1、課題文獻綜述題目：全電動注塑機的優缺點分析及技術開展趨勢學生： 指導老師：何亞東一 前言我國是塑料制品的消費大國, 而且每年以7%-8%的速度快速增長。在這期間期間, 油壓一機械式注塑機扮演了重要角色, 但在能源日益匿乏、生態環境日益惡化的今天, 油壓一機械式注塑機所消耗的能源, 越來越受到人們的重視和關注, 環保式“ 綠色伺服電動注塑機的開發己經越來越緊迫和重要。隨著新型合成材料的涌現、高精度注塑件使用范圍的擴大及節能環保意識的日益增強, 人們對注塑機的要求進一步提高。在各種新型精密注塑機中, 最具代表性的為全電動式精密注塑機。如電子零件、數碼相機、 外殼以及光學器件的精密性不僅對材料的要求

2、很高, 而且對成型技術也提出了相當高的要求。伺服電動注塑機在解決這類問題上具有得天獨厚的優勢, 有減輕環境負荷和高性能兩大顯著特點。它不僅在節能耗電量約為一般油壓機的1/3、低噪聲、省水(耗水量約為一般油壓機的1/12)及電源設備表現出極大的優勢, 而且在性能方面具有高注射率、高應答、穩定的注射速度、穩定的背壓系統、精確的定位控制、精確的壓力閉環、高重復精度、周期短等優點。因此, 作為“ 綠色 注塑機, 它的開展不僅符合社會生產力開展的趨勢, 而且對開展民族塑機工業并參與國際競爭, 提升整個注塑機行業技術水平具有非常重要的意義。2 全電動注塑機的技術特點2. 1 全電動注射裝置全電動注塑機根據

3、注射(螺桿前進/后退)電機的不同分為兩種根本結構: 一種是采用旋轉電機, 可以很容易產生高速度和高的充模壓力; 另一種采用直線電機, 可以實現超高速度注塑。 2. 1. 1 旋轉電機驅動注射2. 1. 1. 1 電機通過絲桿傳動機構驅動注射螺桿伺服電機驅動滾珠絲桿傳動機構時, 可以是傳動螺母轉動, 絲桿作往復運動; 或者是絲桿轉動, 傳動螺母作往復運動。該傳動結構又可以分為皮帶驅動方式和直接驅動方式:a. 皮帶驅動方式是由伺服電機的軸帶動皮帶輪轉動, 再用皮帶連接螺桿, 當伺服電機轉動時, 動力通過皮帶傳到螺桿上。這種方式難免有動力的損耗, 影響控制精度, 同時會產生噪聲、磨損和粉塵。b. 直

4、接驅動方式是伺服電機直接驅動滾珠絲桿。其設計思想是把熔膠電機和注射電機做成一體。當注射和保壓時, 注射電機轉動, 熔膠電機不動, 螺桿向前推進, 由于注射電機轉子半徑比絲桿的大, 獲得力矩放大動力; 當熔膠時, 熔膠電機轉動, 注射電機不動, 螺桿的螺母嵌入注射電機轉子內, 螺桿受熔膠電機控制旋轉, 但是螺桿在軸向保持原來的位置而不向前推進, 它靠熔膠電機定子固定在推進注射電機轉子上, 這樣就保證熔膠螺桿只轉動而不向前推進。結構簡單, 減少了傳遞上的誤差環節, 防止了由于傳動而導致的效率降低, 可精密控制螺桿轉速及扭矩。2. 1. 1. 2 電機通過減速器帶動曲柄滑塊機構推動注射螺桿注射推動桿

5、相當于滑塊, 通過止推軸承螺桿尾部連接, 當注射推動桿前移時, 推動螺桿前移進行注射。采用曲柄滑塊機構傳動時, 機構傳遞的力和速度與曲柄位置有關, 傳遞的運動是非線性的, 非常適合注射機的某些動作要求。例如在注射過程中, 最初的充模需要高的注射速度, 而在注射將近結束時, 需要低的注射速度和高的注射壓力。2. 1. 2 直線電機驅動注射旋轉電機驅動注射可到達的最高注射速度大約是800mm / s, 不能滿足某些制品所要求的超高速注射速度。而直線電機驅動注射可改善響應特性, 實現超高速注射。早期的直線電機很難獲得高推力, 注射壓力難以保持, 故長期以來電動注塑機上一直未采用直線電機。后來, 日本

6、Fanuc公司開發出一款巨大的直線電機, 從而使得直線電機在注塑機上的應用成為現實。2. 2 全電動驅動結構目前全電動注塑機主要以單螺桿注射系統為主, 使用高性能的滾珠絲桿副。這種滾珠絲桿副能承受高載荷、短行程反復運動, 使全電動注塑機的性能得到很大提高。但是滾珠絲桿等關鍵部件的價格昂貴, 在本錢方面不占優勢。因此, 有的生產廠商用多螺桿注射結構代替單螺桿注射結構,采用性能相對較差的多根螺桿代替價格較高的高質量螺桿, 以降低注射系統對滾珠絲桿的性能要求。全電動注塑機采用的注射結構由定板、動板、料筒、滾珠絲桿、同步帶和電機等組成。單螺桿驅動結構和多螺桿驅動結構如圖1所示。圖1 全電動驅動結構2.

7、 3 全電動合模裝置電動式注塑機的合模裝置主要采用肘桿式鎖模機構, 小型機也有采用曲柄連桿機構。合模裝置采用伺服電機驅動, 可使動模板的移動速度易于控制、節能效果好。但是, 這需要使用價格較貴的大型伺服電動機。合模滾珠絲桿及其滾珠螺母的安裝結構形式主要有以下3種:a,滾珠螺母和滾珠絲桿安裝于合模機構中部, 由滾珠螺母帶動絲桿運動。滾珠螺母通過軸承和軸承座裝配于尾板中心, 絲桿直接固定于十字頭中心, 并通過平鍵防止絲桿轉動。伺服電機驅動滾珠螺母轉動, 以推動絲桿前后運動, 從而帶動整個機構的運動。 b. 滾珠絲桿和滾珠螺母安裝于合模機構中部, 由絲桿帶動滾珠螺母運動, 即絲桿轉動, 滾珠螺母只作

8、直線運動。滾珠絲桿通過軸承和軸承座裝配于尾板中心, 滾珠螺母通過螺釘直接固定于十字頭中心。伺服電機驅動滾珠絲桿轉動, 推動滾珠螺母前后運動, 從而帶動整個機構運動。c. 兩根滾珠絲桿及其滾珠螺母分別安裝于合模機構尾板中心兩側不與曲肘干預的位置處, 兩個滾珠螺母通過螺釘直接固定于十字頭中心兩側與絲桿對應的位置處, 伺服電機驅動滾珠絲桿轉動, 推動滾珠螺母前后運動, 即絲桿轉動, 滾珠螺母不轉動只作直線運動, 從而帶動整個機構運動。對于已生產液壓曲肘式系列注塑機的廠家,在設計電動式注塑機時, 選用第1種形式較好, 這樣可縮短設計和試驗周期; 目前日本、德國生產的中小型電動式注塑機中, 采用第2種形

9、式的較多;對于大型電動式注塑機, 設計時選用第3種形式較好。2. 4 全電動頂出裝置和注射座移動裝置全電動注塑機的頂出裝置可以是曲柄滑塊機構, 也可以是滾珠絲桿機構。使用曲柄滑塊機構時, 滑塊的一端與連桿連接, 另一端與頂出桿或頂出板連接, 滑塊的運動和動力特性即為頂出裝置的特性, 設計方法與注射裝置中的曲柄滑塊機構相同。最大頂出行程是曲柄回轉直徑的兩倍, 頂出力和速度在頂出過程中是變化的。采用滾珠絲桿頂出機構時, 可以通過調節電機轉速來調節頂出速度。這種頂出機構的結構簡單, 頂出平穩。此外, 噴嘴移動動作, 可由電機和滾珠絲桿機構驅動。由于電機轉速可以精確調整, 注射座的移動速度也可在移動過

10、程中根據需要調節。噴嘴與模具接觸時沒有沖擊, 有利于模具的保護, 同時可以控制噴嘴接觸力的大小。3 全電動注塑機性能優勢與劣勢3.1 性能優勢(1)注射性能穩定液壓注塑機的各項動態技術參數受到油壓、油溫變化的影響而容易發生波動,相比之下,電動注塑機的各項動態技術參數根本上不受外界因素的干擾,所以注射性能穩定。(2)高性能節能高性能的節能是電動注塑機最大的優勢。電動注塑機的節能是在高速應答反映的注射工況條件下的節能,不影響生產效率,能量利用率到達95%以上, 比液壓注塑機節能25% 60%。例如,加工材料為PA66的電氣連接件,一模12個,用SSE400 液壓注塑機成型的能耗為4. 26kW,用

11、SE400電動注塑機成型的能耗為2. 86 kW,比前者節能32. 8%。(3)節水電動注塑機不使用液壓油,冷卻水僅用于加料口,與采用負載敏感泵的液壓注塑機相比,冷卻水用量可減少70% ,與采用定量泵的液壓注塑機相比,冷卻水用量可減少90%。(4)效率高伺服電機的應用提高了系統的應答反映,以日本住友電機公司的SE系列電動注塑機為例,成型周期僅為液壓注塑機的1 /3。由于各個執行機構都有獨立的伺服電機驅動,所以電動注塑機能進行復合動作。而液壓注塑機要實現復合動作,勢必要增加液壓系統的復雜性。(5)優化工作環境電動注塑機不使用液壓油,工作環境更易保持清潔,且噪音低于液壓注塑機10 dB以上。3.2

12、 性能劣勢(1)機器系列規格目前,液壓注塑機最大規格的鎖模力已到達80 000 kN,而電動注塑機最大規格的鎖模力僅為10 000 kN。 (2)合模機構為使伺服電機產生更大的鎖模力,電動注塑機的合模機構一般采用擴力比大、行程比小的肘桿機構形式。結構單一，不適應于加工復雜的模腔形狀。3)動力傳遞機構電動注塑機是用滾珠絲杠傳遞動力的,滾珠絲杠的磨損必然會影響到機器的性能,如何提高滾珠絲杠的使用壽命是一個需進一步研究的課題。 (5)成型形式合模機構的形式在一定程度上決定了注塑機的成型形式。電動注塑機不適用于復雜的如帶抽芯裝置的模具,不適合于需長時間鎖模及保壓的場合,因為這樣會使伺服電機過度受熱而受

13、損。電動注塑機僅限于單機筒單螺桿一種型式,束縛了其注射成型的范圍。4 全電動注塑機在國內外的現狀及未來的開展趨勢4.1 電動機在國內外的現狀從全球注塑機技術開展趨勢看, 日本的注塑機制造商以精密注射及高循環速度( 短循環周期) 為技術目標, 開展全電動式注塑機;而歐美的注塑機制造商那么以油壓計量與電動組合的混合式機型和多色多組分注射成型的復合化技術為開展重點。我國的注塑機由于起步較晚, 現階段的產業結構不甚合理, 傳統的肘桿式注塑機在市場中占據了主導地位, 全電動式注塑機尚處于初步開展階段, 投入批量生產的廠家寥寥無幾。目前國內已取得一定的進展有中國海天機械的HTD88 全電動注塑機、東華機械

14、的Zeus 系列全電動注塑機及寧波海太機械制造的HTD800 全電子伺服控制注塑機等。國內注塑機生產廠家雖已在該領域有所突破, 但還遠未形成產業化規模化, 技術上與國際先進國家( 如日本) 還存在較大差距。這一問題的關鍵是國人尚未掌握核心技術, 目前全電動式注塑機的主要配件如飼服電機、滾珠絲杠等均依賴進口, 過分依賴國外的高新技術造成了目前產業開展的瓶頸。4.2 全電動注塑機的技術開展動向4.2.1 大型化全電動注塑機由于原理的限制, 當合模力上升時, 合模局部的絲桿、電機的負荷均相應增大, 用一個電機不能滿足需要, 需要兩個電機來共同完成; 這就產生了一個同步性的問題, 即兩個電機的啟動、運

15、轉、停止必須一致, 否那么將導致使用性能不穩定和機器部件的損壞。因此, 全電動機型的大型化對電機控制系統、裝配工藝等提出了更高的要求, 這些要求也限制了全電動機型的大型化。目前, 全電動注塑機主要應用于小型、精密制品的成型加工, 一般規格為合模力300 t 以內的小型機。近幾年, 隨著對大型注塑成型制品市場需求提高, 全電動注塑機也向大型化開展。目前日本UBE 機械集團已成功制造出世界上最大的全電動成型機, 該機鎖模力為2 000 t , 用一臺AC 伺服電機驅動塑化, 兩臺伺服電機驅動頂出。4.2.2 智能化隨著塑料制品加工業的進一步成熟, 對塑料機械產業也提出了越來越高的要求。為實現高效、

16、精確、節能的目標, 智能化已成為塑機開發的新方向; 設備單元的自動控制、參數的閉環控制、過程聯運在線反應控制等電子與計算機技術都已在注塑機上得到了較廣泛的應用, 特別是基于PC 的開放式、模塊化控制技術越來越被塑機制造商看好。開放式的控制系統可使機器制造商快速而經濟地開發出滿足機器控制功能且量身定做的控制軟件; 而模塊化系統使機器的柔性更高, 應用更廣泛; 使用PC 作系統平臺能在大大提高操作人員的易用性的同時, 借助PC 強大的網絡功能, 機器制造商可實現對所售機器的遠程維護, 這對提高生產效率和降低生產本錢將起到顯著的效果。同時, 隨著計算機和網絡技術的開展, 使虛擬技術的實現成為可能。由

17、于虛擬技術可以形成和提供虛擬空間環境; 因此, 注塑機生產廠家可以實行虛擬合作設計、虛擬合作制造。雖然虛擬技術的開展目前尚處于初始階段; 但虛擬技術所蘊藏的巨大的經濟利益將為虛擬技術應用在注塑機設計制造中提供強大的推動力。4.2.3 超高速化 由于塑料制品的應用領域不斷拓展, 不僅縮短生產周期的要求強烈, 而且薄壁化和結構復雜化制品的需求也越來越多; 于是超高速注射成型技術應運而生, 其注射速度高達1 000 1 500 mm/ s, 遠遠超過傳統注塑機的100 mm/ s 以及普通全電動注塑機的300500 mm/ s.4.3 國內全電動注塑機的開展展望 國內由于注塑機的整體起步較晚, 全電

18、動式塑機的開展才剛剛開始。目前國內注塑機生產廠家雖已在該領域有所突破, 但尚未形成產業化, 技術上與先進國家( 如日本) 相比還存在較大差距, 特別是關鍵零部件生產尚需引進。引進雖然是迎頭趕上的捷徑, 但一味的引進一方面把產品的利潤很大一局部讓給了國外先進廠商, 另一方面也難以實現整體超越的轉變,在國際競爭中難以找到自身的位置。為此, 需樹立一個全新的觀念, 即引進的并不一定是最先進的。以往的經驗說明, 引進的技術往往與國外的先進技術保持10 年以上的差距; 要迎頭趕上, 就必須從創造開始。所以, 要優化我國的注塑機結構, 開展高精度、高技術含量的全電動式注塑機, 搶占行業的高端領域, 國家須給予政策及導向等方面的支持及引導, 除設立該類機型的研發專項補助資金外, 在稅收、貸款上給予優惠政策; 在注塑機生產廠家集中的地區, 政府應出臺相關人才引進的配套優惠政策, 提高廠家的開發積極性, 為把我國從塑機生產大國轉變成塑機生產強國奠定堅實的根底。參考