第十八屆國際塑料及橡膠展覽會特別報道(K2010)
——注射成型新技術

楊衛民,王小華,謝鵬程

(北京化工大學機電工程學院,北京100029)

第十八屆國際塑料及橡膠展覽會特別報道(K2010)
——注射成型新技術

楊衛民,王小華,謝鵬程

(北京化工大學機電工程學院,北京100029)

綜述了第十八屆杜塞爾多夫國際塑料及橡膠展覽中全球各大企業展示的最新注射成型技術及設備。注射成型新設備主要包括全電動注射成型設備、電液混合驅動新設備、大型注射成型設備、微型注射成型設備、擴展功能的控制系統等。塑料注射成型技術正向著節能、精密、高效、環保的方向發展,以產品為中心的高度集成化、自動化的總體解決方案成為行業主流,其在包裝行業、醫療行業、汽車行業等領域的應用不斷拓寬。

第十八屆國際塑料及橡膠展覽會;注射成型;設備;技術;發展趨勢;生產單元

Abstract:On the 18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber(K2010),global injection molding leading enterprises displayed the latest injection molding technologies and machines,including fully electric injection molding machines,electro-hydraulic injection molding machines,large-scale injection molding machines,micro-injection molding machines,control systems with extended function,etc.The injection molding technologies are developed towards energy-saving,high precision,high efficiency and environmentally-friendly.Total solution with highly integrated and automated characteristics becomes the mainstream of plastics injection molding industry.Development of this solution continuously broadens the applications of injection molding process in packaging,medical and automobile fields.

Key words:18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber;injection molding;machine;technology;development trend;production cell

0 前言

第十八屆德國杜塞爾多夫國際塑料及橡膠展(簡稱 K2010)于2010年10月27日～11月3日成功舉行。K展是國際塑料、橡膠工業界的盛會,代表著工業發展方向的未來指向標,業內專家云集于此藉由對話交流而萌生新構想,以推動塑料橡膠產業的發展。本屆展會集結了全世界塑料橡膠行業的著名產商,來自全球的各大注射成型領先企業爭先恐后展示面向未來的最新技術,展示代表國際先進水平的行業最新成果。參展商多達3100家,大部分國內企業參加了此次展會。同時,以中國廠商為主的8號展館也出現了不少來自印度等其他亞洲新興國家的企業,充分展現出當今全球塑膠工業發展的蓬勃生機。而以海天、力勁、震雄、博創等為代表的中國企業已經與國際注射成型設備領先品牌同臺競技,展示了具有國際市場競爭力的最新注射成型技術及設備。

1 注射成型新設備

1.1全電動注射成型設備

全球最大的注塑機供應商——海天國際集團在K2010首次揭開了天潤ME系列(Mercury)全電動注塑機的神秘面紗,這是海天國際中德團隊5年合作的研發結晶,一經展出立即成為展會現場備受關注的產品之一。該產品從結構到控制均進行了特別研發,傳統的機器拉桿被側板上的直線導軌所替代,提高了動模板的平行度;采用活塞式塑化單元保證注射量的穩定性。天潤ME系列具有更人性化、更精密化、更功能化的結構設計,設備的容?？臻g增加了70%,反應靈活快捷,注射速度可達500 mm/s,注射加速度超過10 g,如圖1所示。

圖1 海天生產的Mercury全電動注塑機Fig.1 Mercury fully electric injection molding machine made by Haitian

Battenfeld公司作為全電動注塑機的第一家歐洲廠商,也展示了最新一代的全電動注塑機——EcoPower,如圖2所示,其注射單元結構緊湊,合模單元配備了高效驅動系統以保證合模精度,充分體現了節能高效、高精度的特點。Ferromatik Milacron公司展出了 Elektras系列全電動注塑機,其注射單元、合模單元移動軸線的平行度高,大幅度提高了注射座移動、啟閉模的效率,合模單元采用5點肘桿機構保證了最佳的模具安裝高度和移模行程,注射單元采用線性軸承以保證移動的精度和靈活性,其能耗與液壓式注塑機相比可節省50%,可應用于醫療、食品包裝等對潔凈度要求高的行業。

1.2 電液混合驅動新設備

Netstal公司ELION系列注塑機采用模塊化結構設計,將全新電驅動合模單元與液壓注射單元相結合,保證1.3～1.4 s的空循環時間,可以滿足高效率、多模腔瓶坯注射成型的要求。Sumitomo Demag公司新一代El-Exis注塑機將日本全電動技術與Demag公司獨特液壓驅動技術完美結合,此次展會中展出了合模力為300 t的SP系列,并現場演示了一模72腔螺帽的注射成型技術,整個成型周期僅需2.5 s。

圖2 Battenfeld生產的EcoPower全電動注塑機Fig.2 EcoPower fully electric injection molding machine made by Battenfeld

1.3大型注射成型設備

Battenfeld公司展示MacroPower系列注塑機,該設備整體結構緊湊,在成型精度方面是大型設備的杰出代表。新型二板技術的應用使設備占地面積更小,整機結合了緊湊的注射單元結構設計與機械手集成系統。新型Quicklock快速鎖模系統(圖3)實現了高速合模,增強了模具的適應性,大大縮短了合模時間;新型鎖模系統縮短了拉桿的長度,使模具更換更加快速方便。鎖模系統由2塊板體組成,安裝于動模板上,折疊機構可以保證其中一塊板體的靈活移動,另一塊板體則固定于支撐位置。該設計減輕了移動模板的負載,在保證快速移模的同時,節約了能耗,提高了合模的同步性。以生產中小型精密注射機為主的Arburg公司也在此次展會上首次展出合模力5000 kN的高性能液壓注塑機。

圖3 Quicklock快速鎖模系統Fig.3 Quick clamping system of Quicklock

1.4 微型注射成型設備

德國Dr.Boy公司最新推出可用于成型注射量在0.1～0.8 cm3的BOY XS系列設備。XS系列既可以作為臥式機,也可以作為立式嵌件設備,占地空間僅為0.6或0.8 m2。另一款E系列注塑機采用伺服電機泵傳動技術,克服了全電動注射成型設備原材料浪費、生產投資高、聯結載荷高等缺陷,使設備的性能得到了一定的提升。Battenfeld公司也推介了其在微注塑領域最新的研究成果——MicroPower系列,其采用高動力的柱塞注射單元,在最大注射壓力下型腔內部可以達到無偏差重復率,成型精度更高。

1.5 強大擴展性能的控制系統

集成化、人性化、標準化是此次展會注射成型控制系統所表現的發展趨勢。Arburg公司開發的全新配套的Selogica設備控制系統使該公司設備的生產效率、品質、能效、性價比、功能、復雜性與整合能力得到了全面的展現,如圖4所示,在 K2010現場展出了豐富的生產單元：雙色牙刷三工位成型工藝,制品取出在合模狀態實現;8腔雙色瓶蓋成型技術;插件、充磁、注射成型、組裝、傳感器技術融為一體的新型生產單元,強大的擴展性能得到了充分的體現。

圖5 Netstal aXos順序控制系統Fig.5 Sequence control system of aXos made by Netstal

2 以產品為中心的集成生產單元

圖4 Arburg的Selogica設備控制系統Fig.4 Selogica control system made by Arburg

Netstal可自由編程aXos順序控制系統可以使操作者簡單而安全地進行生產、執行和監控操作程序。aXos創新的 HMI上部屏幕,采用薄膜鍵盤手動操作;較低的屏幕可以自由進行程序編輯,并具有輔助控制定義頁面;最下部的可折疊鍵盤包括跟蹤光標操縱系統。全套系統可以非常靈活地實現輔助設備控制,機器內置的控制參數達15000個。使用aXos控制系統的客戶可以根據加工需要進行任意順序動作的編程,如圖5所示。

生產單元(Production Cell)已成為注射技術供應商面向用戶市場最具吸引力的展示亮點,此次展會中Arburg、ENGEL、Ferromatik Milacron等業界領先注射技術供應商競相推出獨具匠心的生產單元技術。生產單元技術屬于智能化成型方案,類似于自動化生產線,整個工藝流程從取料、各零部件的成型、產品的組裝、檢測一次性完成,不僅實現了全自動化生產,提高了工作效率,應用于復雜制品的成型還可以實現低成本、大批量的生產。生產單元技術的開發標志著注射成型已經向集成化、高度自動化邁進,不再只是單一的傳統注射成型加工。

Arburg生產的 Allrounder 370s注塑機配套了3個注射單元來演示生產單元技術,用于生產內置傳感器的旋轉編碼器。該編碼器由聚酰胺(PA)材質的磁盤、30%玻璃纖維填充聚對苯二甲酸丁二酯材質的支撐板、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材質的磁盤保護蓋3大部分組成。整個工藝流水線分為3大工序：首先在已安裝嵌件的模具內成型PA材質的磁盤,完成磁化;機械手單元將成型好的磁盤分別與內置傳感器、支撐板進行裝配;最后注射成型磁盤保護蓋,并由機械手單元完成與磁盤部件的組裝,得到內置傳感器的旋轉編碼器,如圖6所示。

圖6 Allrounder 370s注塑機及其生產的旋轉編碼器Fig.6 Allrounder 370s injection machine and the rotary encoders made by it

Ferromatik Milacron公司同樣展示了采用生產單元技術生產的貼標矩形盒蓋,成型過程使用特殊設計的4+4模腔模具,成型周期僅需5.0 s,整個工藝流程包括模內貼標、質量檢測及控制、產品堆垛及包裝等。Sumitomo Demag公司采用一步法工藝實現2個不同的汽車飾件在單一部件的成型,整個工藝流程結合了模具技術、薄膜技術以及機械技術等,鍍鉻飾條、裝飾性文字、連續薄膜等汽車內飾件常用加工工藝在單一加工步驟完成,產品成型后由機械手輸送至質量檢測單元。

3 注射成型應用領域新進展

3.1 面向包裝行業的高效、節能注射成型設備

高效、節能是包裝行業對注射成型設備的基本要求。ENGEL公司最新款全電動e-cap 3940/420T注塑機配備新型注射單元、增強型合模驅動系統,在展會現場演示一模96腔高密度聚乙烯瓶蓋的注射成型,整個成型周期僅需2.7 s,每小時可以成型140000個瓶蓋,其效率之高獲得了客戶的一致認可,且其能耗也為市場同類設備之中最低。同時,設備利用Cube技術成型一模4腔聚丙烯瓶蓋與軟管部件,整個工藝在旋轉工作臺及安裝在模板上的輸送單元中進行。

HUSKY公司利用其 H-PET AE 180注塑系統現場演示一模32腔 EcoBaseTM純凈水瓶坯的成型,該瓶坯質量為22 g,整個成型周期為11.8 s。通過瓶坯結構的優化,EcoBaseTM瓶坯與同類輕量瓶坯相比質量減輕了2.5%。BMB公司推出了用于包裝行業的高速注塑機,新型eKW系列注塑機的注射移動單元由液壓蓄能器驅動,其余單元采用電力驅動系統,將液壓注塑機快速靈活的特點與電驅動節能的特點進行了整合。

包裝行業不僅對成型設備的高速、高效提出了要求,對包裝產品的美觀也極其重視,最新開發的Cover Form技術、模內噴涂技術滿足了包裝行業的需求。Krauss Maffei公司開發的Color Form技術是包裝行業的一大突破,可以明顯提高包裝產品的外觀質量,靈活性高,應用范圍廣。模內貼標技術的開發推動了包裝行業的飛速發展,模內單面貼標技術已經廣泛應用于包裝行業的各個領域,此次展會現場,不少展商將模內貼標技術進行了全方位的展示,但最引人矚目的當屬瑞士Beck Automation公司首次展示的模內雙面貼標技術,最新研發的自動化系統安裝于Nestal公司的ELION 1750-840注塑機上,現場演示了一模4腔薄壁透明聚苯乙烯飲水杯內外壁面模內貼標技術,成型時間僅需3.0 s。

3.2 面向醫療衛生領域的注射成型集成單元

ENGEL公司推出綜合潔凈室解決方案,以全電動注塑機為平臺,采用全封閉驅動系統、密封接頭、全封閉機筒等潔凈概念設計。在展會現場成型有蓋培養皿,成型周期為3.7 s,傳統注塑設備的成型周期為4.5 s。0.6 s的開模過程中制品完成分離,機械手將上蓋與底座進行組裝,最后堆垛、包裝。整個工作環境處于潔凈室封閉狀態,甚至包括裝配與包裝過程,100%保證產品的安全性,如圖7所示。

圖7 ENGEL公司推出綜合潔凈室解決方案Fig.7 Solution for integrated clean rooms provided by ENGEL

HUSKY公司 H-MED AE全電動醫用注塑系統現場演示一模32腔靜脈注射透氣蓋醫療制品的成型,制品質量為0.18 g,成型周期為5.0 s。H-MED AE全電動醫用注塑系統是一個完全集成化產品,整個工作單元由 HUSKY電腦控制系統Polaris集中控制,配備了潔凈室的全電動注塑系統可滿足醫療行業客戶對速度、品質、控制性、精度和可重復性的要求。Netstal公司ELION 1750全電動注塑機也展示了一模96腔醫療制品的成型,成型周期為7.0 s,整個生產流程處于全封閉潔凈狀態,完全符合醫療制品的生產要求。

3.3 汽車工業結構件輕量化及內飾件高光成型技術

近年來,應用于汽車領域的新材料、新工藝、新設備研發成果不計其數。ENGEL公司展示汽車應用領域的注射成型工藝,注塑機配備了3套機械手,并現場演示采用特殊有機材料成型汽車駕駛桿的工藝。該有機材料采用特殊玻璃纖維或碳纖維增強,基體材料為聚酰胺或聚丙烯。ENGEL公司還推出了獨具特色的一步法工藝Clearmelt,其全電動注塑機利用Clearmelt技術在成型制品的表面完成聚氨酯表層的涂覆。該工藝利用滑動工作臺將聚氨酯材料復合成型在熱塑性塑料件載體上,裝飾件具有強烈的3D效果且表面耐刮擦,如圖8所示。

4 注射成型新工藝及新技術

圖8 采用 Clearmelt技術成型的汽車裝飾件Fig.8 Auto decorating parts molded by Clearmelt technology

Battenfeld公司最新BFMOLDTM變溫成型技術與全表面加熱及冷卻的傳統模具調溫技術不同,該技術采用球體滾動加熱方法以提高溫度的調節效率,并保證球體在型腔表面的貼合定位,如圖9所示。這種新型調溫技術與專門設計的 TEMPRO plus C160/2 VARIO系列調溫裝置配套使用,成型制品的結構精度更高,可消除縮痕、結合線等成型工藝缺陷。TEMPRO plus VARIO單元的第一回路在型腔表面產生高溫,保證模具溫度始終高于成型物料的玻璃化轉變溫度。在制品冷卻階段,單元轉換至第二回路,使模具處于低溫狀態,以提高冷卻效率。該項技術不僅縮短了成型周期,還有助于防止制品的翹曲變形,減小制品應力。此外,Polymer Competence Center Leoben(PCCL)研發的在線表面質量測量方法也是保證制品質量的一種新技術,可以實現制品100%質量缺陷自動化檢測,如圖10所示。

圖9 采用BFMOLDTM技術制造的模具Fig.9 Mould used BFMOLDTMtechnology

圖10 PCCL在線質量檢測控制原理Fig.10 Control mechanism for on-line quality inspection developed by PCCL

熱流道技術具有成型周期短、廢品率低的優點,而且消除了后續工序,有利于實現自動化生產,進而得到廣泛的應用。加拿大熱流道廠商Mold-Masters推出新款E-Multi移動式輔助注射單元,該單元整合了全電式操作、伺服電機驅動和模具封裝技術,可幫助用戶將單一材料注塑設備變為多材料、多色生產單元。另一款產品是SprintVG全電式伺服控制的筒形閥門,這是Sprint系列熱流道的補充產品,可根據生產要求快速準確地開啟和關閉64個閥銷。

MAGUIRE公司推出新型高效的微量加料系統(圖11),可以提供實時控制,實現絕對平穩的連續計量,是加料工藝的一大突破,輸送原料的速度可達36 kg/h。德國Werner Koch公司專用于注塑設備的直接重量式給料裝置EXA KO結合了容積式高精度料倉和重量式加料系統的優點,可保證最小加料量的給料總精度,加料精度可達±3‰,且不受外部環境影響。

圖11 MAGUIRE公司新型加料設備Fig.11 Loading equipment made by MAGUIRE

5 結語

第十八屆德國杜塞爾多夫國際塑料及橡膠展展示的最新注射成型工藝及設備代表了全球注射成型行業的發展趨勢,為國內外企業提供了展示最新技術成果的平臺。中國企業創新能力不斷增強,與國際頂尖企業同臺競技毫不遜色。全球塑料橡膠行業的蓬勃生機為國內企業發展壯大創造了極好的機遇。國內同仁應當立足于行業發展的新起點,引領現代制造業的新潮流,不斷取得注射成型技術及設備的新突破,加快推動中國由生產大國到制造強國的轉變。

Report on the 18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber(K2010)—New Technologies for Injection Molding

YAN G Weimin,WAN G Xiaohua,XIE Pengcheng
(School of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)

TQ320.66+2

A

1001-9278(2011)01-0110-06

2010-12-30

聯系人,yangwm@mail.buct.edu.cn