注塑机配电箱设计规则

李惠通 张慧 冯玉强



注塑机配电箱设计规则

李惠通 张慧 冯玉强

（东华机械有限公司）

注塑机配电箱是运动控制硬件防护、操作人员安全保障的关键设备。在提炼注塑机配电箱设计规范和遵循相关标准前提下，提出电箱规格与板材尺寸、机架安装的基本规则，归纳设计不增加加工工序、内部电气元件合理分布、满足IP54防护等级、接地可靠、散热性能良好、方便调试等易用与安全规则，并应用规则设计8款典型注塑机配电箱，可满足95%常规机型需求。该设计规则有效提高电箱通用性，方便批量生产，降低生产成本和生产周期。

注塑机；配电箱；设计规则

0 引言

注塑机电箱主要由钣金材料经过冲压加工而成[1]，起到防护运动控制硬件、保障操作人员安全的作用，是注塑机的关键设备之一[2]。其设计除遵循国家、行业及地方相关标准外[3]，既要操作简单[4]，方便开启、切断机器电源及对电路开合操作[5]，还需对相关电气元件起到防尘、防水作用。

1 注塑机配电箱设计基本规则

注塑机配电箱冲压件具有良好的加工工艺性，有利于节省材料、减少工序、提高模具使用寿命和产品质量，同时，可有效降低产品成本[6]。电箱的规格、尺寸需考虑如下7个方面。

1)电箱装在机架上整体要美观、整齐，尽量不高于机架，不超出机架长度。

2)电箱的整体厚度需考虑内部零件安装后的高度。因电箱需同时兼容伺服电机启动控制和异步电机启动控制安装，电箱厚度需以伺服器的安装条件为参考，保证伺服器有足够的散热空间。同时，为方便装配工人装配地脚螺丝，在满足内部零件安装条件的前提下，尽量不加厚。

3)电箱能牢固安装，需在电箱背部及底部配套螺丝固定孔。当需拼装两款电箱时，电箱拼接处需放置于同一支撑架上。因支撑架均使用标准零件加工（宽度140 mm），两个孔距110 mm，所以底部左、右两侧的电箱固定孔距电箱侧边固化为55 mm。其他位置的固定孔可根据实际情况布局，但需避开与地脚螺丝的位置干涉。参考众多电箱的厚度，电箱底部的固定孔与背部距离定义为260 mm。

4)电箱应标准化，具有互换性、通用性，既方便车间批量加工，又减少电箱的种类。设计电箱时需考虑此电箱应可用于多款机型，因此电箱的尺寸、出线位置、固定孔位置需参考多款机型的机架。进出线位置既不与机架干涉，也避免与油、水管接近。同时，还需考虑直接固定在电箱背部的电气元件的安装孔，必须兼容不同规格尺寸的电气元件安装。

5)若机型的差异较大，需另外设计电箱时，系统底板、主电箱门应考虑设计为同一款。不同电箱的系统底板可通用，大大提高零配件的通用性，既减少库存电箱种类，又提高工作效率，方便批量生产，有效降低生产周期。

6)电箱的板材选择

在普通工况下，配电箱板材可使用普通冷轧钢板，其规格如表1所示。

电箱内部零件较轻，整体安装后一般在75 kg以内；机架上焊有支撑架用于放置电箱；电箱背部配有螺丝固定孔，且电箱为冲压件和折弯件。在强度足够的情况下，若选用2.0 mm冷轧板加工，会提高物料成本，所以一般选用1.5 mm冷轧板。

7)电箱的长度在不超出机架长度的前提下，还需考虑所选板材的规格。例如，电箱长度初步定在2400 mm，而机架上放置电箱的位置长度为2550 mm。参考表1板材规格，如果选用长度2000 mm规格的板材，则需2块板拼接。2块板需分别冲压和折弯后拼焊，增加加工工序，间接增加了加工成本；如果选用长度2500 mm规格的板材，在冲压过程需将多余的100 mm作为边角料浪费，增加物料成本。因此，需重新考虑电箱的长度，将电箱长度定为2500 mm，增加了电箱的空间。

表1 配电箱用普通冷轧钢板材规格表

2 注塑机配电箱设计易用与安全规则

设计中，除考虑电箱规格与板材尺寸和机架安装配合的基本规则外，还应注意不增加加工工序、内部电气元件合理分布、满足IP54防护等级、散热性能良好、接地可靠、方便安装调试等易用与安全规则。

2.1 折弯部分需考虑不增加加工工序

在使用机器的过程中，可能借助电箱作为台阶，爬上电箱进行上料或检修工作。因此，电箱表面需安装防滑花铝板。在关电箱门时，电箱门与花铝板形成剪切，容易夹伤手。为防止此情况，设计时，电箱上部有类似屋檐的跳台。此跳台多次折弯而成，在设计此折弯尺寸时，需考虑折弯尺寸的定义。在钣金加工车间现有工具前提下，若需增加工序完成，在不影响电箱外观及强度情况下，需修改尺寸。

以SEII型注塑机为例，若折弯尺寸为29 mm，折弯此折边时，需连续折弯3次后，再反转板材折弯1次，合计4次；如果折弯尺寸为30.5 mm，只需连续折弯3次即可完成。若2种尺寸设计均不影响电箱整体强度，则建议将折弯尺寸定义为30.5 mm。

2.2 保证内部电气元件合理分布

电箱内部电气元件是注塑机控制的基本部件，其性能与可靠性是整体性能与可靠性的基础。电箱内部电气元件的布局是否合理，是保证注塑机整体工作稳定和可靠性的重要措施。电箱是一个相对封闭的空间，内部电气元件主要由微电脑（CPU控制板）、开关、接触器和伺服器组成，而伺服器属于强干扰设备，易与其他设备相互干扰。要保证其控制系统运行稳定，各功能模块电气元件布局需符合EMC要求。微电脑控制器需与强电控制的电气元件隔离，接到锁模部分和射台部分的强、弱电信号线的出线孔也需分开。

以SEII型注塑机为例，其配电箱功能布局如图1所示。因系统操作面板一般固定在头板，所以电箱左边安装微电脑控制器和安全控制电路；中间为熔胶筒电加热控制电路；右边为电机控制电路。

2.3 满足IP54防护等级、散热性能良好

除医疗、电子、光学塑料制品加工车间外，其他塑料制品加工车间大部分不防尘，不恒温[7]。而电箱内部的温度、空气清洁度等，影响电脑控制系统运行的稳定性。电箱内部电气元件周围要有足够空间散热，避免阳光直射、液体溅射及灰尘、金属粉尘等污染。如果内部温度较高，易使电气元件老化，降低电性能；内部粉尘较多，易使接触器、开关等机构失灵，电性能降低。设计电箱时，除考虑电箱内部空气的流通外，还需保证粉尘不易进入电箱。为保证电气元件的运行外部环境合理，电箱壁及电箱门都需预留风扇及过滤器安装孔。热量一般由下往上散发，风扇向外排风的位置应尽量靠电箱上方，电箱下方安装过滤器。当风扇向外排风时，外部的空气由过滤器过滤后进入电箱，形成对流，带走电箱内热量的同时送入新鲜空气，阻隔外部灰尘进入，既降低电箱内部的温度又符合IP54的要求。SEII型注塑机配电箱设计图纸如图2所示。

2.4 接地可靠

电箱材料为金属材料，需考虑规避因静电效应和电气元件可能漏电而产生的电击。为了安全，设备金属外壳需安全接地。根据“接地连续性测试要求”，电箱需提供一个合适的PE连接点（接地点）。除电箱内部电气元件需根据要求接至接地点外，电箱钣金件也需有效与接地点连接。因此，电箱除配套系统工作接地及屏蔽接地的接地铜条安装位置外（此位置可参考相近规格的电箱，待整机装配好后，再作测试确定最终位置），还需配套电箱及电箱门的接地点连接。电箱底部及电箱门需同时种焊接地用的铜柱，设计时需注意此铜柱是否影响电箱门的开、合及与其他装配干涉。

图1 SEII型注塑机配电箱功能布局

图2 SEII型注塑机配电箱设计图纸

2.5 电箱设计要方便安装调试

不管是何种钣金加工件都存在加工误差，电气元件安装的底板、电箱、电箱门均需装配工人手动安装。各安装连接处需预留相应的调节空间，以方便装配工人安装调节。电箱背部与机架配套的螺丝固定孔、电箱底部与支撑架配套的螺丝固定孔、电箱门铰的安装孔均需根据固定螺丝的大小设计为U型孔。同时，需考虑IP54防护等级，安装后须保证U型孔完全被覆盖，保证电箱密封性。

3 结语

电箱钣金设计，不仅是款式设计，还需考虑电箱的通用性、成本、工作效率及布局、控制系统稳定性和电气元件及操作人员的保护作用，方便安装及调试。以上规则已应用于某公司F2V、PET、PVC、SEC、PET-SEII、PVC-SEII、SEII、SEIII等典型机型的电箱钣金设计，只需生产8款电箱，就可覆盖常规95%机型，有效减少库存电箱种类，提高工作效率，方便批量生产，降低生产成本及生产周期。

[1] 石则满.注塑机节能技术研究[J].工程建设与设计,2016(12): 83-84.

[2] 杨守滨.精密塑料件成型模具的设计要点[J].今日科苑,2007 (20):41.

[3] 王兰萍.基于Moldflow智能控制电柜手柄注射模工艺参数的优化设计[J].塑料,2013,42(1):93-96,7.

[4] 李定川.注塑机的结构分类原理与行业应用[J].智慧工厂,2016(8):57-62,77.

[5] 白玉岷.电气工程安装及调试技术手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

[6] 刘畅.数控机床电气柜设计简明要点[J].制造技术与机床, 2011(3):53-55.

[7] 赵全锦.让数控机床工作得更好更可靠—数控机床密闭电箱的散热设计[J].制造技术与机床,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，电气工程师，主要从事注塑机控制系统电气、电路控制设计及电控箱设计工作。