挤注复合系统是把挤出塑化和柱塞射出的注射机构两者组合起来的复合机构，克服了常规螺杆往复式塑化量受到螺杆的直径、螺杆的长径比的限制，用较小的螺杆达到超大的塑化量，为超大塑化注射成型加工制品创造了条件。如何降低大注塑挤注复合系统的能耗、提高生产率是创新的重点。本文分析了常规的大注塑挤出复合系统的能耗性能，阐述了自主研发的节能的大注塑挤出复合系统50000g的结构、性能、工作原理、能耗特性，可供参考。
常规的大注塑挤注复合系统
图1和图2为大注塑的挤注复合系统。这种挤注复合系统的挤出螺杆塑化挤出，塑化能力高，储料容积特别大，主要在大型机、超大型注塑机上达到超大的塑化注射量，低压注射。
1 喷嘴座；2 注射储料缸；3 注射柱塞；4 注射箱体；5 注射油缸；6 塑料入口；7 塑化油马达；8 塑化支座；9 塑化挤出；10 熔融料流道；11 熔融料流道液压开关；12 喷嘴。
图1 大注塑的上注射的挤注复合系统
1 融料流道液压开关；2 融料流道体；3 挤出塑化；4 支架装置；5加料斗；6 塑化油马达；7 注射油缸；8注射箱体；9注射柱塞及活塞杆；10 注射处理缸机筒；11 喷嘴座；12 喷嘴。
图2 大注塑的下注射的挤注复合系统
工作原理：熔融料流道开关打开，挤出螺杆塑化挤出熔融料进入储料缸，达到设定的塑化计量，塑化挤出停止，熔融料流道开关关闭，进入注射。
主要特点：塑化为挤出螺杆纯塑化挤出，在整个塑化过程中，物料塑化经历的螺杆长径比不变，塑化质量前后一致，克服了常规螺杆往复式塑化注射的物料塑化经历的螺杆长径比变化而造成的塑化质量前后不均的缺点，使物料在熔融状态下的比容一致性得到了保证，极大提高了塑化质量。挤出塑化的塑化量与螺杆的直径、螺杆的长径比无关，仅与塑化的时间及转速的两个参数有关，克服了常规螺杆往复式塑化量受到螺杆的直径、螺杆的长径比的限制，用较小的螺杆达到超大的塑化量，为超大塑化注射成型加工制品创造了条件。塑化注射量不受螺杆直径的限制，小直径挤出螺杆达到超大塑化能力，注射由大直径的柱塞完成，简化了机构，节约了能源，降低了加工制造成本。
挤注复合装置是超大容量塑化注射的唯一形式，成型加工厚壁制品（流长比70以下）。例如成型加工大型、超大型的PE管件、托盘、风叶等。超大塑化量在普通注射装置上已难以实现，驱动塑化的油马达也没有。例如塑化注射量50000g，螺杆直径需要达到230mm，其配备驱动塑化的油马达需定制，并且机构庞大，给加工制造带来很高的难度，制造成本很高，成型加工的效率也不高，性价比也不高。如塑化注射要达到100000g，普通注射装置根本不可能实现。Unilon Milacron公司应用低压单注射的挤注复合系统，挤出驱动为电机-减速齿轮箱，塑化挤出螺杆直径6英寸，长径比30，每小时塑化量3200磅（1452.4kg）,注射量90800g。浙江申达机器制造有限公司开发的FJ系列PE管件挤注成型机，浙江杭州泰瑞机械有限公司开发15000g~60000g的超大注射量PE管件挤注成型机，属于低压单注射的超大容量挤注复合系统，挤出塑化部件在注射部件方，塑化为挤出螺杆无轴向位移的纯挤出，熔料热历程相同，轴向温差小，塑化质量高，双缸低压柱塞注射，注射量精确稳定，特别适合大注射量，低合模力成型工艺要求，专门用于聚烯烃管件等厚大制品的成型。
高效高速节能大注塑的挤注复合系统的自主创新
挤注复合系统研发实例：塑化注射量50000g，注射压力800MPa，注射时间10S，成型周期300S。
为达到注射成型的性能要求，降低能耗，提高性价比，研发节能的新型挤注复合装置。整体功能的主要特点是：螺杆挤出塑化，柱塞注射。
根据注射成型对塑化注射的要求，如采用普通的油马达直接驱动的往复式螺杆塑化注射机构，为满足塑化注射功耗的要求，动力系统装载功率275kW；为达到塑化注射量的要求，螺杆直径230mm；为达到塑化能力要求，需特大型油马达。系统装载功率很大，不利于能耗及制造成本的降低。在这种配置下，塑化时间约需150S，注射时间约需20S，塑化时间干扰了成型周期，并且塑化时间占掉了周期的很大一部分，达不到成型周期的要求。
螺杆挤出塑化机构 降低塑化驱动功率，必须减小螺杆直径及降低螺杆长径比，但同时必须满足塑化能力的要求。根据这一性能要求，根据挤出塑化的原理，开发了连续不间断塑化的机构，即在整个注射成型过程，塑化动作独立，塑化螺杆始终运转。塑化时间独立于成型周期之外，即不影响成型周期。设置储料机构，增大塑化容量。驱动塑化螺杆执行机构采用了交流变频电机带动减速机驱动螺杆塑化的传动机构，调节塑化能力提高了驱动效率，同时起到了使塑化量与成型周期达到最佳的匹配，驱动电机的功率为45kW，并达到大幅降低整机的动力驱动装载功率降低塑化能耗。连续不间断塑化，大幅减小了挤出塑化螺杆的直径，本项目塑化螺杆的直径仅为90mm，而同注射量普通注塑机的螺杆直径为230mm，前者的塑化驱动功率仅为后者的1/5，充分挖掘了挤出塑化螺杆的性能，大幅降低了驱动塑化的功率及能耗。挤出塑化的螺杆直径为90mm。根据注射成型塑化原料的特点及熔融质量要求，挤出塑化螺杆的结构不同于一般挤出机螺杆的结构，长径比取20，其余结构类同于挤出机螺杆。
根据超大型塑料制品成型的特点，以注射成型工艺创新为突破口，对常规的超大型注塑机的成型工艺进行改革创新，把注射成型、挤出塑化、中空储料、热流道技术、高速节能注射机构、蓄能器节能储能技术、变频节能技术等现代的新技术、新工艺有机结合起来，研发高效高速节能大注塑的挤注复合系统。
柱塞注射机构 由注射油缸与柱塞注料缸组成。
整个挤注复合系统采用卧式结构形式，主要由挤出塑化、挤出储料缸、柱塞注料缸、注射缸、熔融料流道开关等组成。主要工作的原理是：熔融料流道开关闭合情况下，挤出螺杆塑化的熔融料进入挤出储料筒，熔融料流道开关打开，挤出储料缸中熔融料及挤出塑化的熔融料共同进入柱塞注料缸储料，联结为一体的柱塞和注射活塞一起后退，达到设定位置，熔融料流道开关闭合，塑化不停止，向挤出储料缸储料，同时进行注射。
机械自锁喷嘴 为达到注射腔储料时，阻住熔融料流溢出喷嘴，开发了大口径机械自锁喷嘴，塑化时，在内压下自动封住熔融料，注射时，在整移力的推动下，自动打开喷嘴，熔融料径喷嘴射入模腔。研发出一套数字化模外热流道多点注射技术，不但数量级降低了锁模力，而且可用回收废料注射成型加工。
节能高速注射 大直径注射柱塞的注射速度,需要大流量才能达到高速注射,一种方法是加大驱动泵源的输出流量,因注射仅占成型周期的约5%,这样仅为注射速度而配的驱动力,势必造成泵源动力配制的浪费；另一种方法是根据大型制品成型冷却时间长的特点,配置大容量蓄能器满足注射速度的要求,利用冷却时间进行蓄能，不占用整机系统驱动装载功率。系统的单缸注射活塞直径为320mm，注射行程为2000mm，注射速度为250mm/s，要达到这样高的注射速度，如用常规的液压动力配置，液压流量需1200L/min，电机驱动总功率需275kW。考虑到本机为低压大注塑，不同于普通的高压小注塑，所以不需要设置多级注射。柱塞注射液压油路采用8个200L的蓄能器作驱动动力，实现高速注射，整机主系统的驱动源实现保压。整机主系统的电机驱动功率下降为37kW，达到了注射速度要求，又节约了能源。图3为高效高速节能的50000g超大塑化注射容量的挤注复合系统。 
1 熔融料流道；2 熔融料流道液压开关；3 机械自锁喷嘴；4 柱塞注料缸；5 挤出塑化储料缸；6 挤出塑化机构；7 减速机；8 塑化电机；9 注射油缸；10储料注射油缸。
图3 高效高速节能的50000g超大塑化注射容量的挤注复合系统
根据该注塑机的注射塑化的原理，注射塑化量可很方便地达到100000g，为超大量的超大型注塑件的发展开辟了一条成功之路。 
结语
注射成型加工是不断研究的课题。挤注复合系统的形式、结构、功能、应用等，有待进一步自主创新。 (end)
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