Схемы узлов смыкания

Несмотря на достаточно интенсивное развитие производства литьевых машин, принципиальные схемы работы различных по конструкции узлов смыкания не претерпевали изменений уже многие десятилетия. Поэтому наиболее полная классификация схем узлов смыкания самой различной конструкции, выполненная в конце 60. x годов прошлого века С. Г. Гурвичем, является актуальной и на сегодняшний день. Появление в последние годы так называемых полностью электрических машин принципиально не внесло ничего нового в приводимую ниже классификацию, так как в этих машинах за счет применения электродвигателей, развивающих большой крутящий момент при малых числах оборотов, несколько упрощается механический привод, но принцип действия узлов остается неизменным.

В гидравлических одноступенчатых механизмах (устройствах прямого действия) перемещение подвижной плиты и создание усилия запирания формы создается с помощью гидроцилиндров. Гидравлические узлы смыкания прямого действия просты по конструкции, но отличаются значительной металлоемкостью. Они нашли применение в литьевых машинах различных типоразмеров. В устройствах с большими усилиями запирания гидропривод работает по замкнутому циклу, что уменьшает объем жидкости в системе. Схемы наиболее часто применяемых гидравлических устройств запирания прямого действия приведены ниже.

Прежде чем рассматривать конкретные схемы узлов смыкания, оговоримся, что ход подвижной плиты можно разделить на два этапа. На первом этапе подвижная плита с полуформой движется навстречу неподвижной полуформе (это перемещение большинство авторов называют кинематическим). Второй этап начинается при подходе подвижной полуформы к неподвижной. Во избежание удара двух полуформ друг о друга скорость движения подвижной плиты должна быть низкой. Скорость подвижной плиты на двух этих этапах может быть одинаковой. Однако с точки зрения повышения производительности машины выгодно, чтобы кинематическое перемещение происходило с как можно большей скоростью. Это, как правило, реализуется в современных машинах и называется ускоренным перемещением. Тогда по контрасту перемещение на втором этапе называют замедленным.

На рис. 3.23, а изображена схема гидравлического узла смыкания прямого действия с верхним расположением гидробака 2, соединенного с главным гидроцилиндром 5 наливным клапаном 1. Главный гидроцилиндр 5 и гидроцилиндр ускоренного хода 4 имеют центральное расположение (их оси совпадают с осью, проходящей через центры масс подвижной и неподвижной плит). Ускоренное перемещение подвижной плиты 3 происходит при подаче рабочей жидкости в гидроцилиндр 4. Замедленное перемещение плиты с последующим созданием усилия смыкания литьевой формы 6 осуществляется при одновременной подаче жидкости в полости цилиндров 4 и 5. Подобные схемы оправдывают себя при усилиях смыкания от 1000 до 3500 кН.

Рис. 3.23. Схемы одноступенчатых гидравлических узлов смыкания форм.

Для машин с усилием запирания форм более 3500 кН центральный поршень заменяется плунжером 4 (рис 3.23, б). Как и в предыдущей схеме, узел оборудован верхним гидробаком 2, соединенным с главным гидроцилиндром наливным клапаном 1. Ускоренный подвод плиты 3 осуществляется боковыми гидроцилиндрами 5.

Схема, приведенная на рис. 3.23, в, рекомендуется для машин с усилием смыкания до 3500 кН в исполнении с центральным поршнем, а для более мощных машин — с центральным плунжером. Ускоренное перемещение подвижной плиты 1 осуществляется боковыми гидроцилиндрами 2. Клапан наполнения 3 главного цилиндра 4 располагается снизу. Форма запирается при одновременном нагнетании рабочей жидкости в цилиндры 2 и 4.

В машинах, развивающих усилия смыкания до 1800 кН, иногда используются схемы, подобные изображенной на рис. 3.23, г. Ускоренное перемещение подвижной плиты 2 в них происходит при подаче жидкости одновременно в магистрали А, Б и В. Жидкость выдавливается из цилиндра заполнения 4 и через управляемый обратный клапан направляется в цилиндр 3. Объем цилиндра 4 равен объему цилиндра 3. При поднятии давления в цилиндре 3 обратный клапан отсекает полость цилиндра 4. Замедленное перемещение подвижной плиты происходит при одновременной подаче жидкости в полости цилиндров 1 и 3.

В работе узла, схема которого показана на рис. 3.23, д, использован принцип дифференциального подключения полостей цилиндра 2. Ускоренное перемещение подвижной плиты 3 происходит при подаче жидкости в магистраль А. Жидкость из штоковой полости главного цилиндра выдавливается в рабочую полость. Нормальная работа механизма зависит от соблюдения равенства nD² = 4nd², где D — диаметр плунжера ускоренного подвода, d — диаметр штоков. Замедленное перемещение плиты 3 осуществляется при одновременной подаче жидкости в магистрали А и Б.

Гидравлические двухступенчатые узлы смыкания можно подразделить на механизмы, в которых кинематические перемещения подвижной плиты осуществляются механическими или гидромеханическими устройствами (винт с гайкой, шестерня с рейкой, шарнирно-рычажное устройство), а усилие запирания развивается и поддерживается в процессе работы гидравлическим цилиндром, и механизмы, в которых кинематические перемещения и создание усилия запирания осуществляются гидроцилиндрами. Усилие запирания может регулироваться давлением жидкости в зависимости от изготавливаемого изделия.

В машинах большой мощности часто используются двухступенчатые механизмы запирания с гидравлическими цилиндрами, осуществляющими кинематические перемещения подвижной плиты. Эти механизмы не столь металлоемки, как одноступенчатые гидравлические. Схемы наиболее широко применяемых двухступенчатых механизмов, в которых кинематические перемещения и создание усилия запирания осуществляются только гидроцилиндрами, приведены на рис. 3.24. В этих устройствах главный гидравлический цилиндр, создающий усилие запирания, располагается либо в подвижной, либо в задней неподвижной плите (траверсе). Во многих конструкциях главный гидроцилиндр располагается в подвижной плите, так как это сокращает количество плит узла смыкания.

В устройстве, схема которого изображена на рис. 3.24, а, ускоренное перемещение подвижной плиты 5 происходит при подаче жидкости в магистраль А гидроцилиндра 8. Далее гидроцилиндры 3 выдвигают упорные планки 2 и 7, а затем жидкость поступает по магистрали Б в главный гидроцилиндр 4, который и создает полное усилие запирания. Выдвижение упорных планок обеспечивает необходимую жесткость конструкции при передаче указанного усилия. Вообще различные конструкции с применением выдвижных планок используются достаточно часто.

Рис. 3.24. Схемы двухступенчатых гидравлических узлов смыкания форм.

Расстояние между плитами 5 и 6 регулируется гайкой 1. Вращение элементов винтовых пар (винта или гайки), используемых как в этой, так и в последующих схемах для регулирования расстояния между плитами на машинах малой мощности, часто производится вручную. На литьевых машинах большой мощности для этих целей предусматриваются специальные приводы.

В конструкции, схема которой приведена на рис. 3.24, б, ускоренное перемещение подвижной плиты 4 происходит при подаче жидкости в магистраль Б. После того как полуформы сблизились на нужное расстояние, создается давление в гидроцилиндре 3, который перемещает упорную планку 2 в положение, показанное на схеме. При этом создается единая жесткая система для передачи усилия от плунжера главного гидроцилиндра 1 к подвижной плите 4. Затем рабочая жидкость, поступающая под давлением по магистрали А в главный гидроцилиндр, создает необходимое усилие запирания. Расстояние между плитами 4 и 5 регулируется путем изменения объема жидкости в главном гидроцилиндре. Из-за увеличенного объема цилиндра 1 жесткость всего узла запирания получается несколько ниже, чем в предыдущей схеме. Устройства такого рода широко использовали на отечественных машинах.

В схеме, изображенной на рис. 3.24, в, ускоренное перемещение подвижной плиты 4 происходит после подачи рабочей жидкости в магистраль Б. Далее гидроцилиндр 2 выдвигает упорную планку 3, а затем жидкость по магистрали А поступает в главный гидроцилиндр 7. В нем создается давление, и плунжер гидроцилиндра через упорную планку передает усилие смыкания на установленную между плитами 4 и 5 форму. Расстояние между плитами 4 и 5 регулируется в этой конструкции вращением винта 6.

Схема узла смыкания, показанная на рис. 3.24, г, используется на больших литьевых машинах с объемом впрыска 1000 см³ и более. Ускоренное перемещение подвижной плиты осуществляется двумя гидроцилиндрами 1. После этого следует выдвижение упорной планки 2, которое выполняет специально предназначенный для этого цилиндр 3. По окончании движения упорной планки рабочая жидкость под давлением подается в магистраль Л главного гидроцилиндра 4, который создает усилие смыкания. Расстояние между плитами 5 и 6 регулируется путем изменения объема жидкости в главном гидроцилиндре 4. Из-за увеличенного объема цилиндра 4 жесткость запирания ниже, чем в предыдущих конструкциях.

В ряде конструкций используются схемы (рис. 3.24, д и е), в которых ускоренное перемещение подвижной плиты также происходит при помощи специальных гидроцилиндров. Так, после ускоренного перемещения гидроцилиндром 1 подвижной плиты 6 (см. рис. 3.24, д) гидроцилиндр 4 устанавливает упорную планку 5. Усилие запирания создается главным гидроцилиндром 8. Расстояние между плитами 6 и 7 регулируется путем перемещения задней плиты 2 по колоннам при помощи, например, червячной пары 3 или другого типа механической передачи. В схеме, изображенной на рис. 3.24, е, ускоренное перемещение подвижной плиты 7 осуществляется либо центрально расположенным гидроцилиндром 1, либо (в машинах большой мощности) гидроцилиндром 1 и двумя гидроцилиндрами 12. Далее при помощи гидроцилиндра 10 и передачи рейка — шестерня 11 диск 4 проворачивается на 45°. Усилие запирания создается главным гидроцилиндром 6 после подачи рабочей жидкости в магистраль Б. Расстояние между плитами 7 и 8 регулируется перемещением задней плиты 9 по колоннам 5 при помощи червячной 3 и зубчатой 2 передач.

Схемы двухступенчатых гидравлических узлов смыкания, в которых для ускоренного перемещения подвижной плиты используется механическое или гидромеханическое устройство, приведены на рис. 3.25.

Рис. 3.25. Схемы двухступенчатых гидравлических узлов смыкания форм с механическим или гидромеханическим приводом для ускоренного перемещения подвижной плиты.

Двухступенчатые гидравлические механизмы с механическим или гидромеханическим устройством для кинематических перемещений подвижной плиты обладают рядом преимуществ по сравнению с чисто гидравлическими двухступенчатыми:

• — время смыкания и раскрытия формы с развитием усилия запирания у них значительно меньше;
• — схема привода проще;
• — меньше необходимая мощность привода;
• — необходимая производительность насоса заметно меньше.

В узле, схема которого приведена на рис. 3.25, а, ускоренное перемещение подвижной плиты 5 производится с помощью винтовой пары (винта 3 и гайки 2). Вращение гайки 2 обеспечивается электродвигателем 1 через зубчатую или клиноременную передачу. В так называемых электрических машинах крутящий момент с вала двигателя передается непосредственно на гайку. Усилие запирания развивается после подачи под давлением рабочей жидкости в главный гидроцилиндр 4. Основное преимущество такого устройства — отсутствие необходимости в специальном механизме регулировки расстояния между плитами 5 и 6.

Ускоренное перемещение плиты 6 в узле, схема которого изображена на рис. 3.25, б, производится реечно-шестеренным механизмом. В гидроцилиндре 1 создается давление рабочей жидкости, рейка 2 совершает поступательное движение и поворачивает на определенный угол шестерню 3, на которой закреплен один из рычагов шарнирнорычажного механизма 4. Усилие запирания создается главным гидроцилиндром 5. Расстояние между плитами 6 и 7 регулируется путем изменения длины звена коленно-рычажного механизма: для этого на рычаге, связанном с шестерней 3, установлена винтовая муфта.

На рис. 3.25, в представлен узел смыкания, в котором ускоренное перемещение подвижной плиты 4 при создании давления рабочей жидкости в гидроцилиндре 1 осуществляется посредством клинового шарнирно-рычажного механизма 2. Усилие запирания создается главным гидроцилиндром 3. Расстояние между плитами 4 и 5 регулируется путем изменения объема жидкости в гидроцилиндре 3.

В следующем варианте конструкции узла смыкания форм (рис. 3.25, г) ускоренное перемещение подвижной плиты 3 производится шарнирнорычажным механизмом 2, приводимым в действие качающимся гидроцилиндром 5. Усилие запирания создается главным гидроцилиндром 1. Расстояние между подвижной и неподвижной плитами регулируется винтовой муфтой 4. Особенность устройства — конструктивное выполнение звеньев шарнирно-рычажного механизма. В спрямленном состоянии благодаря зубьям на торцах рычагов значительно повышается жесткость стыка в период закрытия формы. Слева (позиция I) показан узел с раскрытой формой, справа (позиция II) — с формой в сомкнутом состоянии.

Гидромеханические устройства запирания широко применяются в машинах для литья под давлением различной мощности. Они обладают следующими достоинствами:

• — усилие запирания по сравнению с усилием, развиваемым приводом, относительно велико; это позволяет гидросистеме работать на давлениях значительно меньших, чем в гидравлических устройствах запирания;
• — средняя скорость запирания выше, чем у других устройств;
• — уменьшение скорости сближения полуформ для безударного запирания не требует дополнительных устройств;
• — масса этих устройств меньше, чем масса гидравлических устройств;
• — им свойственны все положительные свойства гидропривода — бесступенчатое регулирование скорости, плавность движения ведомого звена, простота и удобство управления.

Наиболее распространенные кинематические схемы гидромеханических устройств запирания форм приведены на рис. 3.26.

На схеме, представленной на рис. 3.26, а, подвижная плита 3 перемещается шарнирно-рычажным механизмом 2, приводимым в движение качающимся гидроцилиндром 5. При закрытой форме рычаги 2 располагаются горизонтально. Расстояние между подвижной 3 и неподвижной 4 плитами регулируется перемещением плиты 1 вдоль колонн путем регулирования положения гаек 6, приводимых во вращение электроприводом. Подобные узлы применяются на машинах с усилием смыкания до 3000 кН.

Схема узла смыкания, устанавливаемого на машинах с усилием смыкания до 500 кН, показана на рис 3.26, б. Подвижная плита 3 перемещается шарнирно-рычажным механизмом 2, приводимым в движение качающимся гидроцилиндром 5. Гидроцилиндр удерживается рычагами бив процессе работы перемещается по вертикали. Расстояние между плитами 3 и 4 регулируется перемещением плиты 1 вдоль колонн гайками-шестернями 7.

Рис. 3.26. Схемы гидромеханических узлов смыкания форм.

Следующая схема (рис. 3.26, в) рекомендуется для машин с усилием запирания до 1000 кН. В ней используется механизм с неподвижным гидроцилиндром. Подвижная плита 2 перемещается при работе шарнирно-рычажного механизма 7, приводимого в движение гидроцилиндром 4. Промежуточное звено 5 связывает шток гидроцилиндра 4 с шарнирно-рычажным механизмом. Расстояние между плитами 2 и 3 регулируется винтовой муфтой, установленной на одном из рычагов механизма 1.

Конструкция узла смыкания, изображенная на рис. 3.26, г, имеет в кинематической цепи пару рейка — шестерня. Плита 4 перемещается гидроцилиндром 1, шток которого сообщает поступательное движение рейке 3, находящейся в зацеплении с шестерней 2. Поворачиваясь на определенный угол, последняя приводит в действие шарнирнорычажный механизм 6. Расстояние между плитами 4 и 5 регулируется перемещением плиты 7 вдоль колонн за счет изменения положения гаек. Конструкция используется на легких машинах с усилием смыкания форм до 300 кН.

Последующие три схемы (рис. 3.26, д, е, ж) рекомендуются для литьевых машин с усилием смыкания форм 1000, 1500 кН и более.

В первой из этих конструкций (см. рис. 3.26, д) плита 2 перемещается гидроцилиндром 4, шток которого при движении проворачивает шатуны 5, 6 и связанный с ними рычажный механизм 1. Расстояние между плитами 2 и 3 регулируется винтовой муфтой, установленной на одном из рычагов механизма 1. Вторая конструкция (см. рис. 3.26, е) снабжена механизмом с параллельным соединением двух шарнирнорычажных устройств. Подвижная плита 5 перемещается от центрально расположенного гидроцилиндра 1, шток которого проворачивает шатуны 4, связанные с шарнирно-рычажными механизмами 3. Расстояние между плитами 5 и 6 регулируется перемещением плиты 7 вдоль колонн гайками-шестернями 2. Третья конструкция (см. рис. 3.26, ж) представляет собой комбинацию параллельно соединенных двух шарнирно-рычажных и клиновых механизмов. Подвижная плита 3 перемещается центрально расположенным гидроцилиндром 7, шток которого проворачивает шатуны 5, связанные с шарнирно-рычажными механизмами 2. При запирании формы между подвижной 3 и неподвижной 4 плитами рычаги 2 образуют прямую линию, устанавливаясь враспор благодаря клиньям 1 и пятам, закрепленным на плите 6.

В механических устройствах запирания форм используются коленно-рычажные механизмы, применяемые в гидромеханических системах. Кинематические схемы механических устройств изображены на рис. 3.27.

Рис. 3.27. Схемы механических узлов смыкания форм.

На схеме (рис. 3.27, а) подвижная плита 2 перемещается шарнирнорычажным механизмом, приводимым в движение с помощью поворотного сектора 5 и шатуна 4. Расстояние между плитами 2 и 3 регулируется винтовой муфтой, установленной на рычажной системе 1. Привод поворота сектора может осуществляться напрямую от электродвигателя (в электрических машинах) или от электродвигателя, например, через цилиндрический редуктор.

Схема с применением спаренного шарнирно-рычажного механизма приведена на рис. 3.27, б. Плита 2 перемещается шарнирно-рычажным механизмом 1, приводимым в движение кривошипом 5, шатуном 4, рычагами 6 и 7. Расстояние между плитами 2 и 3 регулируется винтовой муфтой, смонтированной на рычажном механизме 1.

Электрический или электромеханический привод 1 в схеме, приведенной на рис. 3.27, в, расположен сверху. Подвижная плита 3 перемещается шарнирно-рычажным механизмом 5, приводимым в движение шатуном 2. Расстояние между плитами 3 и 4 регулируется перемещением плиты 6 вдоль колонн.

Нужно иметь в виду, что приведенные выше схемы работы узлов смыкания форм различной конструкции далеко не исчерпывают все многообразие этих механизмов, используемых производителями литьевых машин во всем мире. Однако рассмотренные схемы дают представление о наиболее распространенных в промышленности переработки пластмасс вариантах.

Анализ машин, выпускаемых разными фирмами, показывает, что гидравлические устройства запирания прямого действия применяются в машинах различной мощности. В машинах большой мощности преимущественно используют гидравлические двухступенчатые устройства запирания, в машинах средней мощности применение двухступенчатых гидравлических устройств не превышает 10—15%. В машинах малой и средней мощностей преобладают гидромеханические и механические устройства смыкания.