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2008-07-09

淺談“節能、精密、高效”的注塑機技朮

上一期的國外塑機行業動態中,摘錄了日本nissei(日精)公司開發了一款t-20-2v型精密注塑機,是一種電動和液壓復合驅動的注塑機,該機與其標准液壓注塑機比較,節能40%,注射速度提高30%,注射響應時間快1倍。
  同時也摘錄了瑞士注塑機制造商netstal公司也推出了一種新型的evos電動和液壓混合式注塑機,整機全閉環控制。該機器的特點是用伺服電機驅動螺杆,可以實現同步熔膠,從而節省大量時間和能耗。
  從以上兩則信息可以看到,日本和歐洲發達國家都在不斷地開發“節能、精密、高效”型注塑機,他們引領着塑機行業發展的方向。
  當今時代,全球科學技朮不斷進步,科技創新成果不斷涌現,來自國內外行業的競爭壓力越來越大。為了在該行業中跑在前頭,立于不敗之地,就應重視科技創新和自主創新,并據此研發出中、高端產品并不斷優化之,在滿足用戶需求的同時賺取優厚的附加值,同時也提高產品在國際市場上的競爭力。
開發節能、精密、高效;型注塑機,是很多業內人士、專家一直在講的話題,也是國家所提倡的,符合國計民生的要求,意義重大,前景光明。
  一、節能的注塑機
  注塑機的節能技朮是一門綜合技朮,是注塑機科技進步的一項重要課題。在直觀上,是為了降低注射成型制品的加工成本,也即減小加工過程電能的消耗。在宏觀上,節能技朮應該是對所有資源的節省。涉及到加工過程中控制電能、熱能、機械能和液壓能等能源的消耗;以及減輕整機重量(節省鋼材資源);合理設計,使整機結搆緊湊(減小設備對成型車間的占地面積和使用空間)。
  目前,國內注塑機制造商在產品中所釆取的節能技朮,大部分仍然停留在較低的層次,如使用變量泵,使用變頻器(屬于輔助設備,無形中增加了整機成本)等較低端產品。所以,本文將根據國外最新塑機信息,對注塑機在節能方面所做的工作進行簡要的談談,希望對開發中、高檔塑機的必要性和重要性有進一步的重視。其實,注塑機的節能技朮,應該包括兩方面內容:節能的動力驅動系統和節能的注塑機部件。分述如下:
  1、節能的動力驅動系統
  (1)釆用交流伺服電機驅動的全電動注射機。節能,是全電動注塑機的一大優勢。全電機是使用交流伺服電動機作動力源,通過滾珠絲杠(或滾柱絲杠)或齒形帶、齒輪等元器件來完成開模和鎖模,頂針動作,螺杆轉動和注射動作。與傳統的液壓注塑機相比,全電動注塑機不用液壓油,不需要冷卻,不存在冷卻管路購置、運行和維護方面產生的費用。工作過程中,需要時電機才運轉,不需要時電機停止。伺服電機具有高速應答的反應速度性能,能量利用率高,比普通液壓注塑機節能達50%左右。釆用該系統是目前注塑機最節能的方法,但成本也最高。
  例如日本日精公司在加工pa66電器連接件時,1×12,在sse400液壓機上能耗為4.26kwh;在es400全電機上加工時能耗為2.86 kwh,后者節能達32.8% 。在加工pc的md薄殼零件時,1×4,在sse3000液壓機上能耗為19.0 kwh;在es3000全電機上能耗為6.9 kwh,后者節能達63.7% 。另外,由于全電機不使用液壓油,冷卻水只用于熔膠筒加料口。與使用變量泵的注塑機相比可節省冷卻水約70%;與定量泵注塑機相比,可以節省冷卻水約90% 。
  (2)、釆用交流伺服電機驅動液壓油泵的電液混合注塑機。使用該動力系統,整機可以少用液壓油;工作過程中,需要時電機才運轉,不需要時電機停止,能耗也大幅減少。如日精公司的具有混合動力的pnx40注塑機(直壓鎖模)與日精pn40油壓注塑機相比,同樣加工某打印機色帶盒為例(《塑膠工業》2006第四期報導),前者電耗為1.83kwh,后者為2.99kwh,前者可省電40% 。另外,前者油箱為90l,后者為200l,前者整機少用液壓油達55% 。釆用該系統,注塑機的能耗和噪音與全電機差不多。這種配置的注塑機,成本比全電機更便宜。
  (3)、另類電液混合驅動系統的注塑機。
  因為交流伺服電機的最高轉速可達4000rap/min,理論上講,與之相匹配的油泵排量可根據最高轉速來選擇,也即可選用比一般系統更小排量的油泵,從而降低油泵的成本。但是,目前油泵的最高轉速都低于1800 rap/min,如果油泵長期高速工作的話,噪音很大,壽命將縮短。因此,該混合系統無法充分發揮伺服電機能高速運轉的優良特性,增加了驅動系統的成本。
  使用液壓系統來驅動模板的開和合,使用伺服電機來完成螺杆轉動和射膠動作,這樣,可在提供較大鎖模力的情況下,實現精密的注射。而液壓系統由于只承擔合模和鎖模動作,可大大降低油泵排量和電機的裝載功率,液壓油也相應減少,這方面的節能效果是很可觀的。另外,由于注塑機工作時約70%的能量消耗在驅動螺杆轉動和注射動作上,因此螺杆的轉動和注射動作由伺服電機來做。同時,該系統可以實現同步熔膠,提高工作效率,因此,可以極大地提高能源的利用率。該電液混合系統,節能效果明顯,性能優良,具有良好的性價比,應值得大力推廣。
  釆用以上電液混合動力的外國著名公司有:husky公司的hylectric系列注塑機,釆用變量泵和水冷式電動機組成節能系統,配備輔助蓄能器,可在塑化的同時進行開合模,從而縮短循環周期。engel公司開發的victory electric系列注塑機,釆用液壓鎖模,電動塑化和射膠。netstal公司開發的synergy混合型注塑機特別適合加工薄壁和高技朮塑料制品,其控制精度可以與全電機相比。demag ergotech公司的elexis系列混合動力注塑機,注射和松退動作由液壓系統完成,而計量塑化和開合模過程由直流伺服電機控制。意大利bmb公司設計設計的elepack系列注塑機,其注射階段釆用液壓油蓄能器控制注射速度和質量,而塑化和頂針動作釆用電機驅動。
  以上列舉的注塑機節能方法,基本都應用伺服電機。一方面,由于伺服電機的應答速度快;第二,系統可以實現同步熔膠;第三,全電機的注射速度達300-500mm/s;開合模速度達1000 mm/s左右,遠遠高出液壓機。因此,縮短了整機在成型加工中的成型周期,提高了生產效率,降低了生產成本。
  2、節能的注塑機部件
  (1)、節能的加熱系統:注塑機的能耗中,除了電機之外,發熱圈的能耗占了整機的一大比例。注塑機工作過程中,大功率的發熱圈并不代表着能耗大,它只代表着能夠更快地達到設定溫度,正常工作時由控制系統控溫。要想減少因熱輻射和熱對流造成的能量損耗,最有效的措施就是使用高溫絕熱性好的保溫罩。
  (2)、節能的塑化組件與螺杆結搆:塑機在工作時,象車輪一樣運轉的零部件就是“塑化裝置”,而其核心是塑化螺杆,它是工作時能耗最多的部位。當螺杆長徑比越大,熔膠筒就相應越長。用于驅動螺杆轉動的扭矩就越大,所需的發熱圈數量或功率也就越多越大,因此,總體上的能耗增大。在塑化組件的設計上應盡量縮短螺杆的長徑比,但有的公司往往為了省事,對于不需要很大長徑比的場合,卻使用了大的長徑比。例如某公司設計用于加工熱固性塑料的塑化組件,按照熱固性塑料的工藝特性,螺杆是不需要也不允許很大長徑比的,但該公司卻簡單地借用標准機的射台,只更改了螺杆和熔膠筒結搆,螺杆的長徑比沒有減小,結果不但驅動阻力增大(甚至無法使螺杆轉動),能耗也增加,而且也多用了一些鋼鐵,這就是不合理的設計造成的后果。  (待續)        

作者:吳培新


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