為了促進(jìn)業(yè)內(nèi)人士對(duì)于節(jié)能技術(shù)有更加深入的了解，慧聰網(wǎng)塑料頻道日前采訪了多家注射機(jī)企業(yè)、注塑加工企業(yè)以及業(yè)內(nèi)專家。借用眾家的觀念，希望能夠幫助業(yè)內(nèi)企業(yè)更好的選擇節(jié)能技術(shù)的使用。
關(guān)于全電動(dòng)注射機(jī)
作為塑料成型機(jī)的一個(gè)主要品種，注射機(jī)歷經(jīng)了很多重要的發(fā)展變化。在全電動(dòng)注射機(jī)出現(xiàn)之前注射機(jī)不是機(jī)械式的就是液壓式的，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機(jī)的成熟應(yīng)用和價(jià)格的大幅度下降，近年來(lái)全電動(dòng)式的精密注射機(jī)越來(lái)越多，為了分析這一發(fā)展趨勢(shì)，我將各類別注射機(jī)的特點(diǎn)列出：
1、全液壓式注射機(jī)在成型精密、形狀復(fù)雜的制品方面有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它從傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到現(xiàn)在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術(shù)難度大，機(jī)械加工精度高，液壓技術(shù)也難掌握。
2、全電動(dòng)式注射機(jī)有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，據(jù)報(bào)道，目前較先進(jìn)的全電動(dòng)式注射機(jī)節(jié)電可以達(dá)到70%，另外，由于使用伺服電機(jī)注射控制精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級(jí)調(diào)節(jié)。但全電動(dòng)式注射機(jī)在使用壽命上不如全液壓式注射機(jī)，而全液壓式注射機(jī)要保證精度就必須使用帶閉環(huán)控制的伺服閥，而伺服閥價(jià)格昂貴，帶來(lái)成本上升。
3、電動(dòng)—液壓式注射機(jī)是集液壓和電驅(qū)動(dòng)于一體的新型注射機(jī)，它融合了全液壓式注射機(jī)的高性能和全電動(dòng)式的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，這種電動(dòng)-液壓相結(jié)合的復(fù)合式注射機(jī)已成為注射機(jī)技術(shù)發(fā)展方向之一。
在注塑產(chǎn)品的成本構(gòu)成中，電費(fèi)占了相當(dāng)?shù)谋壤?，依?jù)注射機(jī)設(shè)備工藝的需求，注塑機(jī)油泵馬達(dá)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電量的比例高達(dá)50%-65%，因而極具節(jié)能潛力。由于不需要電能和液壓能之間的轉(zhuǎn)換，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)直接由電能驅(qū)動(dòng)，且無(wú)任何溢流損失，因此全電動(dòng)注射機(jī)在節(jié)能效果上具有先天的優(yōu)勢(shì)。另外，全電動(dòng)注射機(jī)在實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制方面也極具優(yōu)勢(shì)。日本的全電動(dòng)注射機(jī)的年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的50%以上，并70%以上外銷國(guó)際市場(chǎng)，其中我國(guó)就是一個(gè)很大的用戶。然而我們自己研制的全電動(dòng)注射機(jī)，很難打開自己的市場(chǎng)，目前產(chǎn)業(yè)化比較難。主要原因是關(guān)鍵的配套件必須依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)件質(zhì)量尚不過關(guān)。這類機(jī)器需要4-6個(gè)伺服電機(jī)和相應(yīng)的滾珠螺桿螺母，還有滾動(dòng)直線道軌等，使機(jī)器價(jià)格出現(xiàn)成倍增長(zhǎng)。另外它的控制程序需根據(jù)多點(diǎn)伺服的要求而專門設(shè)計(jì)，像日本法那可等公司都研發(fā)了自己的全電動(dòng)注射機(jī)專門控制器，而我國(guó)基本上是由供應(yīng)商，在普通機(jī)控制器的基礎(chǔ)上作些改進(jìn)而成，從控制質(zhì)量和水平上還有差距。其實(shí)核心技術(shù)我們是不掌握的，因此我們的全電動(dòng)注射機(jī)同發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品還有質(zhì)的差別。全電動(dòng)注射機(jī)是一個(gè)非常好的發(fā)展方向，但出于研發(fā)成本、市場(chǎng)認(rèn)可度等綜合因素的考慮，目前全電動(dòng)注射機(jī)還沒有成為國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)，很多企業(yè)宣傳自己能夠提供成系列的這種產(chǎn)品，其實(shí)一定程度上也是出于宣傳企業(yè)技術(shù)形象的考慮。
如日中天的變頻技術(shù)
在通用注射機(jī)上引入節(jié)能技術(shù)來(lái)開發(fā)節(jié)能型注射機(jī)，這也是當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)注射機(jī)技能技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。 此類技術(shù)主要有變頻節(jié)能型、變量泵節(jié)能型和儲(chǔ)能裝置等，根據(jù)產(chǎn)品和工藝的不同，節(jié)能效果可以達(dá)到30～70%的范圍。
變頻節(jié)能技術(shù)目前應(yīng)用較為普遍，各行各業(yè)都在使用。在塑機(jī)領(lǐng)域，塑料機(jī)械在應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后可以節(jié)約電能（可節(jié)電約20-60%）、減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)綠色用電。
傳統(tǒng)的注射機(jī)沒有對(duì)機(jī)器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，即只要機(jī)器通電，電機(jī)就始終以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于電機(jī)與油泵同軸，油泵將以額定排量將油吸入液壓系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量小于油泵所提供的流量時(shí)，多余的油將被回流，這勢(shì)必極大浪費(fèi)。變頻節(jié)能型注射機(jī)從根本上克服了傳統(tǒng)注射機(jī)的這一弊病。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟著發(fā)生變化，從而使得油泵排出的油的流量發(fā)生變化，即真正做到“需要多少給多少”。
據(jù)業(yè)內(nèi)企業(yè)介紹，國(guó)內(nèi)注射機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展是：應(yīng)用創(chuàng)新的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)整原理對(duì)注射機(jī)液壓系統(tǒng)的主電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，既大幅度降低了注射機(jī)液壓系統(tǒng)的溢流損耗，又具有閥控系統(tǒng)的快速響應(yīng)性，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。針對(duì)液壓系統(tǒng)特有的負(fù)載特性，具有超載能力強(qiáng)、頻響高和低速轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)。由于主電機(jī)的加速與減速時(shí)間較長(zhǎng)，因而在控制過程中引入了各動(dòng)作控制電磁換向閥的控制信號(hào)，以便對(duì)注射機(jī)所處的工藝流程進(jìn)行鑒別判斷，提前給出加速與減速指令，實(shí)現(xiàn)工藝過程與調(diào)速控制的最佳配合。尤其在冷卻工藝流程中，使主電機(jī)停轉(zhuǎn)。
變頻技術(shù)對(duì)于老式機(jī)型實(shí)現(xiàn)節(jié)能化尤其重要，近年來(lái)，不少注塑企業(yè)都試驗(yàn)在普通注射機(jī)上安裝變頻器來(lái)觀察效果，據(jù)企業(yè)反映，前幾年的變頻器對(duì)于控制精度和響應(yīng)時(shí)間的影響非常大，這主要由于當(dāng)時(shí)的變頻器主要為通用型，隨著技術(shù)迅速發(fā)展，注射機(jī)專用變頻器出現(xiàn)，目前在生產(chǎn)非高精度產(chǎn)品時(shí)，采用高品質(zhì)變頻器已經(jīng)能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省相當(dāng)可觀的能源。但是，在局域電網(wǎng)供電不夠穩(wěn)定的情況下，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用就會(huì)遭遇很大困難。
變量泵注射機(jī)發(fā)展迅速
變量泵節(jié)能型工作原理：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時(shí)電機(jī)負(fù)載也會(huì)隨著排量而改變，達(dá)到省電的目的。變量泵與標(biāo)準(zhǔn)定量泵的主要區(qū)別是輸出功率不同，變量泵的輸出功率是隨負(fù)載的變化而變化，而定量泵的輸出功率相對(duì)恒定，在小流量動(dòng)作情況下，變量泵的輸出功率很低，而定量泵的輸出功率基本恒定。配備高響應(yīng)功率匹配比例變量泵系統(tǒng)令注射機(jī)液壓系統(tǒng)輸出與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配，無(wú)高壓節(jié)流溢流能量損失，特別在射膠工序、熔膠、冷卻工序的節(jié)電效果較高，平均可達(dá)30-50%的節(jié)電效果。對(duì)射膠保壓時(shí)間較長(zhǎng)的厚身或大型制品，節(jié)電的優(yōu)越性更加明顯。同時(shí)，相同電機(jī)功率可配用更大排量油泵，令整機(jī)速度加快。
變量泵注射機(jī)一般情況下用于小型機(jī)，對(duì)于中、大型注射機(jī)來(lái)講，采用變量泵對(duì)設(shè)備成本增加太多，很不經(jīng)濟(jì)。中、大型注射機(jī)一般均采用多個(gè)定量泵聯(lián)合工作的方式來(lái)達(dá)到變換動(dòng)作速度的目的，通過泵的加載、卸載和匹配，能源消耗也能夠得到合理的控制。但是，這方面變化也在發(fā)生，廣東博創(chuàng)機(jī)械有限公司就提出了開創(chuàng)大型注射機(jī)閉環(huán)變量泵新紀(jì)元的口號(hào)。我們慧聰塑料計(jì)劃于近期對(duì)該技術(shù)進(jìn)行報(bào)道。另外變量泵對(duì)油的清潔度要求較高，這增加了變量泵注射機(jī)的使用成本，進(jìn)而限制了其應(yīng)用。
變量泵注射機(jī)和伺服控制節(jié)能型注射機(jī)，相對(duì)來(lái)講發(fā)展時(shí)間要長(zhǎng)，技術(shù)發(fā)展也較為成熟。但迄今為止，對(duì)我國(guó)企業(yè)來(lái)講，變量泵和伺服控制器基本仍從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，這是由于我國(guó)的基礎(chǔ)機(jī)械制造工業(yè)仍相對(duì)落后的局面造成的。因此，這就形成了我國(guó)變量泵節(jié)能型和伺服控制節(jié)能型注射機(jī)的市場(chǎng)售價(jià)仍難以對(duì)下游制品企業(yè)構(gòu)成足夠吸引力的原因。
另外，變頻電機(jī)系統(tǒng)和比例閉環(huán)變量泵系統(tǒng)組合驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)輸出與整機(jī)運(yùn)行所需功率相匹配，控制精度高的目的，這也是節(jié)能技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。
注射機(jī)儲(chǔ)能裝置的使用
儲(chǔ)能裝置的采用是注射機(jī)最早發(fā)展的一種節(jié)能方法，但目前注射機(jī)儲(chǔ)能裝置的使用主要是出于加快射出速度的考慮，液壓油通過儲(chǔ)能器儲(chǔ)存和輸送能源，從而更加經(jīng)濟(jì)地滿足了注塑峰值功率和模板高速運(yùn)動(dòng)的要求。一般來(lái)講，注射機(jī)儲(chǔ)能裝置原理為：儲(chǔ)能裝置氮?dú)鈨?chǔ)能射膠(ACCUMULATOR FOR INJECTION)是利用注射機(jī)本身的在其他動(dòng)作時(shí)過剩的油壓，將儲(chǔ)能器內(nèi)的氮?dú)鈮嚎s，使能量?jī)?chǔ)存于儲(chǔ)能器內(nèi)，于射膠動(dòng)作同時(shí)將儲(chǔ)能器打開，使儲(chǔ)能器內(nèi)的油高速進(jìn)入油缸推動(dòng)射膠螺桿，做成高速注射的效果。
全方位的節(jié)能觀念
在由原料成為制品的整個(gè)過程中，注射機(jī)承擔(dān)了整個(gè)的加工任務(wù)，但出于節(jié)能的考慮，節(jié)能的思想需要貫穿制品設(shè)計(jì)——模具制造——產(chǎn)品成型的整個(gè)過程。制品和加工工藝的設(shè)計(jì)十分重要。
需要說(shuō)明的是，一般來(lái)講，注射機(jī)節(jié)能技術(shù)主要是節(jié)省設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)浪費(fèi)的能源，因此，不管采取何種節(jié)能方式，節(jié)約能源的比例都同空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在循環(huán)周期所占份額成正比。也就是說(shuō)，相對(duì)于采用節(jié)能技術(shù)所需的成本投入來(lái)講，有些產(chǎn)品采用節(jié)能技術(shù)的意義更大，而有些產(chǎn)品就可能意義不大。因此注塑廠家在選擇使用節(jié)能技術(shù)時(shí)，要經(jīng)過充分的論證，不能夠只考慮設(shè)備廠家提供的數(shù)據(jù)。
創(chuàng)新的節(jié)能思維
除以上傳統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)外，一些創(chuàng)新性的技術(shù)值得我們關(guān)注：
1、華南理工大學(xué)開辟的“聚合物電磁動(dòng)態(tài)成型新方法和新設(shè)備”研究領(lǐng)域，成功地將振動(dòng)力場(chǎng)引入到聚合物塑化成型加工全過程，研究成果具世界影響力。據(jù)中國(guó)輕工業(yè)機(jī)械總公司許政倉(cāng)老師介紹，經(jīng)多年的研究與推廣，華南理工大學(xué)瞿金平教授發(fā)明的電磁動(dòng)態(tài)擠出機(jī)作為注射機(jī)的注塑部件節(jié)能效果可達(dá)百分五十以上。
2、永磁同步電動(dòng)機(jī)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好，輸出扭矩大的特點(diǎn)，其性能與效率是使用異步電機(jī)和變頻器的組合無(wú)法超越的。在國(guó)外尤其是在日本，同步電機(jī)不僅使用在全電動(dòng)注塑機(jī)上，而且在普通注塑機(jī)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣。目前，日本的油研、大金、德國(guó)的BUCHER等眾多公司都加大了對(duì)電液混合系統(tǒng)的研發(fā)。中國(guó)豐富的稀土資源可以使電機(jī)的生產(chǎn)成本大大降低，寧波海天集團(tuán)目前正在積極研究永磁同步伺服電機(jī)在注塑機(jī)中的應(yīng)用。
面對(duì)挑戰(zhàn)的節(jié)能注塑之路
盡管近年來(lái)，我國(guó)注射機(jī)節(jié)能技術(shù)開發(fā)勢(shì)頭強(qiáng)勁，但從目前實(shí)際看我國(guó)節(jié)能注射機(jī)推廣的速度還比較慢，主要原因有以下幾方面：
1、各類節(jié)能注射機(jī)目前尚無(wú)統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有的廠家宣傳的指標(biāo)與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的情況存在差別，一般質(zhì)監(jiān)部門對(duì)這類產(chǎn)品也只按常規(guī)機(jī)檢測(cè)，作出報(bào)告。使用戶認(rèn)識(shí)它們比較困難。
2、這類新產(chǎn)品由于硬件配置引起成本和價(jià)格上升，比普通機(jī)高出50%以上。而節(jié)能和制品質(zhì)量提高產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，需要一段時(shí)間才能顯現(xiàn)。
3、變量、變頻、伺服控制，這類技術(shù)普及程度不夠，用戶對(duì)正確使用和維護(hù)有實(shí)際困難，也有心理障礙。
為了盡快扭轉(zhuǎn)注射機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中存在的一些不利因素，業(yè)內(nèi)有識(shí)之士認(rèn)為大力發(fā)展基礎(chǔ)機(jī)械制造工業(yè)才是突破我國(guó)節(jié)能注射機(jī)發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵。并提出了以下幾點(diǎn)切實(shí)可行的建議：
1、組織社會(huì)力量（大學(xué)、大所、大廠）分別制定“變量泵節(jié)能注射機(jī)”、“變頻節(jié)能注射機(jī)”、“伺服節(jié)能注射機(jī)”的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確不同控制方式應(yīng)該達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和節(jié)能水平。如響應(yīng)速度、重復(fù)精度、加速性能等，有的還涉及電磁兼容性及射頻輻射等技術(shù)問題，使企業(yè)研制和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)及用戶評(píng)價(jià)有統(tǒng)一的行為規(guī)范，有利于市場(chǎng)對(duì)這些產(chǎn)品的認(rèn)可。
2、加大對(duì)變量、變頻、伺服等新技術(shù)科學(xué)普及知識(shí)的宣傳力度，增加這類技術(shù)應(yīng)用的學(xué)術(shù)講座和學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，學(xué)術(shù)刊物中增加一些關(guān)于節(jié)能及新技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展動(dòng)態(tài)的內(nèi)容，提高企業(yè)、用戶和管理部門對(duì)新技術(shù)的認(rèn)識(shí)。
3、引進(jìn)技術(shù)解決高質(zhì)量的伺服電機(jī)和滾珠螺桿螺母國(guó)產(chǎn)化問題，對(duì)這類產(chǎn)品的合資單位組織技術(shù)攻關(guān)，盡早改變依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。使全電動(dòng)注射機(jī)的總成本下降。
4、培養(yǎng)核心技術(shù)的研發(fā)能力和水平。我國(guó)目前使用的注射機(jī)專用控制器，基本都是西歐、日本和臺(tái)灣的產(chǎn)品，原程序都是非開放式的。提倡和鼓勵(lì)有實(shí)力的企業(yè)引進(jìn)注射機(jī)專用控制器的軟件專家、華裔留學(xué)人材；去國(guó)外創(chuàng)辦聯(lián)合研究所，加快核心技術(shù)的發(fā)展。
特別鳴謝：慧聰網(wǎng)塑料頻道本期專題得到了中國(guó)輕工業(yè)機(jī)械總公司許政倉(cāng)老師、北京泰坦劉政坤總經(jīng)理、亞大塑料集團(tuán)公司吳志風(fēng)主管、突破雪花注塑聶可成經(jīng)理的大力協(xié)助，在此向以上企業(yè)和個(gè)人表示感謝！
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