注塑機(jī)合模力的測(cè)量及誤差因素分析

1、第17卷第4期文章編號(hào)1004-6410(2006)04-0052-04注塑機(jī)合模力的測(cè)量及誤差因素分析劉旭紅,宋世柳(廣西工學(xué)院機(jī)械工程系,廣西柳州545006)摘要:合模力是塑料注射成型機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù),準(zhǔn)確測(cè)量合模力不僅是檢驗(yàn)產(chǎn)品合格與否的重要方法,也是分析機(jī)構(gòu)的受力狀況,驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)。介紹了利用應(yīng)變電測(cè)原理及技術(shù)測(cè)量合模力的方法,并具體闡述應(yīng)變片的布置和橋接方法以及消除測(cè)量誤差提高測(cè)量精度的措施,為測(cè)量注塑機(jī)合模力提供了一種有效方法。關(guān)鍵詞:合模力;電測(cè)法;應(yīng)變;塑料注射成型機(jī)中圖分類(lèi)號(hào):TP391.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言合模力是塑料注射成型機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。是指塑

2、料注射成型機(jī)的合模裝置對(duì)模具所能施加的最大夾緊力。產(chǎn)品除了要求達(dá)到額定的合模力外,為了保證注射成型的制品質(zhì)量,注射成型機(jī)本身質(zhì)量,要求四根拉桿平均地承受軸向應(yīng)力,因此需要將分布在四根拉桿上的合模力準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)。根據(jù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)觀察和對(duì)合模裝置的受力分析,認(rèn)為合模裝置的四根拉桿在合模位置時(shí),承受的是拉力。四根拉桿所受拉力的合力與鎖模力大小相等,方向相反。合模力的測(cè)量將拉桿的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為應(yīng)變,根據(jù)應(yīng)變電測(cè)原理,采用電測(cè)法測(cè)出。電測(cè)法是由傳感元件將非電量(力、應(yīng)力、溫度等)的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化,經(jīng)過(guò)測(cè)量電路的放大與處理,并在儀器的讀數(shù)裝置上反映出來(lái)的一種測(cè)量方法。通過(guò)測(cè)量,可以分析和研究零件、機(jī)構(gòu)的受

3、力狀況和工作狀態(tài),驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算及理論分析的正確性,對(duì)發(fā)展設(shè)計(jì)理論、保證安全運(yùn)行以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等都具有重要的作用。應(yīng)變電測(cè)技術(shù)自本世紀(jì)三十年代末期開(kāi)始應(yīng)用以來(lái),得到了迅速的發(fā)展,在工業(yè)和科學(xué)研究部門(mén),應(yīng)用日益廣泛,電測(cè)技術(shù)已成為必不可少的測(cè)試技術(shù)之一。1測(cè)量方法根據(jù)JB/T72672004塑料注射成型機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定在額定工作壓力時(shí),采用應(yīng)變儀測(cè)量拉桿最大應(yīng)變量,按虎克定律計(jì)算確定合模力:nniii=1F合=F=SE (N)i=1(1)式中:Fi第i根拉桿上所承受的軸向力(N);S拉桿測(cè)試處截面積(mm2);E拉桿材料的彈性模量(MPa); i第i根拉桿的應(yīng)變量( ).

4、塑料注射成型機(jī)合模力的測(cè)量根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)的要求,將拉桿的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為拉桿的應(yīng)變測(cè)量。這種狀態(tài)下的應(yīng)變量是變化后能很快穩(wěn)定下來(lái)的應(yīng)變,所以采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀配合應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。1.1實(shí)驗(yàn)裝置(1)SZ-4000注射成型機(jī)(合模力:4000KN,拉桿材料:40Cr);(2)TS3860靜態(tài)電阻應(yīng)變儀(24點(diǎn));(3)收稿日期:2006-10-16基金項(xiàng)目:廣西工學(xué)院科學(xué)研究基金(院科05010).作者簡(jiǎn)介:劉旭紅(1968-),女,浙江寧波人,廣西工學(xué)院機(jī)械系講師,華中科技大學(xué)在讀研究生。第4期劉旭紅等:注塑機(jī)合模力的測(cè)量及誤差因素分析53電腦;(4)電阻應(yīng)變片一級(jí)箔式膠基片若干;(5)數(shù)顯萬(wàn)用表、數(shù)

5、顯兆歐表各一套;(6)導(dǎo)線、砂布、丙酮、氰基丙烯酸粘合劑(501、502)、烙鐵等。1.2應(yīng)變片的布置和橋接方法把試驗(yàn)塊安裝在固定模板中心位置處,如圖1所示。試驗(yàn)塊的材料、尺寸按JB/T72672004塑料注射成型機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在拉桿距離前模板250mm處的橫截面的圓周上,沿軸線方向每隔90度貼單向應(yīng)變片,每根拉桿宜粘貼兩對(duì)應(yīng)變片,共貼四片,ABCD四根拉桿共十六片。拉桿編號(hào)及測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1.采用全橋另設(shè)公用補(bǔ)償片的連接方式,輸出電壓可提高一倍,并且可消除彎矩的影響2。1圖1應(yīng)變片粘貼位置示意圖如圖2所示,R1與R3、R2與R4分別是一根拉桿上的兩對(duì)測(cè)量片,R1a與R3a、R2a與R4a分別是對(duì)

6、應(yīng)于R1與R3、R2與R4兩對(duì)溫度補(bǔ)償片,每根拉桿可測(cè)出2個(gè)應(yīng)變值。公用補(bǔ)償片粘貼在與拉桿材料相同、溫度條件相同不受力的試塊上,這樣溫度變化所引起的電橋輸出等于零,起到溫度補(bǔ)償作用。3圖2應(yīng)變片橋接電路圖1.3應(yīng)變片的粘貼1檢查應(yīng)變片有無(wú)斷路、短路、折彎,基底與覆蓋層是否分離,然后對(duì)其阻值進(jìn)行測(cè)量篩選。,54擦洗測(cè)點(diǎn)處表面。廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)第17卷3應(yīng)變片的粘貼:在粘貼處和應(yīng)變片基底各涂上一層薄薄的粘合劑,稍待一段時(shí)間后將應(yīng)變片粘貼在預(yù)定位置上,手指墊一層玻璃紙或塑料薄膜擠壓出多余的膠和氣泡,然后加壓固化,注意將引出線拉離構(gòu)件表面,使之與被測(cè)構(gòu)件絕緣。4導(dǎo)線的固定和焊接:用膠布將導(dǎo)線固定在被測(cè)構(gòu)

7、件上,和應(yīng)變片引出線進(jìn)行焊接,然后用萬(wàn)用表測(cè)量有無(wú)斷路或短路;用數(shù)顯兆歐表測(cè)量金屬被測(cè)件與應(yīng)變片的絕緣電阻值(大于10M )以檢查焊點(diǎn)的質(zhì)量。2測(cè)量誤差分析及處理方法nnii合S由合模力的計(jì)算公式F合=F=SE 可知,合模力的測(cè)試誤差是由拉桿的截面積誤差!Fi=1i=1 、彈性模量誤差!F合 E以及應(yīng)變測(cè)試誤差所!F合 造成。2.1由拉桿的截面積誤差所造成的合模力測(cè)試誤差在計(jì)算合模力時(shí),拉桿的截面積是以拉桿的名義直徑計(jì)算所得。實(shí)際上,拉桿直徑具有加工偏差。對(duì)于一般注塑機(jī),其尺寸精度達(dá)到IT6IT7.相應(yīng)地,對(duì)于拉桿直徑為45mm200mm范圍內(nèi)的注塑機(jī),可計(jì)算出由拉桿的截面積誤差所造成的合模力

8、測(cè)試誤差小于0.2%.因而,此項(xiàng)誤差可以忽略不計(jì)。2.2由拉桿材料的彈性模量誤差所造成的臺(tái)模力測(cè)試誤差計(jì)算合模力時(shí),拉桿材料的彈性模量可由材料手冊(cè)中查得,它與實(shí)際的彈性模量之間存在著誤差。而且不同的材料手冊(cè)所查到的彈性模量有可能不一致。例如本臺(tái)注塑機(jī)的拉桿材料為40Cr,其彈性模量在2.0×105MPa2.117×105MPa之間,一般取2.1MPa×105MPa,則有:要消除此項(xiàng)誤差,可采取按被試件相同的材料、熱處理工藝制備試樣,在高精度材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)出試件!F合 E=準(zhǔn)確的彈性模量的方法。2.3由拉桿平均拉伸應(yīng)變的測(cè)試誤差所造成的合模力測(cè)試誤差2.3.1由儀器

9、系統(tǒng)所造成的單個(gè)應(yīng)變測(cè)試誤差如:應(yīng)變儀零漂引起的誤差,具體辦法有:使電橋電容盡可能平衡、對(duì)稱(chēng);應(yīng)變片與儀器間的導(dǎo)線采用多股多芯屏蔽導(dǎo)線或三芯屏蔽電纜并可靠接地,以避免導(dǎo)線抖動(dòng)引起分布電容的改變,盡可能使測(cè)量片與補(bǔ)償片的導(dǎo)線電阻相等。2.3.2由連接導(dǎo)線引起的單個(gè)應(yīng)變測(cè)試誤差如連接導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng),無(wú)法消除導(dǎo)線電阻的影響,其結(jié)果將使應(yīng)變片靈敏度系數(shù)變小。假設(shè)應(yīng)變片的電阻變化率為,!R=K R,若導(dǎo)線電阻Rc不可忽略,則電阻變化率應(yīng)為:R,即=.R+RcR+RcR+RcR+Rc根據(jù)電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)的定義,有:K=KR+Rc式中:K應(yīng)變片原來(lái)的靈敏度;K考慮了影響的實(shí)際靈敏度。4(2)式(2)表明,在同

10、樣的測(cè)試條件下,由于有Rc的存在,所產(chǎn)生的電阻變化率將減小,從而使靈敏度變小。因此當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度超過(guò)10m時(shí),應(yīng)對(duì)應(yīng)變片靈敏度加以修正,或采用式(2)的靈敏度。2.3.3由應(yīng)變片粘貼質(zhì)量所造成的單個(gè)應(yīng)變測(cè)試誤差如應(yīng)變片絕緣不良,在拉桿環(huán)向粘貼不對(duì)稱(chēng)等,可以通過(guò)提高貼片位置準(zhǔn)確度的方法來(lái)減少其值。這除了需要熟練的操作技術(shù)外,還在于貼片位置的選擇,可以利用分析軟件如ANSYS,按機(jī)構(gòu)的受力情況和約束條件,預(yù)先對(duì)拉桿進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析,正確了解結(jié)構(gòu)的受力情況,準(zhǔn)確地布置測(cè)點(diǎn),是準(zhǔn)確測(cè)量的前提。此外,應(yīng)變片粘貼對(duì)數(shù)的增加,也可以提高拉桿平均拉伸應(yīng)變的測(cè)試精度。在每根拉桿上用兩對(duì)應(yīng)變片比用單對(duì)應(yīng)變片測(cè)試誤差約

11、減少2倍,且可直接利用測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)分析測(cè)試誤差,防止了粗大誤差的產(chǎn)第4期劉旭紅等:注塑機(jī)合模力的測(cè)量及誤差因素分析553結(jié)語(yǔ)用上述方法測(cè)量注塑機(jī)合模力,不僅可以準(zhǔn)確測(cè)出合模力,還可以清楚知道各拉桿的受力情況,而各拉桿的平均拉伸應(yīng)變值之間的差異反映了機(jī)器的裝配精度。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn),拉桿間受力越不均勻,則模板問(wèn)平行度越差。這時(shí),可以根據(jù)拉桿的受力情況調(diào)整拉桿端部的嚙合螺母,從而提高模板之間的平行度,保證機(jī)器安全運(yùn)行。并且通過(guò)測(cè)量,可以分析和研究各模板以及整個(gè)合模機(jī)構(gòu)的受力狀況和工作狀態(tài),對(duì)優(yōu)化合模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是優(yōu)化三大模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的作用。參考文獻(xiàn):1JB/T72672004,塑料注射成

12、型機(jī)S.2黃長(zhǎng)藝,嚴(yán)譜強(qiáng).機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.3倪忠英.應(yīng)變片式傳感器的溫度補(bǔ)償淺談J.衡器,2003,32(04):22-22.4徐晗,陳灼民,武松濤.電阻應(yīng)變測(cè)量方法淺析J.測(cè)控技術(shù),2002,21(08):24-26.TestinganderroranalysisofplasticinjectionmoldingmachineclampforceLIUXu-hong,SONGShi-liu(DepartmentofMechanicalEngineering,GuangxiUniversityofTechnology,Liuzhou545006,China)Abstract:Theclampforceisanimportanttechnicalparameterofplasticinjectionmoldingmachine.Amethodtotestclampforceaccordingtoelectro-testtheoryandtechnicwasintroduced.Andthemethodstoplacestrainfoilandconnectelectro-bridgewereillustrated.Theme