高效低能耗大型托盘注塑机的开发应用

大型托盘注塑件是国内外注塑行业研发的新亮点。目前，国内外加工大型托盘注塑件的注塑机，普遍存在着整机制造耗材多、重量大；装机容量大；加工制品能耗大；成型制品的成本高。这些，在一定程度上阻碍了大型托盘注塑件的发展。本项目，针对以上情况，研发大幅度降低整机制造耗材量及成型能耗的新颖的大型托盘注塑机，使用户买得起，用得起，能快速产生良好经济效益，满足社会的需求。

1 基本原理

本项目大型托盘塑料注射成型机，以创新高分子材料成型工艺为先导，核心技术为多点复合注射成型，可进行结构微孔注射成型，又可进行普通实体注射成型。多点复合注射技术使流动性差的物料(指塑料回收料，熔融指数小的物料)得以成型，其原理为注射过程的模塑路径优化。本项目大型托盘塑料注射成型机以创新的大成型工艺，对机器合模部分、注射系统、取制品机械手等进行了重大改进，工艺技术处于国际领先水平。

2 关键技术内容

2.1 创新的多点复合注射成型

本项目多点复合注射成型，是大型托盘成型工艺的关键，同时使模塑流道长度比减小，据此工艺，注射过程所需的注射压力降低，模腔平均压力降低，保证成型的锁模力也降低。如：加工1.2m×l.0m×0.16m塑料托盘，设定模塑流道长度比小于1：50，当进行结构微孔注射时（HDPE），注射压力30MPa，模腔平均压力6.5MPa，需锁模力7800kN。当进行普通实体注射时(HDPE)，注射压力为51MPa，模腔平均压力9.5MPa，需锁模力11400kN。以此工艺反推，确定机器参数：注射压力最大值为80MPa，注射速率>5500cm3／s，锁模力最大值为23400kN。

而现在国内外“塑料托盘机”多为单点注射，模型流长比>1：150，机器注射压力：110MPa，模腔平均压力：20～30MPa，需锁模力为30000kN。为解决单射点，模塑流程过长的问题，有的企业在模具设计时采用模内热流道，模内热流道加热、控制技术至今仍依赖进口，使模具造价提高。该“单射点、大注射工艺”只能用原料生产，而本项目技术方案的多点复合注射，使上述问题得以解决。大本项目型托盘塑料注射成型机的结构微孔复合注射工艺，由于大大降低了模腔平均压力，这种模具可用铝合金制造，降低了模具加工成本。

2.2 工艺改良决定了加工用料和制品品质

本项目大型托盘塑料注射成型机，由PLC控制注射全过程，瞬间完成超大型制品注射成型。

工艺改良使流动性差的高分子材料（废塑料回收料、熔融指数小的物料）易于加工成型，所以本机可加工回收塑料。多点复合注射、注射过程的工艺分段，使制品应力分布均匀，成型制品品质得以提高。机器加工适应性强，所以机器可用原料生产；原料、回料混合生产；全部回料生产。

本项目大型托盘塑料注射成型机每个射点射出的熔融物料可达4000g，工艺状态合理。传统的大型注塑机，单一射嘴瞬间射出物料逾25kg，射嘴局部超过物料燃烧温度，使制品浇口处有黑绺，制品性能劣化。

2.3 创新的直接锁模机构与机器重量

本项目大型托盘塑料注射成型机的锁模力并不是由机器机架承担，而是由对称的锁模机构对模具直接锁紧。

由于直接对模具锁紧技术的应用，本项目40000大型托盘塑料注射成型重量仅为为38吨。

2.4 连续不间断予塑的超大型注塑机

本项目大型托盘塑料注射成型塑化工作过程，螺杆始终运转，此工艺的实现是由于机器另外设计了予塑缸和分配器，其过程由PLC精确控制。“连续不间断予塑”使本超大型机加工效率高于传统注塑机，塑化螺杆直径仅为110mm，塑化装机功率45Kw。

此工艺的实现是由于机器另外设计了存贮缸，分配器，系统安全排放阀，工艺过程由 PLC控制，实现超大型注塑机配置小螺杆不停运转，此法是降低机器能耗的有效措施，同时降低机器的螺杆塑化部分制造成本，所以本机加工效率高于传统注塑机。该技术国内外无先例。

2.5 “平打立出”大注塑成型工艺与自动取出制品（机械手）

本项目为水平注射装置，立式合模、锁模。开模时“取制品车”进入，制品落在“取制品车”上，取制品车(简捷的的机械手)自动退回，完成自动生产。

2.6 先进的工艺技术使机器能耗大幅降低

本项目大型托盘塑料注射成型加工工艺与传统的注塑工艺截然不同，工艺动作复杂，控制精度较高，工艺性能更具有可靠性、安全性、方便操作。

2.7 高可靠的机器性能

本项目大型托盘塑料注射成型机机械部分主关件设计均作应力分析，符合行业技术规范及标准化、严格加3232艺及品质保证。机器的电控、液压站所用元器件均选用国际品牌产品，如：西门子PLC，欧姆龙接近传感器，三菱变频调速器，力士乐油泵、控制阀，维克斯插装阀、洪格尔液压密封等，以保证高可靠的机器性能。

2.8 高可靠的机器安全性能

a)液压系统设安全阀，超压溢流。
b)液压系统超压报警、紧急停止。
c)系统安全排放阀，熔融物料可自动排出。
d)注射缸后位报警、予塑机停止。
e)存贮缸后位报警、予塑机停止。
f)手动操作，模具自动上升，解除压机约束，无论机器工作状态还是停止状态。
g)对称的齿形制动器保证模具在任何位置都能可靠锁紧不会溜车。
h)可靠的机罩保护、安全门系统保护。
i)机器重复接地。
j)设5处紧急停止按钮。

3. 技术创新点

3.1 多点复合注射成型技术，及结构微孔注射与普通实体注射可转换技术

本项目大型托盘塑料注射成型机创新的多点复合注射成型工艺，可进行结构微孔注射成型，又可方便地转换成普通实体注射成型。多点复合注射使模塑路径优化。可加工回收废塑料及熔融指数小的物料。本项目大型托盘塑料注射成型机走出了“对传统单射点注塑机进行简单放大，就造出大型注塑机”的误区。结构微孔注射成型工艺可改善制品应力，节约用料，提高制品刚度；普通实体注塑成型，各点料把均能同时拉断，注塑结果与普通实体单点注塑相同。

3.2 对模具直接锁紧技术

对模具直接锁紧技术，释放了注塑机机架对巨大的锁模力的承担，大大降低了注塑机的体积和重量。根本解决了大型注塑机造价昂贵等问题。
立式安装大型模具，模具受力合理，从而避免了卧式大型机安装大型模具在机器运行过程中出现位移而引发的事故。

3.3 简捷的取制品机械手技术

本机立式开模，开模时，装有木质托架的取制品车按工艺时序自动进入模具，制品落在取制品车上，然后，该车自动后退至原位，完成全自动工艺过程。而现国内外大型卧式注塑机需购置造价昂贵的取活机械手设备。两种技术方案造价悬殊，显然，本技术简捷实用，更适用于“塑料托盘机”。该技术国内外无先例。

3.4 智能机械技术与节能机械技术

KH超大型塑料注射成型机的控制核心为PLC及扩展模块，自行编制的控制软件指令使机器自动生产，显示故障及报警。PLC设有通讯口，可接受外部指令，也可查阅运行过程及远程故障处理，适应“无人车间”全自控要求。
本机应用蓄能器组作为辅助主动力源，由PLC合理安排各工艺带载时间，加上多点复合注射使注射压力降低，直接对模具锁紧技术使锁模能耗降低，“予塑不停机”技术使螺杆功率降低等技术集合，使本机能耗仅为同种机型的50％。

3.5 工艺特有的安全性

本机立式开模，制品落在取制品机械手上，其过程无人操作。而传统卧式大型注塑机开模时，操作工进入机器内取出制品（有的厂家不购买昂贵的取活机械手），属危险作业。

3.6 热缸密封技术

KH超大型塑料注射成型机热缸密封技术来源于汽车行业，机器的注射缸、存贮缸的密封为多道稀土合金铸铁活塞环组，设计耐压分别为200MPa、20MPa，运行寿命4X106m。

3.7 模块化组合

以液压接口为界点，分成若干模块，可用5吨吊车安装，可用普通卡车运输，厂房为普通厂房。

3.8 回收废塑料的加工工艺控制

根据项目研发阶段的生产实践，加工回收废塑料：其一，必须有机器加工能力保证；其二，对回料加工应实行“预先工艺设计”。

“预先工艺设计”内容：1. 详细了解用户的需求。2. 掌握本批次塑料回料源头的材料品质、类别。3. 进行必要的工艺小试。4. 按生产批次，制定详细的工艺文件，以指导生产。

3.9 扩展了热塑性塑料大成型的应用领域。

本项目对传统注塑机的合模部分，注射部分，取活机械手都进行了重大改革，使超大型热塑性塑料成型——这一国际课题及超大型机的发展，取得重大突破。一次注射成型一、二百公斤的热塑性塑料制件也是可能的。如用废HDPE加工铁道“塑料枕木”，风力发电的超大型塑料扇叶，汽车注塑外壳，高速公路塑料隔离墩，军工专用大型密封容器等。

项目最终使注塑制品范围扩大，应用领域扩大，造福人们的生活。

综上，本项目技术创新点对高分子材料大型注射成型具有重要意义，工艺技术处于国际先进水平，项目自有工业知识产权。机器具备了节能，加工回收料，高效等特点，符合环保，资源综合利用的要求，降低了机器成本，适合我国国情，是我国发展大型环保塑料制品的首选机型。

本项目大型注塑机在国内销售，经过不断完善后将参与<