何和智1叹坦，2熊镣，3，高琦1，2绪囱，3测蹲，張濤4
（1.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣州510000鬼吵；2.聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室扣甲，廣州510000；3.廣東省高分子先進(jìn)制造技術(shù)及裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室齿椅，廣州510000文捶；4.廣東伊之密精密注壓科技有限公司，廣東佛山528000）
摘要：隨著現(xiàn)代生產(chǎn)生活中航天媒咳、汽車粹排、國防及醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)Υ笮妥⑺苤破窇?yīng)用需求的增長，高效涩澡、節(jié)能顽耳、智能的大型注塑機(jī)設(shè)備及其制造技術(shù)迅速發(fā)展。本文介紹了現(xiàn)階段國內(nèi)外大型注塑機(jī)的發(fā)展概況妙同，以合模裝置為主線總結(jié)了大型注塑機(jī)在輕量化方向的發(fā)展歷程射富，以動力驅(qū)動系統(tǒng)為主線介紹了大型注塑機(jī)在節(jié)能化方向的發(fā)展情況，并結(jié)合工業(yè)4.0的發(fā)展環(huán)境總結(jié)了智能注塑的發(fā)展趨勢粥帚。
關(guān)鍵詞：大型注塑機(jī)胰耗；輕量化；節(jié)能化芒涡；智能化柴灯；發(fā)展現(xiàn)狀
前言：塑料以其輕質(zhì)、耐用费尽、易加工等優(yōu)點(diǎn)赠群，被廣泛應(yīng)用在當(dāng)代生產(chǎn)生活的國防、航空旱幼、輸運(yùn)查描、建筑、農(nóng)業(yè)柏卤、文教及衛(wèi)生的各個領(lǐng)域冬三。我國塑料制品總產(chǎn)量從1989年的352.3萬噸增長到2021年的8003.98萬噸，增加了22.72倍缘缚，年利潤總額現(xiàn)已增長至1295.8億元勾笆，塑料加工行業(yè)的發(fā)展充滿活力［1?2］。其中忙灼，約83%的塑料制品通過注塑加工成型［3］匠襟。作為塑料加工的主要方法之一，注射成型不僅生產(chǎn)效率高该园、尺寸精確酸舍，而且對不同特性的材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性［4］。將塑料熔體在高溫高壓條件下快速注入到成型模具型腔中里初，冷卻后即可獲得表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑件啃勉，或中空、薄壁制件及帶嵌件的樣品双妨。而注射成型所依賴的加工設(shè)備——集機(jī)械淮阐、液壓、電動自動化于一體的注塑機(jī)刁品，更是被視為現(xiàn)代制造業(yè)的“生產(chǎn)母機(jī)”泣特，是塑料加工工業(yè)中十分重要的基礎(chǔ)成型設(shè)備之一。各個國家注塑機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平與速度能夠很大程度上反映出其在機(jī)械制造挑随、液壓裝備和自動化控制等基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域的綜合實(shí)力［5?7］状您。
注塑機(jī)最初是借助金屬壓鑄機(jī)原理發(fā)展而來的，其誕生最早可追溯到1849年德國STURGISS發(fā)明的Celluloid注塑機(jī)兜挨。1932年德國FRANZ.BRAUN工廠率先打造出第一臺全自動柱塞式臥式注塑機(jī)膏孟。隨著螺桿作為聚合物塑化核心部件的大規(guī)模使用，1956年世界上首臺液壓驅(qū)動的往復(fù)式螺桿注塑機(jī)問世拌汇，奠定了當(dāng)代注塑機(jī)的基礎(chǔ)特征［8］柒桑。隨后，借助大規(guī)模集成電子技術(shù)和微處理器系統(tǒng)發(fā)展噪舀，搭載微機(jī)閉環(huán)自適應(yīng)控制功能的高附加值注塑機(jī)應(yīng)運(yùn)而生魁淳。自問世起，中小機(jī)型就占據(jù)了注塑機(jī)研發(fā)與應(yīng)用的絕大部分領(lǐng)域与倡。直到20世紀(jì)70年代后期先改，隨著工程塑料在汽車、船舶蒸走、宇航仇奶、通訊、機(jī)械及大型家用電器等方面的廣泛應(yīng)用比驻，大型注塑機(jī)才相應(yīng)迅速發(fā)展起來该溯。
1 大型注塑機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展水平
1.1 大型注塑機(jī)的定義
按照額定容量及所需鎖模力的大小，注塑機(jī)被劃分為微型至特型幾個級別别惦，見表1狈茉。其中，大型注塑機(jī)是指額定容量在4000~24000 cm3掸掸，且鎖模力超過10000 kN的機(jī)型氯庆。通常蹭秋，1臺大型注塑機(jī)主要包括注射系統(tǒng)、合模裝置堤撵、液壓傳動系統(tǒng)仁讨、電氣控制系統(tǒng)等主要功能單元，以及機(jī)身实昨、加熱冷卻裝置和加/取料等輔助功能單元［9］洞豁，如圖1所示。
表1不同注塑機(jī)級別的劃分［10］
圖1注塑機(jī)的各組成部分
1.2 大型注塑機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展趨勢
大型注塑機(jī)具有物料適應(yīng)范圍廣荒给、生產(chǎn)模具更換便捷及生產(chǎn)效率高等獨(dú)特優(yōu)勢丈挟。德國、奧地利和美國等西方國家在大型注塑機(jī)生產(chǎn)與研制方面已積累了大量經(jīng)驗(yàn)志电，日本名機(jī)公司已生產(chǎn)出鎖模力達(dá)120000 kN曙咽，注射量92000g的超大型注塑機(jī)［11］。我國注塑機(jī)行業(yè)的發(fā)展起步雖較晚挑辆，但已由最初的測繪仿制階段升級為了自主創(chuàng)新桐绒、探索階段，注塑機(jī)企業(yè)的發(fā)展基本上滿足了國內(nèi)外市場的需求之拨，穩(wěn)步成長為注塑機(jī)制造大國茉继。
香港震雄集團(tuán)與順德新力集團(tuán)合資創(chuàng)辦的震德塑料機(jī)械廠是國內(nèi)首批引入臥式加工中心與震雄全套技術(shù)的企業(yè)，開創(chuàng)了我國注塑機(jī)行業(yè)向高檔蚀乔、大型變革之先河烁竭。海天機(jī)械有限公司目前已成為我國最大的塑料機(jī)械生產(chǎn)基地，其MARS系列機(jī)型（鎖模力600~33000kN）的產(chǎn)品暢銷全球吉挣，JUPITER系列機(jī)型（鎖模力4500~66000kN）和IAPETUS系列機(jī)型（鎖模力1200~18500kN）系列產(chǎn)品的開發(fā)豐富了我國大型注塑機(jī)自行研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)與自主創(chuàng)新的能力派撕。2022年，廣東伊之密精密機(jī)械研制出了我國生產(chǎn)的注塑機(jī)中鎖模力最大的首臺產(chǎn)品睬魂，即最大鎖模力達(dá)90000 kN的超大型注塑機(jī)终吼，它不僅在設(shè)備噸位上創(chuàng)造了國內(nèi)之最，還集成了精密微開控制氯哮、雙射臺同步塑化及注射和注射壓縮控制等先進(jìn)技術(shù)际跪，對整個大型注塑機(jī)行業(yè)的技術(shù)開發(fā)起到引領(lǐng)作用［12］。此外喉钢，浙江塑料機(jī)械總廠姆打、利源公司以及山東震華塑料機(jī)械生產(chǎn)的系列注塑機(jī)均具備可靠的加工能力與使用壽命。
目前針對大型注塑機(jī)的開發(fā)投資成本通常較大肠虽，且設(shè)備能耗高而控制水平低幔戏，因此為了進(jìn)一步推廣與應(yīng)用，輕量化税课、節(jié)能化和智能化逐漸成為當(dāng)下大型注塑機(jī)的主流改造方向闲延。
2 大型注塑機(jī)的輕量化進(jìn)展
合模裝置的類型及性能直接影響著注塑制品的精度痊剖、質(zhì)量以及注塑機(jī)的慣性、壽命垒玲、效率等陆馁。1套性能良好的合模裝置須能夠提供額定的鎖模力，模板具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度侍匙、剛度以及平行度氮惯，合模響應(yīng)高效叮雳、平穩(wěn)想暗、噪音小，并能夠保持較高的位置精度和重復(fù)精度［13?14］帘不。
2.1合模裝置的分類與特點(diǎn)
目前合模裝置的類型繁多说莫，可按照模板數(shù)目、驅(qū)動力源及傳動方式等不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類［15］寞焙。例如储狭，按照傳動方式可分為全機(jī)械式、機(jī)械連桿式捣郊、全液壓直壓式以及肘桿式（液壓機(jī)械式）等辽狈，如圖2所示；按照模板數(shù)目可分為二板式和三板式呛牲，如圖3所示刮萌。一般地，三板式合模裝置分為三板曲肘式和復(fù)合穩(wěn)壓式娘扩。三板曲肘式合模裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜着茸，鎖模時肘桿機(jī)構(gòu)的動作誤差直接反應(yīng)在鎖模力上，易導(dǎo)致模具彈性變形琐旁，形成制品缺陷涮阔。日精NS系列注塑機(jī)目前仍少量使用閘板穩(wěn)壓式三板合模裝置。大型注塑機(jī)中三板式合模裝置的應(yīng)用整體較少灰殴。
圖2 合模裝置（按照傳動方式分類）
圖3 合模裝置（按照模板數(shù)目分類）
2.2大型注塑機(jī)中二板式合模裝置的應(yīng)用
目前絕大多數(shù)大型注塑機(jī)均采用的是結(jié)構(gòu)簡單敬特、鎖模精度高、性能穩(wěn)定可靠且潔凈度高的二板式合模裝置牺陶，其在醫(yī)療衛(wèi)生擅羞、食品包裝和精密制造等領(lǐng)域已逐漸成為主流應(yīng)用。
不同于三板式合模裝置义图，二板式合模裝置有直壓式和復(fù)合式2類减俏，在大型注塑機(jī)上普遍采用后者［16］。直壓式二板合模裝置可劃分為無循環(huán)式碱工、內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式3種娃承，無需機(jī)械轉(zhuǎn)換直接高壓鎖模奏夫，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。而復(fù)合式二板合模裝置則須通過機(jī)械轉(zhuǎn)換二次動作進(jìn)行鎖模历筝，其結(jié)構(gòu)如圖6所示酗昼。
圖4合模裝置的受力方式示意圖［17］
圖5直壓式二板合模裝置［16］
圖6復(fù)合式二板合模裝置［16］
二板式合模裝置主要具有以下特點(diǎn)：（1）拉桿無徑向載荷，直徑加粗且長度大大縮短梳猪，整體機(jī)構(gòu)剛性高麻削；（2）結(jié)構(gòu)緊湊，僅約為肘桿式合模機(jī)構(gòu)長度的2/3春弥，制造成本較低呛哟；（3）鎖模效率高，無二次復(fù)合動作匿沛，空循環(huán)時間短扫责；（4）合模精度高，對各模板或模具之間的平行度誤差能自適應(yīng)調(diào)節(jié)并消除熔體溢料和脹模時產(chǎn)生的尺寸誤差逃呼；（5）調(diào)模方便鳖孤，低壓模保功能和移模速度控制功能更強(qiáng)；（6）4個液壓缸均衡提供鎖模力抡笼，避免了合模裝置受力偏載損壞苏揣；（7）合模行程增減操作便捷，通過增減合模缸尺寸及拉桿長度即可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用推姻；（8）直壓式合模裝置能夠在鎖模油缸行程的任意位置建立鎖模壓力平匈，適合成型深腔制品。搭載了二板式合模裝置的大型注塑機(jī)拾碌，生產(chǎn)周期大大縮短吐葱，關(guān)鍵零件受力均勻，設(shè)備靈活易操控校翔，整機(jī)減重可達(dá)20%弟跑，機(jī)身總長減少約25%，容模量同比增長可超過10%［18］防症。上述這些綜合性特點(diǎn)使得二板式合模裝置在大型孟辑、超大型注塑機(jī)領(lǐng)域具備得天獨(dú)厚的開發(fā)潛力。
首先研發(fā)推出大型二板式注塑機(jī)的主要是歐洲及日本企業(yè)［19］蔫敲，如克勞斯瑪菲的MC系列機(jī)型（鎖模力為400~40000 kN）饲嗽，宇部興產(chǎn)的大型注塑機(jī)（鎖模力為20000~40000 kN）以及意大利MIR公司的Compact系列機(jī)型（鎖模力為11000~60000 kN）。
我國二板式注塑機(jī)的制造已逐漸發(fā)展成以海天機(jī)械奈嘿、伊之密貌虾、博創(chuàng)、東華裙犹、泰瑞尽狠、震雄等在內(nèi)的企業(yè)群體規(guī)模衔憨，可媲美國際領(lǐng)先水平的同類機(jī)型。2016年伊之密已自主研發(fā)出最大鎖模力超過40000kN而循環(huán)周期不超過8s的高效節(jié)能大型二板式注塑機(jī)袄膏，其注塑制品的重復(fù)精度誤差不超過±3‰践图，且設(shè)備的一級能耗低于0.4kW·h/kg［20］。這臺大型注塑機(jī)搭載的內(nèi)循環(huán)二板式合模裝置沉馆，其4個鎖模油缸進(jìn)出油口相互連通码党，鎖模時各缸活塞兩側(cè)的壓力能保持一致，大大提高了制品的合格率斥黑。上述由廣東伊之密精密機(jī)械最新研制的里程碑式8500噸超大型注塑機(jī)產(chǎn)品如圖7所示揖盘。與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比，這臺產(chǎn)品的開合模定位精度達(dá)到了0.3 mm心赶，搭配了射出重量超過80kg的注射系統(tǒng)扣讼，能夠一次性成型外形復(fù)雜缺猛、透光率高缨叫、尺寸精確、質(zhì)地緊密且可帶有金屬嵌件的超大型透明塑料零件荔燎，不僅解決了國內(nèi)超大型透明塑件的成型難題耻姥，也創(chuàng)下了國內(nèi)超大型精密注塑機(jī)的紀(jì)錄。這臺超大型二板式注塑機(jī)的誕生實(shí)現(xiàn)了我國大型注塑機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)突破有咨，在全球同行中也處于領(lǐng)先地位琐簇。至此，我國注塑機(jī)制造廠商已研發(fā)并穩(wěn)定制備了鎖模力為4500~85000 kN的高性價比系列機(jī)型座享。
圖7 伊之密公司生產(chǎn)的DP8500超大型二板式注塑機(jī)［12］
2.3大型注塑機(jī)中無拉桿合模裝置的應(yīng)用
不同于其他類型的合模裝置婉商，無拉桿合模裝置采用無拉桿結(jié)構(gòu)，降低了應(yīng)力分布渣叛，容恼芍龋空間大，模板面積利用率高淳衙，鎖模力大小易于調(diào)節(jié)蘑秽，模板平行度保持良好，模板形變大大降低［21］箫攀。恩格爾公司率先推出了名為“e?motion”的首臺無拉桿電動注塑機(jī)（鎖模力分別有600肠牲、1100、1650 kN）標(biāo)志著無拉桿合模裝置的發(fā)展靴跛。在FTP 2014展會上該公司繼續(xù)推出了為無塵室設(shè)計的無拉桿ENGEL e?victory 160 combi型油電混合注塑機(jī)缀雳，展示出了無拉桿合模裝置大幅提高生產(chǎn)效率的獨(dú)特優(yōu)勢，如圖8所示梢睛。目前無拉桿式注塑機(jī)已從中型噸位向大型噸位領(lǐng)域發(fā)展肥印。
圖8 恩格爾公司生產(chǎn)的搭載無拉桿式合模裝置的注塑機(jī)
3 大型注塑機(jī)的節(jié)能化進(jìn)展
注射成型裝備的節(jié)能化严拒，即節(jié)能降耗，是對二板式注塑機(jī)與全電動注塑機(jī)的探索竖独。以鎖模力40000 kN的注塑機(jī)為例裤唠，機(jī)器長度縮短25%~30%，整機(jī)重量減輕500 kN莹痢，堪稱符合國家產(chǎn)業(yè)政策的節(jié)能型注塑機(jī)典范［22］种蘸。
3.1大型注塑機(jī)的全電動化研究
作為新型注塑機(jī)的全電動注塑機(jī)表現(xiàn)出杰出的節(jié)能性［23］。不同于使用液壓油和液壓元件作為驅(qū)動力來源的液壓注塑機(jī)竞膳，全電動注塑機(jī)利用永磁式或感應(yīng)式交流伺服電機(jī)作動力源航瞭，驅(qū)動滾珠絲杠副、齒形帶以及齒輪等機(jī)械元件以實(shí)現(xiàn)注射坦辟、塑化及合模等各個功能裝置單元的精密配合運(yùn)動刊侯。
相比于液壓式注塑機(jī)，全電動注塑機(jī)更加節(jié)省能源锉走、清潔環(huán)保滨彻，不僅能夠?qū)⒆⑺苎h(huán)中的減速運(yùn)動階段釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能再次利用，還可以避免液壓注塑機(jī)中普遍存在的液壓油泄露和污染問題挪蹭⊥ざ基于伺服電機(jī)的速度控制范圍寬、響應(yīng)性好梁厉，通過料量微調(diào)能夠使得最終制品尺寸滿足公差要求辜羊，生產(chǎn)成本低、效率高词顾，制品精度與重復(fù)性好八秃。如生產(chǎn)LED燈罩，全電動注塑機(jī)可比同類型的伺服液壓注塑機(jī)節(jié)能43%~65%［24］肉盹。全電動注塑機(jī)與液壓注塑機(jī)的性能對比見表2昔驱。
表2 全電動注塑機(jī)與液壓注塑機(jī)的性能對比［24］
目前全電動注塑機(jī)在國際市場上的占有率大幅提升，日本企業(yè)主要發(fā)展以精密注射與高循環(huán)速度（短循環(huán)周期）技術(shù)為主的全電動注塑機(jī)垮媒，歐美企業(yè)則致力于研發(fā)液壓計量與電動組合的混合式機(jī)型舍悯。我國對于全電動式注塑機(jī)的研究仍處于初級階段。
如何實(shí)現(xiàn)全電動注塑機(jī)的大型化是注塑機(jī)節(jié)能發(fā)展的1個關(guān)鍵課題睡雇。整體而言萌衬，目前大型全電動注塑機(jī)的發(fā)展較緩慢。若要在全電動注塑機(jī)中實(shí)現(xiàn)較高的鎖模力它抱，合模裝置的絲桿與電機(jī)負(fù)荷均需相應(yīng)增大秕豫，1個電機(jī)無法滿足需要，往往需要2個電機(jī)來共同完成。這就要求2個工作電機(jī)之間實(shí)現(xiàn)高度同步混移，即2個電機(jī)的啟動祠墅、運(yùn)轉(zhuǎn)、停止必須一致歌径，否則將導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)行不穩(wěn)定與部件損壞毁嗦。因此針對雙電機(jī)的同步控制理論仍需發(fā)展完善。郭小龍等［25］基于現(xiàn)有伺服電機(jī)驅(qū)動技術(shù)回铛，提出了雙電機(jī)復(fù)合驅(qū)動注射系統(tǒng)的設(shè)計方案狗准，如圖9所示。雖然雙伺服電機(jī)能夠順利完成指定的加茵肃、減速運(yùn)動腔长，保持良好的信號跟隨性能，但其工作狀態(tài)仍存在拉扯導(dǎo)致同步性能下降的現(xiàn)象验残。周長攀［26］通過對雙三相永磁同步電機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模捞附、諧波電流抑制及容錯控制等方法進(jìn)行深入的理論研究，為雙電機(jī)驅(qū)動提供充足的理論支撐您没。李方俊等［27］針對大慣量運(yùn)動平臺剛度不足鸟召，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速運(yùn)行與穩(wěn)定控制之間平衡的問題，研究并提出了基于速度曲線規(guī)劃的雙電機(jī)同步消隙控制策略紊婉，有效抑制了大慣性撓性結(jié)構(gòu)的快速運(yùn)行抖動問題药版，為大慣量運(yùn)動平臺的快速穩(wěn)定控制提供依據(jù)辑舷。此外喻犁，由于電機(jī)控制系統(tǒng)、大功率電機(jī)定制何缓、裝配工藝及工作慣性等對成型精度和工藝重復(fù)性的干擾肢础，大型全電動注塑機(jī)的研究成本高，其節(jié)能優(yōu)勢反而降低碌廓。相較于產(chǎn)品系列已覆蓋了從微型機(jī)型到鎖模力超過80000 kN機(jī)型的液壓注塑機(jī)而言传轰，目前投入商業(yè)化應(yīng)用的全電動注塑機(jī)的鎖模力較小，一般均在10000 kN以下谷婆。
圖9 雙電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)［25］
日本的宇部興產(chǎn)率先突破了機(jī)型的限制慨蛙，造出了首臺鎖模力可達(dá)20000 kN的全電動成型機(jī)［28］。該設(shè)備用1臺交流伺服電機(jī)驅(qū)動塑化纪挎，2臺電機(jī)驅(qū)動肘桿鎖緊期贫，3臺電機(jī)驅(qū)動注射，以及1臺電機(jī)驅(qū)動頂出异袄。隨后通砍，三菱重工研制出了世界首臺30000 kN鎖模力的大型化電動注塑機(jī)［29］，實(shí)現(xiàn)了世界上最快的大型塑料零件（如汽車保險杠）高循環(huán)生產(chǎn)，如圖10所示封孙。該大型設(shè)備搭載了三菱重工特有的二板式合模結(jié)構(gòu)及混合電力系統(tǒng)迹冤，并且它所配備的中心壓板能夠利用電氣控制模具內(nèi)的壓力波形，因此具有空間占用率低虎忌，生產(chǎn)節(jié)能化程度高泡徙，制品飛邊與毛刺少以及運(yùn)行成本低的優(yōu)勢。
圖10 日本三菱重工公司研制的30000 kN鎖模力大型全電動注塑機(jī)［29］
全電動塑機(jī)目前以智能化和超高速化作為發(fā)展的新方向膜蠢。除了設(shè)備單元自動控制锋勺、參數(shù)閉環(huán)控制、過程聯(lián)運(yùn)在線反饋控制等電子計算機(jī)技術(shù)狡蝶，基于控制計算機(jī)設(shè)備（PC）的開放式庶橱、模塊化控制技術(shù)越來越被各大制造商青睞［30］。同時贪惹，虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的高速發(fā)展也為注塑機(jī)生產(chǎn)廠家實(shí)行虛擬合作設(shè)計與制造提供了空間環(huán)境苏章，蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)效益［31］。雖然全電動注塑機(jī)市場發(fā)展迅速奏瞬，但是國內(nèi)全電動注塑機(jī)的主要配件（如伺服電機(jī)枫绅、滾珠絲杠等）與核心技術(shù)（如專用控制系統(tǒng)等）均依賴進(jìn)口，再加上與歐美日相近甚至更高的零件成本硼端，國內(nèi)全電動注塑機(jī)的自主研發(fā)及其大型化技術(shù)仍亟待探索并淋。
3.2 大型注塑機(jī)中節(jié)能液壓系統(tǒng)的應(yīng)用
注塑機(jī)節(jié)能的重點(diǎn)是提高驅(qū)動系統(tǒng)的能耗效率，即驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作功率實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)珍昨，二者之間的能量利用率越高县耽，系統(tǒng)越節(jié)能。在傳統(tǒng)的液壓式注塑機(jī)中镣典，液壓系統(tǒng)的能耗可高達(dá)加工耗能的70%兔毙，因此如何合理設(shè)計與選配液壓系統(tǒng)是注塑機(jī)節(jié)能化的又一關(guān)鍵課題。由于注塑機(jī)在工作循環(huán)中大部分處于部分負(fù)載或待機(jī)狀態(tài)兄春，若能實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)對壓力與流量的快速響應(yīng)和靈活調(diào)控將能有效促進(jìn)注塑機(jī)的節(jié)能化發(fā)展澎剥。目前，廣泛應(yīng)用于注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)按照不同的控制實(shí)現(xiàn)方式可劃分為4種類型赶舆，其組成及特點(diǎn)詳見表3哑姚。顯然，組合使用定量泵和變量泵能夠同時兼顧成本和節(jié)能的要求芜茵。
表3 不同類型液壓系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)［32?39］
液壓系統(tǒng)從過去利用流量和壓力比例控制的原理發(fā)展到利用上述的變量或定量控制叙量、變頻調(diào)速以及伺服控制技術(shù)，整機(jī)能耗降低到傳統(tǒng)機(jī)型的僅30%夕晓。采用變頻伺服技術(shù)的注塑機(jī)宛乃，能耗僅為傳統(tǒng)機(jī)型的50%。工作節(jié)奏加快，制品周期縮短征炼，生產(chǎn)效率普遍提高超過24%析既。我國的海天機(jī)械目前已成功研發(fā)了搭載第三代技術(shù)平臺ZE2300F?830h的集成伺服液壓驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能型電動注塑設(shè)備，如圖11所示［40］谆奥。液壓元件集成化眼坏、機(jī)電液一體化、控制系統(tǒng)自動化與智能化酸些、環(huán)保清潔宰译、密封良好等特性將成為注塑機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。
圖11 海天公司研制的第三代全電動注塑機(jī)生產(chǎn)單元［40］
4 大型注塑機(jī)的智能化進(jìn)展
自60年代末美國費(fèi)洛斯公司首先應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)開始魄懂，注塑機(jī)的控制技術(shù)高速發(fā)展沿侈，目前已經(jīng)形成了包括熔體溫度、注射壓力市栗、注射速度缀拭、保壓時間、冷卻過程及液壓回路參數(shù)等的多因素集成微處理器控制系統(tǒng)填帽。智能化儼然成為注塑機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的必然追求蛛淋。
智能化表現(xiàn)在多個方面：（1）高精度化。注塑機(jī)的控制系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)對溫度篡腌、壓力褐荷、流量以及位置的高精度閉環(huán)控制，以滿足對精密產(chǎn)品生產(chǎn)過程參數(shù)的嚴(yán)格控制∴诘浚現(xiàn)階段半閉環(huán)的位置控制已在國內(nèi)使用叛甫，而全閉環(huán)控制器仍需進(jìn)口。（2）全自動化绘迁。人工智能理論與實(shí)踐的豐富能夠?qū)崿F(xiàn)注塑生產(chǎn)過程的柔性化和自動化合溺，降低操作的人力成本，提高管理的自動化與信息化程度缀台，同時配備輔助性功能部件，如自動加料機(jī)和國外比較廣泛使用的取件機(jī)械手等哮奇，能夠基本實(shí)現(xiàn)注塑過程的全自動化膛腐。（3）網(wǎng)絡(luò)化。通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)單臺注塑機(jī)的在線診斷鼎俘、下載升級等功能哲身，或多臺注塑機(jī)的集中控制、程序調(diào)用等功能贸伐，能夠保障生產(chǎn)計劃的及時調(diào)度安排與反饋勘天，也大大節(jié)省了人力成本。（4）一體化與復(fù)合化。所謂一體化脯丝，是指將從加入原料到取出制品之間的所有工序盡可能安排在同一系統(tǒng)中協(xié)調(diào)完成商膊。而復(fù)合化是指1臺注塑機(jī)在進(jìn)行簡單調(diào)整后能夠滿足多種加工需求，減少設(shè)備調(diào)換產(chǎn)生的浪費(fèi)與誤差宠进，提高控制精度和生產(chǎn)效率晕拆，縮短注塑工期。
在物聯(lián)網(wǎng)材蹬、大數(shù)據(jù)实幕、云制造發(fā)展背景下，注塑行業(yè)智能化發(fā)展日益豐富堤器。在2014年舉行的塑膠展上昆庇，威猛巴頓菲爾企業(yè)以“走向智能化”為主旨，通過Smart Power注塑機(jī)呈現(xiàn)了智能注塑與現(xiàn)代工藝之間的協(xié)作生產(chǎn)［41］闸溃。歐洲塑料與橡膠機(jī)械制造商協(xié)會提出了1種面向工業(yè)4.0的新工業(yè)規(guī)范EUROMAP77凰锡，幫助注塑機(jī)與計算機(jī)或工廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。恩格爾公司從智能機(jī)器圈暗、智能生產(chǎn)和智能服務(wù)3個層面開發(fā)了“Inject 4.0”智能成型方案掂为，如圖12所示［42］。阿博格公司展現(xiàn)了多種工業(yè)4.0的應(yīng)用新方式员串，在2016年利用空間分割技術(shù)制造了個性化的“智能”行李箱標(biāo)牌勇哗，即把客戶的個人信息與從云端獲取的制造過程信息同步寫入近場通信（NFC）芯片，再對標(biāo)牌激光加工寸齐。2019年其又提出了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）輔助售后功能欲诺，如圖13所示。
圖12 恩格爾公司展示的“Inject4.0”智能成型方案［42］
圖13 阿博格公司提出的AR輔助售后功能［42］
我國伊之密公司基于其精密的I?factory4.0技術(shù)渺鹦，推出了搭載SmartClamp智能鎖模系統(tǒng)的UN500DP兩板式注塑機(jī)扰法，同時集成了聚氨酯（PUR）設(shè)備和InPUR“1+2”模具技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一步法成型帶局部高光表面的汽車發(fā)動機(jī)蓋板零件毅厚，如圖14所示塞颁。海天機(jī)械為每一臺注塑機(jī)安裝了用于搭建注塑智能系統(tǒng)的智能化模塊，同步采集注塑生產(chǎn)車間內(nèi)機(jī)器的信息后匯聚到網(wǎng)關(guān)并傳送到云端吸耿，以此搭建注塑云平臺祠锣。泰瑞機(jī)械自主研發(fā)了基于Linux系統(tǒng)的多協(xié)議多功能控制平臺，同時使用分流集流閥簡化了抱閘液壓機(jī)構(gòu)的液壓油回路咽安，打造了基于純二板注塑機(jī)的智能化升級產(chǎn)品伴网。博創(chuàng)公司的工業(yè)4.0主要以其新一代大型二板智能注塑機(jī)BU900?II為主體，強(qiáng)調(diào)交鑰匙與智能化方案妆棒，采用了國內(nèi)首創(chuàng)的電動熔膠新技術(shù)澡腾，搭配橫走式機(jī)械手沸伏、視覺檢測、自動稱重以及輸送等功能性輔助模塊动分，助力生產(chǎn)線智能化毅糟，如圖15所示。力勁公司研發(fā)出1套節(jié)能表現(xiàn)優(yōu)異的二板式注塑生產(chǎn)系統(tǒng)刺啦，集成了當(dāng)前先進(jìn)的伺服節(jié)能技術(shù)留特、單缸射膠技術(shù)、強(qiáng)力鎖模技術(shù)玛瘸、模具保護(hù)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)存儲分析功能蜕青，在生產(chǎn)大型垃圾桶、水桶等深腔容器類產(chǎn)品中表現(xiàn)優(yōu)異糊渊，其產(chǎn)品如圖16所示右核。震雄公司的iChen4.0系統(tǒng)則主要關(guān)注制造流程中的監(jiān)視、管理與智能化服務(wù)等渺绒。
圖14 伊之密公司研制的UN500DP兩板式注塑機(jī)成型汽車發(fā)動機(jī)蓋板［40］
圖15 博創(chuàng)公司提出的注塑系統(tǒng)智能交鑰匙解決方案［40］
圖16 力勁公司生產(chǎn)的大型深腔容器產(chǎn)品［40］
廣東工業(yè)大學(xué)［43］提出了1種基于云制造的區(qū)塊鏈技術(shù)贺喝，為系統(tǒng)提供在不信任環(huán)境中的安全性標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，使存儲在私有云中的注塑模具設(shè)計制造知識得以安全共享宗兼，對于模具的再設(shè)計具有重要的現(xiàn)實(shí)意義躏鱼。德國亞琛工業(yè)大學(xué)［44］利用計算機(jī)斷層掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)了注塑模具的自動校正，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)CAD模型與點(diǎn)云的數(shù)據(jù)交換殷绍，同樣豐富了工業(yè)4.0的發(fā)展染苛。
整體而言，可靠的網(wǎng)絡(luò)控制平臺主到、高精度的硬件配置與合理的軟件控制方案是實(shí)現(xiàn)注塑過程優(yōu)化的必要元素茶行，注塑控制系統(tǒng)正朝著高精度化、高可靠性登钥、信息交互網(wǎng)絡(luò)化畔师、一體化、復(fù)合化與開放化的智能化控制邁進(jìn)［30］牧牢。將來的注塑工廠應(yīng)當(dāng)是設(shè)備看锉、制造與服務(wù)多位一體的智能化注塑。
5 結(jié)語
大型注塑機(jī)作為當(dāng)代國際高端注塑機(jī)型而備受各大制造商青睞结执，其主流發(fā)展趨勢主要集中在輕量化度陆、節(jié)能化與智能化3個方面。輕量化主要通過采用二板式合模結(jié)構(gòu)或無拉桿合模結(jié)構(gòu)以簡化設(shè)備献幔，節(jié)省空間，提高生產(chǎn)效率趾诗；節(jié)能化方面的發(fā)展一邊致力于突破全電動注塑機(jī)大型化的瓶頸蜡感，尤其需要克服雙電機(jī)驅(qū)動的同步性問題蹬蚁，另一邊則針對目前市場占比高的液壓式注塑機(jī)，降低整機(jī)能耗中占比最高的液壓系統(tǒng)的能耗以滿足節(jié)能化需求郑兴；隨著工業(yè)4.0的發(fā)展與電子信息技術(shù)不斷升級犀斋，注塑機(jī)控制系統(tǒng)日益更迭，智能化注塑已成為了各種類型注塑機(jī)集成化管理與改進(jìn)的新方向情连。
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