【文章內(nèi)容簡介】 隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大 ,注塑機(jī)設(shè)備的升級換代也越來越快。早期的注塑機(jī)都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機(jī)的成熟應(yīng)用和價格的大幅度下降，隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大 ,注塑機(jī)設(shè)備的升級換代也越來越快。早期的注塑機(jī)都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機(jī)的成熟應(yīng)用和價格的大幅度下降，近年來全電動式的精密注塑機(jī)越來越多，只有比較兩類不同動力源注塑機(jī)的特點(diǎn)，才有可能弄清注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展方向。 全液壓式注塑機(jī)在 成型精密、形狀復(fù)雜的制品方面有許多獨(dú)特優(yōu)勢，它從傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到現(xiàn)在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術(shù)難度大，機(jī)械加工精度高，液壓技術(shù)也難掌握。 全電動式注塑機(jī)有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢，由于使用伺服電機(jī)注射控制精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級調(diào)節(jié)。但全電動式注塑機(jī)在使用壽命上不如全液壓式注塑機(jī)，而全液壓式注塑機(jī)要保證精度就必須使用帶閉環(huán)控制的伺服閥，而伺服閥價格昂貴，帶來成本上升。 電動 — 液壓式注塑機(jī)是集液壓和電驅(qū)動于一體的新型注塑機(jī)，它融合了全液壓 式注塑機(jī)的高性能和全電動式的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，這種電動 液壓相結(jié)合的復(fù)合式注塑機(jī)已成為注塑機(jī)技術(shù)發(fā)展方向。注塑行業(yè)正面臨著一個飛速發(fā)展的機(jī)遇，然而在注塑產(chǎn)品的成本構(gòu)成中，電費(fèi)占了相當(dāng)?shù)谋壤?，依?jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝的需求，注塑機(jī)油泵馬達(dá)耗電占整個設(shè)備耗電量的比例高達(dá) 50%65%，因而極具節(jié)能潛力，設(shè)計與制造新一代 “ 節(jié)能型 ” 注塑機(jī)，就成為迫切需要關(guān)注和解決的問題。 隨著世界各國在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴(yán)格的要求，節(jié)能已完成為注塑機(jī)電液系統(tǒng)的研究重點(diǎn)，針對閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的不足，德、日等國發(fā)展了應(yīng) 用變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型的注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)。為進(jìn)一步降低能耗，減少噪音，最新一代的注塑機(jī)是用轉(zhuǎn)速可調(diào)的電動機(jī)驅(qū)動液壓泵為動力源，在保壓、冷卻及空轉(zhuǎn)工況保持很低轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能、降噪的目的，其工作原理簡述如下： 利用注塑機(jī)同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量泵，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節(jié)流能量損失，進(jìn)而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的 “ 耗能型 ” 注塑機(jī)升級 為無高壓節(jié)流的 “ 節(jié)能 7 型 ” 注塑機(jī)，節(jié)能型注塑機(jī)除了節(jié)能功能之主要特性外，依據(jù)其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點(diǎn)，包括：減輕開、鎖模沖擊，延長機(jī)械和模具使用壽命；延長油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；降低噪音、改善工作環(huán)境；系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省 30%以上；對電機(jī)具有過壓、過流、缺相等多種保護(hù)；注塑機(jī)原有的控制方式及油路不變。將注塑機(jī)改造升級為 “ 節(jié)能型 ” 注塑機(jī)，其投資（主要是變頻器）應(yīng)該在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費(fèi)或油費(fèi)收回。 總之，開發(fā) “ 節(jié)能型 ” 注塑機(jī)理論可行，投資小、效益明顯 ，或許在不久的將來，變頻節(jié)能型注塑機(jī)會成為注塑機(jī)制造業(yè)的新賣點(diǎn)。 我國注塑機(jī)工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 中國加入世界經(jīng)貿(mào)組織 (WTO)后，國外的機(jī)械制造業(yè)加速對華轉(zhuǎn)移，世界一些知名的注塑機(jī)企業(yè)，如德國德馬克、克虜伯、巴登菲爾，日本住友重工等公司先后 “ 進(jìn)駐 ” 中國，有的還進(jìn)一步設(shè)立了技術(shù)中心。國外注塑機(jī)制造商的進(jìn)入給中國注塑機(jī)行業(yè)帶來了發(fā)展活力，同時也使中國注塑機(jī)制造企業(yè)充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 從 50年代技術(shù)創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注塑成型機(jī)至今已有 50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中， 80％采用了注塑成型 。近年來由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對注塑制品日益增長的需要，推動了注塑成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。我國塑料機(jī)械 2021年銷售額在 70億元人民幣左右，以臺數(shù)記約為 ，其中 40％左右是注塑成型機(jī)。從美國、日本、德國、意大利、加拿大等主要生產(chǎn)國來看，注塑機(jī)的產(chǎn)量都在逐年增加，在塑料機(jī)械中占的比重最大。 從注塑機(jī)問世起，鎖模力在 1000－ 5000kN，注塑量在 50－ 2021g的中小型注塑機(jī)占絕大多數(shù)。到了 70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛 應(yīng)用，使大型注塑機(jī)得到了迅速發(fā)展。美國最為明顯。在 1980年全美國約有 140臺 10000kN以上鎖模力的大型注塑機(jī)投入巾場，到 1985年增至 500多臺。日本名機(jī)公司已經(jīng)成功地制造了當(dāng)今世界最大的注塑機(jī)，其鎖模力達(dá)到 120210kN，注塑量達(dá)到 92021g。 80年代以來， CAD/CAE／ CAPP／ CAM計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在塑機(jī)制造業(yè)的廣泛采用，促進(jìn)了我國注塑機(jī)研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。以寧波海天股份有限公司為代表的一批國家級高 8 新技術(shù)企業(yè)都相繼引進(jìn)美國 PTC公司的計算機(jī)輔助設(shè)計和分析等軟件，實(shí)現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，對主關(guān)原件分析，對高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值、危險區(qū)域等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計算，幫助設(shè)計人員迅速地了解、評估和修改設(shè)計方案，保證重要零件結(jié)構(gòu)合理性的可靠性達(dá)到完美結(jié)合。為了保證高質(zhì)量的設(shè)計輸出到高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出，舊的加工方式已經(jīng)很難適應(yīng)技術(shù)、質(zhì)量競爭的要求。海天公司在 “ 八五 ” 和 “ 九五 ”規(guī)劃中，按照滾動發(fā)展的科學(xué)方法，累積投資 2億元人民幣組建了加工中心分廠。新建 5萬平方米的大型裝配分廠， 10萬平方米的扳金和結(jié)構(gòu)件加工分廠，新建了 1萬平方米的試驗車間和實(shí)驗室，新建了 5928個庫位的立 體自動倉庫。購置了德國 OKUMA兩條柔性加工線，加入到 40多臺加工中心組成的機(jī)群中。實(shí)施了國家 863計劃 —— 浙江海天 CIMS工程，成功應(yīng)用 K3系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計劃、物料、成本等計算機(jī)集成管理。引進(jìn) IMAN系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建和跟蹤，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和版本，產(chǎn)品屬性和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的查詢以及向 K3系統(tǒng)的信息傳遞等計算機(jī)集成管理。 海天公司在 2021年實(shí)現(xiàn)今年銷售收入 ，出口創(chuàng)匯 1000萬美元，創(chuàng)利稅 2億元人民幣完成銷售具有國際 90年代水平的大型注塑機(jī) 100臺，進(jìn)行了兩項國際先進(jìn)水平的重大技術(shù)裝備研制，其 一是注塑機(jī)的防護(hù)門、配電箱等扳金件表面噴塑流水線形成批量生產(chǎn)能力，其二是注塑機(jī)螺桿和機(jī)筒雙金屬噴涂工藝投入批量生產(chǎn)，使關(guān)鍵零部件已經(jīng)形成了三個完整的系列，它們是以曲肘式鎖模的 HTW和 HTFX系列，直壓式鎖模的 HTK系列，伺服電機(jī)控制的 HTD系列。基本參數(shù)由鎖模力 580kN到 36000kN，注塑重量由 70g至 51460g，處于國內(nèi)的領(lǐng)先地位。 海天公司十分注重研究國際注射機(jī)的發(fā)展動態(tài)，努力趕上先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的水平。國際上移模速度，已從過去的 20－ 30m/min提高到 40－ 50m／ min，最高的達(dá)到 70m/min。海天公司的中小型機(jī)已經(jīng)跨進(jìn) 40－ 50m／ min水平，大型機(jī)處在 30－ 35m／ min水平。注塑速度從過去的 100mm/s提高到現(xiàn)在的 250mm／ s，有的達(dá)到 450mm／ s。日本制鋼所研制的電動型注塑機(jī)達(dá)到 900mm/s。海天牌注塑機(jī)一般都超過 130mm/s。用蓄能器加速達(dá)到 450mm/s。注塑壓力從過去的 120－ 150MPa提高到目前的 180－ 250MPa。日本的 SN120P機(jī)已達(dá)到 460MPa，它生產(chǎn)的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在 － ，壁厚可保證 － 。節(jié)能方面從過 去的流量比例和壓力比例控制發(fā)展到變量控制或定量控制，變頻調(diào)速控制，伺服控制技術(shù)的注塑機(jī)，能耗僅為傳統(tǒng)機(jī)器的 30％，海天公司采用變頻伺服技術(shù)的注塑機(jī)， 9 能耗僅為傳統(tǒng)的 50％。注塑機(jī)的高效率主要體現(xiàn)在工作節(jié)拍快，制品周期短，普遍比過去提高 24％以上。高效注塑機(jī)的開模與預(yù)塑一般都是同步完成。開模中同時完成抽芯和頂出。日展會上最快注塑機(jī)，工作周期只有 1秒鐘。注塑機(jī)的控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和專用計算機(jī)控制的發(fā)展過程。自 60年代末美國費(fèi)洛斯公司首先應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)，經(jīng)過 80年代以來的高速發(fā) 展，已經(jīng)不是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注塑壓力、注塑速度、保壓時間、冷卻過程及液壓回路的各種參數(shù)的綜合控制。過去大多數(shù)采用開環(huán)控制，目前正在向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國克勞斯馬菲公司 PM控制系統(tǒng)，通過合模力、模腔壓力和充模過程的控制，使制品質(zhì)量的誤差精確到 ％。海天的控制技術(shù)與當(dāng)今的國際先進(jìn)水平的差距還比較大，我們自主研制的專用電腦在可靠和穩(wěn)定性、抗干擾能力及反饋響應(yīng)靈敏度、分辨率精度等方面與西門子、巴巴康門等有一定距離。另外硬件的運(yùn)動精度、綜合誤差都需進(jìn)一步提高。 目前注塑機(jī)發(fā)展的另一個重要方面 ，是各種專用注塑機(jī)，如排氣式注塑機(jī)、發(fā)泡注塑機(jī)、多色注塑機(jī)等等。以加拿大 HUSKY公司為代表的瓶胚機(jī)、包裝機(jī)，集中體現(xiàn)了高新技 術(shù)含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)三分之一時，仍可高質(zhì)量的保證制品成型，使機(jī)器的體積和重量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大意義。我們海天公司也積極研制了 HTC系統(tǒng)的熱固性材料的注塑機(jī)， HTP包裝專用注塑機(jī)并出口到北美市場， HTE瓶胚專用注塑機(jī)， HTS雙色成型注塑機(jī)，我們將會把這些研發(fā)進(jìn)一步推向深入。 5年前，中國在綠色能源投資上僅有 50多億美元，截止到 2021年，中國在綠色能源的投資上達(dá)到 300多億美元，超過美國成為世界上在綠色能源上投資最多的國家。另外，低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)毋庸置疑成為 2021年中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，同樣，塑料機(jī)械的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)在 09年已經(jīng)出臺，綠色環(huán)保節(jié)能也將成為塑機(jī)行業(yè)發(fā)展的必然方向。 我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，揚(yáng)長避短，找到本企業(yè)的發(fā)展空間。首先，應(yīng)該確立外向型發(fā)展戰(zhàn)略，大力擴(kuò)大出口，創(chuàng)造條件使自己的產(chǎn)品進(jìn)軍國際市場，特別是優(yōu)勢產(chǎn)品應(yīng)該加強(qiáng)出口工作力度，提高市場占有率。鼓勵更多的企業(yè)到境外設(shè)研究所，辦企業(yè)，特別是東南亞、中 東、非洲、俄羅斯和東歐市場都具有很大的潛力。第二，積極擴(kuò)大國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作，大力引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，可以是合資合作，也可以是購買技術(shù)。選擇國際知名品牌的制造商，設(shè)立聯(lián)合的產(chǎn)品開發(fā)研究機(jī)構(gòu)。第三，積極推行專業(yè)化生產(chǎn)，改變大而 10 全、缺乏高、精、尖的弱勢，提高關(guān)鍵零件部件的質(zhì)量水平，把創(chuàng)造世界名牌產(chǎn)品作為奮斗的目標(biāo)。確立優(yōu)質(zhì)高效 精益求精、至誠服務(wù)、譽(yù)滿全球的質(zhì)量方針。跟蹤世界先進(jìn)技術(shù)，通過加大科技投人，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的研究開發(fā)，突出自主的技術(shù)創(chuàng)新加速科技成果的產(chǎn)業(yè)化，加快塑機(jī)產(chǎn)品的升級。 設(shè)計背景 注塑機(jī)的工作原理 注塑機(jī)的工作原理是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動力馬達(dá)作用下驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模 具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。注塑機(jī)作業(yè)循環(huán)流程如圖 11 所示 圖 11 注塑機(jī)工作程序框圖 注塑成型機(jī)的基本功能 注射成型機(jī)必須具備以下基本功能： ① 對所加工的塑料物料能實(shí)現(xiàn)塑化、計量并把熔融物料壓入模具模腔的功能； ② 對成型模具能實(shí)現(xiàn)啟閉和鎖緊的功能； 11 ③ 對成型過程中所需的能量能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的功能； ④ 對成型過程及工藝條件可進(jìn)行設(shè)定與調(diào)整的功能。 注塑成型機(jī)的 分類 根據(jù)注射裝置對塑料的塑化方式的不同可分為柱塞式和螺桿式兩大類，尤其以螺桿式注塑機(jī)最為常見。根據(jù)合模裝置的不同可以分為機(jī)械式、液壓式和液壓機(jī)械式。根據(jù)注射裝置的排列方式的不同可分為臥式注射成型機(jī)、立式注射成型機(jī)、角式注射成型機(jī)和多工位注射成型機(jī)，而其中臥式注射成型機(jī)較為常見。按機(jī)器的特殊結(jié)構(gòu)和用途還可以分為熱塑性通用型注射成型機(jī)、熱固性塑料注射成型機(jī)、排氣式注射成型機(jī)、發(fā)泡注射成型機(jī)、多組分注射成型機(jī)、鞋用注射成型機(jī)等。 研究內(nèi)容 本文將對注塑機(jī)注射裝置的幾個關(guān)鍵部件：注射部件、塑化部件、驅(qū)動部 件進(jìn)行分析設(shè)計。 注射裝置的工作原理 注射裝置必須實(shí)現(xiàn)以下功能：接受自由流動的粒料、加熱和塑化粒料、把熔體注射到成型模腔中并使模腔里熔體處在一定的壓力下（保壓）。 注射裝置的典型部件 （一）注射部件 ：常見的注塑裝置有單缸形式和雙缸形式。 工作原理是：預(yù)塑時，在塑化部件中的螺桿通過液壓馬達(dá)驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸一端與螺桿鍵連接，另一端與液壓馬達(dá)鍵連接，螺桿旋轉(zhuǎn)時，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲料室中，與此同時，螺桿在物料的反作用下后退，并通過推力軸承使推力座后退，通過螺母拉動活 塞桿直線后退，完成計量，注射時，注射油缸的桿腔進(jìn)油通過軸承推動活塞桿完成動作，活塞的桿腔進(jìn)油推動活塞桿及螺桿完成注射動作。 （二）塑化部件：塑化部件有柱塞式和螺桿式兩種。一般多采用螺桿式。我們這里主要介紹一下螺桿式。 螺桿式塑化部件如圖 12 所示 ,主要由螺桿、料筒、噴嘴等組成，塑料在旋轉(zhuǎn)螺桿的