注塑機節能技術初探

鐘秋明

摘要：本文主要就注塑機的概述以及注塑機的節能技術進行了具體的分析研究。

關鍵詞：注塑機;節能技術

1.注塑機的概述

1.1注塑機的介紹

目前國內的注塑機種類很多，其中應用最為廣泛的是通用型注塑機，通用型注塑機又有柱塞式與螺桿式兩種，本文主要對螺桿式注塑機進行了研究（如圖1所示）。通用型螺桿式注塑機主要由三部分組成，注射系統、合模系統、液壓傳動與電氣控制系統。

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圖1 螺桿式注塑機簡圖

1.2注塑機工作原理及其特點

注塑成型是利用塑料的熱物理性質，將塑料從料斗加進機筒內，機筒外部由加熱裝置進行加熱以熔融物料。在機筒內安裝有螺桿，它由液壓油馬達驅動旋轉，物料在螺桿的驅動下沿著螺桿的螺槽向前部輸送并被壓實。機筒內物料在外部加熱和螺桿剪切雙重作用下塑化熔融，螺桿轉動時，物料在螺槽剪切力和摩擦力的作用下把已經熔融的物料推到螺桿的頭部位置，同時，螺桿在物料的反作用力下向后退，此時螺桿的頭部行成了儲料空間，完成了塑化過程【1】。最后螺桿在注射油缸的活塞桿推力作用下，以高壓、高速把儲料室內的熔融塑料通過噴嘴注射進模具的型腔中。型腔內的熔料經過保壓、固化定型、冷卻后，模具在合模裝置的作用下開啟，并由頂出機構把定型好的成型制件從模具頂出、落下。

從注塑機的工作原理來看，注塑成型具有以下特點：機械生產效率高、易實現全自動化生產;對各種塑料的加工適應性強;能一次成型出尺寸精確、外形復雜或者帶有嵌件的塑料制品。

1.3 注塑機螺桿的分類

根據不同性能聚合物的加工要求，注塑螺桿分為很多種結構形式。我們使用的注塑機螺桿一般有通用型螺桿、漸變型螺桿與突變型螺桿三類。

一是通用型螺桿：注塑機在使用的過程中，根據制件要求，經常需要更換塑料種類，所以拆換螺桿的次數也就比較多。停機調換螺桿不僅僅造成勞動強度大，同時也會影響注塑機的生產效率。所以，注塑機雖備有很多種螺桿，可是在一般情況下并不常常換來換去，由此一來我們就使用適應性比較強的通用型螺桿，通過簡單地調整工藝條件如螺桿轉速、溫度、背壓等的方法，來滿足不同的物料與制品的加工要求，避免了頻繁更換螺桿并降低了注塑機的生產成本。

二是漸變型螺桿：又稱長壓縮段的螺桿，其特征是塑化物料時能量轉換比較緩和，其主要用于加工聚氯乙烯類等。

三是突變型螺桿：又稱短壓縮段的螺桿，其特征是塑化物料時能量轉換比較劇烈，主要用于加工聚烯烴類、聚酞胺等的結晶型塑料。實踐證明，突變型螺桿的使用效果并不理想，使用的注塑機廠家也不多。

1.4料筒的作用

料筒的作用是為塑料加熱加壓，所以要求料筒能夠耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐疲勞、傳熱性好。螺桿式注塑機相對于柱塞式注塑機的料筒來說，因有螺桿在料筒內對物料進行攪拌作用，料層厚度較薄，傳熱率比較高。

2.注塑機的節能技術分析

注塑機的能量消耗一般由液壓系統油泵的能量消耗、加熱裝置能量消耗以及冷卻裝置能量消耗三部分組成。而液壓系統油泵的能量消耗占注塑機所有能量消耗的80%以上，降低液壓油泵的能量消耗是注塑機節能的關鍵，所以研究注塑機新型節能液壓系統具有十分重要的意義。

2.1變頻調節技術

變頻調節技術就是通過調節液壓油泵轉速，以使動力機構性能相似于比例泵節能系統，實現動力機構輸出流量和執行機構所耗流量相匹配，最大限度降低流量損耗。變頻調節技術是利用注塑機的電氣控制系統與同步信號，并根據注塑成型工藝要求將電液比例控制系統模擬為負載跟蹤控制系統，以使電動機轉速和注塑機工作時所需要的液壓流量與壓力的乘積成正比例關系，將傳統定量泵改造為變頻控制變量驅動系統，進而使溢流閥回油量降至最小，沒有高壓節流能量損耗。

2.2比例變量泵系統

注塑機要實現節能最有效的措施就是做到動力機構與執行機構兩者流量的自適應調節匹配。變量泵十電液比例閥相結合的負載敏感泵液壓系統，其控制機構由比例變量泵、高速比例閥（含位置閉環）、壓力傳感器以及位移傳感器等幾部分組成，動態響應速度高，能夠很好實現動力機構與執行機構兩者流量的自適應調節匹配。變量泵的使用使注塑機液壓系統由閥控變為泵控，將傳統節流調速變為容積式調速。

負載敏感變量泵液壓系統可使液壓動力輸出隨負載的變化而變化，和定量泵++PQ閥相結合的液壓系統相比，其節能效率可達20%}-40%。主要不足點為泵控系統的響應速度比泵+能量調節單元結合的液壓系統慢，且比例變量泵對油液清潔度要求高、工作噪音大。

2.3定量泵+比例壓力流量控制閥系統

注塑機控制系統采用定量泵供油，經過比例壓力流量控制閥（即PQ閥），以溢流調節的方式將多余的油通過旁路回流進油箱。由比例溢流閥與主溢流閥保持比例節流閥前后壓差的恒定，節流閥開口大小由輸入到節流閥的比例電磁鐵信號控制，由流量公式<！--[if gte vml 1]> <！[endif]--><！--[if ！vml]--><！--[endif]-->

可知，輸出流量的大小只與比例節流閥的輸入信號有關系。在注塑機工作過程中電動機轉速保持不變，供油量恒定，PQ閥由控制系統輸入模擬控制信號并通過對PQ閥的調整來實現對注塑機系統的壓力、流量連續成比例控制。定量泵十PQ閥節能液壓系統滿足了注塑機對開合模、預塑、注射、保壓等動作對壓力和流量的控制要求，同時還保證了注塑成形工藝的重復性及穩定性閱。因定量泵十PQ閥液壓系統采用小壓差來追蹤負載壓力以控制泵壓，所以比傳統的定量泵+溢流閥+節流閥的液壓傳動系統在節能性方面有所改進，并且控制執行機構的速度不受液壓油溫影響，但在實際工作過程中還是存在著較多的節流溢流損失，尤其對保壓壓力要求較高、保壓時間要求較長的制件成型，該系統的功率損耗相當大。

3.結束語

總而言之，注塑機節能技術的應用能夠使得注塑機的節能效果有了更大的提升，不僅節約了能源，還在很大程度上促進了注塑機的創新和發展，對于其未來的發展有著重要的現實意義。

參考文獻：

[1]張友根. 注塑機節能液壓動力驅動系統的應用分析研究[J]. 液壓氣動與密封，2008，03：1-5.

[2]張友根. 注塑機節能技術的現狀和展望（二）[J]. 包裝工程，2008，04：172-174.