競爭白熱化 全方位解讀塑料注射成型新技術

　　注射成型是塑料工業(yè)最主要的成型方式之一。隨著技術的不斷成熟發(fā)展，傳統(tǒng)的注射成型技術的競爭已發(fā)展至相對白熱化的程度。為占領注射工業(yè)“精密、節(jié)能、高效”的新制高點，拓展注射制品應用領域，專攻注射成型的各大企業(yè)與科研院所紛紛推出全新技術。這些技術已經從最初的主要針對注射機本身的創(chuàng)新，開始延伸到工藝、模具、應用行業(yè)等，或者可以說從整個注射成型產業(yè)鏈相關的各個方面推動注射技術的創(chuàng)新發(fā)展。

　　塑料注射成型裝備

　　注射成型裝備是塑料注射成型的基礎。經過幾十年的快速發(fā)展後，近幾年已很難看到注塑機結構上的完全創(chuàng)新，當前市場火熱的全電動注塑機與油電混合注塑機可以說是進入了發(fā)展的輝煌時期，但這兩者并非新面世的機型。

　　針對注射技術的創(chuàng)新，企業(yè)更多地著眼於從應用角度的系統(tǒng)化研發(fā)以及企業(yè)產品的系列化升級與性能提升。當然，市場偶然出現(xiàn)的一些全新研發(fā)新品與特別的性能改進更顯彌足珍貴。

　　內循環(huán)四缸直鎖二板式精密注塑機

　　北京化工大學推出的內循環(huán)四缸直鎖二板式精密注塑機可以說為注塑機的創(chuàng)新發(fā)展注入了新鮮血液。

　　該機以北京化工大學教授王興天的兩項專利技術(專利號：ZL00238617.8，ZL200520145200.2)為核心，其具有中國自主知識產權的“二板調模、四缸直鎖、內循環(huán)”合模裝置是在總結和分析國內外合模系統(tǒng)的50余種型式和30余種結構的基礎上，按照“兩節(jié)、四高”(節(jié)省資源、節(jié)省能源、高精密、高效率、高靜音、高性價比)的目標進行量化而創(chuàng)新研發(fā)的，堪稱是一款卓越的新型注塑機合模機構。

　　通過可靠性試驗和試運轉，內循環(huán)四缸直鎖二板式精密注塑機各項性能指標均達到商業(yè)化要求，可轉入國內外商業(yè)化市場參加競爭。北京化工大學目前已與寧波海天塑機集團有限公司、寧波海達塑料機械有限公司和浙江申達機器制造股份有限公司等注塑機龍頭企業(yè)簽訂了內循環(huán)四缸直鎖二板式注塑機技術開發(fā)協(xié)議，產品樣機已經出爐，并在CHINAPLAS2012中國國際橡塑展上展出。

　　綜合評價顯示，該設備工作性能穩(wěn)定可靠，所生產制品精密度高、效率高，具有明顯的節(jié)省資源、能源、空間的優(yōu)勢;機器外形美觀，機械結構布局合理，控制系統(tǒng)先進，整機性價比極高，巧妙地解決了直壓式二板機能耗大等世界性的技術難題。

　　高性能油電混合高速注塑機

　　德馬格ElexisS系列注塑機通過獨特的專利油電混合動力系統(tǒng)實現(xiàn)了注塑機的高效率運行。德馬格油電混合動力系統(tǒng)采用高扭矩伺服電機直接驅動油泵，通過正反轉達到開合模和鎖模的動作。伺服電機和液壓油泵直接連接，沒有任何電磁閥，完全避免了電磁閥的響應時間，以及由於液壓油高速通過電磁閥時所產生的熱量損失。因而在響應速度和能耗上明顯優(yōu)於傳統(tǒng)的液壓驅動系統(tǒng)。同時避免了全電機所廣泛采用的滾珠絲桿在長時間運行時所產生的磨損問題，因而在耐久性和強度上明顯具有優(yōu)勢，更適合高速薄壁注射成型。

　　與此同時，由於采用同步伺服電機，在開合模制動減速時，鎖模側的伺服電機實際上是一個發(fā)電機，它把制動能實時轉換成電能傳遞給塑化電機，減少了電能消耗，降低了生產成本。

　　基於以上全新的驅動理念，德馬格ElexisS系列注塑機得以實現(xiàn)超高的運行速度。

　　歐標(Euromap6)通常采用“空循環(huán)時間”這個指標來評價注塑機的高效性，即鎖模力達到最大鎖模力的70%，開模距離為拉桿間距70%時的一次開合模時間。德馬格ElexisS200噸注塑機的空循環(huán)時間僅為1.35s，而一般的液壓機包括許多歐洲品牌也在2.3s左右，甚至更長。節(jié)省的0.95s對於周期性工作的注射成型過程的意義是顯而易見的。

　　另外，德馬格油電混合動力系統(tǒng)具有強大的注射能力，最大注射速度在800mm/s-1000mm/s。注射加速度在12m/s2。而一般高速液壓機的最大注射速度在600mm/s，注射加速度在5m/s2。

　　除了邊開模邊頂出，邊開模邊抽插芯等常規(guī)并行動作以外，德馬格ElexisS還具有邊開合模邊塑化，邊鎖模邊注射等特殊并行動作為標配，這樣就從動作上把成型周期降至最低。

　　耐馳特公司推出的預吹技術周期時間更短，成型質量更佳。

　　同時也可根據客戶要求配備注射壓縮功能(包含單重、多重、以及順序壓縮和并行壓縮)，排氣功能(包含單重、多重、以及順序排氣和并行排氣)等，所有這些是傳統(tǒng)的高速液壓機所無法完成的。

　　塑料注射成型工藝

　　相對於注射機本身的技術創(chuàng)新變得越來越難，注射工藝的研發(fā)似乎更為各家領先注射供應商所重視。在不同的展覽會上，針對某一產品的工藝技術創(chuàng)新所帶來的生產率提升往往更直觀也更具吸引力。

　　聚氨酯反應注射成型技術

　　聚氨酯正日益廣泛應用於家電、建筑、輕工等各領域，甚至已開始取代橡膠作為輪胎的生產原料。20世紀90年代，聚氨酯樹脂合成加工工藝曾被認為是一項非常復雜的技術。

　　KraussMaffei公司整合Elastogran公司的綜合計量工藝技術推出一系列全新的、更優(yōu)化的混合和計量設備RIM-Star，共有三種不同的型號，包括：與普通設備類似的RIM-StarModular;占地面積較小的RIM-StarCompact;注射量較小的RIM-StarMiniDos。

　　RIM-Star混合計量設備的主要特征是，其各組成部件的間距很小，能夠把壓力損失降到最低。同時，精確的溫度控制系統(tǒng)以及機器各部分的最佳配合使得加工過程更加穩(wěn)定可靠，極大地改進了聚氨酯產品的性能。通過對機器各部件的改進，這種新型機器更容易操作和維修。

　　此外，機器所具有的高兼容性使其很容易配置相應的加工處理設備，并使它們得到很好的整合。其中，RIM-StarModular可以按模塊進行靈活裝配，非常適合在空間有限而需要靈活裝配的場合使用;RIM-StarCompact因其結構緊湊，各部件之間間距小而使其占地面積較小;RIM-StarMiniDos的自動化程度高，操作簡單方便，從而在保證高精確度的情況下，加工過程更加穩(wěn)定，其傳輸能力最低可達到3g/s。

　　PET瓶預吹工藝

　　耐馳特公司(Netstal)最近進一步改進了久經考證的PET-LINECalitec系統(tǒng)。

　　這種創(chuàng)新冷卻系統(tǒng)支持瓶坯通過瓶坯的內壓冷卻。脫模後可以不間斷地對PET瓶坯進行高強度後冷卻。這個預吹(Preblow)技術采用底部吹出工藝延工了這一冷卻過程。因而進一步增大了Calitec的優(yōu)勢：周期時間更短，持續(xù)改善模塑質量。

　　耐馳特指出，正為創(chuàng)新的預吹工藝申請專利。其特點是：該工藝過程中，在注塑工藝結束後瓶坯在底部直接吹制。首次實現(xiàn)了可以同時改變底部輪廓和表面區(qū)域。利用吹塑工藝增大底部的尺寸，還可以使關鍵底部區(qū)域的壁更薄。在後序吹塑過程中，可利用該效應更有針對性地，更高效地加熱底部區(qū)域。最終得到LightBase超薄瓶座。

　　與當前公司的“EcoBase”和“CappelloDesign”解決方案相比，其具有明顯的優(yōu)勢，因為在整個工藝過程中保證了高度的均一性。除了輪廓變化外，耐馳特對更重要的參數(shù)，即壁厚和材料積聚，進行了更有效的調節(jié)，使其大幅改善。因而，在最佳注塑工藝過程中，壁厚據悉幾乎是不變化的。

　　在用一公升果汁瓶進行初步試驗時，據報重量減輕了一克以上。在CHINAPLAS2012，耐馳特展出了生產重15.8克的非碳酸水瓶坯的系統(tǒng)。瓶的品質完全相同，而材料耗用量至少減少了0.5克。按一年計算，相當於節(jié)約了約255噸材料。瓶坯用128腔模具生產，成型周期時間約為7.2秒。之後，所有128只瓶坯可靠、均勻地吹制。與EcoBase和Cappello相比，其重現(xiàn)性極好，吹塑工藝更簡單，具有突出的優(yōu)勢，令人印象深刻。

　　時任耐馳特銷售副總監(jiān)Thomas Anderegg說：“通過預吹工藝的發(fā)展，耐馳特已開發(fā)了一流的創(chuàng)新技術。吹塑工藝具有較大的工藝條件范圍，而且由於材料在瓶底上的積聚較少而縮短了成型周期時間，所以在PET瓶的生產中具有突出的優(yōu)勢。”

　　塑料注射成型模具

　　與注射技術發(fā)展密不可分的是模具技術的創(chuàng)新改進。尤其是近年來隨著形形色色注射單元的面世，配套的模具技術更是豐富多姿。

　　阿博格(Arburg)與合作伙伴Foboha合作開發(fā)出用於連續(xù)高速共注射成型的四面模腔立體模具(cubemold)技術。

　　在該技術中，兩注塑單元中較小的一個安裝在動模板上，立體模具中央部分的滑動裝置在機器底座上獨立運行，這樣就可以通過獨立的機器運動靈活地調節(jié)開模條件，提高工藝可靠性，優(yōu)化成型周期時間。立體模具在其四側的每一側面有8個模腔，因而可以同時完成32個生產步驟。模具連續(xù)在四個工位運轉。在第一個工位注塑預成型件，伺服電動驅動裝置使模具旋轉90度後在第二個工位冷卻。模具再旋轉90度後將預成型件送入第三個工位，注塑第二個組分。最後旋轉90度到達第四個工位後，在模具閉合的情況下，通過抽取模芯使成品脫模，自由落下，注塑工藝繼續(xù)進行。完善的Foboha疊層旋轉技術在縮短成型周期方面具有突出的優(yōu)點，不僅可以高質量、高速生產多組分部件，還可以在生產過程中脫模。

　　可以在一臺機器上生產非常復雜的產品。由於是同時在兩個分型面處注塑，所以，采用立體模具技術可以使生產過程中的合模力降低一半，模腔數(shù)增加一倍，因而在時間和成本方面具有極大的優(yōu)勢，尤其是對於大批量生產而言。

　　類似這樣的創(chuàng)新模具最近幾年在不同的展會上越來越多。

　　塑料注射成型綜合解決方案

　　威猛巴頓菲爾是全球塑料行業(yè)目前唯一一家能夠提供全套注塑自動化系統(tǒng)及周邊設備的供應商，其為客戶提供高效、可靠的“一站式”注塑解決方案的經營理念愈來愈強化了其在注塑領域的駕馭能力。

　　威猛巴頓菲爾在CHINAPALS2012上展示了一臺作為完整生產單元的垂直轉臺式立式注塑機和一臺“MicroPower”的微型注塑機。

　　立式注塑機VMR110/350V帶有直徑為1280mm的旋轉臺，通過一個4型腔模具來演示生產螺絲刀。螺絲刀的金屬部分通過注塑技術與塑料部分一起被注塑成型。插入動作和隨後的將注塑成品取出并放在傳送帶上的動作，由一臺威猛W818機械手來完成。一臺SUMOJunior粉碎機被用於廢料回收重復使用，一臺Gravimax14V稱重式混料機用於稱量塑料粒子并加入適量色母劑。這種稱重式混料機裝備有高精確性且防磨損的不銹鋼閥門。由於該設備采用了所有威猛混料機的配料單元中都有的RTLS(實時稱量)系統(tǒng)，它在每次混料時都能保證配料比例的絕對精確。此外，原料的烘乾由威猛DrymaxES40除濕乾燥機來完成，而FeedmaxS3上料機則用於系統(tǒng)供料。

　　MicroPower15/10注塑機是威猛巴頓菲爾在展會中展出的另一臺注塑設備，其生產一種僅重0.003g的醫(yī)療用夾子。材料來自泰科納的POM工程塑料，生產循環(huán)周期為4s，4型腔模具由英國Microsystems公司提供。完成件由威猛W8VS2機械手取出，該機械手專門用於抓取小件和微型件，具有高速度和高精確。隨後，完成件被送到整合安裝在生產單元和注塑機控制系統(tǒng)中的照相機下，完成質量檢測。根據其不同線孔數(shù)，完成件最終分別被放置到不同的模塊中。包括注塑、檢測和取放的整個過程都將在無塵工作室內進行。

　　從近年來注射成型技術進展可以看出，“精密、節(jié)能、高效”是塑料注射成型技術發(fā)展的必然趨勢。在近幾個5年規(guī)劃中中國塑料機械行業(yè)均以高、精、尖的單機為發(fā)展目標，按照每個時期世界領先水平來設定執(zhí)行目標。但是，十幾年來，那些目標多數(shù)未能實現(xiàn)，而且與國外同行間的差距還在繼續(xù)擴大。

　　國家“十二·五”規(guī)劃綱要對裝備制造業(yè)的未來發(fā)展提出“推動裝備制造由生產型制造向服務型制造轉變”的要求。中國輕工機械協(xié)會秘書長李堅多年前就曾呼吁塑料機械行業(yè)要改變固有觀念，要從塑料制品開始，研發(fā)市場中尚不存在的制品，向市場提供從制品、工藝到裝備一條龍的“交鑰匙”工程，從而引導市場來消化研發(fā)成果。如今行業(yè)的發(fā)展已經印證了市場的這一需求。我們能否在較短的時間內盡快轉變老的發(fā)展模式，是消滅或縮小我國同先進國家之間的差距關鍵之所在。