注塑機的節(jié)能技術(shù)是注塑機科技進步發(fā)展過程中開發(fā)的一項新技術(shù)，隨注塑機的不斷發(fā)展而進步，同時又推動了注塑機的科技進步。高端注塑機必定具有高端的節(jié)能技術(shù)，高端的節(jié)能技術(shù)是高端的注射成形不可缺少的技術(shù)。對節(jié)能技術(shù)的分析研究，有助于注塑機的科技進步及高端注塑機的開發(fā)。近年來，隨著注塑機的發(fā)展，節(jié)能技術(shù)有了很大的進展，主要在中、小型注塑機上進行節(jié)能技術(shù)開發(fā)，在動力驅(qū)動系統(tǒng)上作開發(fā)，缺少對節(jié)能注射成形原理及節(jié)能執(zhí)行機構(gòu)的創(chuàng)新開發(fā)。從根本上實現(xiàn)注塑機的節(jié)能注射成形，只有創(chuàng)新的節(jié)能的注射成形技術(shù)、節(jié)能的動力系統(tǒng)和節(jié)能執(zhí)行機構(gòu)，三者合為一體，才能達(dá)到完滿的節(jié)能性能。高性能的節(jié)能注射成形注射高端的塑料制品。高能耗的設(shè)備使制品高成本，難以實現(xiàn)高附加值塑料制品的注射成形，難以提高性價比。高能耗的設(shè)備只能在低端水平上徘徊，沒有生存的活力。本文對注塑機的節(jié)能技術(shù)作了較為詳細(xì)的分析研究，提出了注塑機節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用中的幾個值得注意的問題及發(fā)展方向，供有關(guān)人士作參考。

　　1 注塑機節(jié)能特性分析

　　注塑機能耗的本質(zhì)，就是動力系統(tǒng)輸出的能量，加工一個同樣的制品，輸出的能量少即節(jié)能。注塑機的成形能耗性能主要反映在制品成形所需的注射能耗、塑化能耗及鎖模能耗上，一臺注塑機能夠在低注射塑化及低鎖模能耗成形出制品，顯然這臺注塑機節(jié)能。注塑機的能耗性能具體主要反映在動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及能量轉(zhuǎn)換效率上，以及驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式上。注塑機的節(jié)能技術(shù)，實際上主要包涵三個方面：一是節(jié)能注射成形技術(shù)，二是節(jié)能的執(zhí)行機構(gòu)，三是節(jié)能的動力驅(qū)動系統(tǒng)。機構(gòu)、電氣控制及動力驅(qū)動系統(tǒng)是為注射成形技術(shù)服務(wù)的，節(jié)能技術(shù)圍繞著注射成形展開，隨著注射成形技術(shù)的發(fā)展而進步，同時又促進注射成形的科技進步。

　　2 創(chuàng)新節(jié)能注射成形技術(shù)帶動節(jié)能注塑機的創(chuàng)新開發(fā)

　　創(chuàng)新節(jié)能注射成形技術(shù)，開發(fā)節(jié)能注塑機，在專用注塑機的開發(fā)上首先得到應(yīng)用，取得了良好的節(jié)能效果。

　　2.1 低壓高速注射成形節(jié)能技術(shù)帶動超大型專用節(jié)能注塑機的創(chuàng)新

　　創(chuàng)新大型塑料制品的節(jié)能成形原理，開發(fā)節(jié)能超大型專用注塑機。超大型注塑機主要用于特定大型塑料制品的注射成形，降低能耗是降低制品成本的主要措施。降低能耗的最有效的措施是降低整機的裝載功率，而不像中、小型注塑機那樣，從提高驅(qū)動系統(tǒng)的效率方面進行。降低整機的裝載功率，必須降低執(zhí)行機構(gòu)的所需功率。要降低執(zhí)行機構(gòu)的所需功率，必須創(chuàng)新加工制品的注射成形工藝。超大型注塑機節(jié)能最明顯的特征是，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓高速注射 / 低鎖模力成形出制品。具備低壓高速注射 / 低鎖模力成形的超大型注塑機，整機的重量、裝載功率、制造成本、性價比等具有明顯的競爭能力。以成形托盤為例，常規(guī)的托盤注射成形是在大型的通用注塑機上加工，大型托盤在 2500 噸以上大型注塑機上加工，對托盤生產(chǎn)廠家來說，不但投資的成本大，而且因加工的能耗大導(dǎo)致制品的成本高，缺乏市場競爭能力，有的單位購了 50000g 的加工托盤的通用注塑機，因動力及能耗太大而束之高閣。針對托盤制品的性能要求及結(jié)構(gòu)特征，一些單位從創(chuàng)新托盤的注射成形工藝角度出發(fā)，降低托盤的注射成形能耗，并根據(jù)注射成形的工藝要求，開發(fā)創(chuàng)新的節(jié)能系統(tǒng)和機構(gòu)的超大型托盤注塑機。

　　寧波海航塑料機械制造有限公司根據(jù)低壓高速的節(jié)能注塑成型原理， 研發(fā)的 40000g 節(jié)能超大型注塑機， 液壓動力系統(tǒng)裝載功率 僅為 37kW ， 是同規(guī)格普通臥式注塑機的 1/7 ～ 1/6 ， 整機裝載功率僅為 196kW ，能加工廢舊塑料的 1500mmX1200mm 的托盤。運用熱流道注射原理，研發(fā)出模外多點熱流道注射，多達(dá) 34 點，從而達(dá)到低壓注射，大大降低了注射壓力和鎖模力，降低了制品的內(nèi)應(yīng)力。塑化機構(gòu)，運用擠出連續(xù)塑化和中空機存儲缸的原理和特點，有機的與注射塑化結(jié)合起來，減小了塑化螺桿的直徑， 40000g 塑化螺桿的直徑僅為 110mm ，相當(dāng)于普通注塑機 4000g 的塑化螺桿，大幅度降低了塑化的驅(qū)動力，塑化電動機僅為 45kW 。 加工一個 1200mmX100mm 托盤，注射壓力 80MPa ，成型周期僅 4.5分鐘，能耗為普通臥式注塑機的50%，從根本上解決了超大型機的注射成型節(jié)能問題。

　　德國 REMANPLAN 公司應(yīng)用注射 - 壓縮的節(jié)能注射成形原理，降低成形制品所需的合模力， 開發(fā)托盤注射成形設(shè)備， 達(dá)到節(jié)能的效果。生產(chǎn)加工回料的塑料托盤超大型的注塑機及回料的塑料托盤，合模力為 1000 噸，利用畜能器實現(xiàn)高速注射，特殊的擠出 - 塑化裝置能在塑化過程中混合填充玻璃纖維，提高回料塑料托盤的強度與剛度。達(dá)到了提高加工性能，又降低了能耗。

　　2.2 微發(fā)泡節(jié)能注射成形技術(shù)

　　微發(fā)泡注塑技術(shù)，對于相同類型的制品，可以大大降低成形所需的合模力，較低的合模力可成形較大的制品，低的合模力使模具成本更低，低的合模力降低了成形能耗。同時注塑制品的下腳料比例降低。與常規(guī)的模塑制品相比，微發(fā)泡模塑制品的平均成本可降低 16% ～ 20% 。微發(fā)泡注塑循環(huán)周期可減少 50% ，從而降低了加工成本。微孔發(fā)泡技術(shù)的實質(zhì)是利用惰性氣體（ CO 2 、 N 2 ），在高壓和玻璃化溫度以下將惰性氣體充入飽和聚合物，然后再利用升高溫度、減小壓力等措施，產(chǎn)生均勻分布的泡孔以形成泡核。隨著泡核增長，成型出密度減少 20% ～ 40% 的微孔制品，沖擊強度高出 6 ～ 7 倍以上，比剛性 3 ～ 5 倍，疲勞壽命 5 倍以上；并具有高的熱穩(wěn)定性，低的介電常數(shù)和導(dǎo)熱率。微發(fā)泡制品由于微孔的存在，在減小密度的情況下，不僅不會降低材料強度，反而會使原有裂紋尖峰鈍化，阻止應(yīng)力沿裂紋繼續(xù)擴張，吸收沖擊能量可增加 5 ～ 7 倍，從而提高了沖擊強度、韌性、耐疲勞壽命、隔熱、隔音、吸震等能力，是節(jié)能、環(huán)保優(yōu)選材料。在汽車、飛機、運輸?shù)阮I(lǐng)域有特殊的用途，例如，用于注塑成型生產(chǎn)的進氣歧管、保險盒、發(fā)動機罩、電器模塊、薄壁制件、內(nèi)部裝飾。 2000 年， Trexel 公司在芝加哥的國際塑料博覽會上首次推出其微發(fā)泡注塑成型機的商業(yè)產(chǎn)品。微發(fā)泡注塑成型制品的主要特點是在基本保持制品原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上減輕重量。同時，由于制品內(nèi)部幾乎沒有任何殘余應(yīng)力，因此制品的翹曲和變形可以得到很好的抑制。而且，由于能有效地防止收縮痕，因此對制品壁厚均勻度的要求大大降低，從而為制品設(shè)計提供了更大的空間。從理論上說，幾乎目前所有的非結(jié)構(gòu)性塑料制品和一部分結(jié)構(gòu)性塑料制品都可以采用微發(fā)泡注塑成型工藝制備。是一項很有發(fā)展前途的高端的節(jié)能注射成形技術(shù)。

　　2.3 群腔熱流道節(jié)能注射成形

　　熱流道對低壓節(jié)能注射成形非常重要，達(dá)到大幅度降低注射成形能耗。注射成形大型制品，應(yīng)用群腔熱流道，降低了成形的流長比，降低了注射壓力，使注射成形制品所需的合模力及注射壓力大幅度降低，降低了制品成形的能耗。低壓注射成形，必定應(yīng)用熱流道技術(shù)。應(yīng)用熱流道技術(shù)，使較小合模力的注塑機可成形投影面積更大的制品。荷蘭的 AVK 塑料公司是一家生產(chǎn)塑料托盤的公司，應(yīng)用 9 點群腔熱流道技術(shù)實現(xiàn)低壓注射力及低合模力的注射成形，應(yīng)用螺桿塑化擠出與柱塞注射的復(fù)合機構(gòu)達(dá)到 32000g 的塑化注射量，加工一個 1000mmX1200mm 規(guī)格的托盤，所需鎖模力僅為 800 噸，熔體注入 22 ℃模具內(nèi)的注射壓力最大為 40MPa ，注射總時間約為 18 秒，大幅度降低了制品成本?，F(xiàn)在 AVK 公司每年為 Q-Pall 公司生產(chǎn) 7-8 萬只托盤。如采用普通的成形工藝，加工一個 1000mmX1200mm 規(guī)格的托盤，所需鎖模力不小于 2500 噸，注射壓力不小于 150MPa 。前者的能耗為 32000 噸· MPa ，后者的能耗為 375000 噸· MPa ，這充分表明了熱流道技術(shù)實現(xiàn)低壓注射具有顯著的節(jié)能效果。同時，對注塑機也提出了不同于普通注塑機的要求，特別是成形這樣一個大制品不需要非常高的合模力，大幅度降低了添置設(shè)備的制品成本。

　　2.4 振動成型節(jié)能技術(shù)

　　近年來，把振動技術(shù)引入注塑和擠出成型在國外已有不少例子，國內(nèi)最著名的例子是電磁動態(tài)擠出機，其本質(zhì)是高聚物振動機理在擠出成型中的運用，螺桿的振動源就是電磁振動。振動成型技術(shù)的實質(zhì)是利用聚合物吸收振動能量，具有提高加工性能和制品質(zhì)量、縮短成型周期、節(jié)能和節(jié)約原料消耗等效果，帶有振動功能的塑化裝置及設(shè)備有利于提高聚合物的塑化質(zhì)量和熔體平均流動速率，降低能耗，提高產(chǎn)量。聚合物性質(zhì)在振動場的作用下所產(chǎn)生的效應(yīng)，主要是流變的非線型性、壁滑移效應(yīng)、振動觸變效應(yīng)和振動分解效應(yīng)。

　　2.5 介質(zhì)輔助節(jié)能技術(shù)

　　介質(zhì)輔助技術(shù)目前多用在注塑成型中，其技術(shù)實質(zhì)是將介質(zhì)（氮氣或水）快速注入帶有缺料注射高聚物熔體的模腔中，利用介質(zhì)壓力打通介質(zhì)通道，推動熔體前沿充滿型腔。與此同時，介質(zhì)由通道內(nèi)部向四周均衡傳遞壓力，使熔體充實到型腔各壁面，并進行壓力保持，冷卻定型，最終形成帶有部分中空的制品。介質(zhì)的存在有效地防止了制件的收縮，減少應(yīng)力變形，提高了制品的外部質(zhì)量，可成型有特殊形狀的制品。 介質(zhì)輔助技術(shù)的節(jié)能實質(zhì)在于兩個方面：一是在加工中，用介質(zhì)推動前沿熔體流動，極大地減小高聚物傳遞中的能量耗散，縮短了熔體傳遞時間及其成型周期并降低了模腔壓力及其鎖模力，從而減少加工中的能量消耗；另一方面是缺料定型并保持氣道的存在，形成中空制品，節(jié)約原料，使成本降低 20%~40% 。由于上述原因，介質(zhì)輔助成型技術(shù)廣泛用于注塑汽車、家電用大型制品，例如汽車儀表板、方向盤、電器外殼以及大型家具等。

　　3 節(jié)能執(zhí)行機構(gòu)

　　節(jié)能 執(zhí)行 機構(gòu)是注塑機節(jié)能的一個重要方面。注塑機的 執(zhí)行 機構(gòu)主要是注射與合模兩大部分。

　　3.1 節(jié)能合模機構(gòu)

　　3.1.1 肘桿合模機構(gòu)節(jié)能進一步研究的課題

　　肘桿機構(gòu)的開發(fā)及推廣應(yīng)用是合模機構(gòu)節(jié)能的一個重大進步，全液壓單缸合模缸應(yīng)用充油閥是全油壓節(jié)能的科技進步。但進一步對節(jié)能機構(gòu)的節(jié)能的先進性的研究，還缺少深入研究。以肘桿機構(gòu)的合模液壓驅(qū)動系統(tǒng)為例。肘桿機構(gòu)的節(jié)能是肯定的。肘桿機構(gòu)的能耗的特征主要表現(xiàn)在合模油缸的能量消耗 P （工作壓力）· Q （工作流量）值上，這兩個參數(shù)又體現(xiàn)在合模油缸的內(nèi)徑及活塞行程的參數(shù)上， 這兩個參數(shù)的確定與肘桿的系統(tǒng)的剛度及有關(guān)參數(shù)直接關(guān)聯(lián)，剛度由各零件的幾何參數(shù)確定，這幾者之間如何達(dá)到節(jié)能的最佳匹配，使合模缸的內(nèi)徑和活塞行程之積達(dá)到最小，還未見研究成果。

　　3.1.2 卡式節(jié)能合模機構(gòu)

　　寧波海航塑料機械制造有限公司根據(jù)超大型節(jié)能托盤注塑機的要求， 開發(fā)了卡式節(jié)能合模機構(gòu)。傳統(tǒng)注塑機的鎖模原理是，鎖模動力執(zhí)行機構(gòu)把力通過模板作用于模具上，產(chǎn)生鎖模力，這種設(shè)計思路，必須考慮到模板的剛度與合模力相匹配，運用到超大型注塑機的設(shè)計思路上，模板的重量及幾何尺寸必然會很大，在制造加工上，難度很大，成本很高。本項目根據(jù)鎖模的本質(zhì)，把鎖模與移模的兩個功能分開，在滿足安裝模具的情況下，盡可能減小移模的移動模板的幾何尺寸。整個合模機構(gòu)為立式。合模機構(gòu)把移模與鎖模分為兩個部件，移模僅負(fù)責(zé)模具上模具的開模與合模，鎖模僅負(fù)責(zé)對模具鎖緊，在液壓回路中設(shè)有蓄能器和大流量充油閥，起到了節(jié)能快速移模。下模具安裝在模具車上。鎖模是兩鎖模油缸活塞桿同步推動兩鎖?？ㄖ苯涌ňo模具模腳通過斜鍥擴力機構(gòu)產(chǎn)生鎖模力，鎖模力直接作用于模具上，而不是普通注塑機那樣鎖模油缸的推力首先作用于模板上然后通過模板作用于模具上產(chǎn)生鎖模力，所以不需要普通注塑機那樣需要剛度十分強大的固定模板與移動模板，兩個內(nèi)徑 160mm 的鎖模小油缸，大幅度降低了對系統(tǒng)能量的需求量。移模的推板僅起到固定上模具的功能，厚度僅為 120mm 。可見，這種合模機構(gòu)，在達(dá)到成形所需鎖模力的情況下，移模與鎖模速度快周期短；由于鎖模原理從根本上作了創(chuàng)新，省去了超大型普通注塑機中占整機重量很大份額的模板，所以大幅度降低了合模部件的重量及能耗。

　　3.1.3 節(jié)能無拉桿合模機構(gòu)

　　國際上以 EN GE L 公司的無拉桿合模機構(gòu)為代表，已于二十世紀(jì)九十年代中期進行批量生產(chǎn)，最大規(guī)格已發(fā)展到 6000kN 鎖模力，由于沒有拉桿與導(dǎo)向套的摩擦副，消除了該摩擦能耗。無拉桿合模機構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、容?？臻g大、裝拆模具方便、有利于機械手的作業(yè)，深受用戶歡迎。吉林華王塑料機械有限公司己于 1998 年在國內(nèi)第一家試制成功了合模力為 500kN 的無拉桿合模機構(gòu)的注塑機，但到現(xiàn)在國內(nèi)還沒有其他有關(guān)廠家進行研究開發(fā)制造。

　　3.2 節(jié)能注射塑化機構(gòu)

　　3.2.1 單缸一線式節(jié)能高性能注射塑化機構(gòu)

　　單缸一線注射塑化機構(gòu)塑化及注射時，僅單個活塞作軸向移動。雙缸注射塑化時，雙活塞帶動塑化部件一起作軸向移動。相比之下，前者的移動摩擦力及阻力大大低于后者，同理，能耗也低，機器越大越明顯。單缸一線注射塑化機構(gòu)起動阻力小，不但降低了能耗，而且提高了起動靈敏度。

　　3.2.2 螺桿的節(jié)能

　　注射螺桿在直徑確定的條件下，與能耗有關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)是螺紋升角（螺距）、螺槽深度、長徑比等等。

　　螺紋升角（螺距）對能耗的影響較大。塑化能力正比于螺紋升角，在螺桿其余參數(shù)定值條件下，因cos θ· sin θ =0.5sin2 θ，所以 . 當(dāng)θ =45 0 條件下，塑化能力達(dá)到最大值，達(dá)到塑化能力能耗的最佳值。由此可見，螺紋升角增大，即增大螺距， 減小了剪切力，塑化能耗下降，例如，加工 HDPE ，螺距由一個 D 增加到 1.2D ，塑化能耗約下降 16% 。在達(dá)到塑化質(zhì)量的前提下，增大螺距，有利于降低能耗。常規(guī)設(shè)計的螺桿的螺距與螺桿直徑之比為 1 ，適應(yīng)一般塑料的塑化質(zhì)量要求。但在一些廠家的設(shè)計中，把長徑比理解為螺距與螺桿直徑之比，用螺距的數(shù)量作為長徑比的值，螺距為螺桿直徑的 0.95 ，減小了螺紋升角，增加了塑化剪切力，增加了塑化能耗，對通用性塑料的塑化性能是不利的，對于一些雜料的塑化是有利的?，F(xiàn)在一些螺桿頭部結(jié)構(gòu)上設(shè)計了混煉魚雷區(qū)，以提高塑化質(zhì)量?；鞜掫~雷區(qū)的增加，增加了剪切力，同時降低了塑化能力，由此增加了能耗。所以，在達(dá)到塑化質(zhì)量前提下，盡量不用混煉魚雷區(qū)。螺槽深度對塑化能耗的影響不大；通用螺桿的三段長度的分布，對塑化能耗影響不大。螺桿長徑比大，驅(qū)動扭矩增大，能耗增加，所以在保證塑化質(zhì)量的前提下，盡量縮短長徑比，也可通過在不減小長徑比的情況下，設(shè)計合適的槽深，不增加塑化扭矩。

　　螺桿性能欠佳，塑化既達(dá)不到要求，又能耗大。作者在 7800kN 合模力的注塑機上研發(fā)的一加工 PC 的專用螺桿，在溫度 240 度條件下，達(dá)到良好的塑化注射性能。另一臺 7800kN 合模力的注塑機上使用其它公司研發(fā)的同直徑的 PC 專用螺桿，在溫度 240 度條件下，根本不能塑化，溫度達(dá)到 275 度才能塑化，而且注射出的熔料發(fā)黃變質(zhì)，達(dá)不到塑化質(zhì)量要求。從能耗方面來說，前者比后者節(jié)能近 13% ，而且塑化性能良好。這說明了螺桿的塑化節(jié)能的性能研究大有可為。

　　3.2.3 塑化傳動機構(gòu)的節(jié)能

　　現(xiàn)在液壓驅(qū)動的注塑機的塑化都用高效的低速高扭矩的液壓馬達(dá)直接驅(qū)動螺桿塑化，傳動機構(gòu)具有很高效率，所以塑化傳動機構(gòu)的能耗主要是液壓馬達(dá)的的工作效率。葉片馬達(dá)由其本身結(jié)構(gòu)決定，工作效率不高。徑向柱塞式馬達(dá)工作效率高，但由于各個制造公司加工精度的差別，其工作效率有高低，直接關(guān)系到能耗效率的高低。作者曾在 8000kN 合模力的注塑機上作過試驗，驅(qū)動 115mm 直徑的螺桿塑化，選用兩家公司生產(chǎn)的徑向柱塞式的低速高扭矩液壓馬達(dá)，一家公司生產(chǎn)的 4.3L 排量的液壓馬達(dá)就能塑化，而另一家公司生產(chǎn)的 5.4L 排量的液壓馬達(dá)才能塑化，究其原因，主要是后者液壓馬達(dá)的泄漏量大，降低了工作效率；前者液壓馬達(dá)的泄漏量小，工作效率高。相比之下，塑化時，前者比后者能耗降低了 20% 。

　　3.2.4 IMC 擠注混合節(jié)能注射塑化系統(tǒng)

　　IMC 擠注混合節(jié)能注射塑化系統(tǒng)是指塑化由擠出螺桿完成、注射由柱塞完成。塑料原料經(jīng)擠出塑化后，進入儲料缸或直接進入注射儲料，注射開始，柱塞推料進入模腔。這種系統(tǒng)應(yīng)用于大型注塑系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯。寧波海航塑料機械制造有限公司開發(fā)的 40000g 超大型節(jié)能注塑機的 IMC 節(jié)能注塑系統(tǒng)，不但突破了普通注塑系統(tǒng)的注塑量依賴于螺桿直徑的約束，而且大幅度降低了注塑能耗。普通的臥式大型注塑機的注射塑化機構(gòu)，普遍采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動螺桿的一線式機構(gòu)，這樣為達(dá)到塑化量必須采用大直徑的螺桿，而且在成形工藝上，螺桿塑化為間歇式工作，對塑化油馬達(dá)的資源沒有得到充分利用。本項目根據(jù)超大型注塑機的注射塑化的實際情況，把塑化與注射分為兩個機構(gòu)，塑化為電驅(qū)動，為減小塑化驅(qū)動功率以降低能耗，塑化為連續(xù)不間斷，即設(shè)備在工作過程中，塑化不停止， 45kW 變頻電機驅(qū)動直徑 100mm 的擠出螺桿連續(xù)不間斷塑化，塑化熔融料進入儲料缸，與循環(huán)周期配合，達(dá)到 40000g 的塑化量，這樣在達(dá)到塑化量的前提下，大大減小了塑化螺桿的直徑，能量得到充分利用，同時大幅度降低了系統(tǒng)的裝載功率及塑化驅(qū)動力，減小了熔融料的軸向溫差。普通注塑系統(tǒng)要達(dá)到 40000g 的塑化量，螺桿直徑要達(dá)到 200mm ，塑化驅(qū)動功率要比驅(qū)動直徑 100mm 螺桿塑化的功率大４倍～６倍。

　　3.3 節(jié)能運動結(jié)構(gòu)

　　節(jié)能運動結(jié)構(gòu)是節(jié)能機構(gòu)的輔助，合理的優(yōu)化設(shè)計，不但能降低運動摩擦力，而且能提高運動機構(gòu)的性能，是一種必不可少的設(shè)計。

　　用滾動摩擦取代滑動摩擦，是節(jié)能運動結(jié)構(gòu)常用的方式。拉桿與導(dǎo)套的往復(fù)運動副，常規(guī)采用普通的光壁式潤滑導(dǎo)套，易發(fā)生拉桿表面拉，應(yīng)用滾珠導(dǎo)套取代光壁式潤滑導(dǎo)套，起到了提高運行精度降低摩擦力的功能。塑化注射移動結(jié)構(gòu)，用直線導(dǎo)軌取代普通潤滑副，起到了降低運行摩擦力作用。尾板（后板）與機身導(dǎo)軌的滑動副的平面軸承改為滾動軸承，降低了移動摩擦力。

　　改進潤滑副性能，降低摩擦力。肘桿機構(gòu)的銷軸與鋼套的旋轉(zhuǎn)摩擦副，鋼套由過去的普通的光壁式潤滑套改為多孔式，同時降低了旋轉(zhuǎn)摩擦力，提高了使用壽命。中、大型注塑機的移動模板與機身導(dǎo)軌之間的滑動支承裝置，采用普通的機床斜鐵式可調(diào)固定式的平面滑動結(jié)構(gòu)，不但運性摩擦力大，而且運行性能不佳，設(shè)計為液壓浮動自動調(diào)節(jié)平面滑動結(jié)構(gòu)，減小了摩擦力，提高了移動模板的運行精度。

　　提高潤滑系統(tǒng)性能，降低摩擦力。有了良好的潤滑副，必須要有良好的潤滑系統(tǒng)性能，才能充分發(fā)揮優(yōu)秀的低摩擦力低能好耗的功能。肘桿機構(gòu)的銷軸與鋼套的旋轉(zhuǎn)摩擦副性能的優(yōu)劣，很大程度上取決于潤滑系統(tǒng)性能，潤滑系統(tǒng)性能主要取決于潤滑方式、潤滑油性能及維護保養(yǎng)，采用對各潤滑點進行定壓定流量的自動測壓潤滑，是一種較好的形式。

　　合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少摩擦副數(shù)量。有摩擦副，就有摩擦能耗；沒有摩擦副，就不產(chǎn)生摩擦力。通過合理的設(shè)計，同樣的機構(gòu)，可以減少摩擦副。肘桿合模機構(gòu)中的肘桿機構(gòu)是摩擦副最多的結(jié)構(gòu)，以六件前連桿八件后連桿的肘桿機構(gòu)為例，連桿與模板易形成平面摩擦副有 24 處，經(jīng)過合理的優(yōu)化設(shè)計，把摩擦副減少至 4 處，把肘桿機構(gòu)的平面摩擦力降到最低。

　　節(jié)能液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低整機裝載功率。肘桿合模機構(gòu)的合模油缸設(shè)計成差動式，全液壓合模油缸設(shè)計成充液式，高速注射采用 畜能器， 是降低系統(tǒng)能耗的有效措施。寧波海航塑料機械制造有限公司研發(fā)的 40000g 超大型注塑機，合模油缸為充液式結(jié)構(gòu)，達(dá)到快速移模， 配備了 8 個 100L 的畜能器，實現(xiàn)了高速注射和移模， 注射速度高達(dá) 4000g/s ， 大大降低了設(shè)備的裝載功率，從而降低了無效功率的伸耗， 系統(tǒng)裝載功率僅為 37kW 。

　　4 節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)

　　注塑機的最主要的能耗即是動力驅(qū)動系統(tǒng)，注塑機節(jié)能的重點即是提高動力驅(qū)動系統(tǒng)本身的能耗效率及驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率與 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行功率達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配， 兩者之間的能量利用率越高，即系統(tǒng)節(jié)能率越高，達(dá)到節(jié)省能源的功效。注塑機節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)是把有關(guān)節(jié)能驅(qū)動技術(shù)運用于注塑機上的技術(shù)。節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)是注塑機節(jié)能的主要研發(fā)課題。

　　注塑機動力驅(qū)動系統(tǒng)一般有以下三種：液壓驅(qū)動系統(tǒng)；全電子驅(qū)動系統(tǒng)；液電混合驅(qū)動系統(tǒng)。液壓驅(qū)動系統(tǒng)是 注塑機 廣泛使用的 動力驅(qū)動系統(tǒng)，是節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)重點研究對象。從節(jié)能角度來說， 全電子驅(qū)動系統(tǒng)和液電混合驅(qū)動系統(tǒng)是對液壓驅(qū)動系統(tǒng)能量利用率不高的創(chuàng)新發(fā)展，是兩種理想的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)。長期來，注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)是重點研究的節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)。注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)， 正在從過去的流量比例和壓力比例的雙控制走向 負(fù)載敏感自適應(yīng) 控制，走向變頻調(diào)速控制、伺服控制及伺服閉環(huán)控制。 節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)在高速生產(chǎn)時，卻幾乎無法顯現(xiàn)節(jié)能的效果，只有需要長時間高保壓的產(chǎn)品，節(jié)能效果才會明顯，保壓越長，節(jié)能效果越明顯。但是，節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)在高速生產(chǎn)時，確顯示出了提高注射成形性能的能力，高端的節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)是高端注塑機不可缺少的系統(tǒng)。

　　4.1 節(jié)能液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)

　　注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的壓力和流量。對于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá) 36%-68% 。減少節(jié)流損失，提高能量效率，成為液壓驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。

　　4.1.1 流量比例和壓力比例控制的雙比例控制與定量泵組成 節(jié)能動力控制系統(tǒng)

　　流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節(jié)能技術(shù)是隨著注射成形技術(shù)的發(fā)展及控制性能的提高而發(fā)展起來的。開關(guān)閥與定量泵組成的動力驅(qū)動系統(tǒng)不能滿足注射成形性能的要求，比例閥達(dá)到了無級靈活調(diào)節(jié)，同時顯示出了節(jié)能的性能，在推廣應(yīng)用過程中，又不斷提高其節(jié)能的性能。

　　中、小型注塑機的 P/Q 復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)，是國內(nèi)注塑機制造單位普遍使用的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)。中、小型注塑機的液壓泵源一般為單泵或雙泵，液壓泵排出流量全部經(jīng)過 P/Q 閥進行比例調(diào)速。 P/Q 復(fù)合比例閥的技術(shù)特征是用三通型的比例調(diào)速閥控制速度，再在其上迭加比例壓力先導(dǎo)閥控制系統(tǒng)壓力。同最初采用分離元件構(gòu)成的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)雖可大大減少元件數(shù)量、簡化結(jié)構(gòu)，減少管路能耗損失及節(jié)流能耗損失。但因采用定量泵供油，工作過程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失，特別是保壓過程中，這部分的流量能耗處于最大值。系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了注塑機的自動控制技術(shù)及注射成形性能，在成型制品工藝周期過程中所需冷卻時間長的注射成型，節(jié)能明顯，在節(jié)能與性價比方面具有一定優(yōu)勢，國產(chǎn)注塑機幾乎全部應(yīng)用了 P/Q 復(fù)合電液比例技術(shù)。

　　大型注塑機的比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)。大型注塑機的液壓泵源由多個定量泵組成，以達(dá)到系統(tǒng)工作所需流量。對于多泵與比例閥的如何搭配，直接關(guān)系到系統(tǒng)的能耗的高低。多泵與比例閥搭配有兩種形式：一種是采用中、小型注塑機的 P/Q 復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)的形式， 總流量全部通過 P/Q 比例閥（或傍路 P/Q 比例閥）， 不論那個泵的工作流量必須通過比例流量閥進入系統(tǒng)，這樣，造成了流量壓差能量損失，特別在大流量情況下，能量損失較大；另一種形式是僅對其中一個小流量泵進行比例調(diào)速，其于泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵的流量組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進入系統(tǒng)中，均沒有第一種搭配形式的能量損失，提高了能量利用率。

　　作者設(shè)計的合模力 8000kN 注塑機為例，泵源由五個定量泵組，分別為：比例調(diào)速小泵的排量為 76 ，其余兩個為排量 76/152 的雙泵。兩個雙泵的四個泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進入系統(tǒng)中，基本上沒有流量的能量損失，提高了能量利用率。系統(tǒng)還可根據(jù)需要，減少工作泵的數(shù)量，不影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。

　　4.1.2 節(jié)能負(fù)載敏感控制系統(tǒng)在注塑機上應(yīng)用

　　注塑機節(jié)能最有效的措施是動力機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)兩者之間流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。 變量泵和電液比例閥結(jié)合的 負(fù)載敏感泵 節(jié)能控制系統(tǒng) ，整個控制機構(gòu)由差壓控制型徑向變量柱塞泵、含位置閉環(huán)的高速比例閥、以及壓力傳感器和位移傳感器組成，提高了動態(tài)響應(yīng)速度?？刂屏髁坑杀壤y與檢測變量泵偏心量的位移傳感器構(gòu)成的位置閉環(huán)系統(tǒng)完成。通過壓力傳感器補償因泄漏造成的流量損失，使泵輸出的流量在 0 ～ 10V 內(nèi)與設(shè)定值信號成線性比例?？刂葡到y(tǒng)壓力由比例閥與壓力傳感器構(gòu)成的電閉環(huán)回路完成，壓力與流量兩種控制狀態(tài)的分離與轉(zhuǎn)換由電子放大器根據(jù)設(shè)定信號自動完成。系統(tǒng)的輸出流量由 0 增大到 90 ％時，響應(yīng)時間約為 50ms ；而由 90 ％輸出流量減小為 0 時，響應(yīng)時間約為 30ms ，系統(tǒng)壓力的動態(tài)響應(yīng)時間當(dāng)負(fù)載容腔為 4L 時，小于 200ms ，均與高性能的比例閥相當(dāng)，因而完全適合于注塑機的過程控制。負(fù)載敏感比例泵節(jié)能液壓系統(tǒng)，液壓動力輸出隨負(fù)載而同步化，其差值達(dá)到最小，基本上沒有能量浪費，與定量系統(tǒng)相比，節(jié)能達(dá)到（ 30-60 ） % ，是理想的節(jié)能液壓系統(tǒng)。

　　設(shè)定的負(fù)載敏感泵輸出流量，不一定能與需精確調(diào)節(jié)流量匹配，系統(tǒng)中還須增加流量調(diào)節(jié)閥，造成節(jié)流能耗損失。負(fù)載敏感泵與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)， 可消除節(jié)流及管路的能耗損失，并且較大幅度提高了整機性能。國內(nèi)大多數(shù)單位，僅從節(jié)能方面考慮，用負(fù)載敏感泵取代定量泵與 P/Q 雙比例閥，而沒有進一步從負(fù)載敏感泵能提高整機性能方面考濾，系統(tǒng)的控制性能及節(jié)能特性沒有得到進一步發(fā)揮。國際上先進的負(fù)載敏感泵控制系統(tǒng)，在塑化注射油路部分設(shè)置伺服閥，目的是與負(fù)載敏感泵共同組成一個高性能的閉環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)，在節(jié)能的同時，提高注射性能，但在國內(nèi)塑機制造單位基本上沒有得到推廣應(yīng)用。作者在 1985 年設(shè)計的負(fù)載敏感泵與伺服閥組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的注塑機，經(jīng)實際應(yīng)用證明，在節(jié)能及性能兩方面都取得了良好效果。

　　國內(nèi)為研發(fā)負(fù)載敏感泵做了大量的工作。陜西秦川機床廠在上世紀(jì)八十年代中與上海第一塑料機械廠共同開發(fā)了負(fù)載敏感泵，并成功在注塑機上得到應(yīng)用。近年來， 重慶邦助工業(yè)有限公司研制出的 BK 系列注塑機專用負(fù)載敏感比例泵，其價格與定量泵和 P/Q 閥的總價差不多，從根本上解決了負(fù)載敏感比例泵價高難以推廣的障礙，已得到批量應(yīng)用，取得了較好的效果。海特克液壓有限公司引進日本先進技術(shù)批量制造出 負(fù)載感應(yīng)泵。

　　4.1.3 定量泵加變頻調(diào)速電機電液節(jié)能控制系統(tǒng)

　　變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，使動力機構(gòu)的性能類似于比例泵節(jié)能系統(tǒng)，達(dá)到動力機構(gòu)輸出的流量與執(zhí)行機構(gòu)的流量相匹配，使流量的損失降低。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是 利用注塑機同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機的轉(zhuǎn)速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量驅(qū)動系統(tǒng)，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節(jié)流能量損失，進而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的 “ 耗能型 ” 注塑機升級為無高壓節(jié)流的 “ 節(jié)能型 ” 注塑機，節(jié)能型注塑機除了節(jié)能功能之主要特性外，依據(jù)其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點，包括：減輕開、鎖模沖擊，延長機械和模具使用壽命；延長油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護費用；降低噪音、改善工作環(huán)境；系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省 30% 以上；對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護；注塑機原有的控制方式及油路不變。將注塑機改造升級為 “ 節(jié)能型 ” 注塑機，其投資（主要是變頻器）在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費收回。 浙江慈溪市從去年開始大力推廣注塑機節(jié)能技術(shù)，在注塑機上安裝變頻節(jié)能器后，單機節(jié)能效果達(dá)到 30% ～ 60% 。慈溪市 200 多家企業(yè)為注塑機安裝節(jié)能器后，年省電達(dá) 6000 萬千瓦時左右。 深圳市奧宇控制系統(tǒng)有限公司節(jié)能事業(yè)部主要從事注塑機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)， 為深圳市龍華富士康多家塑膠廠安裝該公司的注塑機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，油泵電機平均節(jié)電率達(dá)到 45 ％；為上海宜新集團公司改造 100 多臺注塑機。油泵電機平均節(jié)電率 41 ％。

　　注射成形各階段頻繁的速度變化，使液壓泵驅(qū)動電機頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢（比例泵響應(yīng)時間在 100ms 之內(nèi)，變頻調(diào)速響應(yīng)時間需 800ms ～ 1000ms ），導(dǎo)致了注射循環(huán)周期時期的增加，降低了生產(chǎn)效率，對高要求的制品難以成形。電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜板的質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時間大于后者的響應(yīng)時間，不能適應(yīng)多級速度變化的快速注射。通過實現(xiàn)變頻器的輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解耦調(diào)節(jié)，達(dá)到變頻器與注射過程各動作的最佳配合，以達(dá)到提高應(yīng)答反映性能。注塑機是否采用變頻調(diào)速，主要看加工制品的要求。變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)就是在電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的最高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，低速的運轉(zhuǎn)時間越長，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時間及冷卻時間長，是應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備的首選。

　　4.1.4 高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)

　　高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的一種先進的高性能節(jié)能系統(tǒng)。

　　解決了 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢的性能，同時由于其本身的運轉(zhuǎn)的特性提高了電力的利用效率。 伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，由于伺服電機不使用永久磁鐵結(jié)構(gòu)，且由于轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子的配合下，免除了脈動轉(zhuǎn)矩，在速度范圍內(nèi)有著良好的加減速度動態(tài)反應(yīng)特性。因轉(zhuǎn)矩是由感應(yīng)式電流產(chǎn)生，具有完滿磁性分布之高密度磁通所生，在 2000r/min 速度范圍內(nèi)，輸出高比例（可達(dá)到 2.8 倍）的額定轉(zhuǎn)矩情況下， 能保持非常低的轉(zhuǎn)矩波動，在非常低的速度下也可有大的定轉(zhuǎn)矩區(qū)，達(dá)到衡定的流量輸出。轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量需求而改變，反應(yīng)速度比伺服閥快千分之 4 秒，液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對于保壓及冷卻時間長的制品，節(jié)能可達(dá) 80% 。設(shè)定電機的轉(zhuǎn)速控制流量，沒有節(jié)流損失?？蓸O大地減少保壓工況及空轉(zhuǎn)工況（等待周期）的流量損失。保壓時電機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)更節(jié)能。高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，更能發(fā)揮出節(jié)能特性，提高系統(tǒng)的精密控制性能。日進精密股份有限公司的一臺隆亨 SN — 220D 伺服電機驅(qū)動的注塑機，據(jù)該公司介紹，成形電腦底座，材料為 ABS ，重量 118g ，成形周期 48 秒，以普通電機驅(qū)動定量泵的隆亨 NC — 220 Ⅱ注塑機能耗耗電 20kW/h 為基準(zhǔn)，負(fù)載敏感泵驅(qū)動系統(tǒng)耗電 10kW/h 節(jié)能 50% ，全電動驅(qū)動系統(tǒng)耗電 3.2kW/h 節(jié)能 84% ，伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)耗電 4kW/h 節(jié)能 80% 。日精公司 2006 年在美國芝加哥展出了融合了伺服電動機驅(qū)動和變量泵的 “X 泵 ”6 臺注塑機， X 泵是新型 FNX Ecoject 的核心部件， X 泵能使其與全電式機器相媲美， X 泵有節(jié)能作用，因為伺服馬達(dá)只在需要時才會運轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時，馬達(dá)處于停止?fàn)顟B(tài)。日精的 “X 泵 ” 的 FNX 注塑機所使用的能源只是該公司標(biāo)準(zhǔn)注塑機的 30% 左右， FNX 注塑機少用 41% 的液壓油。 X 泵的速度和準(zhǔn)確度都很高，甚至能夠立刻變換方向。注塑升溫速度 45 毫秒，與全電式機器相同。注塑速度可高達(dá)每秒 300 毫米，是該公司其他注塑機的一倍。這款機器還能以每秒僅 1 毫米的超低速度運轉(zhuǎn)，適用于生產(chǎn)鏡頭等產(chǎn)品。 寧波海天以 HTFW 為設(shè)計平臺研發(fā)的 HTFW1/J5 伺服節(jié)能注塑機系列，通過配備高性能的伺服變速動力控制系統(tǒng)，在注塑機成型過程中針對不同的壓力流量，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對壓力流量的精確閉環(huán)控制，實現(xiàn)伺服電機對注塑機能量需求的自動匹配和調(diào)整，可節(jié)省電量 40% ～ 80% 。

　　交流伺服電機的最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 4000r/min ，從理論上講，與之相配的液壓泵的排量可根據(jù)最高轉(zhuǎn)速選擇，選用比一般系統(tǒng)中應(yīng)用的更小排量的液壓泵，降低系統(tǒng)中應(yīng)用液壓泵的成本。但目前一般液壓泵的最高轉(zhuǎn)速為 1800r/min ，同時，考慮到液壓泵的高速工作噪音及使用壽命，選用液壓泵的工作轉(zhuǎn)速低于 1800r/min 、較大排量的液壓泵與伺服電機組成動力驅(qū)動系統(tǒng)， 所以還不能充分發(fā)揮交流伺服電機能高速運轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的成本。高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)在注塑機上的推廣應(yīng)用，有待于高速低噪音液壓泵的研發(fā)，以降低制造成本。如單純從節(jié)能角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)，由于成本太高，達(dá)不到效果。如把高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)，應(yīng)用于普通注塑機上，僅體現(xiàn)出節(jié)能效果，那肯定是敗筆之作，只能當(dāng)展品，不能成為商品。應(yīng)把伺服電機高速靈敏反應(yīng)的特性與精密注射成形結(jié)合起來，創(chuàng)新出一種新的高性能的注射成形，能對高端的塑料制品進行特定加工，才能使之應(yīng)用越來越廣。

　　4.2 電液混合驅(qū)動節(jié)能系統(tǒng)

　　液壓 - 電動混合型動力驅(qū)動，既具有全電動注射成型機的優(yōu)點，又保留了液壓機械式注射成型機的性能。通常采用液壓系統(tǒng)進行模具的開閉和提供鎖模力，而塑化和注射動作則由伺服電機來完成。這樣可在提供較大合模力的情況下實現(xiàn)較低的機器制造成本和較高的注射精度；而液壓系統(tǒng)由于只承擔(dān)合模和鎖模動作，大大降低了泵源的裝載功率。注塑機成形能耗約 70% 消耗在塑化上，液壓 - 電動混合型動力驅(qū)動將其由高效率的伺服電機來完成，極大提高了能量的利用率。液壓動力驅(qū)動在注射周期的其它階段可以卸荷以節(jié)省能源。電液混合驅(qū)動系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，性能優(yōu)良，具有良好的性價比。

　　電液混合驅(qū)動節(jié)能系統(tǒng)由于具有優(yōu)良的性能在注塑機上的應(yīng)用推廣速度較快。 Husky （赫斯基）公司推出的 Hylectric 系列混合注射成型機采用變量油泵和水冷式電動機組成節(jié)能系統(tǒng)，配備的標(biāo)準(zhǔn)輔助蓄能器系統(tǒng)可在物料塑化的同時進行合模，從而縮短循環(huán)周期。 Engel 公司積極開發(fā)把全電動注射成型機能實現(xiàn)的精確度與更低成本的液壓鎖模機構(gòu)結(jié)合在一起，使精度增加、能量更節(jié)省的 Victory Electric 系列注射成型機。 Netstal 公司開發(fā)的 Synergy 混合型注射機特別適合加工薄壁和高技術(shù)塑料件的 Synergy 混合型注射機，采用直接電力驅(qū)動注射螺桿的 Synergy 混合型注射成型機，其精確度可與全電動式注射成型機相比，同時可保持較高的控制精度，從而達(dá)到節(jié)省能源。 Demag Ergotech 公司的 ELEXIS 系列混合型注射成型機，注射過程和螺桿的往復(fù)運動過程由液壓系統(tǒng)完成，計量塑化和模具的開合過程由直流伺服電機控制。意大利 BMB 公司設(shè)計出新型液 - 電混合驅(qū)動的 Elepack 系列注射成型機。其注射階段采用配備動態(tài)液壓油蓄能器的液壓系統(tǒng)以控制注射速度和注射質(zhì)量，而制品頂出和物料的塑化步驟采用電機驅(qū)動以節(jié)約能源并縮短成型周期。穆格開發(fā)了專門的 PowerShotTM 注射系統(tǒng)全閉回路驅(qū)動器專用于混合式注塑機，并成為多個廠家開發(fā)混合式注塑機的標(biāo)準(zhǔn)配置。穆格采用 PowerShotTM 注射系統(tǒng)技術(shù)，與日本 UBE 機械集團共同開發(fā)一種新型的混合式注塑成型機，機器性能比傳統(tǒng)液壓注塑機更快速、更緊湊，功率更大，如注塑速率為 800mm/s ，扭矩 3000Nm ，用于加工一種與傳統(tǒng)塑料不同的新型塑料，經(jīng)過多項測試后，不僅降低了注塑機的能耗、噪音水平、油量及維護要求，而且在減小設(shè)備體積的同時，可以應(yīng)對要求極高的操作條件。震雄機械股份有限公司、富強鑫精密工業(yè)股份有限公司、亞塑機械股份有限公司、仁興機器廠有限公司等單位推出了油電復(fù)合系統(tǒng)。據(jù)仁興機器廠有限公司介紹，油電復(fù)合系統(tǒng)配置于 Smart Kid — SK 系列注塑機上，節(jié)能可達(dá) 30% ～ 60% 。 廣東泓利機械有限公司，自主研發(fā)的國內(nèi)首臺“超 節(jié)能 注塑機”—— Y 系列電液混合注塑機的各項性能進行科學(xué) 測試 。測試報告表明，廣東泓利制造的該項機械和同類產(chǎn)品相比，具有精密、 模具 適應(yīng)度高等眾多優(yōu)點，其中在節(jié)能方面，更是優(yōu)勢突顯，和常規(guī)產(chǎn)品相比，可節(jié)能 70% 。經(jīng)測試，該機每小時耗電量為 2.78 度，而常規(guī)機械的耗電量為 9.04 度。 以每天工作 8 小時計，廣東泓利的“超節(jié)能注塑機”節(jié)能 51.1 度 / 天， 節(jié)能能力不僅處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，在世界同行中，也處于先進水平。

　　4.3 全電動驅(qū)動節(jié)能系統(tǒng)

　　節(jié)能是全電動驅(qū)動系統(tǒng)注塑機一大的優(yōu)勢。變頻電機的節(jié)能由于在加速及減速過程中會產(chǎn)生時間延遲而導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長，負(fù)載敏感泵流量和壓力的調(diào)節(jié)變化由于液壓系統(tǒng)的時間反映延遲而導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長。伺服電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)提高了效率，伺服電機提供根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)所需力，電動注塑機的節(jié)能是在高速應(yīng)答反映的注射工況條件下的節(jié)能，不影響生產(chǎn)率，能量利用率達(dá)到 95% 以上，比液壓注塑機節(jié)能 25% ～ 60% 。例如：日本日精加工材料為 PA66 的電氣連接件，一模 12 個，在 SSE400 液壓注塑機上成形周期為 5.7s ，能耗為 4.26kWh ，在 ES400 電動注塑機上成形能耗為 2.86kWh ，后者比前者節(jié)能 32.8% ；加工材料為 PC 的 MD 薄殼，一模 4 個，在 SSE3000 液壓注塑機上成形周期為 6.9s ，能耗為 19.0kWh ，在 ES3000 電動注塑機上成形能耗為 6.9kWh ，后者比前者節(jié)能 63.7% 。值得指出的是， SSE 液壓注塑機的液壓系統(tǒng)采用的是節(jié)能的負(fù)載敏感泵。由此看出，電動注塑機節(jié)能效果及節(jié)能性能是非常明顯的。

　　節(jié)水。由于不使用液壓油，冷卻水僅用于加料口，所以和負(fù)載敏感泵的液壓注塑機相比，冷卻水可削減 70% ，和普通的定量泵的液壓注塑機相比，冷卻水節(jié)減 90% 。

　　高節(jié)能帶來高性能的注射成形是全電動驅(qū)動系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。以高速、高效、精密體現(xiàn)出其加工成形的優(yōu)勢。由于塑化注射部分采用了專用伺服電機，對塑化轉(zhuǎn)速、背壓、注射速度及注射壓力等注射參數(shù)的控制具有很高的應(yīng)答反映速度，特別對電子類薄壁產(chǎn)品注射成形，更顯示出高性能高精度注射成形的優(yōu)勢。液壓注塑機各項動態(tài)技術(shù)參數(shù)受到油壓油溫度變化的影響，容易發(fā)生波動，相比之下，電動注塑機的各項動態(tài)技術(shù)參數(shù)基本上沒有外界因素的干擾，所以注射性能穩(wěn)定。電動注塑機動態(tài)技術(shù)參數(shù)不受外界因素的干擾，電腦儲存的模具成形參數(shù)始終符合實際成形條件。精確的注射成形參數(shù)的快速應(yīng)答反應(yīng)，只有在伺服電機系統(tǒng)上才能真正體現(xiàn)出來， 32 位元 RISC 微電腦控制，掃描能力在 16MIPS 的高速處理能力下，時間不到 1ms 。變頻電機注塑機節(jié)能，由于 SPWM 脈寬變頻在使用過程中會產(chǎn)生高次諧波，容易對電子電路產(chǎn)生干擾而影響注射參數(shù)的穩(wěn)定性。伺服電機的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的應(yīng)答反映，以 ES 系列的電動注塑機為例，成形時間僅為液壓注塑機的 1/3 。全電動驅(qū)動系統(tǒng)，由于各個執(zhí)行機構(gòu)都有獨立的伺服電機驅(qū)動，能進行復(fù)合動作，例如，在開模過程中能同時進行頂出，在塑化過程中能同時進行合模，提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。日本 TOYO 公司分別在鎖模力 500kN 的液壓注塑機和電動注塑機上成形 PBT 材料 19g 重的電氣接頭，一模四件，成形周期 19s ，結(jié)果表明：前者的重量變化率為 0.079% ，后者的重量變化率為佳 0.052% ，即后者比前者的重量變化率精度提高 34% 。

　　全電動驅(qū)動系統(tǒng)的注塑機的發(fā)展，應(yīng)立足于技術(shù)含量高的精密注射成形，滿足于頂端產(chǎn)品的加工。 為了順應(yīng)工件厚度不斷縮小的趨勢，同時為了縮短生產(chǎn)時間，電動射出成型機的工作速度正在不斷提高，射出速度目前已經(jīng)達(dá)到 500mm/ 秒以上， 模具 的開合速度已達(dá)到 1000mm/ 秒以上。 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計必須具備精密注射成形的特點，例如，肘桿機構(gòu)的剛性、設(shè)計及加工上如何保證模板的平行度，螺桿的設(shè)計及加工上如何保證塑化的均一性和高的重量重復(fù)精度，等等。高性能的執(zhí)行系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的完滿結(jié)合，才能真正體現(xiàn)出全電動驅(qū)動系統(tǒng)注塑機的技術(shù)優(yōu)勢，也就是市場競爭力。如果單從節(jié)能優(yōu)勢來體現(xiàn)出電動注塑機的市場競爭優(yōu)勢，還是缺乏市場競爭力，只有體現(xiàn)出加工產(chǎn)品的優(yōu)勢，才能真正具有市場競爭力。

　　全電動 注塑機 市場迅速發(fā)展，國內(nèi)制造商目前仍只能提供樣機， 開發(fā)出的全電動驅(qū)動系統(tǒng)注塑機，注射成形的技術(shù)性能低國際上幾個擋次，體現(xiàn)不出全電動驅(qū)動系統(tǒng)注塑機的高性能的綜合技術(shù)優(yōu)勢。 技術(shù)與成本無疑是國內(nèi)制造商的兩個最大的障礙。 技術(shù)與成本將是中國注塑機制造商開發(fā)全電動機面對的最大問題。電動式注塑機所使用的組件、控制原理與油壓式注塑機截然不同，所以技術(shù)會是中國注塑機制造商發(fā)展初期遇到的瓶頸。然而，即便克服了技術(shù)瓶頸，成功開發(fā)出電動式注塑機，成本高昂問題仍將困擾著歐美日以外的電動式注塑機制造商。因為與歐美日相近甚至更高的零件成本、加上沒有特色的 控制系統(tǒng) ，難以說服客戶采用國內(nèi)制造的電動式注塑機。國內(nèi)廠商必須克服這兩個問題，才能進入電動式注塑機市場，否則，可能僅能推出樣板機，而無法進行商品化。

    注塑機廠家，對于全電式注塑機雖然也都有所研究，但由于關(guān)鍵零件及專利技術(shù)的自我掌握度不足，使得機臺成熟度有待考驗，目前多屬于試用驗證階段。關(guān)鍵零件及專利技術(shù)的自我掌握度不足。全電機有許多專利技術(shù)，而這些專利大多掌握在日本廠商手里，對于國內(nèi)塑機廠商發(fā)展全電機形成一定程度的障礙。除非中國廠商能發(fā)展自己的專利結(jié)構(gòu)，但是對于仍缺乏大規(guī)模自主創(chuàng)新的國內(nèi)廠商而言，這并不容易。另外，全電機的關(guān)鍵零組件，仍無法國產(chǎn)化，對于成本掌控也是一大難題。國際上 全電動驅(qū)動系統(tǒng)的注塑機技術(shù)發(fā)展很快， 開發(fā)出了負(fù)載容量高、螺距長的 “ 高速高負(fù)載用大螺距 ” 系列合模滾珠絲杠，該產(chǎn)品采用具備多個滾珠 循環(huán) 路線的多條絲杠結(jié)構(gòu)和大口徑滾珠，實現(xiàn)了高負(fù)載容量，螺距達(dá)到了 2005 年上市的 “HTF-SRC” 系列高速 · 高負(fù)載滾珠絲杠的 2 倍以上，可支持更高速的滾珠進給；開發(fā)了高速高負(fù)載用射出速度達(dá)到 500mm / 秒以上的注射滾珠絲杠。

　　5 節(jié)能元件的應(yīng)用

　　節(jié)能元件在注塑機上的應(yīng)用越來越多，是注塑機節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個明顯標(biāo)志。低摩擦力的聚四氟乙烯耐磨環(huán)、格來圈、斯特封，低壓力損失的插裝閥，螺旋隔板式冷卻器，在注塑機上應(yīng)用日益廣泛。

　　高速薄壁注射裝置用蓄能器。高速薄壁注射一般用蓄能器來實現(xiàn)，以減小裝載功率及節(jié)能。蓄能器的能否達(dá)到快速釋放，是實現(xiàn)高速注射的關(guān)鍵。一般蓄能器注射油路中，沒有把注射的開關(guān)閥更換成比例閥或者是 MOOG 閥進行注射控制，存在機器中的蓄能器的油路沖擊過大、放能無法控制及軟管震動厲害的弱點，蓄能器快速注射裝置使用不理想，導(dǎo)致注射速度調(diào)節(jié)不明顯或難控制或者根本無法使用的現(xiàn)象。

　　6 節(jié)能技術(shù)與注射成形

　　注塑機的節(jié)能技術(shù)是為降低注射成形制品成本及提高注射成形制品性能服務(wù)的，所以節(jié)能技術(shù)必須滿足制品的注射成形要求，而不是讓制品的注射成形適應(yīng)注塑機的節(jié)能性能?？茖W(xué)辯證地看待節(jié)能技術(shù)，注塑機的節(jié)能技術(shù)有很多種，每一種都有其應(yīng)用的局限性。只有把節(jié)能技術(shù)與注射成形兩者結(jié)合起來，作為一項綜合的新技術(shù)，才能發(fā)揮節(jié)能技術(shù)在注塑機應(yīng)用的優(yōu)勢。單純把節(jié)能技術(shù)作為一項純粹的節(jié)能來推廣，是沒有出路的。根據(jù)注射成型要求，選用合適的節(jié)能技術(shù)。

　　節(jié)能動力驅(qū)動與注射成形。變頻節(jié)能技術(shù)，應(yīng)用于保壓時間長的制品的注射成形，才顯示出節(jié)能的特性，如應(yīng)用于高速成形，由于其反應(yīng)速度相對較慢，不但不能適應(yīng)注射成形的要求，而且不能顯示出節(jié)能特性。前些時候，變頻技術(shù)興起的時候，有的同志把變頻技術(shù)作為注塑機上萬能的節(jié)能技術(shù)來推廣，實際證明，事不如愿。微型精密注射，要求注射機構(gòu)具備塑化及計量的精確位置，液壓執(zhí)行機構(gòu)由于液壓油介質(zhì)剛性弱，并且易受溫度、泄漏等干擾，難以達(dá)到精確的重復(fù)位置精度，所以再好的液壓驅(qū)動技術(shù)也不能應(yīng)用于微型精密注射成形，節(jié)能的全電子驅(qū)動及執(zhí)行機構(gòu)具備高剛性及精確重復(fù)位置精度，為微型精密注射成形的發(fā)展提供了更大的空間。

　　節(jié)能機構(gòu)與注射成形。例如加工精密注射制品，肘桿合模機構(gòu)由于其本身的固有特性，其性能不能達(dá)到精密成形對合模機構(gòu)性能的要求，其節(jié)能性能不適應(yīng)精密注射成形。用節(jié)能的單缸液壓合模機構(gòu)能達(dá)到精密注射成形對合模機構(gòu)的性能要求。

　　節(jié)能動力驅(qū)動及機構(gòu)與注射成形。 Engel 推出的一種 X-MELT 膨脹注射成型技術(shù)，膨脹注射加工過程采用經(jīng)高壓預(yù)壓縮的熔體自膨脹實現(xiàn)高速注射，大約在 29000psi 的壓力下熔體被壓縮 10% 。該設(shè)備在充模時并不需要普通注塑機的螺桿前移過程。 X-MELT 充模過程是：當(dāng)針閥打開后，受壓熔體急劇膨脹，從而迅速充滿模腔。整個充模過程只有幾分之一秒。使用 X-MELT 加工的必要條件是保證機器具有良好的塑化及注射的重復(fù)精度，在熔體壓縮或膨脹過程均能精確的保持在設(shè)定位置，以保證每次預(yù)壓縮熔體的體積絕對恒定。全電動 ENGEL E-MOTION 注射機正好可以滿足這一要求。全電動驅(qū)動系統(tǒng)由于能精確控制螺桿的位置，可以允許螺桿沿軸向移動到任何需要的精確的位置。普通的液壓注射機的動力驅(qū)動系及執(zhí)行機構(gòu)難以實現(xiàn)這樣高的定位精度。

　　7 節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用

　　節(jié)能技術(shù)的優(yōu)越性是顯而易見的。關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新能力嚴(yán)重阻礙了高端的節(jié)能技術(shù)在國內(nèi)注塑機上難以推廣應(yīng)用。節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用直接關(guān)系到注射成形及注塑機整體水平的創(chuàng)新開拓。對節(jié)能技術(shù)的理解，還僅僅停留在節(jié)能上，而沒有把節(jié)能是提高及創(chuàng)新注射成形的技術(shù)來看待。沒有把節(jié)能技術(shù)與注射成形、執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合起來。嚴(yán)重缺乏節(jié)能新技術(shù)的創(chuàng)新開拓，跟在別人后面依樣畫瓢，總是慢數(shù)步；名為國產(chǎn)化，實為不理解先進的節(jié)能技術(shù)而采取的一種狡辯手段；開門連學(xué)生做不像，關(guān)起門來做老師；造出一種不倫不類的注塑機，吹捧為達(dá)到國際水平；肘桿都伸不直的機構(gòu)，標(biāo)榜為優(yōu)化設(shè)計的節(jié)能機構(gòu)。等等。國際上高端的注塑機，都把高端的節(jié)能技術(shù)與高端的注射成形及高端的執(zhí)行機構(gòu)完滿地結(jié)合起來，創(chuàng)新出一種新的低成本高效益的高性能注射成形技術(shù)，使節(jié)能技術(shù)得到快速推廣應(yīng)用。

　　以節(jié)能全電動系統(tǒng)為例，分析節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用中值得注意的幾個問題。日本推廣節(jié)能全電動注塑機，使其注射成形性能達(dá)到液壓注塑機不能達(dá)到的性能，并且不斷地挖掘和發(fā)揮全電動注射成形的優(yōu)點，在精密高速注射領(lǐng)域顯示出越來越多的優(yōu)越性能，適應(yīng)高端工程塑料制品的注射形，提高了性價比，得到了快速推廣應(yīng)用。如果把全電動注塑機只作為節(jié)能來推廣，沒有去研發(fā)注射成形技術(shù)及與之相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，因性價比沒有優(yōu)勢，不可能在那么短的時間內(nèi)得到推廣應(yīng)用。我們制造的全電動注塑機為什么得不到市場歡迎，除了關(guān)鍵技術(shù)沒有能掌握外，在開發(fā)思路上存在缺陷，把全電動注塑機作為普通的高節(jié)能注塑機來對待，所以性價比差，推廣不開是必然的。我們?nèi)狈Ω叨说淖⑸錂C構(gòu)及高端的合模機構(gòu)的研發(fā)，全電動注塑機上的僅把注射及合模機構(gòu)的驅(qū)動方式由液壓驅(qū)動改為伺服電機驅(qū)動，而沒有對機構(gòu)作實質(zhì)性的高端技術(shù)的創(chuàng)新開托，注射性能沒有突破性的創(chuàng)新，明現(xiàn)低于國際上全電動注塑機的注射成形能力和性能力，只能成形一些精度不高的塑料制品，用戶決不會為了節(jié)能而出大錢購買這種注射性能不高的節(jié)能全電動注塑機，阻礙了節(jié)能全電動注塑機的推廣應(yīng)用。

　　8 結(jié)語

　　注塑機節(jié)能是一個重要的研究課題，是一項注塑機的綜合技術(shù)。開發(fā)產(chǎn)品時，應(yīng)把節(jié)能作為主要研究課題，根據(jù)新產(chǎn)品注射成形的要求，開發(fā)節(jié)能系統(tǒng)及節(jié)能機構(gòu)。特別是對于特定的注射特定產(chǎn)品的注塑機，在滿足注射成形要求下，創(chuàng)新開發(fā)出新穎的達(dá)到節(jié)能要求的動力驅(qū)動系統(tǒng)及機構(gòu)。開發(fā)節(jié)能技術(shù)的目的是要提高注塑機的整體技術(shù)性能。開發(fā)創(chuàng)新節(jié)能注射成形技術(shù)，發(fā)展注塑機的節(jié)能技術(shù)。把開發(fā)注塑機的節(jié)能技術(shù)與開發(fā)注射成形技術(shù)結(jié)合起來，提高注塑機的整體技術(shù)水平.