立式注塑机是生产塑料包装制品的主要机械,降低能耗是降低f塑料包装制品成本的重要措施。立式注塑机的节能技术是立式注塑机科技进步发展过程中开发的一项新技术,随立式注塑机的不断发展而进步,同时又推动了立式注塑机的科技进步。高端立式注塑机必定具有高端的节能技术,高端的节能技术是高端的注射成形不可缺少的技术。对节能技术的分析研究,有助于立式注塑机的科技进步及高端立式注塑机的开发。本文对立式注塑机的节能技术作了较为详细的分析,提出了立式注塑机节能技术推广应用中的几个值得注意的问题及发展方向,供有关人士参考。

1    立式注塑机能耗特性及节能特性分析

        立式注塑机能耗的本质,就是动力系统输出的能量及能量的利用率,加工一个同样的制品,耗用的能量少即节能。立式注塑机的能耗性能具体主要反映在动力驱动系统的结构形式及能量转换效率上,以及驱动机构的结构形式上。立式注塑机的节能技术,实际上主要包涵3个方面:一是节能注射成形技术,二是节能的执行机构,三是节能的动力驱动系统。机构、电气控制及动力驱动系统是为注射成形技术服务的,节能技术围绕着注射成形展开,随着注射成形技术的发展而进步,同时又促进注射成形的科技进步。近年来,随着立式注塑机的发展,节能技术有了很大的进展,主要在中、小型立式注塑机上进行节能技术开发,在动力驱动系统上作开发,缺少对节能注射成形原理及节能执行机构的创新开发。从根本上实现立式注塑机的节能注射成形,只有创新节能的注射成形技术、节能的动力系统和节能执行机构,三者合为一体,才能达到完满的节能性能。

2    节能立式注塑机的创新开发

        创新节能注射成形技术带动节能注塑的创新开发,在专用立式注塑机的开发上首先得到应用,取得了良好的节能效果。

2.1    超大型专用节能立式注塑机的创新

        低压高速注射成形节能技术带动超大型专用节能立式注塑机的创新。创新大型塑料制品的节能成形原理,开发节能超大型专用立式注塑机。超大型立式注塑机主要用于特定大型塑料制品的注射成形,降低能耗是降低制品成本的主要措施。降低能耗的最有效的措施是降低整机的装载功率,而不像中、小型立式注塑机那样,从提高驱动系统的效率方面进行。降低整机的装载功率,必须降低执行机构的所需功率。要降低执行机构的所需功率,必须创新加工制品的注射成形工艺。超大型立式注塑机节能最明显的特征是,能够实现低压高速注射/低锁模力成形制品。具备低压高速注射/低锁模力成形的超大型立式注塑机,整机的重量、装载功率、制造成本、性价比等具有明显的竞争能力。针对托盘制品的性能要求及结构特征,一些单位从创新托盘的注射成形工艺角度出发,降低托盘的注射成形能耗,并根据注射成形的工艺要求,开发创新的节能系统和机构的超大型托盘立式注塑机。

        根据低压高速的节能注塑成型原理,研发的40000g节能超大型立式注塑机,液压动力系统装载功率仅为37kW,是同规格普通卧式立式注塑机的1/7~1/6,整机装载功率仅为196kW,能加工废旧塑料的1500mm@1200mm的托盘。运用热流道注射原理,研发出模外多点热流道注射,多达34点,从而达到低压注射,大大降低了注射压力和锁模力,降低了制品的内应力。塑化机构,运用挤出连续塑化和中空机存储缸的原理和特点,与注射塑化结合起来,减小了塑化螺杆的直径,40000g塑化螺杆的直径仅为110mm,相当于普通立式注塑机4000g的塑化螺杆,大幅度降低了塑化的驱动力,塑化电动机仅为45kW。加工一个1200mm@100mm托盘,注射压力80MPa,成型周期仅4.5min,能耗为普通卧式立式注塑机的50%,从根本上解决了超大型机的注射成型节能问题。

2.2    微发泡节能注射成形技术

        微发泡注塑技术,对于相同类型的制品,可以大大降低成形所需的合模力,较低的合模力可成形较大的制品,低的合模力使模具成本更低,低的合模力降低了成形能耗。从理论上说,几乎目前所有的非结构性塑料制品和一部分结构性塑料制品都可以采用微发泡注塑成型工艺制备。是一项很有发展前途的高端的节能注射成形技术。

2.3    群腔热流道节能注射成形

        热流道对低压节能注射成形非常重要,达到大幅度降低注射成形能耗。注射成形大型制品,应用群腔热流道,降低了成形的流长比,降低了注射压力,使注射成形制品所需的合模力及注射压力大幅度降低,降低了制品成形的能耗。低压注射成形,必定应用热流道技术。应用热流道技术,使较小合模力的立式注塑机可成形投影面积更大的制品。

2.4    振动成型节能技术

        振动成型技术的实质是利用聚合物吸收振动能量,具有提高加工性能和制品质量、缩短成型周期、节能和节约原料消耗等效果,带有振动功能的塑化装置及设备有利于提高聚合物的塑化质量和熔体平均流动速率,降低能耗,提高产量。

2.5    介质辅助节能技术

        介质辅助技术注塑成型的技术实质是将介质(氮气或水)快速注入带有缺料注射高聚物熔体的模腔中,利用介质压力打通介质通道,推动熔体前沿充满型腔。与此同时,介质由通道内部向四周均衡传递压力,使熔体充实到型腔各壁面,并进行压力保持,冷却定型,最终形成带有部分中空的制品。介质辅助技术的节能实质在于2个方面:一是在加工中,用介质推动前沿熔体流动,极大地减小高聚物传递中的能量耗散,缩短了熔体传递时间及其成型周期并降低了模腔压力及其锁模力,从而减少加工中的能量消耗;另一方面是缺料定型并保持气道的存在,形成中空制品,节约原料,使成本降低20%~40%。

2.6    注射-压缩的节能注射成形

        应用注射-压缩的节能注射成形原理,降低成形制品所需的合模力,开发托盘注射成形设备,达到节能的效果。

3    节能执行机构

        节能执行机构是立式注塑机节能的一个重要方面。立式注塑机的执行机构主要是注射与合模两大部分。

3.1    节能合模机构

3.1.1    肘杆合模机构节能进一步研究的课题

        肘杆机构的开发及推广应用是合模机构节能的一个重大进步,但进一步对其节能的先进性的研究,还缺少深入研究。肘杆机构的节能是肯定的。肘杆机构的能耗的特征主要表现在合模油缸的能量消耗P(工作压力)#Q(工作流量)值上,这2个参数又体现在合模油缸的内径及活塞行程的参数上,这2个参数的确定与肘杆的系统的刚度及有关参数直接关联,刚度由各零件的几何参数确定,这几者之间如何达到节能的最佳匹配,使合模缸的内径和活塞行程之积达到最小,还未见研究成果。

3.1.2    卡式节能合模机构

        根据超大型节能托盘立式注塑机的要求,开发了卡式节能合模机构。根据锁模的本质,把锁模与移模的2个功能分开,在满足安装模具的情况下,尽可能减小移模的移动模板的几何尺寸。整个合模机构为立式。合模机构把移模与锁模分为2个部件,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,在液压回路中设有蓄能器和大流量充油阀,起到了节能快速移模。两锁模油缸活塞杆同步推动两锁模卡直接卡紧模具模脚通过斜锲扩力机构产生锁模力,锁模力直接作用于模具上,而不是普通立式注塑机那样锁模油缸的推力首先作用于模板上然后通过模板作用于模具上产生锁模力。锁模原理从根本上作了创新,大幅度降低了合模部件的重量及锁模能耗。

3.1.3    节能无拉杆合模机构

        国际上以无拉杆合模机构为代表,已于20世纪90年代中期进行批量生产,最大规格已发展到6000kN锁模力,由于没有拉杆与导向套的摩擦副,消除了该摩擦能耗。无拉杆合模机构,由于其结构简单、容模空间大、装拆模具方便、有利于机械手的作业,深受用户欢迎。1998年在国内第1家试制成功了合模力为500kN的无拉杆合模机构的立式注塑机,但到现在国内还没有其他有关厂家进行研究开发制造。