2.1.3    模板CAD优化设计实现减量化

        模板（固定模板、移动模板）CAD优化设计实现减量化得到较多的应用。优化设计版本较多，不同的版本优化的结果差别较大，例如，同规格的移动模板的厚度相差近三分之一，重量相差20%~30%。哪种优化设计软件更切合实际状况，还需做更科学的研究。

2.1.4    模板受力性能创新设计实现减量化

        模板的功能有两个，即受力锁紧模具和安装模具。传统的整体结构式的模板是把两个功能合在一起，由于受到绕度许用值的约束，虽然可通过CAD优化设计，实现减量化，但为保证模具的平行度，一般在10%~15%的减量化。

        可见，实现对模板较大幅度的减量化，需把绕度许用值降低（数值增加）。整体结构式的模板不允许绕度许用值降低的设计，唯有模板受力性能创新设计才能达到绕度许用值降低的设计。

        减量化的功能分离型连体模板：在模板结构设计上，把受力锁紧模具和安装模具的两个功能分开，达到模板受力绕度不影响安装模具面的平行度，这样，模板的受力绕度可适当降低，达到从根本上实现模板减量化。国内有厂家在大型机上应用了功能分离型连体模板，但如何保证拉杆螺母与固定模板的接触面不受模板较大绕度的影响，还没有结构上的创新，这样，虽然模板实现了减量化，但使用寿命受到影响。

        减量化的功能分离型分体模板：日本东芝公司肘杆合模机构的移动模板分为受力支架和模具安装板的功能分离型分体式，移动模板与拉杆无接触，由模具安装板、受力支架、固定螺钉、定位销等组成。受力支架承受锁模力，绕度变形产生在模具安装板中心圆形区域，不同于普通整体模板产生绕度作用于模板上下两侧，因而受力支架产生绕度基本不影响模具安装板。整体移动导向为底部的两直线导轨，不同于普通移动模板依靠拉杆与安装于移动模板拉杆孔内的导套进行导向，因而无需润滑油，提高了清洁度和拉杆使用寿命，并且稳固可靠。可卸式的模具安装板，提高了维修性能和使用灵活性。导向采用高精度高负荷的滚珠导轨，实现了无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本。

2.1.5    合模机构的资源消耗与能耗的绿色科学设计

        合模机构的形式方案确定之后，机构的资源消耗与能耗之间两者关系的类似设计上，考虑到机构制造的资源消耗是一次性的、机构的成型能耗效率是生命周期的长期性的因素，贯彻能耗优先的设计原则。合模机构的能耗效率直接反映在机构效率上，机构效率高，意味着所需动力驱动能量少，对液压驱动系统来说，减少了液压系统对环境的污染。

        肘杆合模机构的效率同机构的刚度相关联，直接反映在机构弹性变形主要件拉杆刚度和肘杆系统两者的刚度比值上。

        拉杆与肘杆系统两者的刚度之比与机构效率成类似正比关系。科学合理适度提高肘杆系统的刚度，即增加肘杆的截面积，虽然增加了设备制造的一次性资源消耗，但机构效率可以得到较大幅度提高。同时，由于系统刚度的提高，高压锁模性能也达到改善。

2.1.6    绿色创新创造合模机构实现合模机构绿色度革命

        在原有合模机构基础上的绿色设计，说到底仅是一些小改小革，难以取得突破性的绿色技术进步。创新创造合模机构，根本上实现合模机构的绿色度技术革命。针对专用化功能化的注塑成型，创新创造专用化功能化的合模机构。

        （1）双曲肘斜排列七支点合模机构

        宁波海达塑料机械有限公司基于机构运动学和力学，研究了液压驱动系统与机构的运行原理、机构特性、工作性能、机构运行特性、能耗等之间的相互关联关系，国内首创双曲肘斜排列七支点合模机构，革新了传统的双曲肘四支点/五支点合模机构，同比双曲肘斜排列五支点合模机构，行程比大于一倍，缩短了加工轴向尺寸，拉杆长度实现了减短的减量化设计；后模板、移动模板受力形式同外翻肘杆机构，实现了模板减量化设计；液压驱动节能35%，系统液压驱动装载功率下降40%。

        （2）液压驱动的斜锲卡式锁模机构

        传统立式注塑机的锁模原理是，锁模动力执行机构把力通过模板作用于模具上，产生锁模力。这种设计思路，必须考虑到模板的刚度与合模力相匹配，运用到超大型立式注塑机的设计上，模板的重量及几何尺寸必然会很大，不但钢材资源消耗大，而且在制造加工上，难度很大，不利于低碳排放。

        宁波海航塑料机械制造有限公司根据大型塑料托盘的注塑成型工艺特点，抓住注塑锁模的原理，把锁模与移模的两个功能分开，移模仅负责模具上模具的开模与合模，锁模仅负责对模具锁紧，去掉传统的占整机重量很大份额的中间锁紧力传递的模板，直接锁紧模具，大幅度降低了合模部件的重量及能耗。

        国内首创卡式节能锁模机构，其工作原理是待模具闭合后，利用机械斜锲增力原理，两个对称的内径160mm、行程200mm的锁模小油缸直接驱动斜锲增力结构，卡紧并锁紧模具，产生30000kN的锁模力，在约4秒内完成锁紧运行。

        （3）全液压四缸直锁二板式合模机构

        顺德市秦川恒利塑料机械有限公司国际首创全液压四缸直锁二板式合模机构，解决了力和速度的矛盾，克服了传统全液压式速度慢、耗能多、易漏油等难题，实现了锁模力与注射压力的自适应和锁模位置自适应，它是目前世界上惟一可任意改变开合模行程、模板的形状、大小的立式注塑机，既减少投资又节能。

        （4）无拉杆合模机构

        无拉杆合模机构由ENGEL公司首创。合模力由“C”型架受力弹性变形产生，没有拉杆，从根本上杜绝了拉杆合模机构的拉杆导向润滑副带来的污染，而且易设计成全封闭的制品成型环境，提高了成型环境的洁净度。

        （5）“C”型立式合模机构

        合模力由“C”型架受力弹性变形产生，没有拉杆，所以不存在拉杆与模板的导向润滑副，具有与无拉杆合模机构同样的洁净度性能。安装模具空间大，相对节约了合模部件的钢材消耗量。

2.2    注射机构绿色设计的分析研究

        注射机构的主要功能是实现对塑料原料熔融的塑化及射出，以绿色成型技术为出发点进行立式注塑机构的绿色设计。塑料原料是一种高分子化合物，不同的塑料原料由固体受热为熔融体的过程中，除了发生物理变化，还发生化学变化，特别是一些受热易分解的塑料，如PVC、PC、PET等，如熔融热得不到有效的控制，易分解出污染环境、有害人体健康的气体，而且成型加工后的制品内在质量下降，甚至成为不合格品，增大塑料原料的损耗。

        注射机构的绿色设计的研发重点是降低环境污染度的螺杆。

2.2.1    绿色塑化螺杆设计

        螺杆的塑化能耗是螺杆性能的标志。性能差的螺杆，不但塑化动力驱动能耗高，而且剪切产生的无效热能不但降低塑化质量，而且不得不采取人为的散热装置。对此，国内立式注塑机制造商知道其重要性但没有放在重要的设计研究上，而一些螺杆制造商即使有所研究但因不涉及自己的切身利益也是肤浅的。

        清洁化的热敏性塑料塑化螺杆：热敏性塑料在螺杆剪切热突变工况下，极易分解而污染环境。国内对易分解塑料的塑化螺杆的结构设计普遍不合理，不能有效控制塑化剪切热。PC塑化螺杆，不能有效控制塑化剪切热，成型加工制品表面发黄的现象屡见不鲜，同时增大双酚A的析出率。PVC塑化螺杆，套用PVC塑化挤出螺杆的形式，采用强烈剪切实行塑化，氯乙烯单体分解率得不到控制而析出机筒，不但严重污染环境，而且与空气中水分结合成盐酸而腐蚀设备和周边金属件，加速了资源损耗。为了对不合理的塑化螺杆产生的过量剪切热降温，塑化机筒上又设置冷却风扇，进行降温，这种设计既增加了能量的消耗，又达不到有效的质量控制。国内一些单位缺乏独立绿色设计创新能力，抄袭照搬，缪论变为真理，严重阻碍了塑化螺杆的绿色设计的发展。作者开发的不需另外风扇冷却、有效控制氯乙烯单体分解率的PVC塑化螺杆，20多年来生产正常，说明易分解塑料的塑化螺杆的降低环境污染的绿色设计大有可为。

        功能化节能塑化螺杆：功能化的螺杆在提高塑化质量的前提下，实现节能化。在7800kN合模力的立式注塑机上使用作者研发的一加工PC的专用螺杆，在温度240℃条件下，达到良好的望化注射性能。另一台7800kN合模力的立式注塑机上使用其它公司研发的同直径的PC专用螺杆，在温度240℃条件下，根本不能塑化，温度达到275℃才能塑化，而且注射出的熔料发黄变质，达不到塑化质量要求，从能耗方面来说，前者比后者节能近13%，而且塑化性能优良。这说明了螺杆的塑化节能性能大有研究可为。