注塑机发展方向与节能特性

随着塑胶制品多样化市场需求越来越大,注塑机设备的升级换代也越来越快。早期的注塑机都是全液压式，由于环保和节能的需要，以及伺服电机的成熟应用和价格的大幅度下降，随着塑胶制品多样化市场需求越来越大,注塑机设备的升级换代也越来越快。早期的注塑机都是全液压式，由于环保和节能的需要，以及伺服电机的成熟应用和价格的大幅度下降，近年来全电动式的精密注塑机越来越多，只有比较两类不同动力源注塑机的特点，才有可能弄清注塑机的技术发展方向。
全液压式注塑机在成型精密、形状复杂的制品方面有许多独特优势，它从传统的单缸充液式、多缸充液式发展到现在的两板直压式，其中以两板直压式最具代表性，但其控制技术难度大，机械加工精度高，液压技术也难掌握。
全电动式注塑机有一系列优点，特别是在环保和节能方面的优势，由于使用伺服电机注射控制精度较高，转速也较稳定，还可以多级调节。但全电动式注塑机在使用寿命上不如全液压式注塑机，而全液压式注塑机要保证精度就必须使用带闭环控制的伺服阀，而伺服阀价格昂贵，带来成本上升。
电动—液压式注塑机是集液压和电驱动于一体的新型注塑机，它融合了全液压式注塑机的高性能和全电动式的节能优点，这种电动-液压相结合的复合式注塑机已成为注塑机技术发展方向。注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇，然而在注塑产品的成本构成中，电费占了相当的比例，依据注塑机设备工艺的需求，注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量的比例高达50%-65%，因而极具节能潜力，设计与制造新一代“节能型”注塑机，就成为迫切需要关注和解决的问题。
注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计由高压节流造成的能量损失高达36%-68%。
随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已完成为注塑机电液系统的研究重点，针对阀控电液系统有较大能量损失的不足，德、日等国发展了应用变量泵和电液比例阀结合的负载感应型的注塑机电液控制系统。为进一步降低能耗，减少噪音，最新一代的注塑机是用转速可调的电动机驱动液压泵为动力源，在保压、冷却及空转工况保持很低转速，以达到节能、降噪的目的，其工作原理简述如下：
利用注塑机同步信号及电气控制系统，根据注塑成型的工艺要求，将电液比例控制系统，模拟成负载跟踪控制系统，使油泵电机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比，将传统的定量泵改造成变频变量泵，从而使溢流阀的回油流量降到最小，无高压节流能量损失，进而将传统有高压节流的“耗能型”注塑机升级为无高压节流的“节能型”注塑机，节能型注塑机除了节能功能之主要特性外，依据其节能原理，还具有附加系列的优点，包括：减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命；延长油路系统（密封组件等）使用寿命，减少维修次数、节省维护费用；降低噪音、改善工作环境；系统油温大幅降低，冷却用水量可节省30%以上；对电机具有过压、过流、缺相等多种保护；注塑机原有的控制方式及油路不变。将注塑机改造升级为“节能型”注塑机，其投资（主要是变频器）应该在一年内可通过节约的电费或油费收回。
总之，开发“节能型”注塑机理论可行，投资小、效益明显，或许在不久的将来，变频节能型注塑机会成为注塑机制造业的新卖点。
中国注塑机的发展现状与水平
中国注塑机企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带，其中宁波地区发展势头最猛，现已成为中国最大的注塑机生产基地，年生产量占国内注塑机年总产量1/2以上，占世界注塑机的1/3。
中国注塑机虽然发展很快、生产品种也较多，基本上能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备，个别产品也进入世界前列，但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比，中国注塑机还有一定差距，主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、 性能不稳定等方面。
目前中国注塑机产品主要集中在通用的中小型设备上，技术含量低，20世纪80-90年代的低档产品供大于求，机械制造能力过剩，企业效益下降。有的品种特别是超精大型高档产品还是空白，仍需进口。据2001年统计，中国进口注塑机使用外汇11.2亿美元，而出口注塑机创汇只有1.3亿美元，进口远大于出口。
中国加入世界经贸组织(WTO)后，国外的机械制造业加速对华转移，世界一些知名的注塑机企业，如德国德马克、克虏伯、巴登菲尔，日本住友重工等公司先后“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心。国外注塑机制造商的进入给中国注塑机行业带来了发展活力，同时也使中国注塑机制造企业充满了机遇与挑战。
1 注塑机的发展现状与水平
注塑机
注塑机是塑料机械的主要品种之一，占塑料机械总产值的38%，有1/3的塑料制品是由注塑机生产的。
目前中国生产注塑机的厂家较多，据不完全统计已超过60家。注塑机的结构形式有立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑机。一次注射量45-51000g；锁模力200-36000kN；加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。热塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃、聚砜及(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)等。从加工出的制品来看，有单色、双色的一般和精密塑料制品。上述产品的主要生产厂家都有自己的系列，各有自己的特点。如广东震德塑料机械厂有限公司生产的捷霸CJ系列注塑机每一种规格均有数控和电脑控制两种形式。又如浙江省宁波海天机械有限公司生产的HTF80X-HFT3600X型系列注塑机，可用于生产各种高精密的热性塑料制品，机器采用线型移动传感器控制注射、合模、顶出，采用多重CPU电控系统、大幅面彩色LED显示、全电脑自动控制。
普通卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向，其基本结构几乎没有大的变化，除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外，生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展，如同一型号的注塑机配置大、中、小三种注射装置，组合成标准型和组合型，增加了灵活性，扩大了使用范围，提高了经济效益。□ 近几年来，世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。

注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机，在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。
挤出机及辅机(生产线)
挤出机也是注塑机的主要品种之一，占注塑机总产值的31%，用挤出机加工的塑料制品占其总量的1/3左右。
单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。
双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。
注塑机行业的现状和发展策略
从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注塑成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80％采用了注塑成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注塑制品日益增长的需要，推动了注塑成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械2000年销售额在70亿元人民币左右，以台数记约为8.5万台，其中40％左右是注塑成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。
1．塑料注塑成型机的技术水平及发展趋势
从注塑机问世起，锁模力在1000－5000kN，注塑量在50－2000g的中小型注塑机占绝大多数。到了70年代后期，由于工程塑料的发展，特别是在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使大型注塑机得到了迅速发展。美国最为明显。在1980年全美国约有140台10000kN以上锁模力的大型注塑机投入巾场，到1985年增至500多台。日本名机公司已经成功地制造了当今世界最大的注塑机，其锁模力达到120000kN，注塑量达到92000g。
80年代以来，CAD/CAE／CAPP／CAM计算机应用技术在塑机制造业的广泛采用，促进了我国注塑机研发和制造水平的高速发展。以宁波海天股份有限公司为代表的一批国家级高新技术企业都相继引进美国U.G.S和PTC公司的计算机辅助设计和分析等软件，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对主关原件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准确的分析计算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证重要零件结构合理性的可靠性达到完美结合。为了保证高质量的设计输出到高质量的产品输出，旧的加工方式已经很难适应技术、质量竞争的要求。海天公司在“八五”和“九五”规划中，按照滚动发展的科学方法，累积投资2亿元人民币组建了加工中心分厂。新建5万平方米的大型装配分厂，10万平方米的扳金和结构件加工分厂，新建了1万平方米的试验车间和实验室，新建了5928个库位的立体自动仓库。购置了德国OKUMA两条柔性加工线，加入到40多台加工中心组成的机群中。实施了国家863计划——浙江海天CIMS工程，成功应用K3系统，实现了生产计划、物料、成本等计算机集成管理。引进IMAN系统实现了产品技术数据创建和跟踪，产品结构和版本，产品属性和关联数据的查询以及向K3系统的信息传递等计算机集成管理。

海天公司在2000年实现今年销售收入8.6亿元人民币，出口创汇1000万美元，创利税2亿元人民币完成销售具有国际90年代水平的大型注塑机100台，进行了两项国际先进水平的重大技术装备研制，其一是注塑机的防护门、配电箱等扳金件表面喷塑流水线形成批量生产能力，其二是注塑机螺杆和机筒双金属喷涂工艺投入批量生产，使关键零部件已经形成了三个完整的系列，它们是以曲肘式锁模的HTW和HTFX系列，直压式锁模的HTK系列，伺服电机控制的HTD系列。基本参数由锁模力580kN到36000kN，注塑重量由70g至51460g，处于国内的领先地位。
海天公司十分注重研究国际注射机的发展动态，努力赶上先进生产力发展的水平。国际上移模速度，已从过去的20－30m/min提高到40－50m／min，最高的达到70m/min。海天公司的中小型机已经跨进40－50m／min水平，大型机处在30－35m／min水平。注塑速度从过去的100mm/s提高到现在的250mm／s，有的达到450mm／s。日本制钢所研制的电动型注塑机达到900mm/s。海天牌注塑机一般都超过130mm/s。用蓄能器加速达到450mm/s。注塑压力从过去的120－150MPa提高到目前的180－250MPa。日本的SN120P机已达到460MPa，它生产的制品收缩率几乎为零，制品公差可保证在0.02－0.03mm，壁厚可保证0.l－0.2mm。节能方面从过去的流量比例和压力比例控制发展到变量控制或定量控制，变频调速控制，伺服控制技术的注塑机，能耗仅为传统机器的30％，海天公司采用变频伺服技术的注塑机，能耗仅为传统的50％。注塑机的高效率主要体现在工作节拍快，制品周期短，普遍比过去提高24％以上。高效注塑机的开模与预塑一般都是同步完成。开模中同时完成抽芯和顶出。日展会上最快注塑机，工作周期只有1秒钟。注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程序控制器控制和专用计算机控制的发展过程。自60年代末美国费洛斯公司首先应用计算机控制技术，经过80年代以来的高速发展，已经不是简单的动作控制，而是包括熔体温度、注塑压力、注塑速度、保压时间、冷却过程及液压回路的各种参数的综合控制。过去大多数采用开环控制，目前正在向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲公司PM控制系统，通过合模力、模腔压力和充模过程的控制，使制品质量的误差精确到0.15％。海天的控制技术与当今的国际先进水平的差距还比较大，我们自主研制的专用电脑在可靠和稳定性、抗干扰能力及反馈响应灵敏度、分辨率精度等方面与西门子、巴巴康门等有一定距离。另外硬件的运动精度、综合误差都需进一步提高。
目前注塑机发展的另一个重要方面，是各种专用注塑机，如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶胚机、包装机，集中体现了高新技 术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术，在锁模力只有传统技术三分之一时，仍可高质量的保证制品成型，使机器的体积和重量都大幅度降低，在节能和制品成本控制方面都具有重大意义。我们海天公司也积极研制了HTC系统的热固性材料的注塑机，HTP包装专用注塑机并出口到北美市场，HTE瓶胚专用注塑机，HTS双色成型注塑机，我们将会把这些研发进一步推向深入。
2.加入WTO以后的形势和发展策略
加入WTO以后，将对我国塑机行业的发展产生重大影响，对企业来说机遇和挑战并存。除了幼稚工业在一定时段内得到保护外，其他的行业关税壁垒的保护将不复存在。关税的降低会使大量的进口机占领国内市场，先进的技术、优秀的品质及良好的服务都具有强劲的竞争力。利用我国开放的优惠条件，一些发达国家和地区的塑机制造商，已经进入我国内地。在江苏省昆山市的经济开发区，已经汇集了多家代表台湾塑机制造业的厂家。香港震雄的塑机制造业已经全部搬迁到深圳新工业园区，他们充分利用国内的人力和物力资源，减少生产成本，然后同我们开展市场竞争。而我国的塑机行业也可以低税进口质优价廉的配套零件，提高整机的质量水平，有利于出口。
我们应该抓住机遇，迎接挑战，扬长避短，找到本企业的发展空间。首先，应该确立外向型发展战略，大力扩大出口，创造条件使自己的产品进军国际市场，特别是优势产品应该加强出口工作力度，提高市场占有率。鼓励更多的企业到境外设研究所，办企业，特别是东南亚、中东、非洲、俄罗斯和东欧市场都具有很大的潜力。第二，积极扩大国际经济技术合作，大力引进国外先进技术，可以是合资合作，也可以是购买技术。选择国际知名品牌的制造商，设立联合的产品开发研究机构。第三，积极推行专业化生产，改变大而全、缺乏高、精、尖的弱势，提高关键零件部件的质量水平，把创造世界名牌产品作为奋斗的目标。确立优质高效 精益求精、至诚服务、誉满全球的质量方针。跟踪世界先进技术，通过加大科技投人，加强产、学、研相结合的研究开发，突出自主的技术创新加速科技成果的产业化，加快塑机产品的升级。