基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置及方法与流程

本发明涉及高分子材料塑料吹塑机械领域，特别涉及一种基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置及方法。

背景技术：

塑料吹塑是仅次于挤出成型和注射成型的第三大塑料成型方法，所成型的制品广泛应用于汽车、包装、建筑等工业领域。近年，随着国家相关部门对塑料成型过程中的节能减排、环保指令和标准等要求愈加严格以及人们对高品质塑件的需求量与日俱增，吹塑工业正不断向高精度、高性能、低成本、低能耗等方向发展，这对传统的吹塑工业带来了严峻的挑战。为应对挑战，学术界和产业界近年纷纷致力于对传统吹塑工业进行技术革新，其中最重要的研究方向之一就是研发全电动吹塑机，即采用电驱动的方式来代替传统的液压驱动方式，实现高效、高质量、低噪音、低排放生产。

塑料吹塑机械主要由挤出机、型坯机头、开合模装置、控制系统和机架等几大部分组成。其中，开合模装置是塑料吹塑机械的重要组成部分，直接关系到制品性能、生产效率和整机的制造成本。因此，电动式开合模装置的设计是全电动吹塑机械研发的关键。目前，现有的吹塑机械电动式开合模装置主要以机械肘杆式为主，如申请号为200910144273.2、201410846951.0以及专利号为201610341356.0的中国发明专利所示，通过电机驱动机械肘杆进行协调运动以实现吹塑模具的开合。这种机械肘杆式开合模装置具有刚性好、自锁和节能效果显著等多方面的优点，但仍存在以下几个方面的明显不足：（1）对机械肘杆的加工精度要求苛刻，使得制造成本高昂；（2）通过机械肘杆自锁以产生和维持合模力的方式容易加剧肘杆的磨损，从而导致合模力不稳定，使得合模的可靠性不高；（3）对模具的厚度有严格要求，或需设置调模装置来实现模具开合行程和合模力大小的调节，结构复杂，操作不便捷。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置及方法，该电动开合模装置基于电磁吸合原理实现模具合模，其结构简单紧凑、合模过程平稳可靠、合模力易调控且无需设置额外的调模装置；此外，通过该电动开合模方法能够高效地进行塑料吹塑成型，使操作更便捷和可明显提高生产效率。

本发明的技术方案是：基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置，包括机架、圆锥齿轮箱、第一滚珠丝杠、第一丝杠螺母、第二滚珠丝杠、第二丝杠螺母、型腔半模组件、型芯半模组件和伺服电机。

所述机架包括由方通钢组成的框型架体、圆锥齿轮箱安装板和直线导轨，圆锥齿轮箱安装板固定安装于框型架体底部两根长方通钢的中部，两根直线导轨分别固定安装于框型架体上部两根长方通钢的顶部。

所述圆锥齿轮箱包括一个与伺服电机输出轴相连的输入轴、第一输出轴和第二输出轴。

所述型腔半模组件包括型腔半模安装板、型腔半模保持板、型腔半模、励磁模块和第一滑块，型腔半模安装板的下端设有第一螺母安装孔，型腔半模的正面上开设有四个励磁模块安装孔和一个型腔。

所述励磁模块包括安装座、铁芯、吸合部和励磁线圈，四根铁芯呈环形均匀分布固定在安装座上，四块吸合部分别固定在铁芯的顶部，四个励磁线圈分别紧密缠绕在铁芯上。

励磁模块分别安装在型腔半模上的四个励磁模块安装孔内，型腔半模通过螺钉固定在型腔半模保持板上，型腔半模保持板通过螺钉固定在型腔半模安装板上，两个第一滑块分别固定安装于型腔半模安装板下部的两侧。

所述型芯半模组件包括型芯半模安装板、型芯半模保持板、型芯半模、导柱和第二滑块，型芯半模安装板的下端设有第二螺母安装孔，型芯半模的正面上开设有四个导柱安装孔和一个型芯腔，导柱安装孔的位置与励磁模块安装孔的位置一一对应，型芯腔和型腔围成模具腔。

四根导柱分别安装在型芯半模上的四个导柱安装孔内，型芯半模通过螺钉固定在型芯半模保持板上，型芯半模保持板通过螺钉固定在型芯半模安装板上，两个第二滑块分别固定安装于型芯半模安装板下部的两侧。

型腔半模组件与型芯半模组件通过其上的第一滑块及第二滑块整体安装在机架的直线导轨上，第一滑块及第二滑块均与机架上的直线导轨滑动配合。

第一丝杠螺母通过螺钉安装在型腔半模安装板下端的第一丝杠螺母安装孔内，第二丝杠螺母通过螺钉安装在型芯半模安装板下端的第二丝杠螺母安装孔内。

圆锥齿轮箱及伺服电机固定安装于机架下端的圆锥齿轮箱安装板上，圆锥齿轮箱上的第一输出轴通过联轴器与第一滚珠丝杠的一端连接，第一滚珠丝杠的另一端与第一丝杠螺母连接，圆锥齿轮箱上的第二输出轴通过联轴器与第二滚珠丝杠的一端连接，第二滚珠丝杠的另一端与第二丝杠螺母连接，第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠具有相同的导程和旋向，伺服电机的输出轴通过联轴器与圆锥齿轮箱上的输入轴连接。

为确保所述导柱和吸合部具有优良的磁化和消磁性能，设置导柱、吸合部、铁芯和安装座的材质均为锰锌铁氧体材料。

上述基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置的开合模方法，包括如下步骤：

a、合模，合模时启动伺服电机，伺服电机输出轴正转，与伺服电机相连的圆锥齿轮箱将伺服电机的旋转运动经第一输出轴和第二输出轴分别传递至第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠，驱动第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠以相同的转速做方向相反的旋转，从而带动型腔半模组件和型芯半模组件沿着直线导轨的轴向在机架上做同步靠近运动，实现合模；

合模后，伺服电机停止工作，此时，型腔和型芯腔贴合形成模具腔，型芯半模上的导柱与型腔半模上的励磁模块紧密贴合；

然后给励磁模块中的励磁线圈通电，励磁线圈产生的磁通经铁芯、吸合部和导柱形成闭合回路，从而产生电磁吸力，使得吸合部与导柱紧紧吸合，其所产生的电磁吸力能够有效保证型腔半模和型芯半模在塑料吹塑过程中紧密贴合，防止型腔半模和型芯半模在压缩空气的作用下产生间隙，导致产品出现飞边等缺陷，从而保证产品质量；

b、开模，开模时，切断励磁线圈中的电流，再次启动伺服电机，伺服电机输出轴反转，与伺服电机相连的圆锥齿轮箱将伺服电机的旋转运动经第一输出轴和第二输出轴分别传递至第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠，驱动第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠以相同的转速做方向相反的旋转，从而带动型腔半模组件和型芯半模组件沿着直线导轨的轴向在机架上做同步远离运动，使模具打开，待型腔半模和型芯半模分别处于开模行程的极限位置时，停止伺服电机工作，完成开模动作；

c、重复步骤a~b步骤，进入下一个开合模循环。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1）、本发明利用电磁吸合作用，能有效避免型腔半模和型芯半模合模后在压缩空气的作用下产生间隙，导致产品出现飞边等缺陷，从而保证产品质量；与现有的基于机械肘杆驱动模具合模的方式相比，明显简化了装置的结构，降低了合模装置的制造成本，提高了合模过程的稳定性和合模的可靠性；此外，通过设置模具电磁吸合组件的数量和控制励磁线圈电流的大小，能快速有效地对模具合模力大小进行调控。

2）、本发明采用的滚珠丝杠螺母副传动单元明显简化了传动系统的结构。滚珠丝杠螺母传动使开合模过程精度高且平稳可靠；此外，安装在机架下方的滚珠丝杠螺母副传动单元缩短了装置在开合模方向的尺寸，使结构更紧凑。

3）、本发明的开合模具为两板式结构，且型腔半模安装板与型芯半模安装板之间无需设置拉杆，不仅进一步简化了装置的结构，而且还对模具的安装空间不产生限制，便于模具安装与更换；此外，本发明对模具的厚度没有要求，可满足不同厚度模具的生产需求，无需额外设置调模装置。

4）、本发明作业流程合理，节能降耗，操作简单，工作可靠，自动化程度高，适合在工业生产中大规模地推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为机架的结构示意图；

图4为图3的右视图；

图5为图3的俯视图；

图6为型腔半模组件的结构示意图；

图7为图6的的左视图；

图8为型芯半模组件的结构示意图；

图9为图8的的右视图；

图10为励磁模块的结构示意图；

图11为本发明合模状态示意图。

具体实施方式

实施例一，如图1~10所示，基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置，包括机架1、圆锥齿轮箱2、第一滚珠丝杠3、第一丝杠螺母4、第二滚珠丝杠5、第二丝杠螺母6、型腔半模组件7、型芯半模组件8和伺服电机9。

所述机架1包括由方通钢组成的框型架体1-1、圆锥齿轮箱安装板1-2和直线导轨1-3，圆锥齿轮箱安装板1-2固定安装于框型架体1-1底部两根长方通钢的中部，两根直线导轨1-3分别固定安装于框型架体1-1上部两根长方通钢的顶部。

所述圆锥齿轮箱2包括一个与伺服电机9输出轴相连的输入轴2-1、第一输出轴2-2和第二输出轴2-3。

所述型腔半模组件7包括型腔半模安装板7-1、型腔半模保持板7-2、型腔半模7-3、励磁模块7-4和第一滑块7-5，型腔半模安装板7-1的下端设有第一螺母安装孔7-1-1，型腔半模7-3的正面上开设有四个励磁模块安装孔7-3-1和一个型腔7-3-2。

所述励磁模块7-4包括安装座7-4-1、铁芯7-4-2、吸合部7-4-3和励磁线圈7-4-4，四根铁芯7-4-2呈环形均匀分布固定在安装座7-4-1上，四块吸合部7-4-3分别固定在铁芯7-4-2的顶部，四个励磁线圈7-4-4分别紧密缠绕在铁芯7-4-2上。

励磁模块7-4分别安装在型腔半模7-3上的四个励磁模块安装孔7-3-1内，型腔半模7-3通过螺钉固定在型腔半模保持板7-2上，型腔半模保持板7-2通过螺钉固定在型腔半模安装板7-1上，两个第一滑块7-5分别固定安装于型腔半模安装板7-1下部的两侧。

所述型芯半模组件8包括型芯半模安装板8-1、型芯半模保持板8-2、型芯半模8-3、导柱8-4和第二滑块8-5，型芯半模安装板8-1的下端设有第二螺母安装孔8-1-1，型芯半模8-3的正面上开设有四个导柱安装孔8-3-1和一个型芯腔8-3-2，导柱安装孔8-3-1的位置与励磁模块安装孔7-3-1的位置一一对应，型芯腔8-3-2和型腔7-3-2围成模具腔。

四根导柱8-4分别安装在型芯半模8-3上的四个导柱安装孔8-3-1内，型芯半模8-3通过螺钉固定在型芯半模保持板8-2上，型芯半模保持板8-2通过螺钉固定在型芯半模安装板8-1上，两个第二滑块8-5分别固定安装于型芯半模安装板8-1下部的两侧。

型腔半模组件7与型芯半模组件8通过其上的第一滑块7-5及第二滑块8-5整体安装在机架1的直线导轨1-3上，第一滑块7-5及第二滑块8-5均与机架1上的直线导轨1-3滑动配合。

第一丝杠螺母4通过螺钉安装在型腔半模安装板7-1下端的第一丝杠螺母安装孔7-1-1内，第二丝杠螺母6通过螺钉安装在型芯半模安装板8-1下端的第二丝杠螺母安装孔8-1-1内。

圆锥齿轮箱2及伺服电机9固定安装于机架1下端的圆锥齿轮箱安装板1-2上，圆锥齿轮箱2上的第一输出轴2-2通过联轴器与第一滚珠丝杠3的一端连接，第一滚珠丝杠3的另一端与第一丝杠螺母4连接，圆锥齿轮箱2上的第二输出轴2-3通过联轴器与第二滚珠丝杠5的一端连接，第二滚珠丝杠5的另一端与第二丝杠螺母6连接，第一滚珠丝杠3和第二滚珠丝杠5具有相同的导程和旋向，伺服电机9的输出轴通过联轴器与圆锥齿轮箱2上的输入轴2-1连接。

为确保所述导柱8-4和吸合部7-4-3具有优良的磁化和消磁性能，设置导柱8-4、吸合部7-4-3、铁芯7-4-2和安装座7-4-1的材质均为锰锌铁氧体材料。

上述基于模具电磁吸合的挤出吹塑机械电动开合模装置的开合模方法，包括如下步骤：

a、合模，合模时启动伺服电机9，伺服电机9输出轴正转，与伺服电机9相连的圆锥齿轮箱2将伺服电机9的旋转运动经第一输出轴2-2和第二输出轴2-3分别传递至第一滚珠丝杠3和第二滚珠丝杠5，驱动第一滚珠丝杠3和第二滚珠丝杠5以相同的转速做方向相反的旋转，从而带动型腔半模组件7和型芯半模组件8沿着直线导轨1-3的轴向在机架1上做同步靠近运动，实现合模；

合模后，伺服电机9停止工作，此时，型腔7-3-2和型芯腔8-3-2贴合形成模具腔，型芯半模8-3上的导柱8-4与型腔半模7-3上的励磁模块7-4紧密贴合；

然后给励磁模块7-4中的励磁线圈7-4-4通电，励磁线圈7-4-4产生的磁通经铁芯7-4-2、吸合部7-4-3和导柱8-4形成闭合回路，从而产生电磁吸力，使得吸合部7-4-3与导柱8-4紧紧吸合，其所产生的电磁吸力能够有效保证型腔半模7-3和型芯半模8-3在塑料吹塑过程中紧密贴合，防止型腔半模7-3和型芯半模8-3在压缩空气的作用下产生间隙而导致产品出现飞边等缺陷，从而保证产品质量；

b、开模，开模时，切断励磁线圈7-4-4中的电流，再次启动伺服电机9，伺服电机9输出轴反转，与伺服电机9相连的圆锥齿轮箱2将伺服电机9的旋转运动经第一输出轴2-2和第二输出轴2-3分别传递至第一滚珠丝杠3和第二滚珠丝杠5，驱动第一滚珠丝杠3和第二滚珠丝杠5以相同的转速做方向相反的旋转，从而带动型腔半模组件7和型芯半模组件8沿着直线导轨1-3的轴向在机架1上做同步远离运动，使模具打开，待型腔半模7-3和型芯半模8-3分别处于开模行程的极限位置时，停止伺服电机9工作，完成开模动作；

c、重复步骤a~b步骤进入下一个开合模循环。