模全過程全采用差動或全過程均不采用差動。

1、當A2/A1=0.2時,A1=113.04cm2,取活塞杆直徑d=95mm,則A2=42.19cm2;
A、不差動時,關模時間T1=L*A1/Qp=4.85S,開模時間T2=L*A2/Qp=1.81S;
B、用差動時,關模時間T3=L*(A1-A2)/Qp=
3.04S,開模時間T2=L*A2/Qp=1.81S;
C、不差動時開關模總時間T12=T1+T2=6.66S,用差動時開關模總時間T32=4.85S;
D、用差動時節省時間為TT=T12-T32=1.81S。

2、當A2/A1=0.5時,A1=113.04cm2,取活塞杆直徑d=85mm,則A2=56.32cm2;
A、不差動時,關模時間T1=L*A1/Qp=4.85S,開模時間T2=L*A2/Qp=2.42S;
B、用差動時,關模時間T3=L*(A1-A2)/Qp=
2.43S,開模時間T2=L*A2/Qp=2.42S;
C、不差動時開關模總時間T12=T1+T2=7.26S,用差動時開關模總時間T32=4.85S;
D、用差動時節省時間為TT=T12-T32=2.41S。

3、當A2/A1=0.8時,A1=113.04cm2,取活塞杆直徑d=55mm,則A2=
89.30cm2;
A、不差動時,關模時間T1=L*A1/Qp=4.85S,開模時間T2=L*A2/Qp=
3.83S;
B、用差動時,關模時間T3=L*(A1-A2)/Qp=1.02S,開模時間T2=L*A2/Qp=3.83S;
C、不差動時開關模總時間T12=
T1+T2=8.68S,用差動時開關模總時間T32=4.85S;
D、用差動時節省時間為TT=T12-T32=3.83S。

通過以上對比計算可以發現:

使用差動時,當關模行程與開模行程相同時,無論A2與A1的比值多少,開關模總時間均相同,在上述例子中T32均為4.85秒。
開模時間則是A2越小,開模時間T2越短; 
當A2/A1=0.5時,差動關模時間T3與開模時間T2相同,|A2/A1-0.5|越大,則T3與T2之差值也越大。

因此在設計差動油路時,如希望關模及開模速度基本相同,則應将油缸G1有杆腔的面積A2設計成等于無杆腔面積A1之1/2,即A2/A1=0.5,此時油缸的差動速度會達到無差動時的一倍,而開模速度也将等于差動之速度,控制油閥之選擇隻需選可以控制2倍油泵流量的閥門即可。

在實際的使用中,因為關模不可能是在全部行程範圍内均為差動方式工作,而是在部分行程内執行非差動方式(即為了保護模具而進行的慢速關模過程)。為了使關模加開模之總時間最短,則應采取A2/A1較小的設計方案,在保證有足夠的開模力的情況下,A2/A1越小越好,因為此種設計可保證使開模時間T2最短,同時也保證了開關模總時間達至最短。在目前各立式機生産廠也正是按此種方案設計的。但是此種設計又會帶來油路設計上的其它問題,如果未引起重視就會産生前面所提到的故障現象。下面以某廠之15T機為例對此進行詳細分析:

實例參數分析

機器參數:合模力15噸,關模缸缸徑為Φ120mm,活塞杆直徑為Φ100mm,油泵流量為Qp=28L/min(排量19cc/rev,電機轉速1480RPM)。則A1=113.04cm2,A2=34.54cm2。

如圖1所示各油閥型号:V1閥為10通徑單比例溢流閥 ;V2閥為G02-C2(6通徑,額定流量40L/min) ;V3閥為G02-B2(6通徑,額定流量40L/min) ;V4閥為CPDG-03(10通徑,額定流量40L/min)。

差動關模時油從V2閥之P→A,有杆腔之油液經差動閥V3之P→B,合并後油液經過V4之A→B,進入油缸G1之無杆腔,執行快速關模動作:
則V2之P→A流量Q21=Qp=28L/min
V3之P→B流量Q31=12.32L/min(可以計算得到)
V4之A→B流量Q41=Q11+Q12=
40.32L/min
慢速關模時壓力油經V2閥之P→A,再經V4之A→B至G1無杆腔,有杆腔之油液經V3閥之P→A,再經V2閥之B→T回至油箱:
則V2之P→A流量Q22=Qp=28L/min
V3之P→A流量Q32=8.56L/min(可以計算得到)
V4之A→B流量Q42=Qp=28L/min
V2之B→T流量Q24=Q32=8.56L/min
開模時壓力油從V2閥之P→B,經V3閥之A→P至G1有杆腔,無杆腔之油液經V4閥之B→A,再經V2閥之A→T回至油箱:
則V2之P→B流量Q23=Qp=28L/min
V3之A →P流量Q33=Qp=28L/min
V4之B→A流量Q43=A1*Qp/A2=113.04*28/34.54=91.64L/min
V2之A→T流量Q25=Q43=91.64L/min
差動關模時假設油壓力為P1=
50Kg/cm2,則油缸G1在差動工作時産生之作用力為:
F1=(A1-A2)*P1=(113.04-34.54)*50=3925Kg;
慢速關模時假設油壓力也為P2=50 Kg/cm2,則油缸G1在慢關時産生之作用力為:
F2=A1*P2=113.04X50=5652Kg;
慢速關模時如須産生與差動關模時相同的作用力,則慢速關模的壓力值應設為P2=F1/A1=3925/113.04=
34.72kg/cm2;與差動關模之壓力比為
0.7。

故障原因分析

通過以上的計算可以發現,在關模過程中油液流過V4閥之流量最大,為
40.32L/min,而V2及V3閥之流量均小于40L/min,用6通徑換向閥及10通徑液控單向閥可以滿足使用要求。但是在開模過程中V2及V4之流量均達到
91.64L/min,遠遠超過6通徑換向閥及10通徑液控單向閥的額定通流能力,因此在做開模動作時必然會在G1缸的無杆腔産生具大的背壓,在活塞上須産生較大的作用力才可克服此背壓,這就是為什麼要有7MPa以上的油壓力才可開模的原因。同時因為在設計時從G1無杆腔至V2閥之A口及V2閥之回油T口油管直徑一般均隻有Φ6MM最大至Φ10MM,91.64L/min流量經如此小的管道及帶節流作用的閥控口必須産生沉悶的噪聲,這也解釋了為什麼在開模過程中,會出現非常沉悶如開老式拖拉機似的噪聲。

當慢速關模的壓力設定值與關模慢速時的壓力設定值之比如等于0.7,此時兩種工作方式下産生的作用力是相等的,那麼機器從差動關模切換至慢速關模時作用在活塞上的力并未變化,為什麼會産生噪聲及沖擊呢?

從圖1中可以知道,此種系統所采用的是單比例溢流閥,即該系統隻有壓力是可以任意調節的,但是正因為隻采用了單壓力可調的比例閥(部分廠家也有用兩台手調壓力閥分别控制差動關模及慢速關模壓力的方式),而流量卻是固定的為油泵供油量,因此對兩種工況下油缸G1的速度計算如下:

A、差動關模時G1速度V11=Q41/A1=40.32*1000/60/113.04=5.95cm/s
B、慢速關模時G1速度V12=Q42/A1=28*1000/60/113.04=4.13cm/s

可以發現,兩種工況下之速度V11及V12是不同的,從差動關模方式切換至慢速關模時,即使通過設定壓力使機器在G1上作用力相同的情況下進行切換,由于G1的速度從高速瞬時切換至低速,即G1之速度在差動切換至慢速時産生了跳變,同時因為在動作時序上使壓力跳變與差動閥V3通電至斷電切換同時進行,則必然使機器産生噪聲及沖擊!

對使用差動油路的系統,必須在設計時對有杆腔進油無杆腔回油工況下之流量放大情況進行校驗。所選擇的控制油閥應能保證回油通路的通暢,而且還必須根據最大通流流量設計油缸無杆腔通油口直徑、從閥塊至油缸油管通徑、閥塊上油道通徑等,減少回油阻力,才能使動作輕快平穩,同時節省能量減少系統發熱,提高油壓元件及密封件的使用壽命。在以上例子中我們為用戶更改了設計,開關模換向V2閥選擇使用G03-3C2,V3閥仍使用G02-2B2,而液控單向閥則選用了CPDG—06,并且加大相關通油管路。經在實際機台上使用,開模時壓力降至30 Kg/cm2以下,而且動作平穩無任何異聲。

差動關模切換至慢速關模時産生噪聲及沖擊,從上面分析中可知是因為速度産生了躍變引起的。為了消除這種躍變,有三個條件必須滿足 :一是兩階段的壓力速度設定值任意可調,二是當動作切換時,壓力及速度均不能瞬間躍變,而應該是從一級壓力速度按一定斜率漸變到另一級壓力速度;三是壓力流量的變化應與差動閥V3之切換分開進行。因此在實際使用中我們采用了如圖2所示的油路,即V1用電液比例壓力流量複合閥KEBG-02-40-C-30代替原單比例壓力閥,并且使用立式機專用控制器KS3600,兩者配合則完全滿足了上述三個條件,基本消除了這種動作切換所産生的噪聲及沖擊。

具體使用方法如:A、在控制器中可按用戶要求設定差動關模及慢速關模之壓力及流量,且在設定時使慢速之壓力P2=(差動關模壓力P1)*0.7,差動時流量為Q1,慢速時流量為Q2 ;B、差動關模到慢速關模時之壓力流量可按設定的斜率變化 ;C、當機器工作時壓合轉換微動開關時,先将比例壓力流量按斜率從P1、Q1漸變至P2、Q2,當轉變完成後,延時20MS-50MS,延時完成後再斷開YV3閥,即真正使油路從差動切換至慢速。

V2使用10通徑閥(額定流量80L/min),V4使用20通徑閥(額定流量125L/min),電腦控制器配合如圖3所示動作時序操作。完全消除了本文開頭所提出的機器故障,在多家立式機生産廠中使用均取得良好效果。

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