注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)初探

鐘秋明

摘要：本文主要就注塑機(jī)的概述以及注塑機(jī)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了具體的分析研究。

關(guān)鍵詞：注塑機(jī);節(jié)能技術(shù)

1.注塑機(jī)的概述

1.1注塑機(jī)的介紹

目前國(guó)內(nèi)的注塑機(jī)種類很多，其中應(yīng)用最為廣泛的是通用型注塑機(jī)，通用型注塑機(jī)又有柱塞式與螺桿式兩種，本文主要對(duì)螺桿式注塑機(jī)進(jìn)行了研究（如圖1所示）。通用型螺桿式注塑機(jī)主要由三部分組成，注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)。

<！--[if gte vml 1]> <！[endif]--><！--[if ！vml]--><！--[endif]-->

圖1 螺桿式注塑機(jī)簡(jiǎn)圖

1.2注塑機(jī)工作原理及其特點(diǎn)

注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，將塑料從料斗加進(jìn)機(jī)筒內(nèi)，機(jī)筒外部由加熱裝置進(jìn)行加熱以熔融物料。在機(jī)筒內(nèi)安裝有螺桿，它由液壓油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，物料在螺桿的驅(qū)動(dòng)下沿著螺桿的螺槽向前部輸送并被壓實(shí)。機(jī)筒內(nèi)物料在外部加熱和螺桿剪切雙重作用下塑化熔融，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料在螺槽剪切力和摩擦力的作用下把已經(jīng)熔融的物料推到螺桿的頭部位置，同時(shí)，螺桿在物料的反作用力下向后退，此時(shí)螺桿的頭部行成了儲(chǔ)料空間，完成了塑化過(guò)程【1】。最后螺桿在注射油缸的活塞桿推力作用下，以高壓、高速把儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融塑料通過(guò)噴嘴注射進(jìn)模具的型腔中。型腔內(nèi)的熔料經(jīng)過(guò)保壓、固化定型、冷卻后，模具在合模裝置的作用下開(kāi)啟，并由頂出機(jī)構(gòu)把定型好的成型制件從模具頂出、落下。

從注塑機(jī)的工作原理來(lái)看，注塑成型具有以下特點(diǎn)：機(jī)械生產(chǎn)效率高、易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn);對(duì)各種塑料的加工適應(yīng)性強(qiáng);能一次成型出尺寸精確、外形復(fù)雜或者帶有嵌件的塑料制品。

1.3 注塑機(jī)螺桿的分類

根據(jù)不同性能聚合物的加工要求，注塑螺桿分為很多種結(jié)構(gòu)形式。我們使用的注塑機(jī)螺桿一般有通用型螺桿、漸變型螺桿與突變型螺桿三類。

一是通用型螺桿：注塑機(jī)在使用的過(guò)程中，根據(jù)制件要求，經(jīng)常需要更換塑料種類，所以拆換螺桿的次數(shù)也就比較多。停機(jī)調(diào)換螺桿不僅僅造成勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)也會(huì)影響注塑機(jī)的生產(chǎn)效率。所以，注塑機(jī)雖備有很多種螺桿，可是在一般情況下并不常常換來(lái)?yè)Q去，由此一來(lái)我們就使用適應(yīng)性比較強(qiáng)的通用型螺桿，通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整工藝條件如螺桿轉(zhuǎn)速、溫度、背壓等的方法，來(lái)滿足不同的物料與制品的加工要求，避免了頻繁更換螺桿并降低了注塑機(jī)的生產(chǎn)成本。

二是漸變型螺桿：又稱長(zhǎng)壓縮段的螺桿，其特征是塑化物料時(shí)能量轉(zhuǎn)換比較緩和，其主要用于加工聚氯乙烯類等。

三是突變型螺桿：又稱短壓縮段的螺桿，其特征是塑化物料時(shí)能量轉(zhuǎn)換比較劇烈，主要用于加工聚烯烴類、聚酞胺等的結(jié)晶型塑料。實(shí)踐證明，突變型螺桿的使用效果并不理想，使用的注塑機(jī)廠家也不多。

1.4料筒的作用

料筒的作用是為塑料加熱加壓，所以要求料筒能夠耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐疲勞、傳熱性好。螺桿式注塑機(jī)相對(duì)于柱塞式注塑機(jī)的料筒來(lái)說(shuō)，因有螺桿在料筒內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行攪拌作用，料層厚度較薄，傳熱率比較高。

2.注塑機(jī)的節(jié)能技術(shù)分析

注塑機(jī)的能量消耗一般由液壓系統(tǒng)油泵的能量消耗、加熱裝置能量消耗以及冷卻裝置能量消耗三部分組成。而液壓系統(tǒng)油泵的能量消耗占注塑機(jī)所有能量消耗的80%以上，降低液壓油泵的能量消耗是注塑機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵，所以研究注塑機(jī)新型節(jié)能液壓系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2.1變頻調(diào)節(jié)技術(shù)

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)就是通過(guò)調(diào)節(jié)液壓油泵轉(zhuǎn)速，以使動(dòng)力機(jī)構(gòu)性能相似于比例泵節(jié)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸出流量和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所耗流量相匹配，最大限度降低流量損耗。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是利用注塑機(jī)的電氣控制系統(tǒng)與同步信號(hào)，并根據(jù)注塑成型工藝要求將電液比例控制系統(tǒng)模擬為負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，以使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和注塑機(jī)工作時(shí)所需要的液壓流量與壓力的乘積成正比例關(guān)系，將傳統(tǒng)定量泵改造為變頻控制變量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而使溢流閥回油量降至最小，沒(méi)有高壓節(jié)流能量損耗。

2.2比例變量泵系統(tǒng)

注塑機(jī)要實(shí)現(xiàn)節(jié)能最有效的措施就是做到動(dòng)力機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩者流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。變量泵十電液比例閥相結(jié)合的負(fù)載敏感泵液壓系統(tǒng)，其控制機(jī)構(gòu)由比例變量泵、高速比例閥（含位置閉環(huán)）、壓力傳感器以及位移傳感器等幾部分組成，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高，能夠很好實(shí)現(xiàn)動(dòng)力機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩者流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。變量泵的使用使注塑機(jī)液壓系統(tǒng)由閥控變?yōu)楸每?，將傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)速變?yōu)槿莘e式調(diào)速。

負(fù)載敏感變量泵液壓系統(tǒng)可使液壓動(dòng)力輸出隨負(fù)載的變化而變化，和定量泵++PQ閥相結(jié)合的液壓系統(tǒng)相比，其節(jié)能效率可達(dá)20%}-40%。主要不足點(diǎn)為泵控系統(tǒng)的響應(yīng)速度比泵+能量調(diào)節(jié)單元結(jié)合的液壓系統(tǒng)慢，且比例變量泵對(duì)油液清潔度要求高、工作噪音大。

2.3定量泵+比例壓力流量控制閥系統(tǒng)

注塑機(jī)控制系統(tǒng)采用定量泵供油，經(jīng)過(guò)比例壓力流量控制閥（即PQ閥），以溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油通過(guò)旁路回流進(jìn)油箱。由比例溢流閥與主溢流閥保持比例節(jié)流閥前后壓差的恒定，節(jié)流閥開(kāi)口大小由輸入到節(jié)流閥的比例電磁鐵信號(hào)控制，由流量公式<！--[if gte vml 1]> <！[endif]--><！--[if ！vml]--><！--[endif]-->

可知，輸出流量的大小只與比例節(jié)流閥的輸入信號(hào)有關(guān)系。在注塑機(jī)工作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，供油量恒定，PQ閥由控制系統(tǒng)輸入模擬控制信號(hào)并通過(guò)對(duì)PQ閥的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑機(jī)系統(tǒng)的壓力、流量連續(xù)成比例控制。定量泵十PQ閥節(jié)能液壓系統(tǒng)滿足了注塑機(jī)對(duì)開(kāi)合模、預(yù)塑、注射、保壓等動(dòng)作對(duì)壓力和流量的控制要求，同時(shí)還保證了注塑成形工藝的重復(fù)性及穩(wěn)定性閱。因定量泵十PQ閥液壓系統(tǒng)采用小壓差來(lái)追蹤負(fù)載壓力以控制泵壓，所以比傳統(tǒng)的定量泵+溢流閥+節(jié)流閥的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)能性方面有所改進(jìn)，并且控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度不受液壓油溫影響，但在實(shí)際工作過(guò)程中還是存在著較多的節(jié)流溢流損失，尤其對(duì)保壓壓力要求較高、保壓時(shí)間要求較長(zhǎng)的制件成型，該系統(tǒng)的功率損耗相當(dāng)大。

3.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠使得注塑機(jī)的節(jié)能效果有了更大的提升，不僅節(jié)約了能源，還在很大程度上促進(jìn)了注塑機(jī)的創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)于其未來(lái)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張友根. 注塑機(jī)節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用分析研究[J]. 液壓氣動(dòng)與密封，2008，03：1-5.

[2]張友根. 注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀和展望（二）[J]. 包裝工程，2008，04：172-174.