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我国立式注塑机的特点及发展方向
作者: 日期:2018/6/23 11:03:43 点击:


 

 我国的立式注塑机从无到有,从小到大,从单一品种到多品种,已经有了长足的发展。但相比于工业发达国家,我国的塑料工业还处于初级阶段,所以立式注塑机在我国发展前景广阔。我们应清醒地看到并仔细地分析我国在立式注塑机的研究和制造上与工业发达国家的差距,充分认识到塑料工业的发展对立式注塑机的新需求。

1 技术引进与消化吸收

我国立式注塑机行业的科技进步,主要始于改革开放后的技术引进。20世纪80年代,各个厂家根据各自的情况,采用各种方法,吸收国外先进技术,开发技术先进的立式注塑机,为我国立式注塑机的更新换代作出了巨大贡献,使我国立式注塑机取得了长足的进步。测绘消化是引进技术的捷径;采用中外合资方法,是吸收国外先进技术的又一有效途径;直接从工业发达国家有关公司引进先进技术,则有利于系统化吸收国外先进技术。纵观我国立式注塑机吸收国外先进技术的历程,有许多成功的经验,值得骄傲,但也有许多教训,值得思考与总结。

1.1 技术引进与消化吸收之间的关系

技术引进的主要目的,是要提高我国立式注塑机的整体水平,通过消化吸收后进行系列化的产品开发。从理论上和实践上对引进的技术进行研究分析,以掌握其设计原理和设计方法,了解他们对各种有关技术参数的处理原理,分析他们为达到机构设计精度而采用的加工手段和加工设备,以及为加工制品的需要而采用的机构和控制系统的特点等等,并针对本国本厂的具体情况进行再开发。在消化吸收国外先进技术方面,首先不能妄自尊大排斥国外先进技术,不要轻易否定每一种结构形式。应辩证地看问题。因此,必须在消化吸收的基础上,对引进技术中的不足之处,以及引进对象与他们现行技术中的差别之处作出改进,才能得到提高。

1.2 不断紧跟和吸收消化国外先进技术

国外立式注塑机水平提高较快,整机结构和控制系统不断得到改进和更新,每一次国际性大型展览会,工业发达国家有关公司都有新的机型推出。相比之下,国内新推出的机型较少,这从一个侧面说明了我国在消化吸收国外先进技术、投入创新开发的力量上做得还很不够。因此必须花一定的力量,组织一支有创新开发能力的队伍,研究国外先进技术发展的趋势,特别是要研究消化吸收对象的技术发展趋势,这样才能把握先进技术发展的趋势,甚至可以走在消化吸收对象的前面,使我国的技术处于先进水平。

2 立式注塑机的形式和品种

2.1 注射压缩成型立式注塑机的开发

注射压缩成型立式注塑机的注射压力低、锁模力低、成型周期短、模具费用低、制品内应力小,因此在国外得到了迅速发展。注射压缩成型不是依靠螺杆向型腔传递压力,而是通过压缩行为来压实制品,低压注射,使得制品表面具有均匀的压力分布,制品内部分子取向分布均匀,从而保证了成型制品的尺寸精度高且稳定。

2.1.1 注射压缩成型大型立式注塑机的开发

大型立式注塑机的开发,是我国的一个薄弱环节,现在开发的大型立式注塑机,基本上属于普通型,在注塑工艺方面没有突破。普通的大型立式注塑机投资很大,一般用户难以投资,间接地增加了大型制件的成本。为利于大型立式注塑机的推广使用,必须降低其制造成本。但单纯从制造加工方面来降低成本是极其有限的,还必须从机构、注塑工艺等方面进行突破,才能降低制造成本,获得良好的经济效益。注射压缩成型大型立式注塑机不乏是其中一种性能良好的经济机型。

2.1.2 注射压缩精密注射成型机的开发

精密注射成型机,主要指注射成型的制品内部分子取向分布均匀、尺寸和形状精密,能使模具内腔的尺寸形态“转写”复制功能得以充分发挥。把注射压缩成型应用于精密注射成型方面,其最典型的实例是成型光碟、IC卡、光学透镜、笔记本电脑光导器等最新的塑料科技制品。

2.2 微型精密注射成型机的开发

微型精密注射成型机自20世纪80年代末期开发至今发展非常快,特别是随着信息、电子、精密仪器等工业的发展,以往使用传统材料、传统加工方法不能生产或难以生产的零件,现在大多已转为使用注射成型来生产,如现在已能成型出直径1mm的齿轮、生物芯片等,而生物医学领域的发展将使微型塑料件需求量显著上升。微型精密注射成型机的锁模力一般为50~500kN,螺杆/注射活塞直径为12~18mm。目前,国际上厂商正在研制成型填充纤维的微型精密注射成型机。微型精密注射成型机在我国是空白,如不急起直追,势必影响到我国生命科学、生物医学领域、信息技术等高科技领域的发展,所以应该抓紧开发微型精密注射成型机。

2.3 复合注射成型机的开发

目前需开发的复合注射成型机为多色复合注射成型机和多材质复合注射成型机。国内开发的双清色注射成型机是最简单的多色复合注射成型机。多材质复合注射成型机能使成型的制品同时满足多种性能要求。

2.4 专用注射成型机的开发

专用注射成型机泛指为特定的原料或特定的大批量的塑料制品而开发的塑料注射成型机。为特定制品成型的专用注射成型机必须与专用模具组合,才能达到成型效果,因此,专用模具的技术水平决定了专用注射成型机的发展及其技术水平。

2.5 低发泡立式注塑机的开发

低发泡立式注塑机,是用来注射成型带有致密的结皮表层和微细小孔的发泡芯层的制品。低发泡立式注塑机在我国基本上还是空白。

低发泡立式注塑机的类型有单组分低发泡立式注塑机、双单组分低发泡立式注塑机、木塑低发泡立式注塑机。开发低发泡立式注塑机的关键是开发塑化注射部件。合模部件的形式则可根据低发泡的类型而定。

3 立式注塑机总体技术水平

3.1 合(锁)模机构

合(锁)模机构是立式注塑机中最重要的机械部件。常用的主要可分成3种:全液压式、液压-机械式、电子机械式,而每种合(锁)模机构又可分成多种形式。内翻式肘杆合(锁)模机构已属于非常成熟的技术。各种合(锁)模机构在长期发展过程中不断完善,不断改进和提高,因而都具有自己的优点和特定的用途,相互之间不能取代。

3.1.1 两模板合模机构

该机构的形式多种多样,按锁模机构形式分:有液压和机械机构(一般为连杆机构)联动锁模机构形式,也有全液压同步锁模机构形式;按运动形式分:有拉杆固定于前模板上不动而后模板在拉杆上移动的,也有后模板和拉杆一起移动的;按锁模装置安装形式分:有安装在前模板上的,也有安装在后模板上的。两模板合模机构主要应用于大型立式注塑机上,现在中型立式注塑机上也有应用。两模板合模机构应用于大型立式注塑机上具有肘杆合模机构所不能取代的优点,其合模力最大已达80000kN。加拿大HYSKY公司的两模板合模机构是液压和连杆机构联动锁模形式,既具有肘杆合(锁)模机构高速节能的特点,又具有全液压合(锁)模机构的优点,且其结构简洁,零件数量比其它类型的两模板合模机构少30%,特别是2块模板的结构,属国际首创。

3.1.2 无拉杆合模机构

该机构的结构简单、容模空间大、装拆模具方便、有利于机械手的作业。国际上以ENGEL公司的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。

3.1.3 电动机械合模机构

该机构基本有2种:全电动机械合模机构、以电动驱动为主,液压驱动为辅的电动机械合模机构。这是一种节能、低噪音、绿色环保的合模机构。国内的电动机械合模机构基本上是仿制的。国际上,日本株式会社名机制作所首先成功研制出了立式注塑机专用伺服电机,从而为发展全电子机械合模机构开辟了道路,并使用这种专用伺服电机制造出了世界上独一无二的直压式直接驱动电动机械合模机构的立式注塑机。国内要进行推广,关键的问题一是要研制出专用伺服电机以降低制造成本,二是要在技术方面有所突破。

3.1.4 节能型全液压合模机构

全液压合模机构能长期保持模板平行度、移模行程长、容模量大,适应深孔型制件及精密件的注射成型,其优势是肘杆合模机构不能取代的。对全液压直压式合模机构应花力量进行研制。

3.1.5 立式合模机构

立式合模机构特别适用于有嵌件的塑料制品成型。长期以来,国内对开发立式合模机构的重要性认识不足,不是在提高产品的技术含量、增加品种和功能上下功夫,而是片面追求降低成本,同行相互之间进行价格竞争,从而严重阻碍了立式合模机构的研制和发展。

3.1.6 直接锁紧模具的锁模机构

该机构的锁模原理不同于普通立式注塑机。普通立式注塑机是把锁模力通过模板传递给模具以锁紧模具,为了达到这一效果,模板必需具有强大的刚性,特别是大型、超大型立式注塑机(例如托盘专用立式注塑机)合模机构的固定模板和移动模板的质量可达到数十吨,而拉杆等零部件的质量也都很大,因而给制造带来了一定的难度,同时制造成本也很高。直接锁紧模具的机构,有立式和卧式两种,它将合模与锁模机构分开,合模机构的功能是移动模具并固定模具,锁模机构的功能则是利用液压油缸,通过一套机械机构来直接卡紧模具以达到锁紧模具的目的。所以,模板仅起到固定模具的作用,不需要强大的刚性,这样就可大幅度减轻合模机构的质量。卧式直接锁紧模具的合模机构有两种,一种是运用中空成形机同步合模机构的原理,为同步合模机构;另一种是普通的固定模板的合模机构。

 3.2 注射塑化机构

注射塑化机构的性能直接关系到制品的内在质量,关系到整机的能耗。精密注射、复合注射、微孔发泡注射等的研究重点就是注射塑化机构。

3.2.1 挤出注射复合注射塑化机构

该机构的主要原理是,挤出机不间断地挤出塑化、塑化熔融料进入贮料腔(注射缸),推动注射注塞后退计量、计量到位,切断挤出塑化熔融料进入注射缸的通道、塑化熔融料进入贮料腔,与此同时,注射开始。由于塑化动作不影响注射时间,故其塑化能力不像普通立式注塑机那样受注射螺杆的直径和塑化行程的影响,塑化能力由挤出能力决定,极利于应用于高速注射及超大容量注射。挤出注射复合注射塑化机构充分利用了挤出塑化的特点,可以用粉料直接塑化,可以将玻璃纤维直接加入机筒与原料混炼塑化,也可以直接用回料塑化。

3.2.2 节能高性能塑化螺杆

螺杆是立式注塑机塑化的最重要零件。我国立式注塑机的计量重复精度不准、塑化不良等现象较为普遍,且在塑化能耗上与国际水平差距较大。立式注塑机塑化的能耗占成型能耗的70%,故降低塑化能耗的关键是对低能耗螺杆的研制。

3.2.3 金属材料注射塑化机构

金属材料注射塑化机构属于专用注射塑化机构的一种。注射塑化的金属材料并非是纯金属材料,而是一种金属材料与塑料原料经过混炼的混合物。金属材料注射成型的零件精度可达±5μm,零件质量可小于50mg。金属材料注射成型的主要加工设备是注射成型机、原料的配混、模具的设计、制品中金属和塑料的分离装置、制品的后加工(烧结)设备等,其中注射成型机是重要的设备,其与普通注射成型机的主要区别是注射塑化机构,该机构不但要具有金属材料注射塑化的特性,而且还要具有精密注射成形的特性。

研发金属材料塑化机构,要从注射成型制品的用途、成型制品材料的特性、塑化的特点、成型制品是否需要后加工及其后加工的方式和要求、成型制品模具的特点、成型制品的特殊工艺等诸方面充分考虑,综合上述诸因素来设计塑化机构的各个零部件。金属材料混合物的塑化,主要是因为其材料融熔料的流动性差,所以对螺杆的螺棱升角、输送角、推力角等各项技术参数及耐磨性要进行特殊设计;鉴于有些金属材料混合物本身的特殊性,不但要考虑螺杆的各项技术参数,而且还要考虑到塑化机构各零件所用材料的特殊性,例如铁和钴混合的磁性材料的注射成型,塑化机构各零件就必须用抗磁化材料制造。

3.2.4 振动型注射机构

振动型注射机构是当今研究的热点课题之一。振动注射使模腔内熔体产生周期性的压缩增压和释压膨胀,从而增加了剪切取向的作用和效果,可有效防止缩孔、裂纹等缺陷,降低制品内应力。机构主要有3种:两点进料振动注射、双螺杆推-拉振动注射、螺杆注射振动。

两点进料振动型注射机构的振动装置由2个油缸与其本体组成,本体进料为单一进料口,本体内部及出料(融熔料进入模具浇口)为双通道,每一个油缸活塞杆与一个出料通道联通。振动装置安装在喷嘴与模具之间。

双螺杆推-拉振动型注射机构的工作原理为:双螺杆同时把融熔料分2个浇口送入模腔,在即将注满模腔时,A/B螺杆继续向前注射,而B/A螺杆在融熔料压力下相应后退,这样,2根螺杆相应交替反复工作(如同两点进料振动注射),在模腔内产生振动剪切流动场。

螺杆注射振动则无须改动普通立式注塑机的机械结构。其工作原理为:给注射油缸提供脉动油压,使注射螺杆产生往复移动而实现注入模腔融熔料的周期性振动,直至模具浇口封闭时为止。

3.3 液压系统

液压系统的技术水平直接关系到整机的技术水平和能耗,是整机技术水平的重要标志。相比于机械技术水平,我国立式注塑机液压系统技术水平与国际先进水平的差距更大,主要表现为:性能差,能耗大。

3.3.1 节能液压系统

V4负载敏感比例泵节能液压系统的液压动力输出随负载而同步变化,其差值达到最小,能耗最小。普遍使用定量泵与P/Q比例阀组合的系统,油泵在工作状态下输出的流量是一个定量,所以这不是一个理想的节能液压系统。现在小型机上采用变频电机,通过改变油泵转速来改变油泵输出的流量,但是,由于立式注塑机的驱动不同于挤出机的驱动,立式注塑机上常用的叶片泵的最低转速为500r/min,所以,这也不是一个理想的节能液压系统。

3.3.2 高性能液压驱动系统

高性能液压驱动系统的标志是:低噪音、能满足机械执行机构的运行和其性能调节的要求、反应灵敏、能量损失小、密封性能优良。国外先进技术中将插装阀应用于立式注塑机的液压驱动系统,极大地提高了液压驱动系统的性能。工业发达国家制造的立式注塑机的液压驱动系统早已广泛使用高性能的插装阀,现在有远见的国内企业也已采用插装阀来提高液压系统的水平。

3.4 电气控制系统

立式注塑机的机电一体化组合,使立式注塑机具有自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能,先进的专家系统使立式注塑机向无人化、智能化的方向发展,信息网络系统使设备与管理部门、数据库等外界联系起来。从目前国产立式注塑机上使用的专用PLC控制技术水平来看,其抗干扰性、可靠性、温度控制精度这3方面还不理想。今后,应重点研究专家系统和信息网络系统,以提升传统立式注塑机的技术含量。

4 结语

我国的立式注塑机事业还处在发展阶段,发展前景广阔。其技术水平与工业发达国家相比较,还存在较大的差距,尚有许多问题有待于研究解决。

 


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