注塑機發展方向與節能特性

隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環保和節能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環保和節能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，近年來全電動式的精密注塑機越來越多，只有比較兩類不同動力源注塑機的特點，才有可能弄清注塑機的技術發展方向。
全液壓式注塑機在成型精密、形狀復雜的制品方面有許多獨特優勢，它從傳統的單缸充液式、多缸充液式發展到現在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術難度大，機械加工精度高，液壓技術也難掌握。
全電動式注塑機有一系列優點，特別是在環保和節能方面的優勢，由于使用伺服電機注射控制精度較高，轉速也較穩定，還可以多級調節。但全電動式注塑機在使用壽命上不如全液壓式注塑機，而全液壓式注塑機要保證精度就必須使用帶閉環控制的伺服閥，而伺服閥價格昂貴，帶來成本上升。
電動—液壓式注塑機是集液壓和電驅動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式注塑機的高性能和全電動式的節能優點，這種電動-液壓相結合的復合式注塑機已成為注塑機技術發展方向。注塑行業正面臨著一個飛速發展的機遇，然而在注塑產品的成本構成中，電費占了相當的比例，依據注塑機設備工藝的需求，注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量的比例高達50%-65%，因而極具節能潛力，設計與制造新一代“節能型”注塑機，就成為迫切需要關注和解決的問題。
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。對于油泵馬達而言，注塑過程是處于變化的負載狀態，在定量泵的液壓系統中，油泵馬達以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節流。據統計由高壓節流造成的能量損失高達36%-68%。
隨著世界各國在環保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴格的要求，節能已完成為注塑機電液系統的研究重點，針對閥控電液系統有較大能量損失的不足，德、日等國發展了應用變量泵和電液比例閥結合的負載感應型的注塑機電液控制系統。為進一步降低能耗，減少噪音，最新一代的注塑機是用轉速可調的電動機驅動液壓泵為動力源，在保壓、冷卻及空轉工況保持很低轉速，以達到節能、降噪的目的，其工作原理簡述如下：
利用注塑機同步信號及電氣控制系統，根據注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統，模擬成負載跟蹤控制系統，使油泵電機的轉速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統的定量泵改造成變頻變量泵，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節流能量損失，進而將傳統有高壓節流的“耗能型”注塑機升級為無高壓節流的“節能型”注塑機，節能型注塑機除了節能功能之主要特性外，依據其節能原理，還具有附加系列的優點，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（密封組件等）使用壽命，減少維修次數、節省維護費用；降低噪音、改善工作環境；系統油溫大幅降低，冷卻用水量可節省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“節能型”注塑機，其投資（主要是變頻器）應該在一年內可通過節約的電費或油費收回。
總之，開發“節能型”注塑機理論可行，投資小、效益明顯，或許在不久的將來，變頻節能型注塑機會成為注塑機制造業的新賣點。
中國注塑機的發展現狀與水平
中國注塑機企業主要分布在東南沿海、珠江三角洲一帶，其中寧波地區發展勢頭最猛，現已成為中國最大的注塑機生產基地，年生產量占國內注塑機年總產量1/2以上，占世界注塑機的1/3。
中國注塑機雖然發展很快、生產品種也較多，基本上能供給國內塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術裝備，個別產品也進入世界前列，但與工業發達國家如德國、日本、意大利相比，中國注塑機還有一定差距，主要表現在品種少、能耗高、控制水平低、 性能不穩定等方面。
目前中國注塑機產品主要集中在通用的中小型設備上，技術含量低，20世紀80-90年代的低檔產品供大于求，機械制造能力過剩，企業效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產品還是空白，仍需進口。據2001年統計，中國進口注塑機使用外匯11.2億美元，而出口注塑機創匯只有1.3億美元，進口遠大于出口。
中國加入世界經貿組織(WTO)后，國外的機械制造業加速對華轉移，世界一些知名的注塑機企業，如德國德馬克、克虜伯、巴登菲爾，日本住友重工等公司先后“進駐”中國，有的還進一步設立了技術中心。國外注塑機制造商的進入給中國注塑機行業帶來了發展活力，同時也使中國注塑機制造企業充滿了機遇與挑戰。
1 注塑機的發展現狀與水平
注塑機
注塑機是塑料機械的主要品種之一，占塑料機械總產值的38%，有1/3的塑料制品是由注塑機生產的。
目前中國生產注塑機的廠家較多，據不完全統計已超過60家。注塑機的結構形式有立式和臥式兩種。按生產出的制品可分為普通型和精密型注塑機。一次注射量45-51000g；鎖模力200-36000kN；加工原料有熱固性塑料、熱塑性塑料和橡膠三種。熱塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚氨酯、聚碳酸酯、有機玻璃、聚砜及(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)等。從加工出的制品來看，有單色、雙色的一般和精密塑料制品。上述產品的主要生產廠家都有自己的系列，各有自己的特點。如廣東震德塑料機械廠有限公司生產的捷霸CJ系列注塑機每一種規格均有數控和電腦控制兩種形式。又如浙江省寧波海天機械有限公司生產的HTF80X-HFT3600X型系列注塑機，可用于生產各種高精密的熱性塑料制品，機器采用線型移動傳感器控制注射、合模、頂出，采用多重CPU電控系統、大幅面彩色LED顯示、全電腦自動控制。
普通臥式注塑機仍是注塑機發展的主導方向，其基本結構幾乎沒有大的變化，除了繼續提高其控制及自動化水平、降低能耗外，生產廠家根據市場的變化正在向組合系列化方向發展，如同一型號的注塑機配置大、中、小三種注射裝置，組合成標準型和組合型，增加了靈活性，擴大了使用范圍，提高了經濟效益。□ 近幾年來，世界上工業發達國家的注塑機生產廠家都在不斷提高普通注塑機的功能、質量、輔助設備的配套能力，以及自動化水平。同時大力開發、發展大型注塑機、專用注塑機、反應注塑機和精密注塑機，以滿足生產塑料合金、磁性塑料、帶嵌件的塑料制品的需求。

注塑機是目前中國塑料機械中發展速度最快、水平與工業發達國家差距較小的塑機品種之一。但主要指普通型注塑機，在特大型、各種特殊、專用、精密注塑機的多數品種方面，有的產品尚屬空白，這是與工業發達國家的主要差距。
擠出機及輔機(生產線)
擠出機也是注塑機的主要品種之一，占注塑機總產值的31%，用擠出機加工的塑料制品占其總量的1/3左右。
單螺桿擠出機無論作為塑化造粒機械還是成型加工機械都占有重要地位，近幾年業，單螺桿擠出機有了很大的發展。目前德國生產的大型造粒用單螺桿擠出機，螺桿直徑達700mm，產量為36t/h。
雙螺桿擠出機喂料特性好，適用于粉料加工，且比單螺桿擠出機有更好的混煉、排氣、反應和自潔功能，特點是加工熱穩定性差的塑料和共混料時更顯示出其優越性。
注塑機行業的現狀和發展策略
從50年代技術創新推出了螺桿式塑料注塑成型機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業中，80％采用了注塑成型。近年來由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫藥等產業對注塑制品日益增長的需要，推動了注塑成型技術水平的發展和提高。我國塑料機械2000年銷售額在70億元人民幣左右，以臺數記約為8.5萬臺，其中40％左右是注塑成型機。從美國、日本、德國、意大利、加拿大等主要生產國來看，注塑機的產量都在逐年增加，在塑料機械中占的比重最大。
1．塑料注塑成型機的技術水平及發展趨勢
從注塑機問世起，鎖模力在1000－5000kN，注塑量在50－2000g的中小型注塑機占絕大多數。到了70年代后期，由于工程塑料的發展，特別是在汽車、船舶、宇航、機械以及大型家用電器方面的廣泛應用，使大型注塑機得到了迅速發展。美國最為明顯。在1980年全美國約有140臺10000kN以上鎖模力的大型注塑機投入巾場，到1985年增至500多臺。日本名機公司已經成功地制造了當今世界最大的注塑機，其鎖模力達到120000kN，注塑量達到92000g。
80年代以來，CAD/CAE／CAPP／CAM計算機應用技術在塑機制造業的廣泛采用，促進了我國注塑機研發和制造水平的高速發展。以寧波海天股份有限公司為代表的一批國家級高新技術企業都相繼引進美國U.G.S和PTC公司的計算機輔助設計和分析等軟件，實現了三維立體參數化建模，機構運動仿真，對主關原件分析，對高應力區的應力分布、應力峰值、危險區域等進行準確的分析計算，幫助設計人員迅速地了解、評估和修改設計方案，保證重要零件結構合理性的可靠性達到完美結合。為了保證高質量的設計輸出到高質量的產品輸出，舊的加工方式已經很難適應技術、質量競爭的要求。海天公司在“八五”和“九五”規劃中，按照滾動發展的科學方法，累積投資2億元人民幣組建了加工中心分廠。新建5萬平方米的大型裝配分廠，10萬平方米的扳金和結構件加工分廠，新建了1萬平方米的試驗車間和實驗室，新建了5928個庫位的立體自動倉庫。購置了德國OKUMA兩條柔性加工線，加入到40多臺加工中心組成的機群中。實施了國家863計劃——浙江海天CIMS工程，成功應用K3系統，實現了生產計劃、物料、成本等計算機集成管理。引進IMAN系統實現了產品技術數據創建和跟蹤，產品結構和版本，產品屬性和關聯數據的查詢以及向K3系統的信息傳遞等計算機集成管理。

海天公司在2000年實現今年銷售收入8.6億元人民幣，出口創匯1000萬美元，創利稅2億元人民幣完成銷售具有國際90年代水平的大型注塑機100臺，進行了兩項國際先進水平的重大技術裝備研制，其一是注塑機的防護門、配電箱等扳金件表面噴塑流水線形成批量生產能力，其二是注塑機螺桿和機筒雙金屬噴涂工藝投入批量生產，使關鍵零部件已經形成了三個完整的系列，它們是以曲肘式鎖模的HTW和HTFX系列，直壓式鎖模的HTK系列，伺服電機控制的HTD系列。基本參數由鎖模力580kN到36000kN，注塑重量由70g至51460g，處于國內的領先地位。
海天公司十分注重研究國際注射機的發展動態，努力趕上先進生產力發展的水平。國際上移模速度，已從過去的20－30m/min提高到40－50m／min，最高的達到70m/min。海天公司的中小型機已經跨進40－50m／min水平，大型機處在30－35m／min水平。注塑速度從過去的100mm/s提高到現在的250mm／s，有的達到450mm／s。日本制鋼所研制的電動型注塑機達到900mm/s。海天牌注塑機一般都超過130mm/s。用蓄能器加速達到450mm/s。注塑壓力從過去的120－150MPa提高到目前的180－250MPa。日本的SN120P機已達到460MPa，它生產的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在0.02－0.03mm，壁厚可保證0.l－0.2mm。節能方面從過去的流量比例和壓力比例控制發展到變量控制或定量控制，變頻調速控制，伺服控制技術的注塑機，能耗僅為傳統機器的30％，海天公司采用變頻伺服技術的注塑機，能耗僅為傳統的50％。注塑機的高效率主要體現在工作節拍快，制品周期短，普遍比過去提高24％以上。高效注塑機的開模與預塑一般都是同步完成。開模中同時完成抽芯和頂出。日展會上最快注塑機，工作周期只有1秒鐘。注塑機的控制技術歷經了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和專用計算機控制的發展過程。自60年代末美國費洛斯公司首先應用計算機控制技術，經過80年代以來的高速發展，已經不是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注塑壓力、注塑速度、保壓時間、冷卻過程及液壓回路的各種參數的綜合控制。過去大多數采用開環控制，目前正在向閉環控制方向發展。德國克勞斯馬菲公司PM控制系統，通過合模力、模腔壓力和充模過程的控制，使制品質量的誤差精確到0.15％。海天的控制技術與當今的國際先進水平的差距還比較大，我們自主研制的專用電腦在可靠和穩定性、抗干擾能力及反饋響應靈敏度、分辨率精度等方面與西門子、巴巴康門等有一定距離。另外硬件的運動精度、綜合誤差都需進一步提高。
目前注塑機發展的另一個重要方面，是各種專用注塑機，如排氣式注塑機、發泡注塑機、多色注塑機等等。以加拿大HUSKY公司為代表的瓶胚機、包裝機，集中體現了高新技 術含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術，在鎖模力只有傳統技術三分之一時，仍可高質量的保證制品成型，使機器的體積和重量都大幅度降低，在節能和制品成本控制方面都具有重大意義。我們海天公司也積極研制了HTC系統的熱固性材料的注塑機，HTP包裝專用注塑機并出口到北美市場，HTE瓶胚專用注塑機，HTS雙色成型注塑機，我們將會把這些研發進一步推向深入。
2.加入WTO以后的形勢和發展策略
加入WTO以后，將對我國塑機行業的發展產生重大影響，對企業來說機遇和挑戰并存。除了幼稚工業在一定時段內得到保護外，其他的行業關稅壁壘的保護將不復存在。關稅的降低會使大量的進口機占領國內市場，先進的技術、優秀的品質及良好的服務都具有強勁的競爭力。利用我國開放的優惠條件，一些發達國家和地區的塑機制造商，已經進入我國內地。在江蘇省昆山市的經濟開發區，已經匯集了多家代表臺灣塑機制造業的廠家。香港震雄的塑機制造業已經全部搬遷到深圳新工業園區，他們充分利用國內的人力和物力資源，減少生產成本，然后同我們開展市場競爭。而我國的塑機行業也可以低稅進口質優價廉的配套零件，提高整機的質量水平，有利于出口。
我們應該抓住機遇，迎接挑戰，揚長避短，找到本企業的發展空間。首先，應該確立外向型發展戰略，大力擴大出口，創造條件使自己的產品進軍國際市場，特別是優勢產品應該加強出口工作力度，提高市場占有率。鼓勵更多的企業到境外設研究所，辦企業，特別是東南亞、中東、非洲、俄羅斯和東歐市場都具有很大的潛力。第二，積極擴大國際經濟技術合作，大力引進國外先進技術，可以是合資合作，也可以是購買技術。選擇國際知名品牌的制造商，設立聯合的產品開發研究機構。第三，積極推行專業化生產，改變大而全、缺乏高、精、尖的弱勢，提高關鍵零件部件的質量水平，把創造世界名牌產品作為奮斗的目標。確立優質高效 精益求精、至誠服務、譽滿全球的質量方針。跟蹤世界先進技術，通過加大科技投人，加強產、學、研相結合的研究開發，突出自主的技術創新加速科技成果的產業化，加快塑機產品的升級。