1、概述
1.1塑料注射成型機(jī)用途
塑料注射成型機(jī)是將熱塑性塑料（PE、PS、PP、PVC、PA、ABS等）在料筒內(nèi)經(jīng)外加熱和螺桿旋轉(zhuǎn)剪切熱作用塑化后，以一定的注射壓力注入具有冷卻裝置的模具內(nèi)，快速冷卻后獲得各類塑料制品的專用加工設(shè)備。它從加工日用塑料制品（臉盆、杯子、肥皂盒等）開始，逐步進(jìn)入加工工業(yè)用品（電視機(jī)殼、洗衣機(jī)筒體、周轉(zhuǎn)箱、電話機(jī)殼等），目前開始加工物運(yùn)托盤、環(huán)保垃圾箱、汽車保險(xiǎn)杠、汽車面板等大型塑料制品。隨著制品質(zhì)量的提高和制品的大型化，推動(dòng)了注射成型機(jī)向高檔次、大規(guī)格方向發(fā)展。
1.2塑料注射成型機(jī)構(gòu)成
塑料注射成型機(jī)主要由注射、合模、機(jī)身、液壓、電器、冷卻、潤滑等部件組成。
注射部件其主要作用是將塑料均勻地塑化，并以足夠的壓力和速度將一定量的熔體注射到模具的型腔之中。合模部件其作用實(shí)現(xiàn)模具的啟閉，在注射時(shí)保證成型模具可靠地合緊，以及脫出制品。液壓和電氣其作用保證注射成型機(jī)按工藝過程預(yù)定的要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間）和動(dòng)作程序準(zhǔn)確有效地工作。冷卻和潤滑是保證機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)和取得合格制品必不可少的部分。
2、國內(nèi)外塑料注射成型機(jī)的主要差距
上個(gè)世紀(jì)80年代初期通過引進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)與國外合作和交流，使國內(nèi)塑料注射成型機(jī)的總體水平有了較大提高，縮短了差距。但從近幾年的國際橡膠塑料機(jī)械展覽會(huì)展出的塑料注射成型機(jī)結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)看，兩者間的差距如今又拉大了。
2.1結(jié)構(gòu)上的差距
2.1.1模板的型式
目前國外內(nèi)翻正后角機(jī)械合模塑料注射成型機(jī)使用最為普遍。該類機(jī)型前模板（頭板）和動(dòng)模板（二板）受力較為惡劣，因而提高其強(qiáng)度，特別是剛度十分必要。在此前提下，出現(xiàn)了以球面內(nèi)空式模板和箱式結(jié)構(gòu)的動(dòng)模板，在其總重量不增加的情況下增加模板空間厚度，使其慣性矩獲得3次方的增加，撓度值明顯下降，剛性上升，塑料制品的質(zhì)量得到進(jìn)一步的保證；另外后模板與撐板鑄成一體，提高了裝配精度。國內(nèi)不少制造廠（公司）正按此方案作改進(jìn)，但必須配以相應(yīng)的加工設(shè)備。
2.1.2縮短管路長度減少壓力損失
為了減少管路壓力損失，國外機(jī)普遍將閥板直接安裝在相應(yīng)的傳動(dòng)部件上。如合模閥板安裝在合模油缸上；注射閥板安裝在注射座上，縮短了管路，減少了液壓損失。從國內(nèi)大型機(jī)檢測情況看，液壓損失還是比較大的，如某規(guī)格大型機(jī)，按系統(tǒng)泵的理論流量計(jì)算其轉(zhuǎn)速為70r/min，通過檢測空轉(zhuǎn)時(shí)預(yù)塑轉(zhuǎn)速為 49r/min，加料后預(yù)塑轉(zhuǎn)速為39r/min，從中可以看出系統(tǒng)液壓損失還是比較大的。
2.1.3 合理地加長導(dǎo)向部分長度
合理地加長導(dǎo)向部分的長度，可以改善受力情況，提高整機(jī)精度，保證制品的質(zhì)量。國外機(jī)動(dòng)模板的導(dǎo)向部分（含導(dǎo)套、導(dǎo)板）普遍比較長。長的導(dǎo)套使模板受力產(chǎn)生的撓度明顯下降，其制品在厚度方向上的精度獲得提高。
2.2配套件上的差距
2.2.1國外機(jī)普遍配有機(jī)械手
適應(yīng)自動(dòng)化、省力化、一模多腔和保證制品質(zhì)量的需要，國外機(jī)在10年前已開始配置機(jī)械手，到目前已極為普遍。但國內(nèi)由于精密制品比較少，復(fù)合制品基本沒有（如模內(nèi)貼標(biāo)），因而配置機(jī)械手的很少，反映了國內(nèi)整體要求相比較低，對(duì)制品的質(zhì)量要求還未提高到相應(yīng)水平。
2.2.2國外機(jī)普遍使用變量泵
為了節(jié)能國內(nèi)塑料注射成型機(jī)經(jīng)歷了從單泵向雙泵再向比例控制這一節(jié)能較果不斷提升的過程。前段時(shí)間不少單位研究變頻控制以減少損失，但效果并不理想。而國外普遍采用變量泵，其節(jié)能較果好，產(chǎn)品又成熟。目前國內(nèi)采用變量泵逐漸增多，這是發(fā)展的必然趨勢(shì)。
2.2.3高質(zhì)量的電腦控制
注射成型機(jī)的控制從五十年代的接觸器到今天的電腦控制，其發(fā)展速度應(yīng) 該說是比較快的，盡管如此，國內(nèi)自己開發(fā)研制的塑料注射成型機(jī)專用電腦，在可靠性、穩(wěn)定性、響應(yīng)靈敏度和抗干擾能力方面與國外著名公司還有一定差距。目前國內(nèi)常用電腦有弘訊、盟立、珊星等。
2.3主要性能指標(biāo)的差距
2.3.1國外機(jī)注射速度在不斷提高
國內(nèi)塑料注射成型機(jī)的注射速度通常80mm/sec，大型機(jī)在65~70mm/sec。而國外機(jī)注射速度普遍大于100mm/sec，最高可達(dá)450mm/sec。
2.3.2國外機(jī)塑化能力在不斷提高
國內(nèi)機(jī)塑化能力與國外機(jī)相比普遍顯得低，如鎖模力為1000KN的注射成型機(jī)，其塑化能力通常不超過16g/sec，而國外機(jī)相同合模力其塑化能力在28g/sec以上，且隨預(yù)塑馬達(dá)轉(zhuǎn)速提升和螺桿長徑比和螺槽深度的改變，其塑化能力還在不斷提升。
2.3.3啟閉模速度明顯提高
國內(nèi)機(jī)過去的啟閉模度普遍在24m/min，而國外機(jī)普遍已達(dá)到50m/min，最高可達(dá)100m/min。
2.3.4其它性能指標(biāo)也有不少提高
除了上述的指標(biāo)有明顯提高外，國外機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速高（比國內(nèi)機(jī)普遍高25%），開模行程大、拉桿間距長（比國內(nèi)機(jī)高15%左右），模板移動(dòng)速度快（從過去20~30m/min提高到50~60m/min）。
3、塑料注射成型機(jī)的發(fā)展
3.1二板機(jī)的開發(fā)
上個(gè)世紀(jì)60年代，國外某些公司著手于二板機(jī)的研究，到80年代國外已有多家公司的二板機(jī)在生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用。到90年代，國際性的展覽會(huì)上，大型二板機(jī)全面亮相。國內(nèi)大型塑料制品專業(yè)生產(chǎn)廠先后從奧地利、意大利、日本、德國引進(jìn)了大規(guī)格的二板機(jī)。
國內(nèi)第一臺(tái)二板機(jī)在1994年的北京國際橡塑機(jī)展覽會(huì)上展出，但存在穩(wěn)定性不佳等問題，未能獲得推廣，經(jīng)過多年努力，國內(nèi)已多家公司推出二板機(jī)，使用情況還可以。
3.2二板機(jī)的特點(diǎn)
1）占地面積小，重量輕
匯總了國內(nèi)外多家公司的二板機(jī)，其主機(jī)的長度約減少20%（與相同規(guī)格三板機(jī)相比），重量減輕10~20%。
2）開模行程長
由于開模行程長，特別適合型腔大、型腔深的塑料制品。從國產(chǎn)二板機(jī)與肘桿式三板機(jī)相比（相同規(guī)格），其開模行程增加20%左右，若以國外二板機(jī)與國產(chǎn)同規(guī)格三板機(jī)相比，其開模行程增幅普遍在30%以上，有的甚至達(dá)到50%。
3）調(diào)模速度快，循環(huán)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，節(jié)能較果明顯。如國內(nèi)某公司的二板機(jī)（與同規(guī)格三板機(jī)相比）速度快20%，節(jié)能達(dá)15%。
4）用拉桿油缸進(jìn)行增壓鎖模的二板機(jī)，由于油缸受力均勻，力線短（可縮短40%），拉桿不易折斷，壽命長。但密封防漏很關(guān)鍵。
5）由于起壓行程短，不易磨損，所以鎖模油缸油封壽命長。
除此之外不同公司在個(gè)性方面還有一些特色：如國內(nèi)某公司的合模部件是開放式的，對(duì)模具的吊裝十分方便；相反有些公司為封閉式的，雖然模具更控顯得麻煩，但穩(wěn)定性比較好；又如某公司合模系統(tǒng)采用全液復(fù)合油缸結(jié)構(gòu)，其合模精度好，但缸的制造比較麻煩些；在液壓系統(tǒng)方面為了節(jié)能，有的公司采用多泵智能組合，也有采用蓄能器，能獲得高的注射速率，同時(shí)節(jié)省了能耗；在螺桿品質(zhì)方面，國外公司除提高硬化層深度（~15mm）外，不少公司還采用雙金屬螺桿。
相比之下，我們的差距還是比較大的。對(duì)有條件的大型塑料注射成型機(jī)制造廠（公司），應(yīng)投入一定的力量從事研究、開發(fā)工作，盡快地向市場投放高質(zhì)量、高性能、高可靠性的二板機(jī)，以滿足型大、型深制品加工和求得客戶和市場的認(rèn)可。
2005 年寧波海天集團(tuán)股份有限公司成功地開發(fā)了HTK2000L合模力為20000KN的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、符合中國國情的二板式注射成型機(jī)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均比較理想，并獲得了用戶認(rèn)可。在研發(fā)過程中解決了抱合螺母抱合的準(zhǔn)確和可靠性；二板運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向可靠性；油缸結(jié)構(gòu)及密封的可靠性；大型鑄件油缸的可行性、可靠性等一系列關(guān)鍵性技術(shù)。其市場前景相當(dāng)樂觀。
3.2全電動(dòng)精密機(jī)的開發(fā)
全電動(dòng)精密機(jī)的開始于上個(gè)世紀(jì)的80年代末期，由于它具有如下一些特點(diǎn)：
1）符合節(jié)能、環(huán)保，最佳狀態(tài)節(jié)能可達(dá)60%；
2）高性能鎖模結(jié)構(gòu)保證制品精密、穩(wěn)定、可靠；
3）通過工藝的有效疊加，實(shí)現(xiàn)無時(shí)間隔的高循環(huán)成型，如制品模內(nèi)貼標(biāo)；
4）性能指標(biāo)遠(yuǎn)比普遍注射成型機(jī)高，以螺桿為Ф70的注射成型機(jī)為例：
普遍型 全電動(dòng)
注射速度 80mm/sec 160mm/sec
注射速率 61cm3/sec 350cm3/sec
塑化能力 60g/sec 73g/sec
因而發(fā)展比較快，特別是日本，小型機(jī)多半是全電動(dòng)的。由于伺服馬達(dá)成本比較高，傳動(dòng)絲桿加工有一定難度，在國內(nèi)該類產(chǎn)品的開發(fā)還剛剛起步，獲得市場認(rèn)可還需一個(gè)過程。
3.3經(jīng)濟(jì)型機(jī)種的開發(fā)
前面介紹了全電動(dòng)注射成型機(jī)具有節(jié)能、環(huán)保、精密等特點(diǎn)，但價(jià)格偏高。而從實(shí)際出發(fā)，提高塑化能力和注射速率，有利于制品產(chǎn)量的提高和質(zhì)量的保證。為了達(dá)到這一目標(biāo)，可以用伺服馬達(dá)預(yù)塑，從而提高其塑化能力；用蓄能器增速注射，從而提高其注射速率，這種整機(jī)成本略有上升，但性能指標(biāo)明顯提高，工藝范圍擴(kuò)大，制品成本下降，是適合國情的高性能經(jīng)濟(jì)型機(jī)種，開發(fā)容易，前景樂觀。
4、重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)問題
從六十年代開始，塑料注射成型機(jī)關(guān)注的重點(diǎn)在較長一段時(shí)間里是液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。近幾年重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到主機(jī)上來了。通過幾年努力，合模機(jī)構(gòu)基本上已規(guī)范化（北化楊兆福老師的專利）。隨著整個(gè)塑料工業(yè)（包括泵料、制品、設(shè)備）的發(fā)展，又有一些共性的問題有待解決。
4.1模板結(jié)構(gòu)合理化
早期的模板設(shè)計(jì)，大多用類比的辦法，由于當(dāng)初制品相對(duì)比較簡單（以日用塑料制品為主），在制品尺寸、重量達(dá)到要求的情況下，所需合模力相對(duì)偏小，因而模板斷裂的情況基本沒有。但隨著制品質(zhì)量的提高，薄壁復(fù)雜制品的增多，且多年又處于滿負(fù)荷狀態(tài)，因而時(shí)有模板（指前模板和動(dòng)模板）斷裂的情況。為此對(duì)模板作了加強(qiáng)，同時(shí)按推薦的公式進(jìn)行估算，但不夠理想。當(dāng)前利用有限元方法來計(jì)算是比較合理，且最終確定的尺寸、結(jié)構(gòu)型式和模板的重量均比較理想。但方法比較復(fù)雜，對(duì)不同模板按不同邊界條件，感到麻煩，為此能否找出其共性的地方，采用一種相對(duì)比較簡捷、通用、比較規(guī)范化的辦法以求得其合理的形狀和相關(guān)尺寸，眼下北京化工大學(xué)正著手這方面的研究工作，這也是當(dāng)前急需解決的共性技術(shù)問題。
4.2螺桿的結(jié)構(gòu)型式
過去我們使用通用型的螺桿（其分段長度按：加料段占總長的45~50%，壓縮段占總長的35~20%，均化段占總長的20~30%）比較多。但隨著塑料品種的增加和改性料的不斷出現(xiàn)，用傳統(tǒng)的螺桿加工往往會(huì)出現(xiàn)塑化沒有到位，充填不滿，制品性能達(dá)不到要求。因而視塑料的性能不同，出現(xiàn)了不同型式的螺桿。如在通用螺桿上加屏障，加混煉頭，也有在漸變型螺桿（其加料段占全長25~30%，壓縮段占全長的50%，均化段占全長的25~30%）、突變型螺桿（其加料段占全長65~70%，壓縮段占全長15~5%，均化段占全長20~25%）中加屏障和混煉頭。如PA、PET料用的螺桿通常用突變型螺桿再加一個(gè)混煉頭。又如PVC普通塑料制品常用漸變型螺桿（帶回泄型螺桿頭）就可以了，若對(duì)制品要求高，如接頭之類則另加屏障段和混煉頭，保證塑化質(zhì)量。為此根據(jù)不同性能塑料提供一套較為完整的、相互匹配的螺桿系列，無論對(duì)設(shè)備制造廠和用戶廠均十分重要。目前浙江大學(xué)、北京化工大學(xué)等相關(guān)部門正著手做這方面的工作，由于它涉及到螺桿結(jié)構(gòu)、塑料原料、工藝參數(shù)，因而工作量很大。解決這一問題比較現(xiàn)實(shí)的辦法是調(diào)查統(tǒng)計(jì)與研究試驗(yàn)相結(jié)合。建議對(duì)口專業(yè)的高等院校與相關(guān)廠（公司）結(jié)合起來，把它列入一定級(jí)別的攻關(guān)項(xiàng)目，一旦研究獲得成功，并達(dá)到工業(yè)化，它必將對(duì)塑料注射成型機(jī)、塑料制品行業(yè)的發(fā)展是個(gè)巨大的推動(dòng)。
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