綠塑“注射+”復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

張友根(上海浦東新區(qū)，上海 201200)

綠塑“注射+”復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

張友根(上海浦東新區(qū)，上海 201200)

綠色化塑性注射成型拓展了注射工程應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)了注射技術(shù)的發(fā)展。研究了七類(lèi)“注射+”復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，拓展注射功能實(shí)現(xiàn)“潛在需求”的綠色化新裝備是注射工程創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的宗旨。

注射；復(fù)合成型裝備；創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

綠色化塑性注射成型拓展了注射工程應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)了注射技術(shù)的發(fā)展，注射不再是以往單純的狹義的注塑成型理念，而是以注射功能與其它成型功能相組合的廣義的、即“注射+”的復(fù)合成型裝備的理念。本文研究了“注射+在線配混”的擠注塑化裝備、“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型裝備、“注射+擠出塑化+壓縮成型”的擠注壓復(fù)合成型裝備、“注射+中空吹塑成型”的注吹中空成型裝備、“注射+拉吹成型”的“一步法”注拉吹成型裝備、“注射+半固態(tài)觸變成型”的鎂合金半固態(tài)觸變注射成型裝備、“注射+液態(tài)金屬成型”的液態(tài)金屬注射成型裝備等七類(lèi)復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，詳細(xì)介紹了作者自主創(chuàng)新的“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型托盤(pán)成型裝備、“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備兩種復(fù)合成型裝備的綠色化特征，指出拓展注射功能實(shí)現(xiàn)“潛在需求”的綠色化新裝備是注射工程創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的宗旨。

1 “注射+在線配混”的擠注塑化裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

“注射+在線配混”的擠注塑化裝備把擠出配混的技術(shù)和注射技術(shù)兩者組合為一體的復(fù)合成型裝備，在長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料制品注射成型中表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1.1 “注射+在線配混”的擠注塑化的綠色化特征

如何在注射成型加工中，充分發(fā)揮填充長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)的性能達(dá)到降低重量又提高制品的強(qiáng)度和剛度，降低成型能耗，成為復(fù)合材料注射成型的綠色化的研發(fā)課題。

擠出配混增強(qiáng)纖維通過(guò)螺桿的旋轉(zhuǎn)帶進(jìn)到均勻混合好的聚合物熔體中，混煉均勻的復(fù)合材料直接進(jìn)入注射腔。

降低資源消耗，制品輕量化。擠出混煉料直接被形成注射料，保證了制品中的玻纖最大長(zhǎng)度，長(zhǎng)玻纖的增強(qiáng)功能得到充分發(fā)揮，成型制品的強(qiáng)度、剛度得到顯著提高。制品達(dá)到同樣的力學(xué)性能，相對(duì)于擠出配混造粒—塑化—注射的兩部法成型，制品厚度可減薄，有利于實(shí)現(xiàn)輕量化，降低資源消耗。

降低成型能耗。擠注塑化不需造粒，省卻了造粒及常規(guī)的塑料粒料塑化成注射熔融料的能耗。

1.2 “注射+獨(dú)立在線配混” 的擠注塑化裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)[1]

“注射+獨(dú)立在線配混” 的擠注塑化裝備就是把常規(guī)的擠出混煉設(shè)備和柱塞注射裝備合為在同一設(shè)備上進(jìn)行，不受到常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)原料及供應(yīng)數(shù)量的限制，可靈活開(kāi)發(fā)具有特種性能和功能的復(fù)合材料的注射制品，特殊的塑化型式達(dá)到大大降低了填充玻纖或碳纖的剪斷率，達(dá)到提高了制品的強(qiáng)度和剛度。把擠出配混塑化和柱塞射出兩者組合起來(lái)的一種新型的塑化注射系統(tǒng)，發(fā)揮和挖掘兩者各自的功能及性能，創(chuàng)新并提升了常規(guī)的螺桿往復(fù)式的塑化注射的性能和功能。擠出配混玻璃纖維、塑料及添加劑后直接塑化后柱塞注射，取消了傳統(tǒng)工藝中擠出、熔融冷卻、造粒、烘干等過(guò)程及設(shè)備，避免物料再次加熱熔融以及分子量再次下降，節(jié)省了一次加熱、塑化和冷卻過(guò)程需要的能耗，制造具備超高粘度或超高強(qiáng)度的復(fù)合材料注射成型制品。

Engel公司以模塊化方式把鎖模力10 000 kN的Duo 7050/1000二模板大型注塑機(jī)與德國(guó)Leistritz的長(zhǎng)徑比為36的直徑50 mm的螺桿同向混煉平行雙螺桿擠出機(jī)組合成一套異軸在線配混的擠注復(fù)合系統(tǒng)，而且，每個(gè)組件的標(biāo)準(zhǔn)功能都保持完整無(wú)缺，如果有必要，每一個(gè)組件都能獨(dú)立于其它組件而運(yùn)轉(zhuǎn)。模塊化設(shè)計(jì)的擠出機(jī)塑化擠出配混熔融料，熔融料被擠入流道，流經(jīng)打開(kāi)的流道開(kāi)關(guān)進(jìn)入注射儲(chǔ)料腔中，在達(dá)到設(shè)定注射量時(shí)，流道開(kāi)關(guān)閉合，熔融料流動(dòng)被中斷，注射熔融料注射到模具中，并施加保持壓力，在這段時(shí)間內(nèi)，擠出機(jī)繼續(xù)塑化擠出至熔融料儲(chǔ)料腔中。

法國(guó)Faurecia公司首家采用擠注聯(lián)合成型技術(shù)（XRI），為標(biāo)致Peugeot 307車(chē)制作前端支架，每天可制作2 000件。XRI工藝將擠出的玻璃纖維復(fù)合材料的熔融料不斷地收集在料筒中， 而后機(jī)械手把熔融料從料筒中取出裝進(jìn)兩個(gè)注射機(jī)筒。注射機(jī)筒裝滿后，兩活塞同時(shí)移動(dòng)，將復(fù)合料推入兩個(gè)模腔。

東華機(jī)械有限公司與華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心合作，應(yīng)用華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心的動(dòng)態(tài)振動(dòng)的專(zhuān)利技術(shù),開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)首臺(tái)異軸在線配混動(dòng)態(tài)注射成型設(shè)備，該設(shè)備鎖模力650 t，注射量3 000 g，三螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑50 mm，最高轉(zhuǎn)速300 rpm，最大擠出量達(dá)到250 kg，采用熔體儲(chǔ)料缸、多個(gè)熔體閥以及柱塞式注射。把自主創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)振動(dòng)技術(shù)和擠注復(fù)合系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，使擠注復(fù)合系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用提高到一個(gè)新的高度。動(dòng)態(tài)注射減小了流動(dòng)對(duì)玻璃纖維的剪切，有效提高復(fù)合材料流動(dòng)性，降低了注射與保壓壓力。平行組合式的三螺桿塑化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在較小的螺桿長(zhǎng)徑比條件下就能達(dá)到傳統(tǒng)雙螺桿擠出機(jī)在較大長(zhǎng)徑比才能達(dá)到的混煉混合效果，具有獨(dú)特的高填充、高分散、高產(chǎn)量、低能耗優(yōu)勢(shì)。通過(guò)一段時(shí)間對(duì)PP＋玻纖、PP＋麻纖等多種物料體系的試模運(yùn)行，與傳統(tǒng)的配混造粒＋注射成型的工藝相比，成型同樣一個(gè)材料為PP加30%玻纖的制品，能耗降低45%、成型周期縮短20%、制品的力學(xué)性能得到提高。可裝配直徑為75 mm、65 mm、50 mm、35 mm等不同直徑的三螺桿擠出機(jī)，塑化能力可以根據(jù)生產(chǎn)制品重量的大小和生產(chǎn)效率分別調(diào)整。

1.3 “注射+混合在線配混” 的擠注塑化裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)[2]

“注射+混合在線配混” 的擠注塑化裝備即塑化和注射為一體化的在線混煉。在線混煉性能在長(zhǎng)玻璃纖維注塑工藝中，保護(hù)纖維免受損傷和均勻分布成為關(guān)鍵性的因素，長(zhǎng)纖維必須在聚合物中分布均勻，以達(dá)到增強(qiáng)制品力學(xué)性能的目的。

螺桿混煉段特點(diǎn)：剪切性能不要太強(qiáng)，防止破壞碳纖維的長(zhǎng)度影響材料性能；加深螺槽、加寬螺槽，優(yōu)化設(shè)計(jì)螺桿頭，使長(zhǎng)玻纖得以平緩流動(dòng)以降低剪切力，達(dá)到減少玻璃纖維長(zhǎng)度受損的目的。玻璃纖維復(fù)合材料塑化對(duì)螺桿磨損增大，提高螺桿耐磨壽命。螺桿螺桿的混煉性能應(yīng)加強(qiáng)，以提高熔融質(zhì)量。

德國(guó)阿博格公司（Arburg）長(zhǎng)玻璃纖維注塑機(jī)，配備了從纏繞LFT的卷盤(pán)直接向加熱筒供給纖維的裝置，在樹(shù)脂基本全部融化時(shí)、也就是在螺旋桿最后的尖端位置輸送長(zhǎng)玻璃纖維。成型品中長(zhǎng)玻璃纖維長(zhǎng)度為8 mm左右，強(qiáng)度得到大幅提高。主要用于尺寸較大的產(chǎn)品，比如汽車(chē)保險(xiǎn)杠和車(chē)門(mén)模塊等部件。

三菱重工塑料技術(shù)公司（Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology）開(kāi)發(fā)出了在成型的瞬間添加玻璃纖維及碳纖維等纖維，能夠以纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)的狀態(tài)來(lái)成型的射出成型機(jī)。 以前，要想以纖維較長(zhǎng)的狀態(tài)進(jìn)行射出成型，一般會(huì)使用混入了較長(zhǎng)纖維的樹(shù)脂顆粒作為成型材料。而三菱重工塑料此次開(kāi)發(fā)的射出成型機(jī)則是使用沒(méi)有添加強(qiáng)化纖維的樹(shù)脂顆粒，在顆粒于成型機(jī)內(nèi)熔化的階段，添加作為強(qiáng)化纖維的纖維束。這樣便可省去制造長(zhǎng)纖維顆粒的工序，大幅削減材料成本。 三菱重工塑料將在已有的射出成型機(jī)“eM”系列中增加混入纖維的機(jī)構(gòu)，并備獨(dú)創(chuàng)形狀的螺桿。利用新開(kāi)發(fā)的成型機(jī)制造的成型品的強(qiáng)度與原來(lái)使用長(zhǎng)纖維顆粒時(shí)相比，為同等或以上水平。采用的樹(shù)脂為聚丙烯和聚酰胺，纖維可使用玻璃纖維和碳纖維。設(shè)想用于汽車(chē)的后門(mén)內(nèi)板、儀表板、油箱罩、翼子板及車(chē)頂?shù)却笮筒考某尚陀猛尽?/p>

2 “注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型裝備把注射、擠出塑化、模外熱流道三者組合為一體，把三者的綠色化性能發(fā)揮到成型工程中，實(shí)現(xiàn)功能化、差異化、多樣化的綠色化成型。

本節(jié)介紹作者創(chuàng)新設(shè)計(jì)的“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型的KH-40000立臥式托盤(pán)成型裝備，研討“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型裝備的綠色化特征及創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的方向和要點(diǎn)。

2.1 “注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型托盤(pán)成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

傳統(tǒng)托盤(pán)注塑機(jī)基本上是在傳統(tǒng)的普通的中、小型注塑機(jī)的原理上放大研發(fā)的，其機(jī)械機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，控制原理沒(méi)有作根本性的突破，其注射成形的原理還停留在傳統(tǒng)的單射嘴注射成形原理，綠色成型存在的主要缺陷：

（1）裝載功率大，能耗效率低。托盤(pán)注塑的解決方案沒(méi)有創(chuàng)新，造成整機(jī)裝載功率大、能量利用率低，成形能耗高。

（2）設(shè)備鋼材資源消耗高。制品成型的鎖模原理沒(méi)有突破，為達(dá)到托盤(pán)成型所需的超大鎖模力，合模機(jī)構(gòu)必須達(dá)到配匹鎖模力的剛度，鋼材消耗大。

根據(jù)上述分析，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的托盤(pán)成型裝備，首先創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)綠色化的成型原理，機(jī)構(gòu)、電氣控制及液壓動(dòng)力系統(tǒng)是為成型原理服務(wù)。

2.2 擠注復(fù)合成型托盤(pán)注塑機(jī)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主要綠色化特征

“注射+擠出塑化+模外熱流道”擠注復(fù)合成型的KH-40 000立臥式托盤(pán)成型機(jī)。塑化注射量40 000 cm3，注射行程2 000 mm，注射壓力80 MPa，注射速率達(dá)到5 0003cm/s，液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)額定工作壓力32 MPa。

2.2.1 “注射+擠出塑化”的三階擠注復(fù)合塑化注射的平行工程的高速率成型

開(kāi)發(fā)獨(dú)立塑化驅(qū)動(dòng)的液電復(fù)合互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)三階擠注復(fù)合系統(tǒng)，塑化為不占用成型周期的變頻電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立于系統(tǒng)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)之外,互不干擾,調(diào)節(jié)塑化能力,同時(shí)起到了使塑化量與成形周期達(dá)到最佳的匹配，提高了驅(qū)動(dòng)效率約30%，縮短成型周期。塑化驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為45 kW，達(dá)到了大幅降低整機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝載功率和降低塑化能耗。圖1為獨(dú)立塑化驅(qū)動(dòng)的三階擠注復(fù)合機(jī)構(gòu)。

圖1 獨(dú)立塑化驅(qū)動(dòng)的三階擠注復(fù)合機(jī)構(gòu)

2.2.2 模外熱流道低壓低能耗成型

降低成型的注射壓力的技術(shù)關(guān)鍵是縮短熔融了充模的流長(zhǎng)比，同時(shí)也降低了成型鎖模力。

低壓注塑是能耗注塑的特征。群腔熱流道是實(shí)現(xiàn)低壓注塑的唯一途徑。開(kāi)發(fā)模外40點(diǎn)熱流道的注射系統(tǒng)，降低了模塑流長(zhǎng)比，達(dá)到大幅度降低注射壓力和制品成形所需的模腔壓力，降低成型所需的鎖模力，實(shí)現(xiàn)低能耗注塑成型。

從以上分析我們可以得出，陸九淵心學(xué)從思想基礎(chǔ)上來(lái)看是多源頭的，其思想是在綜合之前多種優(yōu)秀思想的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生出來(lái)的。

2.2.3 高效率液壓能應(yīng)用技術(shù)

高速注射、快速開(kāi)模兩個(gè)液壓能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用蓄能器實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng),注射速度5 000 g/s。利用大型制品冷卻時(shí)間儲(chǔ)蓄液壓能。要達(dá)到5 0003cm/s大功率高速注射，常規(guī)的方法是設(shè)計(jì)大流量的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源，達(dá)到注射時(shí)間的要求，需液壓流量1 200 L/min，電機(jī)驅(qū)動(dòng)總功率需220 kW。從該機(jī)的泵源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能分析，系統(tǒng)泵源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)僅用于注射、開(kāi)合模、頂出制品、輔佐儲(chǔ)料及供料，大功率的塑化為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立擠出，不占用系統(tǒng)的液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率；再?gòu)脑摍C(jī)的注射成型特點(diǎn)分析，注射時(shí)間僅占成形周期的約5%,成型周期中很大一部分時(shí)間應(yīng)用于制品冷卻。如按常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，僅為滿足注射速度要求而配制大功率的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),勢(shì)必造成泵源動(dòng)力配制的浪費(fèi)和能源的浪費(fèi)。根據(jù)該機(jī)成型的特點(diǎn)，注射液壓油路配置了8個(gè)200 L的大容量蓄能器作驅(qū)動(dòng)力，注射油缸油液160 L，給蓄能器充油時(shí)間60 s，冷卻時(shí)間足夠保證蓄能器有充足的時(shí)間蓄能，注射時(shí)，泵和蓄能器一起輸出達(dá)到注射速度的要求，系統(tǒng)泵源動(dòng)力提供制品保壓所需高壓能量。蓄能器利用制品冷卻時(shí)間蓄能，充分利用了整機(jī)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝載功率，同時(shí)減少了溢流損失，提高了能量利用率；大大降低了系統(tǒng)發(fā)熱量，大幅度減小了冷卻器容量。圖2為KH-4000托盤(pán)注塑機(jī)蓄能器輔佐動(dòng)力的單作用注射油缸及液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖。

圖2 KH-4000托盤(pán)注塑機(jī)蓄能器輔佐動(dòng)力的單作用注射油缸級(jí)液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

系統(tǒng)綜合了回油充液能源再生利用合模油缸和能源高效率利用的蓄能器輔佐注射油缸的運(yùn)行功能，達(dá)到高效節(jié)能。快速移模及合模的運(yùn)行原理同回油充液能源再生利用合模油缸，啟模及開(kāi)模的運(yùn)行原理同能源高效率利用的蓄能器輔佐注射油缸，不同之處是，為適應(yīng)立式開(kāi)模的特定功能，開(kāi)模結(jié)束，蓄能器仍然打開(kāi)，確保活塞組件和相聯(lián)接的模板模具開(kāi)模到底不下降，起到液壓保險(xiǎn)功能。圖3 KH-40000充液式回油能源再生利用及蓄能器輔佐動(dòng)力的立式節(jié)能移模（開(kāi)模）油缸及液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖。

2.2.4 資源及能耗節(jié)約型的卡式鎖模機(jī)構(gòu)

開(kāi)發(fā)卡式鎖模機(jī)構(gòu)及液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：根據(jù)摩擦自鎖角的原理，模具在卡緊情況下，只要在自鎖范圍內(nèi)，卡式鎖模機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)可靠地把模具鎖緊。成型產(chǎn)生的型腔壓力由卡式鎖模機(jī)構(gòu)的主體承受。高壓?jiǎn)⒛＃簤簞?dòng)力僅須解除自鎖力。卡式鎖模機(jī)構(gòu)斜楔具有 力比特性，可降低液壓驅(qū)動(dòng)力。鎖模油缸的液壓驅(qū)動(dòng)力僅需克服斜楔的自鎖角的摩擦力，而不是傳統(tǒng)的鎖模力，大幅降低了液壓驅(qū)動(dòng)能耗。模板僅起到固定模具的功能。設(shè)備合模機(jī)構(gòu)不需產(chǎn)生鎖緊模具的鎖模力，運(yùn)動(dòng)功能僅為移模而不是鎖模。卡式鎖模機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)了傳統(tǒng)鎖模機(jī)構(gòu)的需精密制造的四根合金鋼拉桿，以?xún)r(jià)值相對(duì)低廉的一對(duì)球墨鑄鐵件取代，四根立柱僅起到移模導(dǎo)向的功能，直徑較小，從而大幅度降低設(shè)備合模機(jī)構(gòu)的模板、拉桿等構(gòu)件的鋼材資源的用量。圖4為卡式鎖模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖3 KH-40000充液式回油能源再生利用及蓄能器輔佐動(dòng)力的立式節(jié)能移模（開(kāi)模）及液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

整機(jī)液壓主系統(tǒng)的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率由220 kW下降為37 kW，達(dá)到了注射速度及成型工藝要求，又節(jié)約了能耗和降低了制造成本；運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲不大于70 dBA；成型210 A托盤(pán)，周期4.5 min，低于常規(guī)的8 min的成型周期，能耗低50%。

表1為KH-40000托盤(pán)注塑機(jī)與傳統(tǒng)的單射點(diǎn)、臥式大型注塑機(jī)的生態(tài)保護(hù)環(huán)境性能的技術(shù)對(duì)比。

3 “注射+擠出塑化+壓縮成型”的擠注壓復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

壓縮技術(shù)達(dá)到降低模腔壓力，從而降低設(shè)備的鎖模力，達(dá)到降低設(shè)備的鋼材用量，實(shí)現(xiàn)鎖模機(jī)構(gòu)的綠色化。特別對(duì)于超大型復(fù)合材料注射成型制品實(shí)現(xiàn)綠色成型具有更顯著的生態(tài)環(huán)境保護(hù)的作用。

圖4 卡式鎖模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表1 KH-40000托盤(pán)注塑機(jī)與傳統(tǒng)的單射點(diǎn)、臥式大型注塑機(jī)的生態(tài)保護(hù)環(huán)境性能的技術(shù)對(duì)比

注射壓縮成型不是依靠螺桿向型腔傳遞壓力，而是通過(guò)壓縮行為來(lái)壓實(shí)制品，低壓注射，使得制品表面具有均勻的壓力分布，制品內(nèi)部分子取向分布均勻，保證了成型制品的尺寸精度高且穩(wěn)定。壓縮成型降低了模腔壓力，從而降低了鎖模力，例如，采用普通成型注射工藝需30 000 kN鎖模力才能成型的制件，采用注射壓縮成型工藝僅需10 000 kN鎖模力就能成型，注射壓力僅為普通注射成型的1/2，能耗僅為普通注射成型的1/2。從制造方面來(lái)講，10 000 kN的合模機(jī)構(gòu)與30 000 kN的合模機(jī)構(gòu)，兩者的制造成本是無(wú)法比較的，大幅度降低了社會(huì)物質(zhì)資源，降低了社會(huì)能耗。二板機(jī)上開(kāi)發(fā)注射壓縮成型技術(shù)，發(fā)揮液壓合模的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到節(jié)能和成型兩方面的雙贏。模內(nèi)修飾注射—壓縮成形加工用于成形所謂的“蟲(chóng)眼”結(jié)構(gòu)，以便在減少邊界面反射條件下增加物質(zhì)的傳輸。例如對(duì)于液晶顯示器覆蓋板來(lái)說(shuō)，應(yīng)用這種技術(shù)可以增加光的傳輸量4%。即可以從原來(lái)的最大傳輸量92%，提高到96%。

南非LOMOLDTM集團(tuán)采用長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的擠注壓復(fù)合成型技術(shù)，以較低的剪切力和鎖模壓力，快速地生產(chǎn)出具有多種復(fù)雜設(shè)計(jì)特性的大型塑料部件，生產(chǎn)出壁厚更薄、重量更輕、力學(xué)性能優(yōu)良的制品，提高了制品抗蠕變疲勞性，從而使得成型后的纖維長(zhǎng)度能夠保持在只有采用模壓成型方法才能達(dá)到的水平，有助于降低生產(chǎn)成本。

4 “注射+中空吹塑成型”的注吹中空成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

“注射+中空吹塑成型”的注吹中空成型裝備把注塑機(jī)的注射技術(shù)和擠吹中空機(jī)的成型制品的技術(shù)兩者組合為一體，發(fā)揮各自的綠色化加工性能，提高工具箱包的綠色化成型性能。

4.1 “注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

本節(jié)介紹作者創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，研討“注射+中空成型” 的注吹中空成型裝備的綠色化特征及創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的方向和要點(diǎn)。

工具箱包的制品特征為厚壁、吹脹比較小、尺寸精度要求不高；利薄。綠塑創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的方向：縮短成型周期，以提高生產(chǎn)效率；提高成型原料中回料比例；提高資源循環(huán)利用率；簡(jiǎn)化成型工藝，降低能耗。

4.1.1 “擠出+中空成型” 工具箱包擠吹中空成型裝備的綠色化缺陷

“擠出+中空成型” 工具箱包擠吹中空成型裝備的塑化為擠出形式，擠出壓力低，需另加注射裝置，才能把熔料從儲(chǔ)料缸內(nèi)射出機(jī)頭形成型胚。

（1）生產(chǎn)率低。工具箱包的擠出型坯被吹脹成型后，一般不需要冷卻工序。連續(xù)擠出式模頭的型坯的形成時(shí)間依懶擠出率，時(shí)間較長(zhǎng)。整套成型工序按順序進(jìn)行，約束了成型周期縮短的空間，難以達(dá)到高生產(chǎn)率而獲得高利潤(rùn)率。

（2）適應(yīng)原料性能差。連續(xù)擠出式模頭適用于加工流動(dòng)性好的的塑料，不能加工含有較高比例回料的流動(dòng)性差的混合塑料，降低制品原料成本的空間有限。

（3）能量效率低。擠出計(jì)量精度低于注射塑化計(jì)量精度，溢余的擠出熔融塑料降低了能量效率。

4.1.2 SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主要綠色化特征

作者根據(jù)傳統(tǒng)塑料工具箱包擠吹中空成型裝備存在的主要綠色缺陷，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，注射容量3 150 cm3，射出壓力30 MPa，塑化能力214 kg/h,機(jī)頭壓縮比1.5～2，口模錐度15～20。，口模最小直徑160 mm。

4.1.2.1 注吹中空成型工藝原理

注吹成型是用注塑和吹塑相結(jié)合的生產(chǎn)大型中空容器的成型方法，是從注塑階段轉(zhuǎn)到另一個(gè)吹塑階段的成型方法。成型時(shí)，由注射裝置將熔融的物料在高壓下注射到機(jī)頭內(nèi)腔，口模處熔融物料在高壓推動(dòng)下擠出日模成型坯.同時(shí)，型坯受流經(jīng)口模芯棒的壓縮空氣進(jìn)行預(yù)吹脹，型坯擠出定長(zhǎng)度，下端封口，型坯達(dá)到規(guī)定長(zhǎng)度，被夾緊在模腔內(nèi)，進(jìn)行吹脹貼附模腔表面成型，并經(jīng)迅速冷卻后，脫模而得到中空制品。

4.1.2.2 注吹中空成型機(jī)的綠塑創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主要技術(shù)特征

注射高速可提高型坯擠出速率，同時(shí)可減少型坯擠出過(guò)程中的熱量損失，降低吹脹的空氣壓力，達(dá)到節(jié)能降耗；高壓注射對(duì)含有較高比例回料、流動(dòng)性較差的高分子材料也能順利擠出型胚，提高了資源利用率；注射速率高于擠出速率，縮短型胚的形成時(shí)間，并有利于提高熔接縫強(qiáng)度；注射結(jié)束后，可立即進(jìn)入塑化工序，實(shí)現(xiàn)制品取出和塑化的兩個(gè)工序同步進(jìn)行，不必如擠吹中空成型那樣，等制品取出后才能進(jìn)入擠出塑化的工序，有利于縮短成型周期。

注吹中空成型機(jī)由機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)等組成。機(jī)械系統(tǒng)主要由注射塑化部件、機(jī)頭、合模機(jī)構(gòu)、機(jī)頭升降機(jī)構(gòu)等組成.布局類(lèi)同擠吹中空成型機(jī)。

4.1.2.2.1 塑化擠出結(jié)構(gòu)

把工具箱包擠吹機(jī)的塑化擠出改為塑化注射。塑化注射和導(dǎo)柱的布置形式由普通注塑機(jī)的上下平行式改為橫向同一平面的平行式，以降低塑化注射部件的高度。塑化及注射的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源為系統(tǒng)的液壓動(dòng)力源。

注吹中空成型機(jī)與擠吹中空成型機(jī)相比，主要結(jié)構(gòu)的不同之處是塑化擠出及機(jī)頭。擠吹中空成型，塑化擠出由擠出機(jī)組成、機(jī)頭相應(yīng)與擠出機(jī)功能匹配。注吹中空成型機(jī)塑化擠出由注射塑化裝置組成、機(jī)頭相應(yīng)與注射塑化功能匹配。液壓電氣系統(tǒng)與整機(jī)結(jié)構(gòu)與功能匹配。

注吹中空成型成型機(jī)的塑化擠出裝置由加料斗、機(jī)筒螺桿.注射油缸、機(jī)筒加熱圈等組成。塑化擠出布局考慮到大型中空成型機(jī)高度高、徑向尺寸大的特點(diǎn)，應(yīng)盡可能降低注射塑化裝置的中心高、縮短軸向尺寸，以減小整機(jī)外形尺寸。注射機(jī)筒通過(guò)聯(lián)接套與機(jī)頭成“┢ ”型一體排列。塑化裝置根據(jù)其本身塑化容量的特點(diǎn) 且塑化容量即相當(dāng)于擠吹中空成型機(jī)機(jī)頭的儲(chǔ)料缸容量，達(dá)到型坯所需的質(zhì)量。

注吹中空成型，塑化時(shí)間占成型周期時(shí)間60% ～80%，故在各種條件許可范圍內(nèi)，塑化能力盡可能高。

低速大扭距液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿塑化高教節(jié)能機(jī)構(gòu)。雙缸注射，注射油缸與機(jī)筒螺桿軸心線在同一水平面上的臥式布局，以降低中心高及縮短軸向尺寸。每次塑化行程一般可達(dá)螺桿直徑的5.5倍，物料經(jīng)料斗進(jìn)人機(jī)筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下沿螺槽輸送并壓實(shí)，同時(shí)在螺桿剪切熱和外傳導(dǎo)熱作用下，塑化成均勻的熔體聚集在螺桿頭部，在熔體壓力推動(dòng)下，螺桿邊旋轉(zhuǎn)邊后退，螺桿頭部熔體量逐漸增多，螺桿后退至預(yù)定行程，塑化完成。然后，熔體在螺桿高層推動(dòng)F，將熔體從聯(lián)接套擠人機(jī)頭。

4.1.2.2.2 塑化螺桿

注吹塑化與注塑塑化不同，注塑塑化的熔融料在料筒中停留的時(shí)間端，對(duì)塑化質(zhì)量的要求高，注吹塑化熔體至注射出型坯滯留的時(shí)間是注塑塑化熔體至射進(jìn)模腔時(shí)間的5倍，而且熔融料射出口模，中間在一次被分流而提高塑化質(zhì)量，故對(duì)熔融料在料筒內(nèi)的塑化均勻性要求相對(duì)低一些，所以以提高塑化能力為主設(shè)計(jì)螺桿結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)徑比取20，可適當(dāng)增大均化段槽深，以提高塑化能力。塑化和注射兩個(gè)功能為一體的螺桿，塑化行程可取螺桿直徑的5.5倍。

4.1.2.2.3 聯(lián)接套

聯(lián)接套是把機(jī)筒和機(jī)頭聯(lián)接成一體的機(jī)筒形零件，外包加熱圈及裝置熱電偶。主要有3種作用：熔體射進(jìn)機(jī)頭的過(guò)渡通道；濾網(wǎng)安裝體，如制品有特殊需要，可以在聯(lián)接體內(nèi)腔安裝過(guò)濾網(wǎng)；補(bǔ)料，每次注射完熔料，聯(lián)接體內(nèi)腔仍充滿熔體，對(duì)型胚具有補(bǔ)料作用。

4.1.2.2.4 整移油缸

整移油缸整體移動(dòng)注射塑化裝置及機(jī)頭。一種作用是調(diào)節(jié)機(jī)頭與模具分型面中心位置相一致。另種作用，把機(jī)頭移至注射裝置方向的晟終位置，以便安裝模具及裝拆機(jī)頭口模。

4.1.2.2.5 機(jī)頭

機(jī)頭是保證型坯質(zhì)量的重要裝置。注吹中空成型機(jī)機(jī)頭由口模開(kāi)關(guān)油缸與機(jī)頭組成機(jī)頭由機(jī)頭體、芯棒、過(guò)渡板、分流板、口模、調(diào)節(jié)螺釘、加熱控溫裝置等組成。注吹中空成型機(jī)與擠吹中空成型機(jī)的機(jī)頭相比，最大不同之處：前者注射油缸安置于注射塑化裝置巳，后者擠出油缸安置于機(jī)頭上；前者機(jī)頭內(nèi)腔無(wú)儲(chǔ)料缸，后者機(jī)頭內(nèi)腔設(shè)置儲(chǔ)料缸。

為提高型坯質(zhì)量，開(kāi)發(fā)了環(huán)形雙支管中心入料式機(jī)頭，保證型坯各點(diǎn)受壓和射出口模速度一致。熔體在高壓下，注射機(jī)頭人口處，熔體被分成兩股在水平方向流經(jīng)環(huán)形雙支管分流板上半圓形支管，然后在分流板的中心再次融臺(tái)，壓入圓錐形分流芯棒，流經(jīng)多孔過(guò)渡板進(jìn)人內(nèi)腔，口模處熔料在壓力推動(dòng)下擠射出口模成型坯，同時(shí)壓縮空氣流經(jīng)芯

棒內(nèi)通道進(jìn)人型坯進(jìn)行預(yù)吹脹。這種功能表明了：環(huán)形雙支管中心人料式分流板保證了各熔體單元受壓一致，圓錐形分流芯棒保證各熔體單元的速度一致，從這兩方面保證了型坯注射出口模不扭曲及周邊不變形。

口模開(kāi)關(guān)油缸。設(shè)置于機(jī)頭上方。控制型坯壁厚和開(kāi)關(guān)口模的兩種作用 根據(jù)成型制品的不同要求，其密封型式有所不同。如需對(duì)型坯進(jìn)行伺服多點(diǎn)控制，密封圈應(yīng)選用摩擦力小、反應(yīng)靈敏的材料及型式，如格來(lái)圈，斯特等。如不需對(duì)型坯進(jìn)行多點(diǎn)控制，如成型工具箱，箱包，采用普通型式的密封圈已滿足其性能要求。 調(diào)節(jié)活塞行程，達(dá)到調(diào)節(jié)口模的行程，即控制口模和芯捧之間的間隙。活塞桿與機(jī)頭為剛性聯(lián)接，為隔絕機(jī)頭內(nèi)腔熔體熱量傳至油缸，聯(lián)接處采用隔熱設(shè)計(jì)并加以水冷卻。口模和油缸體之間為剛性聯(lián)接，油缸體對(duì)活塞作相對(duì)移動(dòng)。口模在開(kāi)關(guān)油缸的作用下，塑化時(shí)，向下移動(dòng)，關(guān)閉口模；注射時(shí)，向上移動(dòng).打開(kāi)口模型坯壁厚，通過(guò)調(diào)節(jié)口模打開(kāi)間隙進(jìn)行控制。周向壁厚均勻性，通過(guò)調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)口模間隙來(lái)控制。

4.1.2.2.6 節(jié)能型液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由油泵和驅(qū)動(dòng)油泵電機(jī)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓元件、冷卻系統(tǒng)等組成。降低液壓系統(tǒng)的能耗是降低整機(jī)能耗的關(guān)鍵。根據(jù)注吹中空成型機(jī)的成型特點(diǎn)，把注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能的先進(jìn)技術(shù)用于注吹中空成型機(jī)的液壓系統(tǒng)上，以提高性能、降低能耗。

成型工具箱包的注吹中空成型機(jī)液壓動(dòng)力源采用高壓小容量及中壓大容量雙聯(lián)泵雙泵滿足快速移模、快速注射，操化的要求。小泵滿足機(jī)頭液壓升降.低速移模.高壓鎖模、口模開(kāi)關(guān)、整體移動(dòng)、低速注射的要求。鎖模壓力由小泵工作壓力控制，故對(duì)小泵工作壓力可控制.以根據(jù)制品要求提供合適的鎖模力，保護(hù)模具。雙聯(lián)泵合理組合，可降低泵和電機(jī)的容量、降低整機(jī)的裝載功率。

對(duì)于超大型的注吹中空成型機(jī)，液壓動(dòng)力源可采用多泵多電機(jī)組合的方式，為每個(gè)執(zhí)行動(dòng)作提供合適的流量和壓力，達(dá)到降低能耗的目的。

4.1.2.2.7 氣壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由空氣壓縮機(jī)、控制執(zhí)行系統(tǒng)的氣動(dòng)元件等組成。空氣壓縮機(jī)為氣動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力源。

成型工具箱包的注吹中空成型機(jī)的氣動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作有兩個(gè)：預(yù)吹脹.模具吹脹制品成型。頂出可用機(jī)械頂出，也可用氣動(dòng)頂出。機(jī)械頂出可節(jié)省頂出時(shí)間，即減少周期循環(huán)時(shí)間。 制品成型—模具打開(kāi)—模板后退，碰到機(jī)械頂出桿，制品被頂出落下。

夾料、出料、撐料、下吹氣等氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)成型制品要求，進(jìn)行設(shè)置。

4.1.2.2.8 制品冷卻系統(tǒng)

由冷凍機(jī)及匹配有關(guān)元件、氮?dú)鈿饫鋮s裝置等組成 成型工具箱、箱包、采用冷凍機(jī)裝置已滿足要求，冷凍水溫為5～l0℃ 。對(duì)于厚壁、超大型制品.還需對(duì)中空制品內(nèi)腔進(jìn)氮?dú)饫鋮s，以保證制品質(zhì)量和縮短冷卻時(shí)間，甚至需要采用冷凍水噴霧冷卻。

4.1.2.2.9 電氣控制系統(tǒng)

注吹中空成型機(jī)高度一般在2 m以上。注射部分位于整機(jī)最上面，注射部分需控制的參數(shù)較多：行程、多級(jí)注射速度及壓力；塑化背壓。為進(jìn)行精確控制及控制方便，注射/塑化位置部分采用位移傳感器，對(duì)參數(shù)變化的位置進(jìn)行精確控制。

鎖模部分位于整機(jī)底座上。工具箱、箱包成型后，一般為人工取出。所控制的參數(shù)：行程，低速移模、高速移模、低壓護(hù)模、高壓低速鎖模、高壓低速開(kāi)模。根據(jù)此特點(diǎn)，采用位移傳感器或感應(yīng)開(kāi)關(guān)均可。

整體移動(dòng)的位移控制。此功能很少動(dòng)作，采用普通限位開(kāi)關(guān)即可。

口模油缸的開(kāi)閉控制。采用感應(yīng)開(kāi)關(guān)控制，可達(dá)到精確控制。

機(jī)頭升降和整體移動(dòng)，為獨(dú)立調(diào)整動(dòng)作，采用手動(dòng)控制。

為適應(yīng)注射的高速高壓的擠出型坯，增加模心調(diào)節(jié)桿的強(qiáng)度。優(yōu)化心型包絡(luò)流道，提高熔接縫強(qiáng)度。

4.1.2.2.10 安全保護(hù)裝置

最重要是冷機(jī)啟動(dòng)保護(hù)，在機(jī)頭內(nèi)冷料未完全成熔體，不能注射，否則會(huì)拉斷內(nèi)模或芯棒。機(jī)筒內(nèi)冷料未完全成熔體，不能塑化，否則會(huì)扭斷螺桿。機(jī)頭內(nèi)和機(jī)筒內(nèi)的冷料完全成熔體后.才可啟動(dòng)整機(jī)進(jìn)行成型循環(huán)動(dòng)作。

4.1.3 SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備的主要綠色化特征

工具箱包注吹機(jī)的成型實(shí)例。工具箱包(外形: 410 mm×340 mm×120 mm。型坯：2 000 g。)的成型周期由常規(guī)的30 s縮短到18 s，成為國(guó)內(nèi)成型同類(lèi)工具箱包的周期時(shí)間最短、成型原料中回料比例最高的工具箱包中空成型機(jī)。

4.1.3.1 大幅度減少換色時(shí)間

注吹中空成型機(jī)的機(jī)頭內(nèi)無(wú)貯料缸。儲(chǔ)料在注射機(jī)筒內(nèi)進(jìn)行，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的對(duì)稱(chēng)環(huán)型雙支管中心入料式機(jī)頭的結(jié)構(gòu)，機(jī)頭內(nèi)腔各有關(guān)零件表面都為流線型結(jié)構(gòu)，縮短聊換色時(shí)間，約為同規(guī)格擠吹中空成型機(jī)換色時(shí)間的一半。同時(shí)減少了廢料，降低社會(huì)能耗。

4.1.3.2 型坯重量重復(fù)精度高

型坯重量主要取決于塑化量的重復(fù)精度。注射塑化量精度由塑化行程精度而定，塑化行程精度的控制精確且直觀.能夠得到精確保證。擠出塑化受到螺桿轉(zhuǎn)速和塑化時(shí)間兩個(gè)主要因索的限定，而這兩個(gè)因素受到干擾較多，精度控制差，影響到型坯質(zhì)量的重復(fù)精度。

注射速度的變化達(dá)到控制型坯壁厚，省卻了擠吹裝置的專(zhuān)門(mén)配備的型坯壁厚控制的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

4.1.3.3 注射塑化效率高

注射螺桿頭部有止逆環(huán)結(jié)構(gòu)，注射時(shí)熔體回流量幾乎可忽略不計(jì)，注射效率極高。注射塑化，背壓僅起到調(diào)節(jié)塑化質(zhì)量，不影響塑化效率。

4.1.3.4 塑化性能好

可方便地調(diào)節(jié)背壓，控制熔料的塑化質(zhì)量。

4.1.3.5 塑化能耗低

塑化同樣的原料，相對(duì)于擠出螺桿，注射螺桿長(zhǎng)徑比、壓縮比小，故驅(qū)動(dòng)扭矩小，降低裝載功率和驅(qū)動(dòng)能耗。注射塑化為軸向移動(dòng)式，螺桿在塑化過(guò)程中與熔料接觸面逐漸減小，扭矩也逐漸減少，故單位時(shí)間的能耗在逐漸降低。注射塑化，機(jī)筒不需空氣冷卻裝置。注射塑化從上述3方面，比擠出塑化降低能耗約降低20%。

4.1.3.6 熔體熔合線強(qiáng)度高

提高HDPE熔體溶合線強(qiáng)度，是機(jī)頭設(shè)計(jì)研究的主要課題，最有效的方法，是延長(zhǎng)熔體在機(jī)頭內(nèi)滯留時(shí)問(wèn)，以克服熔體的“彈性記憶”效應(yīng)，減小熔體粘度對(duì)溫度的敏感性，擴(kuò)寬熔體流MWD分布性。注吹中空成型機(jī)的注射塑化和機(jī)頭的自身特殊結(jié)構(gòu)，從塑化的熔體到被注射出口模，要經(jīng)過(guò)5個(gè)以上成型周期，熔體在機(jī)頭內(nèi)腔滯留4個(gè)以上成型周期，使熔體內(nèi)分子得到充分時(shí)問(wèn)重新排列分布、提高了熔體熔合線的強(qiáng)度，提高了型坯表面質(zhì)量。機(jī)頭內(nèi)無(wú)貯料缸，大幅度降低了機(jī)頭內(nèi)熔體的徑向厚度，降低了熔體徑向的溫度梯度，保證了型坯被擠出后不產(chǎn)生內(nèi)部熔體破裂現(xiàn)象。

4.1.3.7 型坯壁厚控制多樣化

型坯壁厚調(diào)整有以下3種：改變內(nèi)口模的間隙；改變注射速度或注射壓力，達(dá)到改變型坯的壓射速率，借以改變型坯的離模膨脹率；調(diào)節(jié)預(yù)吹脹壓縮空氣的P、V值，達(dá)到改變型坯壁厚。

4.1.3.8 生產(chǎn)率提高，能耗降低

同樣合模結(jié)構(gòu)的擠吹中空成型機(jī)上，成型本例中的工具箱包，注吹中空成型比擠吹中空成型的生產(chǎn)率提高約40%，能耗降低約30%。

4.2 “注射+中空吹塑成型”的注吹瓶成型機(jī)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

“注射+中空吹塑成型”的注吹瓶成型機(jī)把注射和多工位吹塑成型瓶?jī)煞N設(shè)備組合為一體，省卻“二步法”的型胚注射后被流轉(zhuǎn)至吹塑設(shè)備的中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)清潔高效、降低成型能耗等綠色化生產(chǎn)。“注射+中空吹塑成型”的注吹瓶成型主要加工HDPE/PP為原料的醫(yī)藥瓶。一般整體結(jié)構(gòu)：臥式注射裝置，三工位水平旋轉(zhuǎn)成型裝置，立式吹氣裝置。吹塑部分以120°角成等邊三角形分布的三個(gè)工位：第一工位為注射型胚工位，第二工位為吹塑成型工位，第三工位為脫瓶工位。三個(gè)工位可同時(shí)運(yùn)行，生產(chǎn)效率高，周期短，而且可與傳送帶連接自動(dòng)計(jì)數(shù)包裝，真正實(shí)現(xiàn)藥用塑料瓶生產(chǎn)全過(guò)程中與人手“無(wú)接觸”，確保產(chǎn)品衛(wèi)生潔凈。自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)能力高。瓶口平整度高，瓶壁均勻，保證瓶口的精度，瓶口與瓶蓋間有很好的密封性能，能達(dá)到防止塑料瓶?jī)?nèi)的藥品氣體的揮發(fā)和外部氣體向瓶?jī)?nèi)滲透的性能，阻透性能優(yōu)良，可以滿足藥品包裝的要求。

我國(guó)注吹瓶成型機(jī)出口至泰國(guó)、印尼、馬來(lái)西亞、阿根廷、哥倫比亞、西班牙、伊朗、波蘭和俄羅斯等國(guó)家，并且獲得了廣泛好評(píng)。

4.2.1 注吹瓶成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的綠色化技術(shù)特征

注吹瓶成型裝備是國(guó)內(nèi)研發(fā)成型塑料醫(yī)藥瓶設(shè)備的重點(diǎn)，清潔化高速成型是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的綠色化的主要特征。

4.2.1.1 成型高速高效化

柳州市精業(yè)機(jī)器有限公司雙工位往復(fù)旋轉(zhuǎn)吹塑工藝（專(zhuān)利號(hào)：ZL2009 2 0303237.1），注胚和吹瓶?jī)蓚€(gè)工位在垂直面上成1 800對(duì)稱(chēng)分布，兩個(gè)成型工藝在同一時(shí)間內(nèi)完成，提高了生產(chǎn)率。自主創(chuàng)新的雙工位旋轉(zhuǎn)注吹機(jī)WIB-45F-PC，配套“一出八腔”的燈罩模具，生產(chǎn)周期在13 s以?xún)?nèi)，日產(chǎn)量可超5萬(wàn)支，這樣WIB-45F-PC一臺(tái)機(jī)的產(chǎn)量就能達(dá)到原兩臺(tái)WIB-52PC的產(chǎn)量，能耗僅是原來(lái)兩臺(tái)機(jī)的70%左右。

江蘇維達(dá)機(jī)械有限公司自1989年首家研制注吹瓶成型機(jī)，近年來(lái)以每年100條生產(chǎn)線的規(guī)模高速發(fā)展，使得中國(guó)藥品包裝容器(尤其是固體藥物片劑、膠囊包裝)整體質(zhì)量水平得到了較大幅度的提升，其中MSZ60L機(jī)型，使用30 mL×12腔常規(guī)塑料藥瓶的典型生產(chǎn)周期僅為10 s。

張家港市綠環(huán)降解成套設(shè)備有限公司公司吸收歐洲NOVVAPAX、BEKUM之技術(shù)，開(kāi)發(fā)了適合生產(chǎn)固體顆粒藥用聚烯烴瓶的高效高性能的注吹瓶成型機(jī)。雙連桿機(jī)械保護(hù),轉(zhuǎn)臺(tái)升降與開(kāi)合模同步運(yùn)行,縮短周期；采用擠出螺桿塑化，加大螺桿長(zhǎng)徑比，滿足透明PP、PE、PS、PC等瓶成型工藝的需要；瓶坯溫度上下一致，制品質(zhì)量易保證，無(wú)雙線；單橫梁合模結(jié)構(gòu)，更換模具方便快捷；機(jī)器外形簡(jiǎn)潔，有利于凈化，符合GNP規(guī)范要求。生產(chǎn)周期更短，最快可達(dá)8 s。

4.2.1.2 節(jié)能高效化

磐安縣三聯(lián)藥品包裝有限公司針對(duì)藥用塑料瓶生產(chǎn)的共性技術(shù)難題，獨(dú)創(chuàng)了高壓氣體調(diào)溫技術(shù)，采用變頻技術(shù)代替電磁調(diào)速系統(tǒng)，從而縮小了整機(jī)體積、降低了能耗、提高了設(shè)備的使用性能與產(chǎn)品質(zhì)量。

杭州中亞機(jī)械有限公司IBM系列注吹瓶成型機(jī)，熱流道系統(tǒng)和多級(jí)注射成型系統(tǒng)，注塑、吹塑、脫模三工位同時(shí)動(dòng)作，保證設(shè)備高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，確保制品瓶口平整，瓶頸的內(nèi)外徑和螺紋精度高，無(wú)廢料。

4.2.1 多能化

柳州市精業(yè)機(jī)器有限公司自主創(chuàng)新的“復(fù)合模芯”專(zhuān)利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)吹氣、排氣功能的同時(shí)，通過(guò)管路通道的設(shè)計(jì)，將外部模溫機(jī)的熱媒質(zhì)進(jìn)入到芯模即閥桿中心內(nèi)，形成循環(huán)回路，從而達(dá)到調(diào)節(jié)模具溫度。這一技術(shù)使吹塑的使用原料從只限于PE、PP、PS，拓展到PC、PETG、Tritan、PPSU、PES等，幾乎涵蓋所以吹塑領(lǐng)域克使用的原料。

4.2.1.4 專(zhuān)用化

專(zhuān)用化提高大批量吹塑瓶的生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本，質(zhì)量水平等綠色化持續(xù)發(fā)展空間。根據(jù)用戶(hù)要求研發(fā)定制專(zhuān)用設(shè)備及模具。根據(jù)市場(chǎng)需求，研發(fā)制造專(zhuān)用設(shè)備：水杯、嬰兒奶瓶專(zhuān)用注吹塑機(jī)、LED燈罩專(zhuān)用注吹塑機(jī)、醫(yī)藥瓶專(zhuān)用注吹塑機(jī)、厚壁瓶注吹塑機(jī)、乳酸菌飲料瓶注吹塑機(jī)、化妝品瓶吹瓶機(jī)、等等。

4.2.1.5 成型清潔化[3]

注吹瓶成型清潔化的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)重點(diǎn)是杜絕設(shè)備本身及環(huán)境對(duì)注吹瓶成型過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的清潔干擾。

全面分析“一步法”注拉吹中空成型機(jī)清潔生產(chǎn)存在的問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)需解決的技術(shù)關(guān)鍵，以現(xiàn)代能源技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)、污染治理技術(shù)、資源回收技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等科學(xué)技術(shù)為指導(dǎo)，從設(shè)備及其系統(tǒng)、部件，直至零件的設(shè)計(jì)必須實(shí)施從方案的確定、設(shè)計(jì)的方法、材料的選擇、加工型式及工藝、回收利用及處理等生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，全套清潔化方案進(jìn)行創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。

5 “注射+拉吹成型”的“一步法”注拉吹成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

低碳環(huán)保、清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗、節(jié)約資源，已經(jīng)成為吹瓶機(jī)市場(chǎng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的“新常態(tài)”。

“注射+拉吹成型”的“一步法”注拉吹成型，通過(guò)利用瓶坯成型時(shí)的保有熱量進(jìn)行拉伸和吹塑，無(wú)需再加熱，既能縮短成型周期又能降低能源消耗，耗能明顯低于兩步法成型設(shè)備；“一步法”注拉吹成型避免了“兩步法”成型的瓶胚在運(yùn)輸瓶胚過(guò)程中，可能產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時(shí)節(jié)省了人力和運(yùn)輸費(fèi)用，可降低生產(chǎn)成本。

5.1 “一步法”注拉吹成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的綠色化特征

成型高速化、效率高效化、節(jié)能降耗化、資源循環(huán)利用化、成型多能化、應(yīng)用領(lǐng)域拓展化是“一步法”注拉吹成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的綠色化特征。

5.1.1 成型高速化

日本（株）青木固公司推出的“一步法”注拉吹成型裝備新機(jī)種SBⅢ-250 LL-505，由于使所有鎖模機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，消除了無(wú)效動(dòng)作；瓶胚成形模具的上模、下模的同步開(kāi)合動(dòng)作可以使空運(yùn)轉(zhuǎn)周其縮短近2 s，這樣比以往的一個(gè)成形周期縮短約10%～15%。成型周期時(shí)間從原來(lái)的14 s縮短到9 s。在Chinaplas?2016上展示的一模八支重31.2 g的PET瓶，成型周期從原來(lái)30 s下降到14.5 s，產(chǎn)量達(dá)到1 984 支/h,按年生產(chǎn)7 200 h計(jì)算，年產(chǎn)量14 300 688支。

廣州佳速精密機(jī)械有限公司 “一步法”注拉吹成型裝備，轉(zhuǎn)盤(pán)部位采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，定位準(zhǔn)確，循環(huán)速度更快。

5.1.2 效率高效化

日本（株）青木固公司“一步法”注拉吹成型裝備，提高機(jī)械的剛性，進(jìn)行穩(wěn)定的薄壁成型，產(chǎn)品合格率接近達(dá)到100%。

5.1.3 節(jié)能降耗化

高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用。近年發(fā)展的一種先進(jìn)的高性能節(jié)能系統(tǒng)，對(duì)壓力流量進(jìn)行精確的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能量需求的最佳匹配和自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到節(jié)能降耗及提高性能、減少環(huán)境污染的多重目的。

日本（株）青木固公司“一步法”注拉吹成型裝備從原料經(jīng)過(guò)最短步驟直接生產(chǎn)到瓶，不需要多余的加熱步驟，這是節(jié)省能源的顯著工藝特征。可將用于吹塑的壓縮空氣部分回收到儲(chǔ)氣罐作為操作用的壓縮空氣用，這樣可節(jié)約15%～30%的壓縮空氣。

5.1.4 回料直接循環(huán)再生產(chǎn)

青木固的AOKI系列“一步法”注拉吹成型裝備可利用粉碎—清洗后的PET瓶回收料直接進(jìn)行注射—拉伸—吹塑成型，不需要使用傳統(tǒng)的PET再造粒回收系統(tǒng)，因此省掉了再結(jié)晶化所需的成本。而且產(chǎn)品的品質(zhì)也非常高。

5.1.5 成型多能化

青木固的AOKI系列“一步法”注拉吹成型裝備，同一臺(tái)主機(jī)可用于生產(chǎn)的不同原料（包括PET、PP、PC、PEN、SAN、PA、PE、PES等）、不同瓶型、不同規(guī)格的各種包裝瓶型達(dá)到5 000種以上。

熱流道的兼用化：青木固的AOKI系列“一步法”注拉吹成型裝備，以往對(duì)應(yīng)不同長(zhǎng)度的瓶胚更換時(shí)，熱流道的注嘴也必須更換，現(xiàn)在只需調(diào)整吹塑裝置下的墊塊數(shù)，不必更換注嘴。這樣既可以縮短模具更換時(shí)間，又可以大幅減少模具熱流道的成本。

佳速“一步法”注拉吹成型裝備的注胚工位的熱流道及溫控裝置已作為標(biāo)準(zhǔn)配置，客戶(hù)更換產(chǎn)品只需更換模腔及上模即可；整個(gè)液壓合模，插芯，吹氣及瓶底成型裝置均已作為標(biāo)準(zhǔn)配置，客戶(hù)更換產(chǎn)品只需更換型腔模塊和吹氣針即可；頂出裝置已作為標(biāo)準(zhǔn)配置。

5.1.6 清潔能源生產(chǎn)

“一步法”注拉吹成型裝備清潔能源生產(chǎn)的關(guān)鍵主要是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)、瓶坯成型合模機(jī)構(gòu)、拉吹同步合模機(jī)構(gòu)、注射塑化機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，排除成型可能產(chǎn)生的動(dòng)力污染源。

5.1.7 應(yīng)用領(lǐng)域拓展化

醫(yī)藥醫(yī)療包裝瓶。PET是近年進(jìn)入醫(yī)用塑料瓶的材料、其特點(diǎn)是透明度高，能看到藥品有無(wú)變質(zhì)，阻隔防潮性能特別優(yōu)異，這大大有利于藥品的保存；易著色或添加一些助劑，以滿足專(zhuān)門(mén)要求（如阻紫外線）。為提高對(duì)氧氣的阻隔性。對(duì)其共聚改性；如加入苯二甲酸。BOPP成型的瓶子透明度不亞于PET瓶，能夠進(jìn)行熱灌裝，可以耐95℃的高溫，阻透性能優(yōu)良，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，生產(chǎn)成本比PET瓶低20%。

LED燈罩。佛山市順德區(qū)工正包裝設(shè)備制造有限公司、佳速機(jī)械集團(tuán)等，為拓展LED燈在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，開(kāi)發(fā)“一步法”注拉吹成型PET燈罩技術(shù)，選擇從側(cè)面進(jìn)膠，從而看不到進(jìn)膠點(diǎn)，并且在滿足看不到燈珠的情況下，透光率能達(dá)到90%以上，產(chǎn)品尺寸得到控制，外觀光滑，進(jìn)膠點(diǎn)小且平滑，合模線，視覺(jué)效果極佳，光擴(kuò)散性能強(qiáng)且無(wú)光影、無(wú)眩光，實(shí)現(xiàn)將點(diǎn)光源發(fā)光轉(zhuǎn)成球面發(fā)光。

5.2 國(guó)內(nèi)“一步法”注拉吹成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)“一步法”注拉吹成型裝備的開(kāi)發(fā)始于上世紀(jì)八十年代，至二十一世紀(jì)初，始終沒(méi)有起色。目前，國(guó)內(nèi)“一步法”注拉吹成型裝備已初見(jiàn)成效。

佛山工正包裝設(shè)備制造有限公司2008年開(kāi)始轉(zhuǎn)型“一步法”注拉吹成型裝備的開(kāi)發(fā)，于2011年研發(fā)的設(shè)備成功上市。主導(dǎo)產(chǎn)品包括：GZ-SS400-TI型“一步法”注拉吹三工位成型裝備、GZ-SS400-FI型“一步法”注拉吹四工位成型設(shè)裝備。GZ-SS400-TE“一步法”注拉吹中空成型裝備，2014年成功出口至日本著名的制藥企業(yè)—小林制藥株式會(huì)社，并與之建立了長(zhǎng)期合作的關(guān)系。

佳速機(jī)械集團(tuán)自主研發(fā)生產(chǎn)的JASU佳速品牌“一步法”注拉吹中空成型機(jī)，榮獲“廣東省自主產(chǎn)品創(chuàng)新”稱(chēng)號(hào)，該項(xiàng)技術(shù)居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。佳速I(mǎi)SB 800-4“一步法”燈罩注拉吹成型裝備在注塑胚管、拉伸吹塑成型及產(chǎn)品脫模是一步進(jìn)行的，節(jié)能高效，產(chǎn)品質(zhì)量高，并可以比無(wú)拉伸的吹塑產(chǎn)品更薄壁，因而可以節(jié)省50%的原料，并確保了產(chǎn)品衛(wèi)生要求。

6 “注射+半固態(tài)觸變成型”的鎂合金半固態(tài)觸變注射成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

鎂合金被認(rèn)為是“21世紀(jì)的綠色工程材料”，拓展應(yīng)用于航空、航天、電子和汽車(chē)等領(lǐng)域的空間，被認(rèn)為是被稱(chēng)為“21世紀(jì)最有前途的鎂合金成形加工方法”，具有巨大的應(yīng)用潛力。

6.1 鎂合金半固態(tài)觸變注射成型的綠色特征[4]

鎂合金半固態(tài)觸變注射成型把注射塑化、觸變成形、半固態(tài)成形等三種技術(shù)合為一體，集半固態(tài)金屬漿料的制備、輸送和成形過(guò)程于一體，解決了半同態(tài)漿料的保存輸送和成型控制等問(wèn)題。

注射成型法可以使半固態(tài)金屬漿料在較低溫度、較高的壓力下平緩充形，更有利于防止諸如氣體卷入而引起的內(nèi)部缺陷。觸變注射成型的產(chǎn)品的快速冷卻而獲得良好的微細(xì)組織及細(xì)膩的表面構(gòu)造。半固態(tài)觸變注射成型具有節(jié)約能源、不污染環(huán)境、安全性高和清潔成型等環(huán)境保護(hù)等綠色生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)，與流變成型相比，不需要事先將原材料經(jīng)攪拌成為半固態(tài)漿液；與觸變鑄造成型相比，不需要先制取半固態(tài)鑄錠，具有較高的生產(chǎn)效率；與壓鑄成型相比，鑄造缺陷少，成型溫度低50～70℃，模具壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品精度高，產(chǎn)品的力學(xué)性能及表面和內(nèi)在質(zhì)量高，耐腐蝕性能好。

AZ9ID是目前觸變注射成形工藝主要采用的鎂合金材料。對(duì)于鎂合金鑄錠組織沒(méi)有特殊的要求，采用硅熱還原法和電解法制備的鎂合金鑄錠均可使用，但要求鑄錠的質(zhì)量達(dá)到AZ91D標(biāo)準(zhǔn)(符合ASTM B93/94之規(guī)定)。注射成型切屑原料是由鎂合金枝晶鑄錠經(jīng)專(zhuān)用的機(jī)械裝置切成3～6 mm 的粒狀。

6.1 鎂合金半固態(tài)觸變注射成型設(shè)備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

屑狀鎂合金材料在室溫下通過(guò)料斗送入料筒，螺桿對(duì)材料進(jìn)行輸送，在料筒外部加熱和螺桿的剪切作用下，材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾纬?60～630℃的含固相率在60%以上的近乎于球形狀的適合注射的半固態(tài)漿料，通過(guò)噴嘴高速射入模腔，再經(jīng)注射進(jìn)入型腔，快速冷卻凝固脫模后形成制品。但由于鎂合金材料的成形溫度和熱傳導(dǎo)特性與塑料存在明顯差異，對(duì)注射成型設(shè)備產(chǎn)生了多種不同的技術(shù)要求。

主要工藝參數(shù)：料筒溫度580～650℃；回料轉(zhuǎn)速108～80 r/min；注射速度 0～4.0 m/s；注射壓力120 MPa；模具溫度180～230℃。

6.1.1 加料裝置

鎂合金材料的加料方法有飽和式加料法和定量式加料法兩種，飽和式加料法與塑料注射成形機(jī)器的常規(guī)加料方法一樣，采用自動(dòng)加料機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料，保證料斗內(nèi)的原料不低于光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)的料位高度。定量式加料法需采用帶計(jì)量裝置的自動(dòng)加料系統(tǒng) 邊轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，邊進(jìn)行加料。通過(guò)螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，采用飽和式加料法更為方便，系統(tǒng)成本低。機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需要在料斗落料區(qū)域使鎂合金原料與空氣隔離，避免高溫條件下鎂合金材料的氧化和危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生。

6.1.2 加熱裝置

鎂合金半固態(tài)注射成形過(guò)程的溫度控制主要包括料筒組件溫度控制和模具溫度控制，機(jī)器需采用耐高溫的溫度傳感器和電加熱元件，能夠連續(xù)工作在650℃的工藝條件下，特殊條件下應(yīng)能加熱到800℃，溫度控制精度應(yīng)達(dá)到±5℃以?xún)?nèi)。其中噴嘴區(qū)的溫度控制穩(wěn)定性特別重要，噴嘴區(qū)的溫度應(yīng)能保證每一個(gè)成形周期原料輸送過(guò)程中噴嘴處形成冷料塞，熔融料不會(huì)從噴嘴溢出，才能保證穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。固相率由料筒及噴嘴的溫度控制。

6.1.3 螺桿輸送裝置

鎂合金材料注射成形過(guò)程中，屑狀鎂合金材料經(jīng)料斗加入料筒后，在一定轉(zhuǎn)速的螺桿的輸送作用下，由落料區(qū)輸送至料筒前端，經(jīng)過(guò)料筒外部加熱和螺桿剪切的雙重作用，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)。鎂合金半固態(tài)注射成形顯微組織中的固相由兩部分組成，其一是未完全熔化的鎂合金切屑，是固相的主要組成部分，其二是已經(jīng)熔化的部分，在螺桿的剪切作用下形成的固相。螺桿剪切的主要作用是提供鎂合金切屑熔化所需要的熱量、混合漿料，并且細(xì)化固相。鎂合金材料與合金鋼料筒螺桿的摩擦因數(shù)較小，單一的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)剪切對(duì)材料的輸送能力較弱，需增加邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊松退螺桿的同步動(dòng)作控制，并且采用獨(dú)立的速度壓力控制回路，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)同步動(dòng)作工藝參數(shù)獨(dú)立可調(diào)。螺桿轉(zhuǎn)速為90～120 r/min，螺桿松退速度為10～20 mm/s。

6.1.4 注射裝置

鎂合金半固態(tài)注射成形的注射速度要求介于鎂合金壓鑄機(jī)的高速壓射速度和塑料注射成形機(jī)的高速注射速度之間，要達(dá)到對(duì)注射速度的高速高響應(yīng)精確控制為保證各種制品的成形工藝要求，設(shè)備需具備0～4.0 m/s的注射速度調(diào)整控制范圍。為實(shí)現(xiàn)對(duì)注射速度的精確控制，注射液壓系統(tǒng)采用高精度壓力傳感器和位置傳感器在線監(jiān)測(cè)注射速度，實(shí)時(shí)雙閉環(huán)伺服控制，注射移動(dòng)部件采用高剛度高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，密封件采用低摩擦高新能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注射速度的精確閉環(huán)的靈敏控制。鎂合金半固態(tài)注射成形額定注射壓力120 MPa。

6.2 鎂合金半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)的發(fā)展

鎂合金半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)處于創(chuàng)新開(kāi)拓過(guò)程，技術(shù)研究主要集中在兩個(gè)方向，一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，二是通過(guò)數(shù)值模擬研究。

美國(guó)、歐洲和日本是觸變注射成型技術(shù)研究和應(yīng)用的主要國(guó)家和地區(qū)，已研究開(kāi)發(fā)出多種半固態(tài)金屬漿料或坯料的制備方法，主要有機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變誘導(dǎo)熔化激活法、等溫處理法、近液相線法、紊流效應(yīng)法、超聲振動(dòng)方法、化學(xué)晶粒細(xì)化等。

目前國(guó)內(nèi)鎂合金半固態(tài)注射成型的工業(yè)化應(yīng)用處于起步階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，所采用的設(shè)備基本上為國(guó)外進(jìn)口。

伊之密精密機(jī)械股份有限公司2009年開(kāi)始半固態(tài)成注射成型技術(shù)的研發(fā)及原理樣機(jī)的制造， 2014年主導(dǎo)制定了《半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。歷時(shí)6年創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的第二代半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)UN650MGII，融合國(guó)際最先進(jìn)技術(shù)水平，通過(guò)系統(tǒng)地研究鎂合金半固態(tài)注射成型的工藝技術(shù)，經(jīng)過(guò)多次的技術(shù)改進(jìn)及試驗(yàn)，在掌握了能夠滿足鎂合金制備漿料的溫度成型要求的原理后，最后完成了樣機(jī)的試制。該機(jī)可以成型復(fù)雜的鎂合金制品，具有成型制品精度高、表面質(zhì)量好的特點(diǎn)，其最高注射速度已經(jīng)達(dá)到5 m/s，同時(shí)從零加速到5 m/s僅需要12 ms，不需要SF6 保護(hù)氣體(SF6 是溫室效應(yīng)氣體，它對(duì)溫室效應(yīng)的影響相當(dāng)于CO2的約25 000倍)，在高速注射閉環(huán)控制技術(shù)、料管組件、高速開(kāi)合模控制技術(shù)等關(guān)鍵部件取得了重大突破。

華中科技大學(xué)研制了集半固態(tài)漿料制備、輸送和注射成形于一體的半固態(tài)鎂合金流變注射成形機(jī)。

7 “注射+液態(tài)金屬成型”的液態(tài)金屬注射成型裝備的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

液態(tài)金屬較低的熔點(diǎn)，更適合注射成型工藝。液態(tài)金屬有著接近于零的收縮，從模型中注射成型的零部件常常能夠超越最精準(zhǔn)的CNC（數(shù)控加工）技術(shù)，達(dá)到高精密度是液態(tài)金屬注射成型工藝顯示出最重要的一項(xiàng)質(zhì)量特征。

液態(tài)金屬（LQMT.OTC）是鋯、鈦、銅、鎳、鋁5種擁有一種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬合金，熔融后塑形能力強(qiáng)，由于其凝固過(guò)程的物理特性與普通金屬完全不同，使它的鑄造過(guò)程更加類(lèi)似于塑料而非金屬，可以更方便的打造為各種形態(tài)的產(chǎn)品。液態(tài)金屬的非晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在冷卻的過(guò)程中原子之間空間并沒(méi)有因?yàn)槔鋮s而發(fā)生任何變化。液態(tài)金屬的一系列的特性注定了此類(lèi)材料能夠應(yīng)用于可以承受高機(jī)械應(yīng)力的精密部件和功能部件，從而為醫(yī)療技術(shù)、電子、汽車(chē)乃至航空和運(yùn)動(dòng)設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。

7.1 “注射+液態(tài)金屬成型”的液態(tài)金屬注射成型的綠色化特征

注塑成型加工與金屬注塑成型（MIM）和CNC加工相比，液態(tài)金屬的注塑成型為實(shí)現(xiàn)“更高的效率以及自動(dòng)化與工藝的更高程度的集成”等制造理念創(chuàng)造了條件。傳統(tǒng)的金屬成型工藝包括CNC、MIM等。CNC加工中，金屬部件是由一個(gè)金屬塊經(jīng)機(jī)械加工而成，如銑削、鉆削、磨削和車(chē)削，能生產(chǎn)出高表面質(zhì)量的復(fù)雜三維精密部件但是非常耗費(fèi)時(shí)間和成本。MIM工藝盡管也屬于一種注塑成型制程，但加工的材料不是金屬合金，而是金屬/塑料粉末，塑料呈熱態(tài)脫模，最終部件是通過(guò)燒結(jié)工藝而獲得，燒結(jié)工藝帶來(lái)的表面通常粗糙，可能需要再次加工。對(duì)于CNC和MIM的缺點(diǎn)，液態(tài)金屬注塑成型技術(shù)均可消除。

液態(tài)金屬采用注塑成型的方式進(jìn)行加工，僅需較短的循環(huán)周期，其生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間在2～3 min之間，比CNC的加工時(shí)間明顯縮短。

液態(tài)金屬采用注塑成型的方式進(jìn)行加工，澆口料能夠回收利用，無(wú)廢料堆積。

液態(tài)金屬采用注塑成型的方式進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)一步到位制造結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的金屬部件，并且其精度和表面質(zhì)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的鑄造，即使是復(fù)雜的三維形狀以及非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)也能以出色的再現(xiàn)性和高效的材料利用率而被成型出來(lái)，使得高品質(zhì)金屬部件的制造發(fā)生了革命性的變化。該技術(shù)能夠提供高效且經(jīng)濟(jì)的、擁有極高表面質(zhì)量的待安裝精密部件，無(wú)需打磨、無(wú)需拋光，尺寸精度比數(shù)控加工高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)±8 μm的公差（金屬粉末注射成型公差在±75～125 μm）。零件表面質(zhì)量與腔體的表面高度一致，無(wú)論是無(wú)光澤還是高光澤，節(jié)省了后續(xù)的處理步驟。

7.2 液態(tài)金屬注射裝備的研發(fā)及應(yīng)用[5]

2016年1月19～20日， 200余位代表參加了恩格爾在斯圖加特舉辦的液態(tài)金屬注塑成型技術(shù)論壇，為塑料和金屬制造商們帶來(lái)了全新的可能。其中恩格爾已成為L(zhǎng)iquidmetal Technologies獨(dú)特液態(tài)金屬合金注塑成型的獨(dú)家合作伙伴。

作為L(zhǎng)iquidmetal Technologies公司（位于美國(guó)加利福尼亞州Rancho Santa Margarita）的獨(dú)家機(jī)器制造合作伙伴，恩格爾是全球唯一能夠?yàn)橐簯B(tài)金屬材料的加工提供注塑機(jī)和整合的系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商。另一家合作伙伴是位于美國(guó)俄亥俄州Mayfield Heights的材料生產(chǎn)商及分銷(xiāo)商Materion Corporation公司。在位于奧地利施韋特貝格的恩格爾技術(shù)中心。奧地利恩格爾公司在2016年4月漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上通過(guò)多樣化的液態(tài)金屬材料的產(chǎn)品展示了這項(xiàng)技術(shù)。

8 結(jié)語(yǔ)

注塑機(jī)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，首要的任務(wù)是以“潛在需求”為導(dǎo)向，拓展注射功能實(shí)現(xiàn)“潛在需求”的應(yīng)用領(lǐng)域，自主創(chuàng)新綠色化成型的新裝備，直至為新裝備的使用者提供一套包括加工裝備在內(nèi)獨(dú)有的解決方案，并給用戶(hù)決定性的競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

本文提出“注射+”復(fù)合成型裝備的注射設(shè)備創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)理念，革新長(zhǎng)期來(lái)開(kāi)發(fā)注射機(jī)存在的“就注射機(jī)而注射機(jī)”的開(kāi)發(fā)理念，樹(shù)立“注射+”復(fù)合成型裝備的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)理念，發(fā)明創(chuàng)造新穎注射裝備，為“現(xiàn)實(shí)”、“潛在”科技貢獻(xiàn)更大成績(jī)。

[1] 張友根.功能化注塑機(jī)的科學(xué)發(fā)展研究及自主創(chuàng)新[J].橡塑技術(shù)與裝備, 2015，41(16)：10～33.

[2] 張友根.淺議Cinaplas?2014塑料工程綠色化解決方案的科學(xué)發(fā)展及展望[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2015，27(3)：56～59.

[3] 張友根.注塑機(jī)“新常態(tài)”清潔化的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)[J].橡塑技術(shù)與裝備, 2016，42(8)：1～11.

[4] 鄧輝，郭學(xué)鋒，黃丹，崔紅保.鎂合金半固態(tài)成形技術(shù)的研究和發(fā)展[J].熱加工工藝，2011，40(23)：9～13.

[5] 恩格爾公司.全新特性的液態(tài)金屬讓高品質(zhì)金屬部件的制造發(fā)生徹底改變[J].PT現(xiàn)代塑料，2016，6:20.

Innovation driven of green plastic “injection +” composite molding equipment

Innovation driven of green plastic “injection +” composite molding equipment

Zhang Yougen
(Pudong New District of Shanghai, Shanghai 201200)

Green plastic injection molding expands the fi eld of application of injection engineering, and innovation drives the development of injection technology.This paper studies the seven types of "injection +" composite molding equipment innovation driven.Expanding the injection function to achieve the "potential demand" of the new green equipment is the purpose of innovation driven injection engineering.

injection; composite molding equipment; innovation driven

TQ320.662

1009-797X(2016)16-0001-13

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.16.001

(R-03)

張友根，教授級(jí)高工，終生享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼。從事塑料機(jī)械的科學(xué)發(fā)展工作。

2016-04-26