注塑機配電箱設(shè)計規(guī)則

李惠通 張慧 馮玉強

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注塑機配電箱設(shè)計規(guī)則

李惠通 張慧 馮玉強

（東華機械有限公司）

注塑機配電箱是運動控制硬件防護、操作人員安全保障的關(guān)鍵設(shè)備。在提煉注塑機配電箱設(shè)計規(guī)范和遵循相關(guān)標準前提下，提出電箱規(guī)格與板材尺寸、機架安裝的基本規(guī)則，歸納設(shè)計不增加加工工序、內(nèi)部電氣元件合理分布、滿足IP54防護等級、接地可靠、散熱性能良好、方便調(diào)試等易用與安全規(guī)則，并應(yīng)用規(guī)則設(shè)計8款典型注塑機配電箱，可滿足95%常規(guī)機型需求。該設(shè)計規(guī)則有效提高電箱通用性，方便批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。

注塑機；配電箱；設(shè)計規(guī)則

0 引言

注塑機電箱主要由鈑金材料經(jīng)過沖壓加工而成[1]，起到防護運動控制硬件、保障操作人員安全的作用，是注塑機的關(guān)鍵設(shè)備之一[2]。其設(shè)計除遵循國家、行業(yè)及地方相關(guān)標準外[3]，既要操作簡單[4]，方便開啟、切斷機器電源及對電路開合操作[5]，還需對相關(guān)電氣元件起到防塵、防水作用。

1 注塑機配電箱設(shè)計基本規(guī)則

注塑機配電箱沖壓件具有良好的加工工藝性，有利于節(jié)省材料、減少工序、提高模具使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量，同時，可有效降低產(chǎn)品成本[6]。電箱的規(guī)格、尺寸需考慮如下7個方面。

1)電箱裝在機架上整體要美觀、整齊，盡量不高于機架，不超出機架長度。

2)電箱的整體厚度需考慮內(nèi)部零件安裝后的高度。因電箱需同時兼容伺服電機啟動控制和異步電機啟動控制安裝，電箱厚度需以伺服器的安裝條件為參考，保證伺服器有足夠的散熱空間。同時，為方便裝配工人裝配地腳螺絲，在滿足內(nèi)部零件安裝條件的前提下，盡量不加厚。

3)電箱能牢固安裝，需在電箱背部及底部配套螺絲固定孔。當需拼裝兩款電箱時，電箱拼接處需放置于同一支撐架上。因支撐架均使用標準零件加工（寬度140 mm），兩個孔距110 mm，所以底部左、右兩側(cè)的電箱固定孔距電箱側(cè)邊固化為55 mm。其他位置的固定孔可根據(jù)實際情況布局，但需避開與地腳螺絲的位置干涉。參考眾多電箱的厚度，電箱底部的固定孔與背部距離定義為260 mm。

4)電箱應(yīng)標準化，具有互換性、通用性，既方便車間批量加工，又減少電箱的種類。設(shè)計電箱時需考慮此電箱應(yīng)可用于多款機型，因此電箱的尺寸、出線位置、固定孔位置需參考多款機型的機架。進出線位置既不與機架干涉，也避免與油、水管接近。同時，還需考慮直接固定在電箱背部的電氣元件的安裝孔，必須兼容不同規(guī)格尺寸的電氣元件安裝。

5)若機型的差異較大，需另外設(shè)計電箱時，系統(tǒng)底板、主電箱門應(yīng)考慮設(shè)計為同一款。不同電箱的系統(tǒng)底板可通用，大大提高零配件的通用性，既減少庫存電箱種類，又提高工作效率，方便批量生產(chǎn)，有效降低生產(chǎn)周期。

6)電箱的板材選擇

在普通工況下，配電箱板材可使用普通冷軋鋼板，其規(guī)格如表1所示。

電箱內(nèi)部零件較輕，整體安裝后一般在75 kg以內(nèi)；機架上焊有支撐架用于放置電箱；電箱背部配有螺絲固定孔，且電箱為沖壓件和折彎件。在強度足夠的情況下，若選用2.0 mm冷軋板加工，會提高物料成本，所以一般選用1.5 mm冷軋板。

7)電箱的長度在不超出機架長度的前提下，還需考慮所選板材的規(guī)格。例如，電箱長度初步定在2400 mm，而機架上放置電箱的位置長度為2550 mm。參考表1板材規(guī)格，如果選用長度2000 mm規(guī)格的板材，則需2塊板拼接。2塊板需分別沖壓和折彎后拼焊，增加加工工序，間接增加了加工成本；如果選用長度2500 mm規(guī)格的板材，在沖壓過程需將多余的100 mm作為邊角料浪費，增加物料成本。因此，需重新考慮電箱的長度，將電箱長度定為2500 mm，增加了電箱的空間。

表1 配電箱用普通冷軋鋼板材規(guī)格表

2 注塑機配電箱設(shè)計易用與安全規(guī)則

設(shè)計中，除考慮電箱規(guī)格與板材尺寸和機架安裝配合的基本規(guī)則外，還應(yīng)注意不增加加工工序、內(nèi)部電氣元件合理分布、滿足IP54防護等級、散熱性能良好、接地可靠、方便安裝調(diào)試等易用與安全規(guī)則。

2.1 折彎部分需考慮不增加加工工序

在使用機器的過程中，可能借助電箱作為臺階，爬上電箱進行上料或檢修工作。因此，電箱表面需安裝防滑花鋁板。在關(guān)電箱門時，電箱門與花鋁板形成剪切，容易夾傷手。為防止此情況，設(shè)計時，電箱上部有類似屋檐的跳臺。此跳臺多次折彎而成，在設(shè)計此折彎尺寸時，需考慮折彎尺寸的定義。在鈑金加工車間現(xiàn)有工具前提下，若需增加工序完成，在不影響電箱外觀及強度情況下，需修改尺寸。

以SEII型注塑機為例，若折彎尺寸為29 mm，折彎此折邊時，需連續(xù)折彎3次后，再反轉(zhuǎn)板材折彎1次，合計4次；如果折彎尺寸為30.5 mm，只需連續(xù)折彎3次即可完成。若2種尺寸設(shè)計均不影響電箱整體強度，則建議將折彎尺寸定義為30.5 mm。

2.2 保證內(nèi)部電氣元件合理分布

電箱內(nèi)部電氣元件是注塑機控制的基本部件，其性能與可靠性是整體性能與可靠性的基礎(chǔ)。電箱內(nèi)部電氣元件的布局是否合理，是保證注塑機整體工作穩(wěn)定和可靠性的重要措施。電箱是一個相對封閉的空間，內(nèi)部電氣元件主要由微電腦（CPU控制板）、開關(guān)、接觸器和伺服器組成，而伺服器屬于強干擾設(shè)備，易與其他設(shè)備相互干擾。要保證其控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各功能模塊電氣元件布局需符合EMC要求。微電腦控制器需與強電控制的電氣元件隔離，接到鎖模部分和射臺部分的強、弱電信號線的出線孔也需分開。

以SEII型注塑機為例，其配電箱功能布局如圖1所示。因系統(tǒng)操作面板一般固定在頭板，所以電箱左邊安裝微電腦控制器和安全控制電路；中間為熔膠筒電加熱控制電路；右邊為電機控制電路。

2.3 滿足IP54防護等級、散熱性能良好

除醫(yī)療、電子、光學塑料制品加工車間外，其他塑料制品加工車間大部分不防塵，不恒溫[7]。而電箱內(nèi)部的溫度、空氣清潔度等，影響電腦控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。電箱內(nèi)部電氣元件周圍要有足夠空間散熱，避免陽光直射、液體濺射及灰塵、金屬粉塵等污染。如果內(nèi)部溫度較高，易使電氣元件老化，降低電性能；內(nèi)部粉塵較多，易使接觸器、開關(guān)等機構(gòu)失靈，電性能降低。設(shè)計電箱時，除考慮電箱內(nèi)部空氣的流通外，還需保證粉塵不易進入電箱。為保證電氣元件的運行外部環(huán)境合理，電箱壁及電箱門都需預(yù)留風扇及過濾器安裝孔。熱量一般由下往上散發(fā)，風扇向外排風的位置應(yīng)盡量靠電箱上方，電箱下方安裝過濾器。當風扇向外排風時，外部的空氣由過濾器過濾后進入電箱，形成對流，帶走電箱內(nèi)熱量的同時送入新鮮空氣，阻隔外部灰塵進入，既降低電箱內(nèi)部的溫度又符合IP54的要求。SEII型注塑機配電箱設(shè)計圖紙如圖2所示。

2.4 接地可靠

電箱材料為金屬材料，需考慮規(guī)避因靜電效應(yīng)和電氣元件可能漏電而產(chǎn)生的電擊。為了安全，設(shè)備金屬外殼需安全接地。根據(jù)“接地連續(xù)性測試要求”，電箱需提供一個合適的PE連接點（接地點）。除電箱內(nèi)部電氣元件需根據(jù)要求接至接地點外，電箱鈑金件也需有效與接地點連接。因此，電箱除配套系統(tǒng)工作接地及屏蔽接地的接地銅條安裝位置外（此位置可參考相近規(guī)格的電箱，待整機裝配好后，再作測試確定最終位置），還需配套電箱及電箱門的接地點連接。電箱底部及電箱門需同時種焊接地用的銅柱，設(shè)計時需注意此銅柱是否影響電箱門的開、合及與其他裝配干涉。

圖1 SEII型注塑機配電箱功能布局

圖2 SEII型注塑機配電箱設(shè)計圖紙

2.5 電箱設(shè)計要方便安裝調(diào)試

不管是何種鈑金加工件都存在加工誤差，電氣元件安裝的底板、電箱、電箱門均需裝配工人手動安裝。各安裝連接處需預(yù)留相應(yīng)的調(diào)節(jié)空間，以方便裝配工人安裝調(diào)節(jié)。電箱背部與機架配套的螺絲固定孔、電箱底部與支撐架配套的螺絲固定孔、電箱門鉸的安裝孔均需根據(jù)固定螺絲的大小設(shè)計為U型孔。同時，需考慮IP54防護等級，安裝后須保證U型孔完全被覆蓋，保證電箱密封性。

3 結(jié)語

電箱鈑金設(shè)計，不僅是款式設(shè)計，還需考慮電箱的通用性、成本、工作效率及布局、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和電氣元件及操作人員的保護作用，方便安裝及調(diào)試。以上規(guī)則已應(yīng)用于某公司F2V、PET、PVC、SEC、PET-SEII、PVC-SEII、SEII、SEIII等典型機型的電箱鈑金設(shè)計，只需生產(chǎn)8款電箱，就可覆蓋常規(guī)95%機型，有效減少庫存電箱種類，提高工作效率，方便批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期。

[1] 石則滿.注塑機節(jié)能技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2016(12): 83-84.

[2] 楊守濱.精密塑料件成型模具的設(shè)計要點[J].今日科苑,2007 (20):41.

[3] 王蘭萍.基于Moldflow智能控制電柜手柄注射模工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計[J].塑料,2013,42(1):93-96,7.

[4] 李定川.注塑機的結(jié)構(gòu)分類原理與行業(yè)應(yīng)用[J].智慧工廠,2016(8):57-62,77.

[5] 白玉岷.電氣工程安裝及調(diào)試技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

[6] 劉暢.數(shù)控機床電氣柜設(shè)計簡明要點[J].制造技術(shù)與機床, 2011(3):53-55.

[7] 趙全錦.讓數(shù)控機床工作得更好更可靠—數(shù)控機床密閉電箱的散熱設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床,2002(9):56-58.

Design Rules for Power Distribution Box of Injection Molding Machine

Li Huitong Zhang Hui Feng Yuqiang

(Donghua Machinery Co., Ltd.)

The power distribution box of injection molding machine was the key equipment for motion control hardware and operator protection. According to the relevant standards, the basic rules of considering the size of the box to plate and installation were put forward. The easy to use and safety design rules were propose, design should not increase processing procedure, internal electrical parts must layout reasonable, to meet the IP54 protection level need, reliable ground connection, high heat dissipation, easy debugging. These rules were applied to design 8 kinds of distribution boxes, which can meet the 95% conventional injection molding machine demand. Improve the electric box versatility, convenient batch production, reduce production cost and cycle.

Injection Molding Machine; Power Distribution Box; Design Rules

李惠通，女，1978年生，電氣工程師，主要從事注塑機控制系統(tǒng)電氣、電路控制設(shè)計及電控箱設(shè)計工作。