注塑机的科学发展 - 文章

注塑机的科学发展

作者：宁波海达塑料机械有限公司张友根

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注塑机是重要的塑料加工机械，是我国重点开拓发展的塑料机械。注塑机的发展方向如何? 2008年国内重要塑料展览会，为我们提供了注塑机科学发展的有益启示。

2008年国内外著名的注塑机制造商，例如：德国的Demag、Milacron、Arburg；奥地利的Engel；瑞士的Netstal；日本的FANUC、住友、日精、东洋；意大利的SANDRETTO、PRESMA；美国的UNILOY MILACRON、HPM；韩国的三星、LG公司；香港的仁兴机械、达明科技；台湾的富强鑫；国内的宁波海天、震雄、东华、广州博创等，都在国内的展会上展出了先进技术的注塑机。展会上展出的节能注塑机、电动注塑机、高速注塑机、多色注塑机明显增多，其中节能、发泡、多色和高速机仍然成为一个的热点。本文对有关注塑机的先进技术进行介绍与分析，作为科学发展注塑机的参考。

高性能伺服电机驱动定量泵的节能技术

高性能的交流伺服电机驱动定量泵系统是近年发展的一种先进的高性能节能系统。通过配备高性能的伺服变速动力控制系统，在注塑机成型过程中针对不同的压力流量，调整相应的频率输出，形成对压力流量的精确闭环控制，实现伺服电机对注塑机能量需求的自动匹配和调整，可节省电量40%～80%。高响应的交流伺服电机驱动定量泵系统与伺服阀组成闭环控制系统,提高系统的精密控制性能。有关公司发挥各自的技术特长，开发出具有自己特色的伺服驱动技术。

海天塑机集团的天隆伺服节能系列的驱动系统配备旋转编码器与压力传感器，分别对流量与压力进行监控与反馈，依据反馈信息，高性能同步伺服电机通过改变转速和扭矩对流量与压力进行相应调整，从而确保产品质量与精度，显著地缩短了成型周期，生产效率得到大幅度提高（如图1）。

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图1 伺服驱动系统示意图

广州博创机械有限公司BS150伺服节能注塑机融合了博创公司稳定成熟的注塑制造技术及专用伺服电机系统的高品质特性，实现了无级PQ模拟控制、节能、低噪音、高功能、高精度等优异的性能，开模、锁模、射出、保压、计量等闭回路伺服控制，响应性在100毫秒以下，重复性为0.1%，直线性为0.1%。采用独特的高效永磁同步伺服电机及其控制系统和液压技术，实现了显著的节能和高性能，按液压系统在不同的工况下匹配出所需要的流量及压力（PQ），特别适合新一代环保节能型注塑机使用。该机不仅可以安装BS（捷龙）系列伺服电机系统，还可以安装同吨位的变量泵动力系统。

东华机械有限公司全新的SV伺服节能系列注塑机，借助于一流的伺服电机，启动快速，流量输出从静止到1500转只需40ms，减少动作切换时间，加快动作节拍。压力及流量闭环控制，在低压及低流量操作中表现尤其出色，射胶速度在小于1mm/sec时无爬行，脉冲，稳定性高。系统可按实际产品工艺要求，任意设定压力及流量，避免多余热量产生，油温相对传统注塑机稳定。此外，运动时压力流量自动补偿，保持压力与流量的稳定性，控制精度及重复精度高。

震雄集团的超霸HCEV伺服省电注塑机，采用日本高科技权威DAIKIN公司最先进的伺服电机系统构成的超级单元，配合独有的高效率IPM马达驱动，全线性无级PQ(压力、流量)控制。70dB以下的低噪音运行; 1%的流量、1%的压力的高精度的可靠控制; +0.5%的高定位精度。

全电动注塑成型机

伺服电机直接驱动执行机构提高了效率，能量利用率达到95%以上，以高速、高效、精密体现出其加工成型的优势，对注射成型参数的控制具有极高的应答反映速度，显示出高性能、高精度注射成型的优势。日本研制的全电动注塑机体现出了技术的先进性。

日本住友工业株式会社的SE-HP全电动超高速成型机，具备高速射出、高响应伺服控制及压中心模板系统，可生产0.3mm厚度以下超薄导光板，超高速充填能够对应无厚度变动或无变形的精密超薄壁产品成型。高精密压力控制完成均匀充填，不会产生毛边、充填不足、变形或厚度不均匀，实现高刻度纹转写性。本系列除了完全继承SE-DU及SE-HD系列的精密性、安定性、信赖性、耐用性、操作性和环保性等高性能外，并将射出系统能力强度提高，所有的机种标准达成800mm/s的超高速射出速度。过去只有附属蓄能器的油压高级机种可以进行超高薄精密成型，现今全电动机亦能呈现相同的非凡效果。伺服电机直接驱动滚珠丝杆，提高了传动精度及传动效率。

日本东洋金属株式会社的SI-IV系列全电动注塑成型机是对原旧机型的存在缺陷，改进提高，开发的新一代全电动注塑机。新式V形高压锁模装置产生的移动模板中央压缩效果和最佳的模具安装盘形状相辅相成，移动模板的受力形式等同与直压式合模机构，使模具形成全面均等锁模力，减小了对模具精度的影响，缩短连杆长度及滚珠螺杆行，缩短开关模时间。Si-IV采用了全新设计的高速顶针，除大幅度提升了顶针最高速度之外，还达到了缩短加、减速时间和顶出时间的目的。CAE分析的特有的耐震动高刚性的底箱，实现了轻量化与刚性化，维持模具安装盘的平行度，达到低箱构造应力分散，减低机械的震动，维持长时间的机械精确度，提高耐用性。注射部分的滑动导轨是采用了低阻力的直动式滚珠导轨，直接支撑着轴承箱，不容易受到加工精度和组装精度的影响，并且可以提高螺杆和机筒的同轴度精度，而且滑动阻力的减少也有利于可塑化计量的稳定，把背压的差异减低了1/2（如图2）。独创的控制系统，完全不使用弹簧等也可产生射嘴接触力，每次也可保持优良的重复停止精度。SRC-III 计量方式可消除止逆环的不稳定因素。塑化动态压力控制，提高了计量精度及塑化质量。

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图2 低阻力直动式导轨

日精树脂工业株式会社的新ELJECT NEX系列全电动注塑成型机。同行业中最快射出扫描时间100m秒(新控制装置TACT)的超高速控制,从而实现了高精度、稳定成型，提高了工艺控制、V-P切换控制的应答性能、再现性能, 发挥高速成型的威力。通过直接检测螺杆反作用力的测力传感器的配置以及提高控制性能, 实现了高精度背压控制。喷嘴、加热筒温度同时升温功能(防止喷嘴内树脂的炭化、劣化)，材料落口温度监视。高速周期、精密成型的新锁模装置 “Flat Clamp”，降低模板挠度，提高锁模力的均度。提高肘杆销、可动板滑座等滑动部位的高刚性、耐磨性, 长期保持高精度开模、锁模。在容易承受负荷的射出轴上配备新开发的液体润滑式滚珠丝杠, 实现了长期保持精度和高耐久性（如图3）。

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图3 液体润滑式滚珠丝杠

KraussMaffei’s EX 系列全电动注塑成型机。锁模机构的主要特点是采用了专利的Z型肘杆合模机构缩短了行程，提高了力的放大比。Z型肘杆仅有8个支点，减少了运动部件的数量，从而明显地减少了摩擦面和润滑点数量，即使在最高速度情况下也能精确地控制了合模运动。塑化和注射的两个装置安装在不带传动装置的同一轴上的两台相联直接驱动器驱动，每根轴分别由单独的电机驱动，保证了运行方向直接将力传递给螺杆，减少了运动链和横向力（如图4）。

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图4 Z型合模机构

多色/多组分注塑成型机

ENGEL VICTORY的中小型多组分注塑成型机。组合形式分为“L”式、“V”式和“piggyback”式。“L”形组合注塑装置易于接近，可以配合范围很广的射出单元。“V”形的垂直组合的立式注塑装置安装在机器定模板上，当更换模具时，它可以很轻松地沿水平方向被推开，射嘴中心的回位非常容易和精确。“piggyback”形叠加的组合的注塑装置（第二射出装置以一定的角度安装在主射出装置上面），构成一个非常节约空间的形式，可以在定模板安装机械手，实现了多组分注塑机的自动化生产。

ENGEL DUO大型多组分注塑机。“piggyback”形叠加的注塑装置组合：在设计和应用上完全等同于 ENGEL VICTORY系列中、小型注塑机。Combi HM（H代表水平，M代表移动）基于两板模的巨大应用潜力，每个模板都配备一个水平射出装置，合模装置可能配备转盘也可能配转动模组，这样就可以非常理想地生产大面积，两组件零件或用做两台注塑机。

ENGEL多色多组分注塑转盘系统。立式转盘：转盘是多组分注塑过程中经常采用的系统，它不仅用于产品的再注塑，而且用于一系列的模具动作。转盘安装在注塑机的动模板上，与动模板上半个模具的模穴相对应，定模板上半个模具也有两个不同的模穴。

发泡注塑成型技术

联塑机械有限公司的高精度微孔物理热塑性塑料注塑的新工艺采用了物理发泡技术，使用氮气或二氧化碳作为添加气体，发明专利的无间断进气压缩设计，保证气体均匀进入融化塑料内。均匀塑化的含气融化塑料进入恒压储藏室，之后到达射出料管内然后通过专门阀控制注射入模腔，并防止原料过早溢出，有效保证整体发泡过程。因为原料和模具初始温度降低，导致冷却时间缩短。很好的保证了产品表面与边缘的固定成型。因瞬间发泡定型，因此无需保压过程，因此除了可以缩短成型周期与节省能耗外，更可以因为降低内应力而避免对材料特性产生破坏。因为无须经过完整的保压过程，因此对面积大的产品可以用锁模力较低的机器生产，尤其对薄壁产品有利。对大型化及厚壁产品则更可以显现发泡的效果来节省材料。因为制程不同，保压压力大幅度降低，因此简化了模具设计从而降低了模具的成本。机器配置两个发明专利在内的十多项发明技术与结构。

震雄超临界超微发泡注塑系统。结合了震雄“Ai”系列全闭环高速注塑机、SPS3300欧洲标准高速电脑控制器、以及Trexel公司之专利“Mucell系统”。全机采用穆格公司的高速/高精度/高响应伺服系统，配合最精确的传感器反馈，使射胶、保压及背压俱达到高伺服级数的表现，最高射胶速度达500mm/秒。Mucell 系统使用专利技术把氮气压缩至“超临界”（Super Critical）的独特状态，液气两体并存，阻力基本消失，并在注塑过程中产生极微小的“超微发泡”（Microcellular），是目前世界上最高端的注塑技术，广泛用于欧美汽车配件行业以及高端电子产品行业。此技术大大提高良品率，产品不易变形，并可节省6 ~ 12%材料，缩短15 ~ 40%注塑周期时间，以及降低30 ~ 80%的锁模力要求。

其他特殊注塑成型技术

北京中拓机械有限公司的热变温无痕注塑成型技术。热变温无痕注塑成型技术，主要是凭借加热介质与冷却介质的交替运用,从而控制着模具的温度按照工艺过程相应的升高和降低，从而达到模具于原料之间温度的完美配合，最终获得了外观无缺陷的注塑产品；同时，在高光原料的配合下，热变温无痕注塑成型技术可以使塑料产品的外观直接达到镜面效果，为企业直接免除了后期喷涂处理的繁琐工序，大大提高生产效率。设计推出了下述四种适合不同场合的热变温无痕注塑成型技术装备。

蒸汽辅助成型技术装备：在蒸汽热效控制器的作用下，将蒸汽锅炉产生的高温蒸汽，冰水机输出的冷冻冰水以及压缩空气进行顺序切换输入至模具水路，从而达到使模具相应部位的温度升高及降低的整套设备。

电热辅助成型技术装备：在多功能电热控制器的作用下。将内置在模具中的加热元件迅速通电加温，从而达到使模具相应部位的温度升高及降低的整套设备。

过热水辅助成型技术装备：在加热水热效控制器的作用下，将热水机产生的高温热水（180度），冰水机输出的冷冻冰水以及压缩空气进行顺序切换输入至模具水路，从而达到使模具相应部位的温度升高及降低的整套设备。

热油辅助成型技术装备：在热油热效控制器的作用下，将热油机产生的高温热油，常温冷油进行顺序切换输入至模具油路，从而达到使模具相应部位的温度升高及降低的整套设备。

ENGEL玻纤注塑成型技术。玻纤注塑是制造塑胶与长玻璃纤维合成产品的基本应用技术。这种产品以它即使高温下也具有高强度而著名，ENGEL玻纤注塑技术的目标是自动分配最佳纤维长度，大量生产以提高成本效益。ENGEL为它的DUO系列机都可以配有FIBERMELT处理技术，核心就是专门发展的ENGEL玻纤注塑的塑化单元。ENGEL玻纤注塑设备包括：塑化机筒长径比为26：1（直径90mm以上）；塑化螺杆长径比为26：1，极好的几何形状保证对玻纤的柔和处理，表面耐磨处理（包括止回环）；电机驱动计量实现同步动作（附件）；称重喂料装置混合长玻纤与塑料。

ENGEL薄膜注塑成型技术。该技术是在注塑机内进行模内修饰，通过一些装饰品的辅助，胶片和薄膜与产品的最外一层原料结合，可进行塑胶制品的外观设计。成型过程如下：第一步：薄膜三维造型或高压压力成型；第二步：用高压水柱或激光束来裁切薄膜；第三步：把薄膜插入模具中，为保证安全并把它放到准确的位置，需要使用夹取装置，薄膜经过离子风去除灰尘后堆积在周边工作平台等待被夹取；第四步：特殊控制的注塑过程。

ENGEL膨胀注塑技术。膨胀注塑是一种非传统的用于小和/或薄壁产品的高速注塑技术，是基于利用存储在螺杆前部的高压溶胶，注塑就是简单的打开针阀，使溶胶爆发充满模穴，不需要其它产生高压的方法。膨胀注塑用于传统注塑机的极限领域，代表性的短射范围从20克一直降低到0.1克；壁厚或段厚从1毫米到0.1毫米。这套系统的先决条件是塑化螺杆的位置可以精确控制，跟ENGEL全电动机一样。ENGEL膨胀注塑只能作为ENGEL全电动的附件。根据产品应用和原料，压缩压力范围从2000 bar到2500 bar。在这个压力下，溶胶容积被压缩大约10%，为保证溶胶温度一致，压缩状态维持很短的时间。打开针阀开关，溶胶突然爆发在不到一秒的时间充满模穴，剩余压力用做保压以补偿收缩。充模过程，螺杆保持位置不变，保证极好的重复性。

纵览整个展览会上展出的注塑成型机，注塑机总体技术主要向高端方向发展，所谓高端即节能、高速、高效、精密、环保、网络化、智能化、专用性、特定性，以满足日益发展的高科技塑料制品的需要。正如国际上一位著名开发商所说，中国正在走向高端注塑机市场。国外在这几方面已经达到了一定的水平，国内虽然存在差距，但全电动注塑机、发泡注塑机、多色注塑机也取得了一定的成果，在全电动注塑机方面，宁波长飞亚塑机推出了锁模力400kN-4100kN的VE系列全电动注塑机；在节能技术方面，有多家厂商推出伺服电机节能注塑机；多色机方面，广州博创推出了国内首台四色注塑成型机。总之，近年来，国内注塑机发展迅速，注塑机的结构形式和种类日益完善，从两板注塑机、微发泡注塑机到多色注塑机，正在不断缩短与国外的差距，但是一些特殊的注塑工艺还有待于进一步研究开发。把当今的先进技术运用到塑料机械上，提升注塑机的性能和扩大其应用范围。根据高端塑料制品的特点，开发专用性注塑机，如微型精密注塑机、光盘精密注塑机、超大型注塑机等。

注塑机是一个应用范围很广的极有前途的塑料机械。注塑机必须跟上塑料制品的发展，不断开拓创新，才能具有生命力。高能耗、低性能、低效率、低功能的注塑机必将被淘汰，高端注塑机的市场必将越来越广。创新，永远是注塑机的科学发展观。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/20/2009)


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