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从Chinaplas 2009看注射成型技术新进展 |
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| http://cn.newmaker.com
7/8/2009 2:46:00 PM
北京化工大学 杨卫民
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 第23届中国国际塑料橡胶工业展览会於2009年5月18-21日在广州中国进出口商品交易会琶洲展馆成功举行。在全球性低迷的经济大环境下，此次广州展会还是呈现出精彩纷呈的景象。在国外领先供应商展示最新产品技术的同时，中国注射机供应商纷纷推出自主创新的最新成果，从传统的液压机械式注塑机、中心直压式注塑机、全电动注塑机、双色机、大型两板机到微型注塑机等，应有尽有，技术水平不断提升，成为展会期间最亮丽的一道风景。
节能成为注塑机创新的主旋律
注塑机的节能技术是此次展览会上新技术交响曲的主旋律。主要表现在三个方面：一是节能的动力驱动系统；二是节能的料筒加热系统；三是节能的执行机构。
节能的动力驱动系统
本届橡塑展上各参展注塑机的动力系统主要有电液混合动力驱动系统与全电动驱动系统。其中，以海天等企业为代表的伺服电机驱动定量泵的伺服节能系统是最受关注的亮点。
（1）电液混合动力驱动系统
电液混合动力系统主要包括普通非同步电机+定量泵、普通非同步电机+双联泵、开环变量泵、闭环变量泵和伺服节能系统等几种动力源。展会上定量泵注塑机和开环变量泵注塑机已不见身影，仅有一家展出了双联泵驱动的注塑机。
闭环变量泵系统，配备高效低噪音高响应比例变量泵系统，根据机器动作的功率需求输出自动匹配，通过改变斜盘与传动轴的夹角，可以在瞬间改变流量，从0~100%实现全程变量，无高压节流溢流能量损失，具有灵敏的动态跟随性，与常规机型相比，节能率可达20%~40%，同时节水、节油到20%~40%，节能降耗效果明显。亿利达的直压式精密注塑机还可供选电子变量泵，与普通变量泵相比，除了省电节能的效果外，对各个动作均带有负反馈，调节周期动作的流量与压力，使制品尺寸精度和重复性更好。
伺服节能系统，装载高性能的伺服电机动力控制系统。伺服驱动器从注塑机控制器获得压力流量指令後，与反馈的实际压力和速度作对比，计算出何时的控制偏差作为伺服马达的转速指令，使伺服电机输出的功率随负载变化而变化，不存在多余能量的浪费。在整个注塑成型周期，电机只有在预塑阶段全流量工作，保压阶段电机降低转速，能耗极低，冷却阶段电机不工作，能耗为零，对於不同的制品，节电率可达20%~80%，节水效果明显，噪音低。真正实现了液压注塑机的一次全新革命。
伺服节能系统可分为伺服电机驱动定量泵（如海天）和伺服电机驱动变量泵（如海特克）两种。定量泵包括外啮合齿轮泵、螺旋泵、内啮合齿轮泵、柱塞泵和螺杆泵等几种，变量泵主要为变量柱塞泵。伺服电机驱动变量柱塞泵的伺服节能系统在小流量运行时具有更高的稳定性，额定压力可达28MPa（对於齿轮泵和螺杆泵，额定压力一般为16MPa），节能效果更加明显。
（2）全电动驱动系统
今年广州展会上一些国外参展商减少了参展预算，改变以往大气磅礴的豪华阵势，但见德国阿博格（ARBURG）风采依旧，在展馆中心区域盛装亮相，展出的全电动注塑机汇集了阿博格公司的多项创新技术。
国内展商，海天、震雄、台中精机、全立发等展出了全电动注塑机。全电动注塑机的全部运动机构都由电机直接（或采用机械传动而非液压传动）驱动。一般全电动注塑机的合模、注射、塑化这三个动作采用伺服电机驱动，其余动作由非同步电机驱动。全电动注塑机与液压驱动的同规格机型相比，不存在油路漏油和油污染等问题，适合加工高洁净塑料产品，同时也节省了液压油费用和油路维修保养之费用，节电率最高可达80%。通过电机驱动，全电动注塑机没有油泵脉冲的噪音，也没有溢流阀泄压和液压油中气泡的声响，噪音低，既节能又环保。目前，全电动注塑机推广应用中主要存在性价比和大型化方面的障碍。
节能的料筒加热系统
震雄和海特克都推出了机筒电磁加热的节能新技术。电磁加热是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁力线通过金属熔胶筒时，即会产生无数小涡流，使金属熔胶筒自行高速加热。测试表明，电磁加热系统比传统电阻丝加热圈加热系统节约电能60%~70%。在塑料机械专用的电磁感应加热元件方面，上海天剑公司的产品在节能效果、可靠性、安全性方面的各项指标通过鉴定达到国内领先水平。
节能的执行机构
（1）二板式合模机构
此次展会上，震雄和力劲展出了二板式注塑机。对於合模力10,000KN以上的大型机器，二板式注塑机相对於三板式注塑机省去了後模板和肘杆机构，能大幅节约钢材用量，减少运输成本和厂房占用空间。作为两板机的开创者，德国克劳斯玛菲也展出了其经典的小型两板注射机。多年来，小型两板注塑机在国内并没有广泛应用，其中一个重要原因是忽视了这种机型在模具的自适应性以及锁模重复精度方面的优势。
（2）高精度的线性导轨
注射和塑化系统采用高精度线性导轨，大大减小了模板移动的摩擦力，可大幅度提高注射座移动速度及控制精度，其瞬时速度比一般射移拉杆高十倍，适应超高速注射成型。巴斯顿注塑机在射台移动部分采用单导轨的结构，也是本届展览吸引眼球的亮点之一。
注射成型装备极限化发展趋势
微型化
为满足现代制造业微纳制造技术的发展需要，注射成型装备呈现出微型化发展的趋势。2007年德国K展已经明显看到了这样的景象。本届展会上有两家公司展出微型注塑机，包括德国BOY公司展出的BOY 12和香港力劲集团公司的微注塑机SP-5、SP-2。
德国BOY推出了全新55E和90E小型精密注塑机，为油电混合注塑机，采用伺服电驱动泵马达通过转速控制液压泵的运转速率，可减少近10%的成型周期。
力劲在国内率先制造出来的工业化微注塑机SP-5、SP-2是首次在雅式展览会上展出，其最大锁模力仅为5吨、2吨，螺杆直径14mm、12mm，注射柱塞直径8mm、4mm，注射量仅为2.0cm3、0.5cm3。与国际上同类微注塑机相比，其注射量更小，精度更高。该微注塑机在研发过程中克服了多项技术难题：采用螺杆塑化、柱塞免阀门设计注塑单元，消除了潜在的物料降解，还可减少物料浪费及降低注射时的压力；没有锁模柱的设计更容易接近模具，且方便更换；自适应垂直锁模装置消除了不对称负重，确保了锁模效能；向上注射的设计有效的避免了空气的进入。
精密化
注射成型已经成为现代制造业最重要的生产系统之一，它已从过去采用通用塑料加工日用品迅速发展为采用工程塑料加工各种机电产品复杂零部件的时代。因此，注射成型精密化是一种必然的趋势。
近年来，中国通过伺服系统的合理应用，不仅取得了大幅度节能的效果，在制品成型精度方面也有明显提高。但是，作为精密注射成型的一些精密传感器还没有引起足够的重视。例如，此次展会上只在一些国外精密注塑机上看到位移传感器采用高精度非接触式的磁悬浮传感器来替代电子尺，其位移测量精度可提高十倍。事实上，中国一些公司生产的磁尺已经完全可以满足现代精密注射成型设备对於高精度位移传感器的需求，例如广东康宇公司。
此外，高精度的压力传感器和温度传感器，采用全闭环回路控制系统，使整机运行过程中能自动调节，达到高度稳定的控制，温度偏差控制在±1℃，提高注塑加工的稳定性。
在全电动精密注塑机上，也有采用专利技术非线性射出系统，完全不需滚珠丝杠结构，彻底解决因丝杠磨损引起的噪音和射出精度等问题，并降低了维护成本。
高速化
注射成型高速化不仅仅是为了提高生产效率，还可成型薄壁、低翘曲、高精度的塑料制品。
一般而言，注塑机柱塞（螺杆）注射推进速度在300mm/s以上时可称为高速注射，注射推进速度在800mm/s以上时被视为超高速注射。高速机配备氮气蓄能器使注塑速度可达800∼2000mm/s。国产机在高速机领域一直徘徊在800mm/s的水平，与日本高速机的主流1500∼2000 mm/s的整体状况还存在明显差距，主要原因是控制技术方面的障碍。此次亿利达展出的超高射速注塑机注射速度达到了1000mm/s。
当然，在满足制品质量要求的前提下，尽量缩短注射成型周期，实现快速高效生产是制品企业追求的目标。伺服驱动节能系统的普遍应用在高效方面体现出了明显的优势。通过采用高响应性伺服驱动控制器，并配备高性能伺服阀，其速度与压力回应时间可达50ms，较变量泵系统机型可提升到70%。有些注塑机通过配置特快动作油缸，提升了开合模动作与注射动作，缩短了成型周期。还有采用模组式节能高响应油路设计的注塑机，移模速度达750mm/s，速度提升可达25%以上。多数机器开始采用多个同步动作控制，即注塑机配置同步顶出和同步塑化的控制功能，使完成开模动作、产品顶出动作以及熔胶动作的时间能够重叠在同一时间段内，从而提高生产效率，缩短成型周期。当然，实现多个同步动作控制需要机器液压系统配置和电气控制系统协调完成，且需要实现多个动力源和多组速度压力控制系统同步实施控制。
注塑机结构设计新进展
模组化系统
传统的导柱式注塑系统支撑结构，料筒前端下垂会导致螺杆磨损，固定座跨距大，导柱易下垂弯曲变形，注射和塑化时阻力变化，影响成型精度。此次展会上，多家注塑机厂家采用了新型低惯量双线性或单线性导轨，可实现高精度配合，料管不下垂，摩擦系数低，注塑过程阻力小而且均匀一致，从而使注射和预塑时的运动阻力低且稳定，有利於低粘度及高温材料的注塑成型，更加适合精密注射成型和高速注射成型。
锁模装置
德马格“龙”系列小型机锁模装置，是以保证锁模运动和高开模力的条件下，达到节省锁模力、缩短锁模时间的目的。该锁模装置具有简洁可靠的特点，装置主要包括两个锁模油缸，并在尾板内部设有一个充液油缸，既缩短了机器的长度，又为较大的模具提供了广阔的空间；采用可变容量泵，加快了移模的速度。
直线式的双色注塑机
常见的双色注射机两部塑化装置都位於定模板一侧呈平行状态，或其中一个塑化装置在模具的一侧，两塑化装置成垂直状态。克劳斯玛菲在Chinaplas 2009上展出了一款双色注射机，两塑化装置呈直线状，分别位於模具的定模侧和动模侧。相应地，模具也不是在定模板上沿水平轴旋转，而是在工作平面上绕竖直轴旋转。该机器的合模机构为二板式，开合模速度快，能耗低。该机器还具有优异的低压模具保护功能，即使像一张纸那样的障碍物，机器也能启动保护功能，有效地保护模具。
中国国际塑料橡胶工业展览会所展出的注塑机体现了“节能、精密、高效、环保”的总体发展趋势。各参展设备争奇斗艳，越来越多地展现出拥有自主知识产权的新技术，中国企业的创新能力明显增强。相信在各位同仁的共同努力下，注塑机产业将迈向一个新的发展阶段，使中国从注塑机的生产大国发展成为制造强国。
信息来源：雅式工业专网
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