节能是注塑机科技进步的重要特征。本文从注塑机的节能注射成形技术、节能执行机构、节能动力驱动系统等三个方面，进行了较为详情的分析研究，指出只有创新节能的注射成形技术、节能的动力驱动系统和节能执行机构，才能达到完满的节能性能。分析了推广节能技术中值的注意的几个问题，指出必须把节能技术作为提高注射成形的技术之一来创新开拓，才能使节能技术不断地深入发展。
关键词：注塑机 节能技术 分析研究
注塑机的节能技术是注塑机科技进步发展过程中的开发的一项新技术，随注塑机的不断发展而进步，同时又推动了注塑机的科技进步。高端注塑机必定具有高端的节能技术，高端的节能技术是高端的注射成形不可缺少的技术。对节能技术的分析研究，有助于注塑机的科技进步及高端注塑机的开发。近年来，随着注塑机的发展，节能技术有了很大的进展，主要在中、小型注塑机上进行节能技术开发，在动力驱动系统上作开发，缺少对节能注射成形原理及节能执行机构的创新开发。从根本上实现注塑机的节能注射成形，只有创新的节能的注射成形技术、节能的动力系统和节能执行机构，三者合为一体，才能达到完满的节能性能。高性能的节能注射成形注射高端的塑料制品。高能耗的设备使制品高成本，难以实现高附加值塑料制品的注射成形，难以提高性价比。高能耗的设备只能在低端水平上徘徊，没有生存的活力。本文对注塑机的节能技术作了较为详细的分析研究，提出了注塑机节能技术推广应用中的几个值得注意的问题及发展方向，供有关人士作参考。
1 注塑机节能特性分析
注塑机能耗的本质，就是动力系统输出的能量及能量的利用率，加工一个同样的制品，耗用的能量少即节能。注塑机的成形能耗性能主要反映在制品成形所需的注射能耗、塑化能耗及锁模能耗上，一台注塑机能够在低注射塑化及低锁模能耗成形出制品，显然这台注塑机节能。注塑机的能耗性能具体主要反映在动力驱动系统的结构形式及能量转换效率上，以及驱动机构的结构形式上。注塑机的节能技术，实际上主要包涵三个方面：一是节能注射成形技术，二是节能的执行机构，三是节能的动力驱动系统。机构、电气控制及动力驱动系统是为注射成形技术服务的，节能技术围绕着注射成形展开，随着注射成形技术的发展而进步，同时又促进注射成形的科技进步。
2 创新节能注射成形技术带动节能注塑机的创新开发
创新节能注射成形技术， 开发节能注塑机，在专用注塑机的开发上首先得到应用，取得了良好的节能效果。
2.2 低压高速注射成形节能技术带动超大型专用节能注塑机的创新
创新大型塑料制品的节能成形原理，开发节能超大型专用注塑机。超大型注塑机主要用于特定大型塑料制品的注射成形，降低能耗是降低制品成本的主要措施。降低能耗的最有效的措施是降低整机的装载功率，而不像中、小型注塑机那样，从提高驱动系统的效率方面进行。降低整机的装载功率，必须降低执行机构的所需功率。要降低执行机构的所需功率，必须创新加工制品的注射成形工艺。超大型注塑机节能最明显的特征是，能够实现低压高速注射/低锁模力成形出制品。具备低压高速注射/低锁模力成形的超大型注塑机，整机的重量、装载功率、制造成本、性价比等具有明显的竞争能力。以成形托盘为例，常规的托盘注射成形是在大型的通用注塑机上加工，大型托盘在2500吨以上大型注塑机上加工，对托盘生产厂家来说，不但投资的成本大，而且因加工的能耗大导致制品的成本高，缺乏市场竞争能力，有的单位购了50000g的加工托盘的通用注塑机，因动力及能耗太大而束之高阁。针对托盘制品的性能要求及结构特征，一些单位从创新托盘的注射成形工艺角度出发，降低托盘的注射成形能耗，并根据注射成形的工艺要求，开发创新的节能系统和机构的超大型托盘注塑机。
宁波海航塑料机械制造有限公司根据低压高速的节能注塑成型原理，研发的40000g节能超大型注塑机，液压动力系统装载功率仅为37kW，是同规格普通卧式注塑机的1/7～1/6，整机装载功率仅为196kW，能加工废旧塑料的1500mmX1200mm的托盘。运用热流道注射原理，研发出模外多点热流道注射，多达34点，从而达到低压注射，大大降低了注射压力和锁模力，降低了制品的内应力。塑化机构，运用挤出连续塑化和中空机存储缸的原理和特点，有机的与注射塑化结合起来，减小了塑化螺杆的直径，40000g塑化螺杆的直径仅为110mm，相当于普通注塑机4000g的塑化螺杆，大幅度降低了塑化的驱动力，塑化电动机仅为45kW。加工一个1200mmX100mm托盘，注射压力80MPa，成型周期仅4.5分钟，能耗为普通卧式注塑机的50通用螺杆的三段长度的分布，对塑化能耗影响不大。螺杆长径比大，驱动扭矩增大，能耗增加，所以在保证塑化质量的前提下，尽量缩短长径比，也可通过在不减小长径比的情况下，设计合适的槽深，不增加塑化扭矩。
螺杆性能欠佳，塑化达既不到要求，又能耗大。作者在7800kN合模力的注塑机上研发的一加工PC的专用螺杆，在温度240度条件下，达到良好的塑化注射性能。另一台7800kN合模力的注塑机上使用其它公司研发的同直径的PC专用螺杆，在温度240度条件下，根本不能塑化，温度达到275度才能塑化，而且注射出的熔料发黄变质，达不到塑化质量要求。从能耗方面来说，前者比后者节能近13没有摩擦副，就不产生摩擦力。通过合理的设计，同样的机构，可以减少摩擦副。肘杆合模机构中的肘杆机构是摩擦副最多的结构，以六件前连杆八件后连杆的肘杆机构为例，连杆与模板易形成平面摩擦副有24处，经过合理的优化设计，把摩擦副减少至4处，把肘杆机构的平面摩擦力降到最低。
节能液压结构设计，降低整机装载功率。肘杆合模机构的合模油缸设计成差动式，全液压合模油缸设计成充液式，高速注射采用畜能器，是降低系统能耗的有效措施。宁波海航塑料机械制造有限公司研发的40000g超大型注塑机，合模油缸为充液式结构，达到快速移模， 配备了8个100L的畜能器，实现了高速注射和移模，注射速度高达4000g/s，大大降低了设备的装载功率，从而降低了无效功率的伸耗，系统装载功率仅为37kW。
4 节能动力驱动系统
注塑机的最主要的能耗即是动力驱动系统，注塑机节能的重点即是提高动力驱动系统本身的能耗效率及驱动系统输出功率与执行机构执行功率达到自适应调节匹配，两者之间的能量利用率越高，即系统节能率越高，达到节省能源的功效。注塑机节能动力驱动系统是把有关节能驱动技术运用于注塑机上的技术。节能动力驱动系统是注塑机节能的主要研发课题。
注塑机动力驱动系统一般有以下三种：液压驱动系统;全电子驱动系统;液电混合驱动系统。液压驱动系统是注塑机广泛使用的动力驱动系统，是节能动力驱动系统重点研究对象。从节能角度来说， 全电子驱动系统和液电混合驱动系统是对液压驱动系统能量利用率不高的创新发展，是两种理想的节能驱动系统。长期来，注塑机节能液压系统是重点研究的节能动力驱动系统。注塑机节能液压系统，正在从过去的流量比例和压力比例的双控制走向负载敏感自适应控制，走向变频调速控制、伺服控制及伺服闭环控制。节能驱动系统在高速生产时，却几乎无法显现节能的效果，只有需要长时间高保压的产品，节能效果才会明显，保压越长，节能效果越明显。但是，节能驱动系统在高速生产时，确显示出了提高注射成形性能的能力，高端的节能动力驱动系统是高端注塑机不可缺少的系统。
4.1 节能液压驱动控制系统
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为上海宜新集团公司改造100多台注塑机。油泵电机平均节电率41％。
注射成形各阶段频繁的速度变化，使液压泵驱动电机频繁处于加减速工况下，由于磁滞效应及转动惯量的影响，变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢（比例泵响应时间在100ms之内，变频调速响应时间需800ms～1000ms），导致了注射循环周期时期的增加，降低了生产效率，对高要求的制品难以成形。电机转子质量比变量泵变量的斜板的质量大许多，所以前者流量改变的响应时间大于后者的响应时间，不能适应多级速度变化的快速注射。通过实现变频器的输出频率和输出转矩解耦调节，达到变频器与注射过程各动作的最佳配合，以达到提高应答反映性能。注塑机是否采用变频调速，主要看加工制品的要求。变频调速节能的本质就是在电机转速低于设置的最高转速情况下起到节能效果，低速的运转时间越长，节能的效果越明显。厚壁制品的保压时间及冷却时间长，是应用变频调速设备的首选。
4.1.4 高响应的交流伺服电机驱动定量泵系统
高响应的交流伺服电机驱动定量泵系统是近年发展的一种先进的高性能节能系统。
解决了变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢的性能，同时由于其本身的运转的特性提高了电力的利用效率。伺服电机驱动系统，由于伺服电机不使用永久磁铁结构，且由于转矩及惯量的密切配合下，又在低惯量的转子的配合下，免除了脉动转矩，在速度范围内有着良好的加减速度动态反应特性。因转矩是由感应式电流产生，具有完满磁性分布之高密度磁通所生，在2000r/min速度范围内，输出高比例(可达到2.8倍)的额定转矩情况下， 能保持非常低的转矩波动，在非常低的速度下也可有大的定转矩区，达到衡定的流量输出。转速随系统流量需求而改变，反应速度比伺服阀快千分之4秒，液压系统基本上不需冷却水，对于保压及冷却时间长的制品，节能可达80开发了高速高负载用射出速度达到500mm/秒以上的注射滚珠丝杠。
5 节能元件的应用
节能元件在注塑机上的应用越来越多，是注塑机节能技术发展的一个明显标志。低摩擦力的聚四氟乙烯耐磨环、格来圈、斯特封，低压力损失的插装阀，螺旋隔板式冷却器，在注塑机上应用日益广泛。
高速薄壁注射装置用蓄能器。高速薄壁注射一般用蓄能器来实现，以减小装载功率及节能。蓄能器的能否达到快速释放，是实现高速注射的关键。一般蓄能器注射油路中，没有把注射的开关阀更换成比例阀或者是MOOG阀进行注射控制，存在机器中的蓄能器的油路冲击过大、放能无法控制及软管震动厉害的弱点，蓄能器快速注射装置使用不理想，导致注射速度调节不明显或难控制或者根本无法使用的现象。
6 节能技术与注射成形
注塑机的节能技术是为降低注射成形制品成本及提高注射成形制品性能服务的，所以节能技术必须满足制品的注射成形要求，而不是让制品的注射成形适应注塑机的节能性能。科学辩证地看待节能技术，注塑机的节能技术有很多种，每一种都有其应用的局限性。只有把节能技术与注射成形两者结合起来，作为一项综合的新技术，才能发挥节能技术在注塑机应用的优势。单纯把节能技术作为一项纯粹的节能来推广，是没有出路的。根据注射成型要求，选用合适的节能技术。
节能动力驱动与注射成形。变频节能技术，应用于保压时间长的制品的注射成形，才显示出节能的特性，如应用于高速成形，由于其反应速度相对较慢，不但不能适应注射成形的要求，而且不能显示出节能特性。前些时候，变频技术兴起的时候，有的同志把变频技术作为注塑机上万能的节能技术来推广，实际证明，事不如愿。微型精密注射，要求注射机构具备塑化及计量的精确位置，液压执行机构由于液压油介质刚性弱，并且易受温度、泄漏等干扰，难以达到精确的重复位置精度，所以再好的液压驱动技术也不能应用于微型精密注射成形，节能的全电子驱动及执行机构具备高刚性及精确重复位置精度，为微型精密注射成形的发展提供了更大的空间。
节能机构与注射成形。例如加工精密注射制品，肘杆合模机构由于其本身的固有特性，其性能不能达到精密成形对合模机构性能的要求，其节能性能不适应精密注射成形。用节能的单缸液压合模机构能达到精密注射成形对合模机构的性能要求。
节能动力驱动及机构与注射成形。Engel推出的一种X-MELT膨胀注射成型技术，膨胀注射加工过程采用经高压预压缩的熔体自膨胀实现高速注射，大约在29000psi的压力下熔体被压缩10%。该设备在充模时并不需要普通注塑机的螺杆前移过程。X-MELT充模过程是：当针阀打开后，受压熔体急剧膨胀，从而迅速充满模腔。整个充模过程只有几分之一秒。使用X-MELT加工的必要条件是保证机器具有良好的塑化及注射的重复精度，在熔体压缩或膨胀过程均能精确的保持在设定位置，以保证每次预压缩熔体的体积绝对恒定。全电动ENGEL E-MOTION注射机正好可以满足这一要求。全电动驱动系统由于能精确控制螺杆的位置，可以允许螺杆沿轴向移动到任何需要的精确的位置。普通的液压注射机的动力驱动系及执行机构难以实现这样高的定位精度。
7 节能技术推广应用
节能技术的优越性是显而易见的。关键技术、创新能力严重阻碍了高端的节能技术在国内注塑机上难以推广应用。节能技术的推广应用直接关系到注射成形及注塑机整体水平的创新开拓。对节能技术的理解，还仅仅停留在节能上，而没有把节能是提高及创新注射成形的技术来看待。没有把节能技术与注射成形、执行机构结合起来。严重缺乏节能新技术的创新开拓，跟在别人后面依样画瓢，总是慢数步；名为国产化，实为不理解先进的节能技术而采取的一种狡辩手段；开门连学生做不像，关起门来做老师；造出一种不伦不类的注塑机，吹捧为达到国际水平；肘杆都伸不直的机构，标榜为优化设计的节能机构。等等。国际上高端的注塑机，都把高端的节能技术与高端的注射成形及高端的执行机构完满地结合起来，创新出一种新的低成本高效益的高性能注射成形技术，使节能技术得到快速推广应用。
以节能全电动系统为例，分析节能技术推广应用中值得注意的几个问题。日本推广节能全电动注塑机，使其注射成形性能达到液压注塑机不能达到的性能，并且不断地挖掘和发挥全电动注射成形的优点，在精密高速注射领域显示出越来越多的优越性能，适应高端工程塑料制品的注射形，提高了性价比，得到了快速推广应用。如果把全电动注塑机只作为节能来推广，没有去研发注射成形技术及与之相应的执行机构，因性价比没有优势，不可能在那么短的时间内得到推广应用。我们制造的全电动注塑机为什么得不到市场欢迎，除了关键技术没有能掌握外，在开发思路上存在缺陷，把全电动注塑机作为普通的高节能注塑机来对待，所以性价比差，推广不开是必然的。我们缺乏对高端的注射机构及高端的合模机构的研发，全电动注塑机上的仅把注射及合模机构的驱动方式由液压驱动改为伺服电机驱动，而没有对机构作实质性的高端技术的创新开托，注射性能没有突破性的创新，明现低于国际上全电动注塑机的注射成形能力和性能力，只能成形一些精度不高的塑料制品，用户决不会为了节能而出大钱购买这种注射性能不高的节能全电动注塑机，阻碍了节能全电动注塑机的推广应用。
8 结语
注塑机节能是一个重要的研究课题，是一项注塑机的综合技术。开发产品时，应把节能作为主要研究课题，根据新产品注射成形的要求，开发节能系统及节能机构。特别是对于特定的注射特定产品的注塑机，在满足注射成形要求下，创新开发出新颖的达到节能要求的动力驱动系统及机构。开发节能技术的目的是要提高注塑机的整体技术性能。开发创新节能注射成形技术，发展注塑机的节能技术。把开发注塑机的节能技术与开发注射成形技术结合起来，提高注塑机的整体技术水平。