节能执行机构是注塑机节能的一个重要方面。注塑机的执行机构主要是注射与合模两大部分。本文对应用于注塑机上的几种节能执行机构的性能及应用进行了较为详情的分析研究，每种节能执行机构都有其特定的应用对象，应根据整机的性能、注射成型制品的工艺、研发及制造的水平，因机制宜、因厂制宜应用节能执行机构的形式，提高整机的性能，并根据注射成型技术的发展,不断开拓节能注射执行机构。
节能合模机构
肘杆合模机构节能进一步研究的课题
肘杆机构的开发及推广应用是合模机构节能的一个重大进步,全液压单缸合模缸应用充油阀是全油压节能的科技进步。但进一步对节能机构节能的先进性的研究,还缺少深入研究。以肘杆机构的合模液压驱动系统为例，肘杆机构的节能是肯定的。肘杆机构能耗的特征主要表现在合模油缸的能量消耗P(工作压力)•Q(工作流量)值上,这两个参数又体现在合模油缸的内径及活塞行程的参数上, 这两个参数的确定与肘杆系统的刚度及有关参数直接关联,刚度由各零件的几何参数确定,这几者之间如何达到节能的最佳匹配,使合模缸的内径和活塞行程之积达到最小,还未见研究成果。
卡式节能合模机构
宁波海航塑料机械制造有限公司根据超大型节能托盘注塑机的要求，开发了卡式节能合模机构。传统注塑机的锁模原理是，锁模动力执行机构把力通过模板作用于模具上，产生锁模力，这种设计思路，必须考虑到模板的刚度与合模力相匹配，运用到超大型注塑机的设计思路上，模板的重量及几何尺寸必然会很大，在制造加工上，难度很大，成本很高。本项目根据锁模的本质，把锁模与移模的两个功能分开，在满足安装模具的情况下，尽可能减小移动模板的几何尺寸。整个合模机构为立式。合模机构把移模与锁模分为两个部件，移模仅负责模具的开模与合模，锁模仅负责对模具锁紧，在液压回路中设有蓄能器和大流量充油阀，起到了节能快速移模。下模具安装在模具车上。锁模是两锁模油缸活塞杆同步推动两锁模卡直接卡紧模具模脚通过斜锲扩力机构产生锁模力，锁模力直接作用于模具上，而不是普通注塑机那样锁模油缸的推力首先作用于模板上然后通过模板作用于模具上产生锁模力，所以不需要普通注塑机那样需要刚度十分强大的固定模板与移动模板，两个内径160mm的锁模小油缸，大幅度降低了对系统能量的需求量。移模的推板仅起到固定上模具的功能，厚度仅为120mm。可见，这种合模机构，在达到成型所需锁模力的情况下，移模与锁模速度快、周期短；由于锁模原理从根本上作了创新，省去了超大型普通注塑机中占整机重量很大份额的模板，所以大幅度降低了合模部件的重量及能耗。
节能无拉杆合模机构
国际上以ENGEL公司的无拉杆合模机构为代表，已于二十世纪九十年代中期进行批量生产，最大规格已发展到6000kN锁模力，由于没有拉杆与导向套的摩擦副,消除了该摩擦能耗。无拉杆合模机构，由于其结构简单、容模空间大、装拆模具方便、有利于机械手的作业，深受用户欢迎。吉林华王塑料机械有限公司己于1998年在国内第一家试制成功了合模力为500kN的无拉杆合模机构的注塑机，但到现在国内还没有其他有关厂家进行研究开发制造。
节能注射塑化机构
单缸一线式节能高性能注射塑化机构
单缸一线注射塑化机构塑化及注射时，仅单个活塞作轴向移动。双缸注射塑化时，双活塞带动塑化部件一起作轴向移动。相比之下，前者的移动摩擦力及阻力大大低于后者，同理，能耗也低，机器越大越明显。单缸一线注射塑化机构起动阻力小，不但降低了能耗，而且提高了起动灵敏度。
螺杆的节能
注射螺杆在直径确定的条件下，与能耗有关的主要技术参数是螺纹升角(螺距)、螺槽深度、长径比等等。
螺纹升角(螺距)对能耗的影响较大。塑化能力正比于螺纹升角,在螺杆其余参数定值条件下,因cosθ•sinθ=0.5sin2θ,所以，当θ=450条件下,塑化能力达到最大值,达到塑化能力能耗的最佳值。由此可见,螺纹升角增大,即增大螺距, 减小了剪切力，塑化能耗下降。例如，加工HDPE，螺距由一个D增加到1.2D,塑化能耗约下降16%。在达到塑化质量的前提下,增大螺距,有利于降低能耗。常规设计的螺杆的螺距与螺杆直径之比为1,适应一般塑料的塑化质量要求。但在一些厂家的设计中，把长径比理解为螺距与螺杆直径之比，用螺距的数量作为长径比的值,螺距为螺杆直径的0.95,减小了螺纹升角,增加了塑化剪切力,增加了塑化能耗,对通用性塑料的塑化性能是不利的,对于一些杂料的塑化是有利的。现在一些螺杆头部结构上设计了混炼鱼雷区,以提高塑化质量。混炼鱼雷区的增加,增加了剪切力,同时降低了塑化能力,由此增加了能耗。所以,在达到塑化质量前提下,尽量不用混炼鱼雷区。螺槽深度对塑化能耗的影响不大；通用螺杆的三段长度的分布,对塑化能耗影响不大。螺杆长径比大，驱动扭矩增大，能耗增加，所以在保证塑化质量的前提下，尽量缩短长径比，也可通过在不减小长径比的情况下，设计合适的槽深，不增加塑化扭矩。
螺杆性能欠佳,塑化既达不到要求,又能耗大。作者在7800kN合模力的注塑机上研发的一加工PC的专用螺杆,在温度240度条件下,达到良好的塑化注射性能。另一台7800kN合模力的注塑机上使用其它公司研发的同直径的PC专用螺杆,在温度240度条件下,根本不能塑化,温度达到275度才能塑化,而且注射出的熔料发黄变质,达不到塑化质量要求。从能耗方面来说,前者比后者节能近13%,而且塑化性能良好。这说明了螺杆的塑化节能的性能研究大有可为。
塑化传动机构的节能
现在液压驱动注塑机的塑化都用高效的低速高扭矩的液压马达直接驱动螺杆塑化,传动机构具有很高效率,所以塑化传动机构的能耗主要是液压马达的工作效率。叶片马达由其本身结构决定，工作效率不高。径向柱塞式马达工作效率高，但由于各个制造公司加工精度的差别，其工作效率有高低，直接关系到能耗效率的高低。作者曾在8000kN合模力的注塑机上作过试验,驱动115mm直径的螺杆塑化,选用两家公司生产的径向柱塞式的低速高扭矩液压马达,一家公司生产的4.3L排量的液压马达就能塑化,而另一家公司生产的5.4L排量的液压马达才能塑化。究其原因,主要是后者液压马达的泄漏量大,降低了工作效率；前者液压马达的泄漏量小,工作效率高。相比之下，塑化时，前者比后者能耗降低了20%。
IMC挤注混合节能注射塑化系统
IMC挤注混合节能注射塑化系统是指塑化由挤出螺杆完成、注射由柱塞完成。塑料原料经挤出塑化后,进入储料缸或直接进入注射储料,注射开始,柱塞推料进入模腔。这种系统应用于大型注塑系统,节能效果明显。宁波海航塑料机械制造有限公司开发的40000g超大型节能注塑机的IMC节能注塑系统,不但突破了普通注塑系统的注塑量依赖于螺杆直径的约束,而且大幅度降低了注塑能耗。普通的卧式大型注塑机的注射塑化机构，普遍采用低速大扭矩液压马达直接驱动螺杆的一线式机构，这样为达到塑化量必须采用大直径的螺杆，而且在成型工艺上，螺杆塑化为间歇式工作，对塑化油马达的资源没有得到充分利用。本项目根据超大型注塑机的注射塑化的实际情况，把塑化与注射分为两个机构，塑化为电驱动,为减小塑化驱动功率以降低能耗,塑化为连续不间断,即设备在工作过程中,塑化不停止，45kW变频电机驱动直径100mm的挤出螺杆连续不间断塑化，塑化熔融料进入储料缸,与循环周期配合,达到40000g的塑化量,这样在达到塑化量的前提下，大大减小了塑化螺杆的直径，能量得到充分利用,同时大幅度降低了系统的装载功率及塑化驱动力,减小了熔融料的轴向温差。普通注塑系统要达到40000g的塑化量,螺杆直径要达到200mm,塑化驱动功率要比驱动直径100mm螺杆塑化的功率大４倍～６倍。
节能运动结构是节能机构的辅助,合理的优化设计,不但能降低运动摩擦力,而且能提高运动机构的性能,是一种必不可少的设计。
节能运动结构
用滚动摩擦取代滑动摩擦,是节能运动结构常用的方式。拉杆与导套的往复运动副,常规采用普通的光壁式润滑导套,应用滚珠导套取代光壁式润滑导套,起到了提高运行精度降低摩擦力的功能。塑化注射移动结构,用直线导轨取代普通润滑副,起到了降低运行摩擦力作用。尾板(后板)与机身导轨的滑动副的平面轴承改为滚动轴承,降低了移动摩擦力。
改进润滑副性能,降低摩擦力。肘杆机构的销轴与钢套的旋转摩擦副,钢套由过去的普通的光壁式润滑套改为多孔式,同时降低了旋转摩擦力,提高了使用寿命。中、大型注塑机的移动模板与机身导轨之间的滑动支承装置,采用普通的机床斜铁式可调固定式的平面滑动结构,不但运行摩擦力大,而且运行性能不佳,设计为液压浮动自动调节平面滑动结构,减小了摩擦力,提高了移动模板的运行精度。
提高润滑系统性能,降低摩擦力。有了良好的润滑副,必须要有良好的润滑系统性能,才能充分发挥优秀的低摩擦力、低能耗的功能。肘杆机构的销轴与钢套的旋转摩擦副性能的优劣,很大程度上取决于润滑系统性能,润滑系统性能主要取决于润滑方式、润滑油性能及维护保养,采用对各润滑点进行定压定流量的自动测压润滑,是一种较好的形式。
合理的结构设计,减少摩擦副数量。有摩擦副,就有摩擦能耗;没有摩擦副,就不产生摩擦力。通过合理的设计,同样的机构,可以减少摩擦副。肘杆合模机构中的肘杆机构是摩擦副最多的结构,以六件前连杆八件后连杆的肘杆机构为例,连杆与模板易形成平面摩擦副有24处,经过合理的优化设计,把摩擦副减少至4处,把肘杆机构的平面摩擦力降到最低。
节能液压结构设计,降低整机装载功率。肘杆合模机构的合模油缸设计成差动式,全液压合模油缸设计成充液式,高速注射采用蓄能器,是降低系统能耗的有效措施。宁波海航塑料机械制造有限公司研发的40000g超大型注塑机,合模油缸为充液式结构,达到快速移模, 配备了8个100L的蓄能器，实现了高速注射和移模，注射速度高达4000g/s,大大降低了设备的装载功率，从而降低了无效功率的损耗,系统装载功率仅为37kW。
结语
根椐注射成型要求开发节能机构。例如加工精密注射制品,肘杆合模机构由于其本身的固有特性,其性能不能达到精密成型对合模机构性能的要求,其节能性能不适应精密注射成型。用节能的单缸液压合模机构能达到精密注射成型对合模机构的性能要求。 (end)
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