塑料注射成型与绿色制造技术

作者：北京化工大学 杨卫民    来源：雅式工业专网

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 塑胶注射成型装备是现代制造业重要的生产母机，广泛应用於航空航太、汽车、IT、数码电子和家电等众多领域。根据制品种类进行初步估计，现代制造业有80%以上的塑胶制品都采用注射成型加工制造。在国家“节能减排”和“建设资源节约型和环境友好型社会”的号召下，全社会环境保护和资源节约意识不断增强，塑胶注射成型加工行业的绿色节能环保新技术也如雨後春笋，不断涌现出来。在CHINAPLAS 2010中国国际橡塑展上，各种绿色节能注射成型技术成为业界展示的热点技术。 以“绿色制造·共塑未来”为主题的“CHINAPLAS 2010国际橡塑展”於2010年4月19-22日在上海新国际博览中心隆重举行。来自30多个国家和地区的2,100多家知名展商参加了本次展览，据统计，观众总人数达到了81,435人次，再创历史新高。 绿色制造是综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境影响(副作用)极小，资源效率极高。众所周知，影响制造系统资源流的因素很多，决定了实施绿色制造涉及的问题和途径是多方面的。下面从绿色制造角度概要介绍本届展会注塑成型加工领域的一些新技术。 面向绿色制造的注塑机设计 绿色设计是在产品寿命的全过程设计中，充分考虑资源合理利用和对环境的影响，在充分考虑产品的性能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计要素，使产品及其制造过程和全生命周期中对环境的总体负影响减到最小。具体对於注射成型机来说，其绿色设计的技术特徵主要体现在以下几个方面： 节能的动力驱动系统 在去年“CHINAPLAS 2009”广州橡塑展上，伺服电机驱动液压泵的伺服节能系统还只是各品牌注塑机的突出亮点。而在今年的上海橡塑展期间，伺服电机驱动液压泵的伺服节能系统已遍布整个展馆，成为各液压注塑机厂商动力驱动的首选方式，节电20%-80%的广告语已不再使人感到震撼。无论是液压-肘杆式、全液压注塑机、还是电液复合动力注塑机都采用伺服驱动系统提供液压源。伺服系统的种类包括柱塞泵伺服电机组合、螺杆泵伺服电机组合与内啮合齿轮泵伺服电机组合等。 全液压注塑机以其优异的锁模性能引起人们的普遍关注，如德马格的Systec系列注塑机。Babyplast的微型注塑机也采用了全液压方式。 宁波海天集团推出了天泰系列电液复合动力注塑机。这款产品博采了传统液压机与全电动注塑机之所长，整机采用直压式锁模单元，配以单缸注射结构，采用伺服电机与滚珠丝杆结构实现“S”形开关模动作，并用线性导轨导向，速度快、平稳性好、精度高、能耗低。 全电动注塑机可谓是日本注塑机生产商的特长。东芝、东洋、日本制钢所、住友重工等都展出了全电动注塑机。全电动注塑机以精度高、能耗低、噪音小等诸多优点而颇受青睐。日本东洋推出的Si-IV系列全电动注塑机对模板受力方式等做了改进；日本制钢所解决了全电动注塑机难以做大的问题，其锁模力高达2500吨；住友重工还提出了新熔融理论，挑战剪切塑化，实现塑胶最大极限的再利用；住友还展出了SE-DUZ系列全电动直驱式成型机。此外，恩格尔、海天、震雄、博创、台湾威浩等都推出了全电动注塑机，特别地，广州数控设备有限公司可以说是进军高端注塑机领域的一匹黑马，展出了拥有中国自主知识产权的AE系列全电动注塑机。 微型注射成型机 微机电塑胶制品是当前备受瞩目的发展方向，在光通讯、3C、生化等产业的快速进步中已可看出其广阔的巿场前景。现代制造业中，产品体积持续小型化、轻量化、功能多样化，对微细化零组件的需求日益增大。用传统注射成型机生产微制品，浇道部分通常占总体注射量的90%，於是造成了大量的浪费。随着注射成型制品的小型化，其浇道部分成为一个重要的成本因素，并且还伴随着成型周期长，质量难於控制，废品率高等问题。 微型注射成型机是生产微制品的专用解决方案。Babyplast展出了宣称为世界上体积最小的全液压微型注塑机Babyplast 6/10P。其独特的金属球塑化系统和活塞式注射系统设计，确保了微型注塑的高精度，也避免了螺杆式塑化系统对纤维等填充材料的剪切破坏和熔体热降解；利用机器的模板充当码模夹，大大减少了模具尺寸和模具制造成本，并可实现快速换模。震雄也推出了全液压的微型注塑机。 德国BOY公司展出的BOY 22M型号的微小型注塑机，注塑机的螺杆直径为14mm，锁模力为220kN，最大理论注射量为6.1cm3 。该机器具有两种不同规格的注射单元，可以根据客户的需求配备不同型号的5种螺杆。 香港力劲机械国际有限公司推出的SP系列微型注塑机注射系统精度可达5μm，最小注射量为0.01g；该微注塑机采取无阀门结构设计排除了物料滞留於阀门的隐患，并可减少材料浪费；合模部分采用无锁模柱设计，模具的更换方便快捷。 大型二板式注塑机 震雄、米拉克龙、博创、恩格尔等都展出了大型注塑机，锁模力从5000KN到40000KN。由於大型注塑机钢材消耗量大，采用二板式的锁模装置，可大幅减少钢材用量，不仅降低了成本，而且减少了钢材从矿石到冶炼，再到零件加工成型等一系列过程中的环境污染，体现了绿色制造的理念。 震雄集团展出的SUPERMASTER超霸二板大型注塑机，突破了传统“二板半”的设计方案，实现了“真二板”设计，占用空间进一步减少，并可提供更大的开模行程和容模量，配合使用快速液压变量系统比传统液压系统节能省电40-50%，而且该机器具有高速自动调模功能，并进行了极速移模设计，移模速度可高达750mm/s，13秒内即可完成一次最大行程的开合模循环，大大缩短成型周期。 绿色的液压解决方案 油研、力士乐等为全液压注塑机提供全套的液压元件，为注塑机的绿色设计提供了保证。油研推出一系列伺服电机驱动泵和快速响应阀：直动型伺服阀的响应时间可为2ms，频率为450Hz；二级型伺服阀的响应时间也仅为8-10ms。力士乐还现场展示了注塑机伺服控制系统模型，除此之外，它还提供摩擦力极小的线性导轨和滚珠丝杆等。 面向绿色制造的注塑工艺 超高速注射成型 对於薄壁、深腔制品的成型，注射成型过程复杂，塑胶熔体实现较长的流动距离变得十分困难，而超高速注射成型为此提供了完美的解决方案，能消除薄壁、深腔制品的成型缺陷，降低废品率，减少原材料的浪费。通常注射速度达到800mm/s时可称为超高速注射成型。 日精和恩格尔等展出的全电动注射机注射速度可达1000m/s，射出加速度6.8G，注射速度响应时间仅为15ms。日本制钢所推出了注射速度可达1000m/s的LED专用注塑机，另据介绍，其UPS注塑机注射速度可达1500mm/s。在此次展会上，恩格尔 展示的一台e-motion 2440/380 T注塑机，其配备Schoettli X-Light 与用於生产直径26 毫米、重量仅1 克瓶盖的96腔模具组成完整的生产单元，此单元同时包括对成型瓶盖的光学检验装置。循环周期仅2.96 秒。该机型采用全电动注射单元，各个独立电动马达并行操作节省了机器的空循环时间，从而提高了效率，产品的产量也得到进一步的提升。 多色多组分技术 克劳斯玛菲展出了以CX系列二板式注塑机为基础的双色双组分注塑机。CX系列为克劳斯玛菲的全液压双模板式设备。 在去年展会上，克劳斯玛菲展出了在机器轴线上水平安排第二注射单元的双色双组分注塑机，而在今年展会上，它展出了肩背式安排第二注射单元的双色双组分注塑机，这充分体现了克劳斯玛菲的创新能力与制造水平。克劳斯玛菲双色双组分注塑机的配置还包括垂直安排第二注射单元和侧面安排第二注射单元的双色双组分注塑机。另外，他们还提出了X-Form和SkinForm等多种双组分注射成型工艺。 Babyplast还为多组分注射提供了另一种选择。它提供了一种独立的注塑单元，为多物料注射成型提供了一个灵活和低成本的解决方案。这种系统包括可以水平或者垂直放置的注塑单元和独立落地式的油路与电子控制单元。带脚轮的控制单元可以快速和任何注塑机相连接，并可以方便地从一台机器移动到另一台机器进行连接。另外，该系统还可以直接安装到自动生产线上。 博创等也推出了多组分注塑机。 热流道技术 热流道技术是应用於塑胶注射模浇注流道系统的一种先进技术，是塑胶注射成型工艺发展的一个热点方向。由於热流道成型从注塑机喷嘴送往浇口的塑胶始终保持熔融状态，在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔，这样可以最大限度地减少原料的浪费。在石油危机的今天，热流道技术成为绿色制造的典范。在此次展会上，热流道技术的典型代表有马斯特模具、赫斯基、D-M-E、INCOE、FASTHEAT、CACO、捷飞特（GEFIT）、信易等。 INCOE公司的热流道系统运用首创的专利设计，今年推出一系列用於多腔、注塑量较小的热流道系统，其中QUICK-FLO热流道系统专用於产量、质量重复性要求高的医疗一次性用品、医药和包装产品的生产。其喷嘴流道直径具有3种常用的规格，分别为3mm、5mm和8mm，注塑量介於3g-375g之间。浇口可选用热尖式和阀式浇口，尖梢采用高导热材料制造，热响应性非常高。依威肯（EWIKON）公司成功开发的HPS Ⅲ-MH喷嘴乃是目前最先进的直接侧浇口解决方案，具有装配简易、布局独特等优点，采用合理的尖梢角度类型更可以消除熔体压力造成的变形，而且更换插件十分方便。君特（GUENTHER）公司更是在喷嘴结构上进行了改进，在增加了热输出的同时也将热损失降到了最低，加工物料的范围也更广泛。 面向绿色制造的注塑机模块化与标准化 模块化与标准化设计是绿色制造的一种创新思维，其主要目的就是以尽量少的种类和数量的模块组成尽可能多种类、规格、性能、功能不同的产品。其优点一是让用户可以通过不同模块的搭配得到自己需要的产品，满足个性化的需求；二是方便用户在使用过程中对产品进行局部维护或升级达到延长产品寿命减少材料资源消耗的目的。在此次展会上，模块化与标准化的思想也尽显无遗。 阿博格ALLROUNDER S 系列注塑机以模块化的结构可同每个注塑任务精确的匹配。通过多个可选的液压和电动扩展级别、多种带有精确级别划分的锁模和注塑单元而实现个性化的、经济性的配置，不仅能适应可注塑材料的各种不同工艺，且装备高效可靠。 恩格尔展出的DUO系列二板式注塑机不仅体现了其生产大吨位机器的能力，也充分展示了其模块化的产品设计理念。所展出机型用一个较小的注射系统与一个大吨位的合模系统相匹配，而且配置了模内贴标功能，现场加工汽车B-柱内饰件。 紧密围绕“绿色制造，共塑未来”的主题，CHINAPLAS 2010 国际橡塑展各展商产品争奇斗艳，充分发挥自主创新能力，各展出设备从结构、性能、外观等方面都有很大改进与提高，特别是中国企业的创新能力也明显增强。相信在各位同仁的共同努力下，中国注塑机产业也将迈向一个新的发展阶段，加快中国从制造大国向制造强国的跨越发展。(end)

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