精密注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

高速超精密注塑機(jī)主要用于生產(chǎn)高精密塑料件及各種精密微型塑料件，如光盤、鏡片、導(dǎo)光板、傳感器等。其中數(shù)碼光盤的成型具有特殊意義，代表目前精密注塑的高水平。它不但要求制品精度極高(如DVD9)、質(zhì)量穩(wěn)定，而且要求效率高、速度快、潔凈度高、光學(xué)性能良好等，這是傳統(tǒng)注塑機(jī)甚至一般精密注塑機(jī)不能滿足的。數(shù)碼光盤的成型對(duì)注塑機(jī)的要求是：(1)具有穩(wěn)定可靠的液壓系統(tǒng)，開合模速度快、平穩(wěn)，開模定位精度高，合模力準(zhǔn)確穩(wěn)定、重復(fù)精度高，模板受力均勻，低壓護(hù)?？煽康?；(2)高速高效的塑化系統(tǒng)、計(jì)量準(zhǔn)確；(3)注射速率高、多級(jí)可調(diào)，保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)準(zhǔn)確，重復(fù)精度高，保壓壓力穩(wěn)定、多級(jí)可調(diào)；(4)溫控準(zhǔn)確；(5)整機(jī)噪音低、潔凈、無(wú)油污。
由于數(shù)碼光盤成型的這些要求，使帶有閉環(huán)控制的全液壓式和全電動(dòng)式精密注塑機(jī)成為生產(chǎn)光盤的兩種主要機(jī)型。1997年以前，精密注塑機(jī)都是全液壓式的，但近幾年全電動(dòng)式的精密注塑機(jī)越來(lái)越多，特別是日本廠家?guī)缀醵纪瞥隽巳妱?dòng)式精密注塑機(jī)。眾所周知，早的注塑機(jī)結(jié)構(gòu)就是全電動(dòng)式，只不過(guò)當(dāng)時(shí)采用的是一般電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能高。現(xiàn)在的這種用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全電動(dòng)式注塑機(jī)早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代初，它在肘桿式注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)上用伺服電機(jī)取代了所有油缸，由日本少數(shù)廠家率先推向市場(chǎng)。雖然它有一系列優(yōu)點(diǎn)，但由于技術(shù)不成熟和價(jià)格昂貴等原因未能在市場(chǎng)上拓展。當(dāng)前全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的推出，一方面是由于環(huán)保和節(jié)能的需要，另一方面也是由于伺服電機(jī)的成熟應(yīng)用和價(jià)格的大幅度下降。
在2001年第十五屆中國(guó)國(guó)際塑料橡膠展覽會(huì)上，日本制鋼所、東芝、FANUC公司、東洋精機(jī)和德國(guó)NegriBossi、Battenfeld公司及意大利MIR公司、奧地利Engel公司、瑞士Net—stal等公司都展出了各自的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)，大有全電動(dòng)式取代其它結(jié)構(gòu)之勢(shì)。然而才過(guò)了一年，在2002年6月底上海舉辦的第十六屆中國(guó)國(guó)際塑料橡膠工業(yè)展覽會(huì)上，歐洲廠家推出的精密注塑機(jī)基本上是全液壓式的。而日本廠家雖然主要推出的仍然是全電動(dòng)式，但已經(jīng)有一家公司推出了電動(dòng)—液壓復(fù)合式精密注塑機(jī)。美國(guó)的辛辛那提公司也推出了電動(dòng)—液壓復(fù)合式精密注塑機(jī)。筆者現(xiàn)主要介紹全液壓式和全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)進(jìn)展。


1全電動(dòng)式注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展
1983年FANUC公司研制出上臺(tái)DC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)，主要以伺服電機(jī)取代肘桿式精密注塑機(jī)的全部液壓裝置。到20世紀(jì)80年代中期，全電動(dòng)式精密注塑機(jī)得到進(jìn)一步的發(fā)展。除日本的FANUC、新鐵工所、日精樹脂等公司之外，日本的東洋機(jī)械公司、美國(guó)的辛辛那提公司、德國(guó)的巴登菲爾德公司等也都完成了開發(fā)并投入市場(chǎng)。早期的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)由于采用直流伺服電機(jī)，其換向器與電刷摩擦易出現(xiàn)故障。因此，后來(lái)FANUC公司和美國(guó)辛辛那提公司共同研制開發(fā)了交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子式精密注塑機(jī)?，F(xiàn)在，美國(guó)UBE機(jī)械公司可提供合模力超過(guò)1000kN的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)，合模力4000-5000kN的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)也不再罕見(jiàn)。
國(guó)內(nèi)也有一些公司在試制全電動(dòng)式精密注塑機(jī)，并取得了一定進(jìn)展。但由于全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的主要配件如伺服電機(jī)和滾珠絲桿均需依賴進(jìn)口，其控制技術(shù)也掌握在國(guó)外廠商手里，故國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)全電動(dòng)式精密注塑機(jī)所掌握的核心技術(shù)極少，而其附加值大部分被國(guó)外廠商拿走，非但受制于人，而且還會(huì)帶來(lái)售后服務(wù)難題。
目前，國(guó)外生產(chǎn)全電動(dòng)式精密注塑的廠家主要集中在美國(guó)和日本，其中日本的FANUC公司和美國(guó)的辛辛那提公司排在前列。今后，隨著高精度塑料件應(yīng)范圍的擴(kuò)大和精密注塑機(jī)制造成本的降低，全電動(dòng)式精密注塑機(jī)將有很大的發(fā)展空間。1 全液壓式精密注塑的技術(shù)發(fā)展
全液壓式精密注塑機(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)展到后來(lái)的兩板直壓式，種類較多，差異也很大。單缸充液式作為傳統(tǒng)全液壓式的代表，許多大廠都曾生產(chǎn)，如日本的東芝、日精樹脂、三菱等公司，但這種精密注塑機(jī)體積龐大、容易內(nèi)泄外漏、升壓速度慢、耗能多。20世紀(jì)90年代初，在歐洲以德國(guó)為首推出了許多新的全液壓式注塑機(jī)。其中以兩板直壓式具代表，它解決了單缸充液式注塑機(jī)的上述缺點(diǎn)，但其控制技術(shù)難度大、機(jī)械加工精高、液壓技術(shù)也較難掌握。
早在20世紀(jì)70年代，我國(guó)就已推出了臺(tái)合模力為3500kN的復(fù)合型二板注塑機(jī)。80年代初從原東德進(jìn)口了復(fù)合型二板注塑機(jī)，80年代中期仿制成功，并有小批量生產(chǎn)。但仿制并沒(méi)有提高我國(guó)的塑機(jī)技術(shù)水平。1989年，黃步明發(fā)明并成功研制出雙動(dòng)模精密注塑機(jī)和四缸差動(dòng)合模精密注塑機(jī)，并干1994年獲得美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)等7國(guó)的發(fā)明專利。這也是上先開發(fā)成功的兩板直壓式精密注塑機(jī)。目前該結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成合模力為100-8500kN四缸直鎖二板式精密注塑機(jī)系列產(chǎn)品，年生產(chǎn)能力達(dá)1000臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，從1998年開始，廣東泓利機(jī)器有限公司經(jīng)過(guò)3年多的努力，終于在2002年6月開發(fā)成功高速超精密注塑機(jī)。該機(jī)主要用于生產(chǎn)CD、VCD等光盤，經(jīng)有關(guān)專家檢測(cè)、鑒定，所復(fù)制的盤片完全符合要求，整機(jī)循環(huán)時(shí)間為3．8s，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這是目前我國(guó)自行研制生產(chǎn)的首臺(tái)光盤精密注塑機(jī)。除廣東泓利機(jī)器有限公司外，目前國(guó)內(nèi)還有幾個(gè)廠家正在研制光盤精密注塑機(jī)，但在生產(chǎn)周期、盤片質(zhì)量、穩(wěn)定性等方面均存在一定的問(wèn)題，目前還在進(jìn)一步攻關(guān)。

3 全液壓式與全電動(dòng)式精密注塑機(jī)鎖模系統(tǒng)的比較
3,2全液壓式鎖模系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)
全液壓式精密注塑機(jī)的鎖模系統(tǒng)有多種結(jié)構(gòu)，有傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式及近幾年發(fā)展起來(lái)的兩板直壓式。單缸充液式鎖模系統(tǒng)是傳統(tǒng)全液壓式精密注塑機(jī)的代表，它有一般液壓式鎖模系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如合模精度高、開模力大等，也有明顯的缺點(diǎn)，如容易內(nèi)泄外漏、體積龐大、升壓速度慢、耗能多等。多缸充液式鎖模系統(tǒng)是從單缸充液式發(fā)展起來(lái)的，包括無(wú)拉桿精密注塑機(jī)在內(nèi)的許多精密注塑機(jī)都采用了這種鎖模系統(tǒng)。多缸充液式鎖模系統(tǒng)比單缸充液式有一定程度的改善，如便于安裝頂出油缸等，而且機(jī)身較短，歐洲塑機(jī)生產(chǎn)廠家采用這種系統(tǒng)的不少。
兩板直壓式鎖模系統(tǒng)可分為內(nèi)循環(huán)式、外循環(huán)式和無(wú)循環(huán)式幾種類型，它解決了單缸充液式鎖模系統(tǒng)易泄壓、漏油、升壓慢等缺點(diǎn)。歐洲生產(chǎn)的精密注塑機(jī)主要以無(wú)循環(huán)式鎖模系統(tǒng)為主．這種結(jié)構(gòu)具有機(jī)身短、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于沒(méi)有實(shí)行油壓的循環(huán)差動(dòng)，所以不能很好解決力和速度的矛盾。要使開合模速度較快，必須增大油泵電機(jī)，耗能較多，故無(wú)循環(huán)鎖模系統(tǒng)多為小型機(jī)采用。近兩年有些公司推出了內(nèi)循環(huán)二板式鎖模系統(tǒng)精密注塑機(jī)，這種結(jié)構(gòu)的油缸內(nèi)活塞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難，而且油缸活塞較小時(shí)無(wú)法安裝充液閥，故小機(jī)型無(wú)法采用，而且如出現(xiàn)內(nèi)泄則維修困難。它的優(yōu)點(diǎn)是油路較短、液壓系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、外觀整潔，適用于較大機(jī)型。廣東泓利機(jī)器有限公司現(xiàn)生產(chǎn)的四缸直鎖二板式鎖模系統(tǒng)屬外循環(huán)二板直壓式鎖模系統(tǒng)，可用于合模力100~16000kN的機(jī)型。其優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了力和速度的矛盾，解決了許多全液壓式精密注塑機(jī)存在的速度慢、易漏油等問(wèn)題，缺點(diǎn)是機(jī)身較長(zhǎng)。
3．3全電動(dòng)式鎖模系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)
目前的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的鎖模系統(tǒng)是用伺服電機(jī)取代原來(lái)的油缸推動(dòng)肘桿作開合模運(yùn)動(dòng)。這使原來(lái)肘桿式結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題繼續(xù)存在，如加工精度要求高，易磨損，調(diào)模困難等；但有些方面得到一定的改善。由于使用伺服電機(jī)，可以使肘桿在不同的角度停下來(lái)，有利于鎖模力的改變，并可進(jìn)行壓縮成型。而且由于沒(méi)有油壓慣性的影響，所以噪音較低，控制精度較高。不過(guò)，它也帶來(lái)一些新的問(wèn)題：①由于用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿，因此滾珠絲桿的磨損會(huì)導(dǎo)致精度的下降；②如果機(jī)器的制造裝配精度不高或模具安裝平面不平行，那么在滾珠絲桿上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)附加的徑向力，加速滾珠絲桿的磨損；③如果肘桿未完全撐直就開始注射，當(dāng)成型面積較大的制品時(shí)就有很大的軸向力作用于滾珠絲桿及伺服電機(jī)的軸上，超載時(shí)就有可能導(dǎo)致它們的損壞。此外，對(duì)于厚壁制品所需的保壓時(shí)間較長(zhǎng)，若保壓超過(guò)10s，伺服電機(jī)即可因堵轉(zhuǎn)而發(fā)熱，降低伺服電機(jī)使用壽命、甚至易損壞。

4 全液壓與全電動(dòng)式精密注塑機(jī)注射系統(tǒng)的比較
采用伺服電機(jī)控制螺桿的塑化計(jì)量精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級(jí)調(diào)節(jié)。采用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)螺桿進(jìn)行注射日寸，由于滾珠絲桿負(fù)載大、高速旋轉(zhuǎn)，磨損也較嚴(yán)重。因此，一般全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的注射速率不大于500mm／s。而全液壓式精密注塑機(jī)若采用蓄能器輔助注射時(shí)，注射速率可達(dá)到]000mm／s以上。在注射時(shí)用伺服電機(jī)起動(dòng)速度比一般的液壓式快，但如果液壓式精密注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)采用蓄能器時(shí)，將比伺服電機(jī)起動(dòng)更快。伺服電機(jī)對(duì)注塑壓力和注射速率的控制都較準(zhǔn)確，但進(jìn)入保壓時(shí)由于伺服電機(jī)不能在不旋轉(zhuǎn)的情況下提供大的扭距，所以只能間斷地旋轉(zhuǎn)，靠測(cè)量螺桿前面物料壓力進(jìn)行補(bǔ)壓。這樣，一方面滾珠絲桿容易磨損，另一方面也較為耗能，壓力也不穩(wěn)定。另外，要將伺服電機(jī)的旋動(dòng)變成注射的直線運(yùn)動(dòng)，注塑壓力很大，磨損也較大。對(duì)于這一點(diǎn)，許多廠家還沒(méi)有很好的解決辦法。

5 精密注塑機(jī)發(fā)展的新動(dòng)向
全電動(dòng)式精密注塑機(jī)有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在節(jié)能和動(dòng)作精度方面尤為突出。但由于目前的全電動(dòng)式精密注塑機(jī)采用肘桿式鎖模系統(tǒng)，一方面限于機(jī)械加工精度，另一方面由于肘桿的機(jī)械磨損，故全電動(dòng)式精密注塑機(jī)僅能加工CD、VCD，多再加工DVD5，而且使用一年左右其精度就會(huì)下降。臺(tái)灣一企業(yè)用了100多臺(tái)全電動(dòng)式精密注塑機(jī)生產(chǎn)CD-R，不到一年就有許多機(jī)器出現(xiàn)問(wèn)題。故全電動(dòng)式精密注塑機(jī)在開合模精度及使用壽命上不如全液壓式精密注塑機(jī)。而全液壓式精密注塑機(jī)要保證精度就必須采用伺服閥，伺服閥價(jià)格昂貴帶來(lái)成本上升，使帶有伺服閥的全液壓式精密注塑機(jī)的價(jià)格高于全電動(dòng)式精密注塑機(jī)。電動(dòng)—液壓式精密注塑機(jī)是一種集液壓和電驅(qū)動(dòng)于一體的新型精密注塑機(jī)，它融合了全液壓式精密注塑機(jī)的高性能優(yōu)點(diǎn)和全電動(dòng)式精密注塑機(jī)的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。這種電動(dòng)—液壓相結(jié)合的復(fù)合式精密注塑機(jī)已成為當(dāng)今精密注塑機(jī)發(fā)展的新動(dòng)向。
電動(dòng)-液壓復(fù)合式精密注塑機(jī)目前主要有以下三種形式：①計(jì)量-塑化采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，螺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)-注射由液壓系統(tǒng)完成，并采用液壓式鎖模機(jī)構(gòu)。塑化加工需要旋動(dòng)，將液壓機(jī)中耗能較多的塑化加工改為電驅(qū)動(dòng)，效率高、節(jié)能。②計(jì)量—塑化及注射均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鎖模采用伺服電機(jī)和肘桿式機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)采用帶蓄能器及變量泵的增壓裝置，可達(dá)到高速、較高精度和節(jié)能的效果。③電動(dòng)—液壓復(fù)合的鎖模機(jī)構(gòu)。采用兩組伺服電機(jī)加滾珠絲桿的動(dòng)模驅(qū)動(dòng)裝置，取代原來(lái)的一對(duì)液壓油缸進(jìn)行開合模動(dòng)作。在后模板上裝有一個(gè)大的鎖模油缸，該鎖模油缸活塞桿的一端固定在動(dòng)模板上，另一端的外表面有螺紋，并套穿在鎖模油缸的中心孔內(nèi)。在鎖模油缸上有一對(duì)剖開螺母，在動(dòng)模驅(qū)動(dòng)裝置的滾珠絲桿上有一組補(bǔ)油油缸，連接到鎖模油缸上。該裝置還設(shè)有一組增壓驅(qū)動(dòng)裝置，由伺服電機(jī)、滾珠絲桿及增壓油缸組成，增壓油缸通過(guò)閥門也連接到鎖模油缸上。在合模過(guò)程中，對(duì)開的螺母打開，動(dòng)模驅(qū)動(dòng)裝置作合模運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)油油缸對(duì)鎖模油缸充油。在鎖模過(guò)程中，對(duì)開的螺母閉合，增壓驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)作，對(duì)鎖模油缸增壓。這種直壓式鎖模機(jī)構(gòu)以極少量的油為媒介，利用伺服電機(jī)與螺紋所產(chǎn)生的油壓進(jìn)行中心鎖模，位置對(duì)準(zhǔn)精確度高、啟動(dòng)停止性能好。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。
電動(dòng)-液壓復(fù)合式將是未來(lái)精密注機(jī)采用的主要結(jié)構(gòu)，相信還有更多的復(fù)合式結(jié)構(gòu)即將問(wèn)世。2002年在上海舉辦的第十六屆中國(guó)國(guó)際塑料橡膠工業(yè)展覽會(huì)上， 日本廠家展出了循環(huán)時(shí)間0．61s的精密注塑機(jī)，這是一個(gè)方向，即現(xiàn)代精密注塑機(jī)將朝著高速高效、節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。