注塑机节能技术初探

钟秋明

摘要：本文主要就注塑机的概述以及注塑机的节能技术进行了具体的分析研究。

关键词：注塑机;节能技术

1.注塑机的概述

1.1注塑机的介绍

目前国内的注塑机种类很多，其中应用最为广泛的是通用型注塑机，通用型注塑机又有柱塞式与螺杆式两种，本文主要对螺杆式注塑机进行了研究（如图1所示）。通用型螺杆式注塑机主要由三部分组成，注射系统、合模系统、液压传动与电气控制系统。

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图1 螺杆式注塑机简图

1.2注塑机工作原理及其特点

注塑成型是利用塑料的热物理性质，将塑料从料斗加进机筒内，机筒外部由加热装置进行加热以熔融物料。在机筒内安装有螺杆，它由液压油马达驱动旋转，物料在螺杆的驱动下沿着螺杆的螺槽向前部输送并被压实。机筒内物料在外部加热和螺杆剪切双重作用下塑化熔融，螺杆转动时，物料在螺槽剪切力和摩擦力的作用下把已经熔融的物料推到螺杆的头部位置，同时，螺杆在物料的反作用力下向后退，此时螺杆的头部行成了储料空间，完成了塑化过程【1】。最后螺杆在注射油缸的活塞杆推力作用下，以高压、高速把储料室内的熔融塑料通过喷嘴注射进模具的型腔中。型腔内的熔料经过保压、固化定型、冷却后，模具在合模装置的作用下开启，并由顶出机构把定型好的成型制件从模具顶出、落下。

从注塑机的工作原理来看，注塑成型具有以下特点：机械生产效率高、易实现全自动化生产;对各种塑料的加工适应性强;能一次成型出尺寸精确、外形复杂或者带有嵌件的塑料制品。

1.3 注塑机螺杆的分类

根据不同性能聚合物的加工要求，注塑螺杆分为很多种结构形式。我们使用的注塑机螺杆一般有通用型螺杆、渐变型螺杆与突变型螺杆三类。

一是通用型螺杆：注塑机在使用的过程中，根据制件要求，经常需要更换塑料种类，所以拆换螺杆的次数也就比较多。停机调换螺杆不仅仅造成劳动强度大，同时也会影响注塑机的生产效率。所以，注塑机虽备有很多种螺杆，可是在一般情况下并不常常换来换去，由此一来我们就使用适应性比较强的通用型螺杆，通过简单地调整工艺条件如螺杆转速、温度、背压等的方法，来满足不同的物料与制品的加工要求，避免了频繁更换螺杆并降低了注塑机的生产成本。

二是渐变型螺杆：又称长压缩段的螺杆，其特征是塑化物料时能量转换比较缓和，其主要用于加工聚氯乙烯类等。

三是突变型螺杆：又称短压缩段的螺杆，其特征是塑化物料时能量转换比较剧烈，主要用于加工聚烯烃类、聚酞胺等的结晶型塑料。实践证明，突变型螺杆的使用效果并不理想，使用的注塑机厂家也不多。

1.4料筒的作用

料筒的作用是为塑料加热加压，所以要求料筒能够耐热、耐压、耐腐蚀、耐疲劳、传热性好。螺杆式注塑机相对于柱塞式注塑机的料筒来说，因有螺杆在料筒内对物料进行搅拌作用，料层厚度较薄，传热率比较高。

2.注塑机的节能技术分析

注塑机的能量消耗一般由液压系统油泵的能量消耗、加热装置能量消耗以及冷却装置能量消耗三部分组成。而液压系统油泵的能量消耗占注塑机所有能量消耗的80%以上，降低液压油泵的能量消耗是注塑机节能的关键，所以研究注塑机新型节能液压系统具有十分重要的意义。

2.1变频调节技术

变频调节技术就是通过调节液压油泵转速，以使动力机构性能相似于比例泵节能系统，实现动力机构输出流量和执行机构所耗流量相匹配，最大限度降低流量损耗。变频调节技术是利用注塑机的电气控制系统与同步信号，并根据注塑成型工艺要求将电液比例控制系统模拟为负载跟踪控制系统，以使电动机转速和注塑机工作时所需要的液压流量与压力的乘积成正比例关系，将传统定量泵改造为变频控制变量驱动系统，进而使溢流阀回油量降至最小，没有高压节流能量损耗。

2.2比例变量泵系统

注塑机要实现节能最有效的措施就是做到动力机构与执行机构两者流量的自适应调节匹配。变量泵十电液比例阀相结合的负载敏感泵液压系统，其控制机构由比例变量泵、高速比例阀（含位置闭环）、压力传感器以及位移传感器等几部分组成，动态响应速度高，能够很好实现动力机构与执行机构两者流量的自适应调节匹配。变量泵的使用使注塑机液压系统由阀控变为泵控，将传统节流调速变为容积式调速。

负载敏感变量泵液压系统可使液压动力输出随负载的变化而变化，和定量泵++PQ阀相结合的液压系统相比，其节能效率可达20%}-40%。主要不足点为泵控系统的响应速度比泵+能量调节单元结合的液压系统慢，且比例变量泵对油液清洁度要求高、工作噪音大。

2.3定量泵+比例压力流量控制阀系统

注塑机控制系统采用定量泵供油，经过比例压力流量控制阀（即PQ阀），以溢流调节的方式将多余的油通过旁路回流进油箱。由比例溢流阀与主溢流阀保持比例节流阀前后压差的恒定，节流阀开口大小由输入到节流阀的比例电磁铁信号控制，由流量公式<！--[if gte vml 1]> <！[endif]--><！--[if ！vml]--><！--[endif]-->

可知，输出流量的大小只与比例节流阀的输入信号有关系。在注塑机工作过程中电动机转速保持不变，供油量恒定，PQ阀由控制系统输入模拟控制信号并通过对PQ阀的调整来实现对注塑机系统的压力、流量连续成比例控制。定量泵十PQ阀节能液压系统满足了注塑机对开合模、预塑、注射、保压等动作对压力和流量的控制要求，同时还保证了注塑成形工艺的重复性及稳定性阅。因定量泵十PQ阀液压系统采用小压差来追踪负载压力以控制泵压，所以比传统的定量泵+溢流阀+节流阀的液压传动系统在节能性方面有所改进，并且控制执行机构的速度不受液压油温影响，但在实际工作过程中还是存在着较多的节流溢流损失，尤其对保压压力要求较高、保压时间要求较长的制件成型，该系统的功率损耗相当大。

3.结束语

总而言之，注塑机节能技术的应用能够使得注塑机的节能效果有了更大的提升，不仅节约了能源，还在很大程度上促进了注塑机的创新和发展，对于其未来的发展有着重要的现实意义。

参考文献：

[1]张友根. 注塑机节能液压动力驱动系统的应用分析研究[J]. 液压气动与密封，2008，03：1-5.

[2]张友根. 注塑机节能技术的现状和展望（二）[J]. 包装工程，2008，04：172-174.