高速注塑机液压驱动系统研究

高速注塑机液压驱动系统研究

李弘臻

广东伊之密高速包装系统有限公司广东佛山528306

摘要：我国是一个塑料制品的消费大国，对其需求量每年以近8%的速度快速增长。注射成型是规模化、自动化、机械化加工塑料产品的重要方法，随着材料工艺的进步和注塑成型技术的提高，注塑机的应用愈来愈广泛，对其注塑制品的复杂程度及技术要求也愈来愈高。随着现代工业的高速发展，各种电气电子产品不断地朝着小型化，多样化，精密化方向发展。

关键词：高速注塑机；液压驱动；系统；

注塑机的能耗主要集中在驱动、塑化、成型等过程，由于注塑机整体能耗的80%以上都消耗在驱动系统中，这一部分的节能潜力是最大的，因此，减少动力驱动系统本身的能量消耗是注塑机节能发展的重要方向。随着科学技术的不断发展，注塑机驱动系统也在不断发展创新，各种新型的驱动系统不断出现。

一、注塑机结构

高速注射具有以下优点：（1）较高的剪切速度会使塑料的黏度下降，在低黏度的情况下容易实现超薄成型以及减少制品的扭曲和翘曲变形；（2）减少表面的流纹与熔接线，提高制品的表面光泽，提高熔接部位强度，防止冷却变形；（3）缩短注射周期，提高注射效率和节能效果。因此，高速注射受到国内外注塑机厂商的追捧，国外知名注塑机厂商已经纷纷推出了自己的高速注塑机产品。而近些年，国内塑料机械厂家也开始注重开发高速注塑机，其主要原因在于近年来塑料制品的产销对促进国民经济的发展越来越重要。尤其像是手机电池盖、电子接插件、薄壁容器等的一些轻薄、短小、精密、复杂的塑料制品，它们用普通的塑料注塑机无法满足加工工艺要求。因此，开发一种具备高速注射能力的注塑机已是当务之急。虽然国外厂家已开发此项目，但其价格昂贵、维修麻烦，让国内很多用户望而却步。注塑成型机简称注塑机，它利用塑料的热塑性，通过将塑料颗粒在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化、融化和均化，后以高速、高压的方式将其通过喷嘴快速注入到模具的型腔中，经过保压、冷却、固化定型后形成各种形状的塑料制品。注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电液一体化很强的机种，主要由注射装置、合模装置、机身、液压系统、加热系统、冷却系统、电气控制系统以及加料装置等组成。其主要组成部分及作用为：（1）注射装置：使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔。（2）合模装置：也称锁模装置，保证注射模具可靠地闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件。（3）液压和电气系统：保证注塑机按预定工艺规程的要求（如压力、温度、速度、时间）和动作程序准确工作。

二、高速注塑机液压驱动系统

1.注塑工艺对注射压力的要求分析。今天注塑产品已经在各个行业中得到广泛使用，制品结构复杂，所使用的成型原材料性质差别也很大。由于浇道系统及各部位几何形状不同，尽管是同一品级材料的制品在不同部位对于熔体的充模速度和压力也有不同的要求。如果在注射成型时达不到成型工艺对注射速度、压力的要求，将会影响熔体的流变性能或高分子的结晶定向作用从而影响制品的性能质量以及表现质量。这样，注射过程中，螺杆向模具推进熔体时，要求实现在不同位置上有不同注射速度和压力的控制，即多级注塑。因此通过合理的对不同聚合物材料和不同的制品进行拟定和选择，利用多级注塑工艺可以克服制品中不良现象的发生，提高成型制品质量。在对制品几何形状分析的基础上选择多级注塑工艺，并根据工艺条件设定不同的速度、压力等级，通过螺杆位置进行多级速度及压力的切换。

2.减压阀在高速注射液压系统中的应用研究。一是减压阀的选型。减压阀主要用于降低系统某一支路的油液压力，使其获得一个较主系统低的稳定的工作压力。常用的减压阀主要有直动型减压阀、先导型减压阀及插装式减压阀三种型式。高速注塑机注射时由蓄能器释放的瞬时油液流量可高达几百甚至几千升每分钟，普通直动式和先导式减压阀受控制精度、通流能力的限制不能满足高速注射液压系统的要求。插装式减压阀兼具通流能力大（可高达7000L/min）、控制精度高的特点适用于高速注射液压系统。二是比例插装式减压阀。插装阀是把作为主控元件的锥阀插装在油路块中组合形成的阀件，具有通流能力大、密封性好、抗污染、集成度高和组合形式灵活多样等特点，特别适合大流量液压系统的要求。通过配合使用不同的先导阀，插装阀可构成方向控制阀、压力控制阀或流量控制阀。通常把插装式压力控制阀中能实现减压功能的插装阀称为插装式减压阀。为实现多级注塑工艺中不同注射行程上对注射压力的不同要求，用比例溢流阀替代原直动式溢流阀作为先导阀构成比例插装式减压阀。该阀实现了出口压力的比例调节，可为注射过程中的不同注射阶段提供不同的注射压力。

3.注塑机驱动节能系统。液压控制油泵耗电量占整个设备耗电量的比例高达50%～65%，因而极具节能潜力。其最根本的特点是所有驱动模块全为电动式，在整个注射成型的过程中没有任何液压元部件的参与，全部采用电动机驱动来完成工作。在塑料机械等领域是采用全电动式注塑机，还是仍采用液压式注塑机，是当前仍在研讨、争论的话题。液压式注塑机、电动式注塑机与电液混合式注塑机三种机型各具特点，技术兼容性正在不断改进之中。目前，由于全电动式注塑机节能效果明显，迎合了市场节能环保的需要，在发达国家开发速度很快。我国注塑机行业对这方面也极为关注，很多厂家开始对全电动注塑机进行研制与开发，并推出了一些样本。但是，就目前国内情况来看，全电动注塑机在国内的研究开发起步较晚，尚未形成产业化，关键零部件尚需引进，同世界上先进国家相比在技术上还存在比较大的差距。一般来讲，液压式注塑机虽然在运行过程中存在着能源消耗与浪费大、控制精度不高、噪音大的缺点，然而其在成型精密、形状复杂的制品方面有许多独特优势，而且其结构简单、成本低廉。全电动式注塑机在节能环保方面具有优势，但是其成本较高。电液混合式注塑机是集液压和电动于一体的新型注塑机，不但在节能减耗方面具有优势而且其成本也比较低，因此，电液混合式注塑机在我国塑料行业的推广速度比较快。我国注塑机生产的主流仍然是采用比例变量泵系统的液压式注塑机。因此，改进与提高液压式注塑机发展水平的同时，自主研发和积极引进技术含量高、成本低、节能环保的全电动注塑机、电液混合式注塑机是我国注塑机节能技术发展的主要方向。从我国注塑机行业目前的发展情况来看，一方面，根据我国的国情，发展适合我国国情的注塑机；另一方面，要紧跟世界注塑机发展的先进水平，必须把节能技术作为提高注塑机技术之一进行创新开拓，早日把我国建设成为一个注塑机生产强国。

结束语：

高速注射对于成型现代塑料制品有着越来越重要的作用和意义。高速注塑机的研究和制造已经成为反映一个企业乃至整个国家塑料机械工业水平的重要标志。用于实现高速注射的液压驱动系统的设计和控制一直是高速注塑机研制的关键和难点所在。因此还应找到一种更为合适的控制方法使得比例插装式减压阀在高速注塑机液压驱动系统中的应用得到更好的效果。

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