精密注塑機的技術發展動向

高速超精密注塑機主要用于生產高精密塑料件及各種精密微型塑料件，如光盤、鏡片、導光板、傳感器等。其中數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)、質量穩定，而且要求效率高、速度快、潔凈度高、光學性能良好等，這是傳統注塑機甚至一般精密注塑機不能滿足的。數碼光盤的成型對注塑機的要求是：(1)具有穩定可靠的液壓系統，開合模速度快、平穩，開模定位精度高，合模力準確穩定、重復精度高，模板受力均勻，低壓護模可靠等；(2)高速高效的塑化系統、計量準確；(3)注射速率高、多級可調，保壓轉換點準確，重復精度高，保壓壓力穩定、多級可調；(4)溫控準確；(5)整機噪音低、潔凈、無油污。
由于數碼光盤成型的這些要求，使帶有閉環控制的全液壓式和全電動式精密注塑機成為生產光盤的兩種主要機型。1997年以前，精密注塑機都是全液壓式的，但近幾年全電動式的精密注塑機越來越多，特別是日本廠家幾乎都推出了全電動式精密注塑機。眾所周知，早的注塑機結構就是全電動式，只不過當時采用的是一般電動機，結構復雜、耗能高。現在的這種用伺服電機驅動的全電動式注塑機早出現在20世紀80年代初，它在肘桿式注塑機的結構上用伺服電機取代了所有油缸，由日本少數廠家率先推向市場。雖然它有一系列優點，但由于技術不成熟和價格昂貴等原因未能在市場上拓展。當前全電動式精密注塑機的推出，一方面是由于環保和節能的需要，另一方面也是由于伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降。
在2001年第十五屆中國國際塑料橡膠展覽會上，日本制鋼所、東芝、FANUC公司、東洋精機和德國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式精密注塑機，大有全電動式取代其它結構之勢。然而才過了一年，在2002年6月底上海舉辦的第十六屆中國國際塑料橡膠工業展覽會上，歐洲廠家推出的精密注塑機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式，但已經有一家公司推出了電動—液壓復合式精密注塑機。美國的辛辛那提公司也推出了電動—液壓復合式精密注塑機。筆者現主要介紹全液壓式和全電動式精密注塑機的結構特點及技術進展。


1全電動式注塑機的技術發展
1983年FANUC公司研制出上臺DC伺服電機驅動的全電動式精密注塑機，主要以伺服電機取代肘桿式精密注塑機的全部液壓裝置。到20世紀80年代中期，全電動式精密注塑機得到進一步的發展。除日本的FANUC、新鐵工所、日精樹脂等公司之外，日本的東洋機械公司、美國的辛辛那提公司、德國的巴登菲爾德公司等也都完成了開發并投入市場。早期的全電動式精密注塑機由于采用直流伺服電機，其換向器與電刷摩擦易出現故障。因此，后來FANUC公司和美國辛辛那提公司共同研制開發了交流伺服電機驅動的電子式精密注塑機。現在，美國UBE機械公司可提供合模力超過1000kN的全電動式精密注塑機，合模力4000-5000kN的全電動式精密注塑機也不再罕見。
國內也有一些公司在試制全電動式精密注塑機，并取得了一定進展。但由于全電動式精密注塑機的主要配件如伺服電機和滾珠絲桿均需依賴進口，其控制技術也掌握在國外廠商手里，故國內廠家生產全電動式精密注塑機所掌握的核心技術極少，而其附加值大部分被國外廠商拿走，非但受制于人，而且還會帶來售后服務難題。
目前，國外生產全電動式精密注塑的廠家主要集中在美國和日本，其中日本的FANUC公司和美國的辛辛那提公司排在前列。今后，隨著高精度塑料件應范圍的擴大和精密注塑機制造成本的降低，全電動式精密注塑機將有很大的發展空間。1 全液壓式精密注塑的技術發展
全液壓式精密注塑機在成型精密、形狀復雜的制品方面有許多獨特優勢。它從傳統的單缸充液式、多缸充液式發展到后來的兩板直壓式，種類較多，差異也很大。單缸充液式作為傳統全液壓式的代表，許多大廠都曾生產，如日本的東芝、日精樹脂、三菱等公司，但這種精密注塑機體積龐大、容易內泄外漏、升壓速度慢、耗能多。20世紀90年代初，在歐洲以德國為首推出了許多新的全液壓式注塑機。其中以兩板直壓式具代表，它解決了單缸充液式注塑機的上述缺點，但其控制技術難度大、機械加工精高、液壓技術也較難掌握。
早在20世紀70年代，我國就已推出了臺合模力為3500kN的復合型二板注塑機。80年代初從原東德進口了復合型二板注塑機，80年代中期仿制成功，并有小批量生產。但仿制并沒有提高我國的塑機技術水平。1989年，黃步明發明并成功研制出雙動模精密注塑機和四缸差動合模精密注塑機，并干1994年獲得美國、日本、德國、意大利、英國等7國的發明專利。這也是上先開發成功的兩板直壓式精密注塑機。目前該結構已經形成合模力為100-8500kN四缸直鎖二板式精密注塑機系列產品，年生產能力達1000臺。在此基礎上，從1998年開始，廣東泓利機器有限公司經過3年多的努力，終于在2002年6月開發成功高速超精密注塑機。該機主要用于生產CD、VCD等光盤，經有關專家檢測、鑒定，所復制的盤片完全符合要求，整機循環時間為3．8s，達到設計要求。這是目前我國自行研制生產的首臺光盤精密注塑機。除廣東泓利機器有限公司外，目前國內還有幾個廠家正在研制光盤精密注塑機，但在生產周期、盤片質量、穩定性等方面均存在一定的問題，目前還在進一步攻關。

3 全液壓式與全電動式精密注塑機鎖模系統的比較
3,2全液壓式鎖模系統的主要結構及優缺點
全液壓式精密注塑機的鎖模系統有多種結構，有傳統的單缸充液式、多缸充液式及近幾年發展起來的兩板直壓式。單缸充液式鎖模系統是傳統全液壓式精密注塑機的代表，它有一般液壓式鎖模系統的優點，如合模精度高、開模力大等，也有明顯的缺點，如容易內泄外漏、體積龐大、升壓速度慢、耗能多等。多缸充液式鎖模系統是從單缸充液式發展起來的，包括無拉桿精密注塑機在內的許多精密注塑機都采用了這種鎖模系統。多缸充液式鎖模系統比單缸充液式有一定程度的改善，如便于安裝頂出油缸等，而且機身較短，歐洲塑機生產廠家采用這種系統的不少。
兩板直壓式鎖模系統可分為內循環式、外循環式和無循環式幾種類型，它解決了單缸充液式鎖模系統易泄壓、漏油、升壓慢等缺點。歐洲生產的精密注塑機主要以無循環式鎖模系統為主．這種結構具有機身短、結構較簡單的優點，但由于沒有實行油壓的循環差動，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，耗能較多，故無循環鎖模系統多為小型機采用。近兩年有些公司推出了內循環二板式鎖模系統精密注塑機，這種結構的油缸內活塞結構復雜、制造困難，而且油缸活塞較小時無法安裝充液閥，故小機型無法采用，而且如出現內泄則維修困難。它的優點是油路較短、液壓系統較簡單、外觀整潔，適用于較大機型。廣東泓利機器有限公司現生產的四缸直鎖二板式鎖模系統屬外循環二板直壓式鎖模系統，可用于合模力100~16000kN的機型。其優點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存在的速度慢、易漏油等問題，缺點是機身較長。
3．3全電動式鎖模系統的主要優缺點
目前的全電動式精密注塑機的鎖模系統是用伺服電機取代原來的油缸推動肘桿作開合模運動。這使原來肘桿式結構所存在的問題繼續存在，如加工精度要求高，易磨損，調模困難等；但有些方面得到一定的改善。由于使用伺服電機，可以使肘桿在不同的角度停下來，有利于鎖模力的改變，并可進行壓縮成型。而且由于沒有油壓慣性的影響，所以噪音較低，控制精度較高。不過，它也帶來一些新的問題：①由于用伺服電機帶動滾珠絲桿，因此滾珠絲桿的磨損會導致精度的下降；②如果機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出現一個附加的徑向力，加速滾珠絲桿的磨損；③如果肘桿未完全撐直就開始注射，當成型面積較大的制品時就有很大的軸向力作用于滾珠絲桿及伺服電機的軸上，超載時就有可能導致它們的損壞。此外，對于厚壁制品所需的保壓時間較長，若保壓超過10s，伺服電機即可因堵轉而發熱，降低伺服電機使用壽命、甚至易損壞。

4 全液壓與全電動式精密注塑機注射系統的比較
采用伺服電機控制螺桿的塑化計量精度較高，轉速也較穩定，還可以多級調節。采用伺服電機帶動滾珠絲桿驅動螺桿進行注射日寸，由于滾珠絲桿負載大、高速旋轉，磨損也較嚴重。因此，一般全電動式精密注塑機的注射速率不大于500mm／s。而全液壓式精密注塑機若采用蓄能器輔助注射時，注射速率可達到]000mm／s以上。在注射時用伺服電機起動速度比一般的液壓式快，但如果液壓式精密注塑機的液壓系統采用蓄能器時，將比伺服電機起動更快。伺服電機對注塑壓力和注射速率的控制都較準確，但進入保壓時由于伺服電機不能在不旋轉的情況下提供大的扭距，所以只能間斷地旋轉，靠測量螺桿前面物料壓力進行補壓。這樣，一方面滾珠絲桿容易磨損，另一方面也較為耗能，壓力也不穩定。另外，要將伺服電機的旋動變成注射的直線運動，注塑壓力很大，磨損也較大。對于這一點，許多廠家還沒有很好的解決辦法。

5 精密注塑機發展的新動向
全電動式精密注塑機有一系列優點，特別是在節能和動作精度方面尤為突出。但由于目前的全電動式精密注塑機采用肘桿式鎖模系統，一方面限于機械加工精度，另一方面由于肘桿的機械磨損，故全電動式精密注塑機僅能加工CD、VCD，多再加工DVD5，而且使用一年左右其精度就會下降。臺灣一企業用了100多臺全電動式精密注塑機生產CD-R，不到一年就有許多機器出現問題。故全電動式精密注塑機在開合模精度及使用壽命上不如全液壓式精密注塑機。而全液壓式精密注塑機要保證精度就必須采用伺服閥，伺服閥價格昂貴帶來成本上升，使帶有伺服閥的全液壓式精密注塑機的價格高于全電動式精密注塑機。電動—液壓式精密注塑機是一種集液壓和電驅動于一體的新型精密注塑機，它融合了全液壓式精密注塑機的高性能優點和全電動式精密注塑機的節能優點。這種電動—液壓相結合的復合式精密注塑機已成為當今精密注塑機發展的新動向。
電動-液壓復合式精密注塑機目前主要有以下三種形式：①計量-塑化采用伺服電機驅動，螺桿的往復運動-注射由液壓系統完成，并采用液壓式鎖模機構。塑化加工需要旋動，將液壓機中耗能較多的塑化加工改為電驅動，效率高、節能。②計量—塑化及注射均采用伺服電機驅動，鎖模采用伺服電機和肘桿式機構，液壓系統采用帶蓄能器及變量泵的增壓裝置，可達到高速、較高精度和節能的效果。③電動—液壓復合的鎖模機構。采用兩組伺服電機加滾珠絲桿的動模驅動裝置，取代原來的一對液壓油缸進行開合模動作。在后模板上裝有一個大的鎖模油缸，該鎖模油缸活塞桿的一端固定在動模板上，另一端的外表面有螺紋，并套穿在鎖模油缸的中心孔內。在鎖模油缸上有一對剖開螺母，在動模驅動裝置的滾珠絲桿上有一組補油油缸，連接到鎖模油缸上。該裝置還設有一組增壓驅動裝置，由伺服電機、滾珠絲桿及增壓油缸組成，增壓油缸通過閥門也連接到鎖模油缸上。在合模過程中，對開的螺母打開，動模驅動裝置作合模運動，補油油缸對鎖模油缸充油。在鎖模過程中，對開的螺母閉合，增壓驅動裝置動作，對鎖模油缸增壓。這種直壓式鎖模機構以極少量的油為媒介，利用伺服電機與螺紋所產生的油壓進行中心鎖模，位置對準精確度高、啟動停止性能好。其缺點是結構復雜、成本高。
電動-液壓復合式將是未來精密注機采用的主要結構，相信還有更多的復合式結構即將問世。2002年在上海舉辦的第十六屆中國國際塑料橡膠工業展覽會上， 日本廠家展出了循環時間0．61s的精密注塑機，這是一個方向，即現代精密注塑機將朝著高速高效、節能、網絡化、智能化的方向發展。