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细数“全液压”与“全电动”之短长胡天聪 发表于 2006-4-6 12:26:00 近年来，全液压式和全电动式注塑机都获得了一定的发展，特别是在精密注塑方面，两者都得到应用，客户在购买注塑机时对选择何种机型常存在疑惑。黄步明致力于精密注塑设备的研发已有20年。2003年，他研发的D50数码光盘注塑机通过省级鉴定，该项目填补国内空白，是数码光盘设备国产化的重大突破，实现了我国注塑机从普通型向超精密型发展的历史性跨越。本期特邀黄步明以全液压注塑机在光盘生产线中的应用为切入点，对全液压式和全电动式注塑机的结构、技术、性能、环保、适应性等方面进行综合对比，细说两者各自的特长与不足。编者黄步明，男，1982年毕业于华南理工大学塑料机械专业，高级工程师，现任广东泓利机器有限公司总经理。1986年：发明“肘杆式合模装置”，是我国塑料机械第一项已授权的发明专利。1989年：发明“双动模注射成型机”，是我国注塑机第一项获得美国、德国、日本、意大利、英国等多个国家的发明专利（我国从19892002年仅获得1047项美国发明专利）。1994年：被人事部授予“有突出贡献中青年专家”称号。2002年：在我国工程技术事业做出突出贡献，被国务院批准为“享受政府特殊津贴专家”。年：中国塑料加工工业协会专家委员会首批聘任专家。从2004年中国国际光存储设备展览会及学术交流会的信息来看，目前国际上的光盘生产线多采用全液压式或全电动式注塑机，近年来电动液压复合式注塑机也有所应用，全液压式注塑机与全电动式注塑机的最大不同之处在于合模部分和注射部分，现对比如下。合模部分光盘注塑要求合模动作快速、平稳，且压力转换快速精准，另对模板平行度及起停位置的精度要求也很高。尽管全液压式注塑机存在液压油的可压缩性问题，但是液压在静止的时候压力处处相等，所以模板和模具受力都相当均匀。广东泓利公司在自己掌握的四缸两板锁模的成熟技术基础上，经过改进，将其改为三缸两板直锁式合模机构运用到光盘注塑机上，使得光盘模具受到均匀的夹紧力，而非传统的顶紧力。工作的时候，在模板的中间，一个较小的移模油缸快速开合模板，在其合模之后，三个大油缸被施以高压夹紧模具。在注射和保压过程中，高压锁模油缸的压力随着注射压力的增大而增大，始终确保不会出现让模的现象。而且由于液压压力的自适应原理，使得模板和模具的受力更加均匀合理。全电动式注塑机一般用伺服电机取代原来的油缸推动肘杆作开合模运动。所以原来肘杆式结构所存在的问题继续存在，如加工精度要求高、易磨损、调模困难等。由于使用伺服电机，可以使肘杆在不同的角度停下来，有利于锁模力的改变，并可以进行压缩成型。并且，由于没有油压惯性的影响，所以噪音比较低，控制精度高。但是这一切都是以肘杆和滚珠丝杆没有磨损、制造和装配精度高并且模具安装平面平行为前提的。而一般全电动注塑机在使用一年时间左右，便都会出现肘杆和滚珠丝杆磨损所带来的麻烦。此时不但机器的精密度降低，而且滚珠丝杆上会出现一个附加的径向力，从而加速磨损使精密度进一步快速下降，并带来效率降低、噪音增大等问题。此外，如果肘杆在未完全撑直就开始注射，高压的熔融塑料对模具强大的涨模力会作用在滚珠丝杆以及伺服电机的主轴之上，此力足够大的时候便可能导致滚珠丝杆和伺服电机的损坏！注射部分光盘属于薄壁制品，光盘上的信息凹槽深度在纳米级精度。为了保证复制信号的准确性，要求注射过程在高速高压的条件下进行，并且注射、保压过程的速度、压力多段可调，保压转换点准确。否则，盘片制造出来之后可能会出现信号丢失、信号不完整以及盘片翘曲、银纹等缺陷。同时，为了保证整机循环周期尽量短，因此机筒螺杆的塑化速度要求非常高，而且要求塑化量非常准确，塑化的速度、背压也是多级可调，以满足在高速的情况下依然有很好的塑化效果。因此采用专用的螺杆，这也有利于保证在成型过程中不会出现气泡、黑点和杂质等缺陷。目前，全液压式注塑机在注射部分的结构一般分为双缸注射与单缸注射两种。双缸注射装置具有轴向长度短，注射油缸、螺杆、油马达三者之间的连接关系比较简单等优点。但是这种结构注射负载大，难以精密控制。单缸一线式注射装置则有利于精密控制，不过结构比较复杂，制造精度要求也比较高。但是广东泓利公司将单缸一线式的结构做了巧妙的改变，使得油马达在注射油缸与螺杆之间，这使得结构变得简单，加工也容易得多，但其调整起来也会比较困难。在全电动注塑机中注射系统一般有两种结构，一种是带传动结构，一种是电机直接驱动。显然，加入带传动之后精度会受到一定的影响，而不用皮带传动虽然结构比较简单，但是要求电机转速较低、转矩较大，且其过载保护能力较弱。不过，塑化的时候采用伺服电机控制螺杆旋转，塑化计量的精度会比较高，转速也较稳定，且可以无级调速。在注射的时候，伺服电机带动滚珠丝杆驱动螺杆进行注射，控制的精度也很高，反应也很灵敏，有利于多级注射调节。但是，由于滚珠丝杆的高负载高转速并且频繁启停所以磨损也比较大。伺服电机在注射时启动速度比一般的液压式快，但是如果液压系统加装畜能器，将比伺服电机启动更快，同样的如果将畜能器用于快速注射其速度也可以快过伺服电机的注射速度。当然，用伺服电机对于注射压力和速度的控制都是比较准确的，但是进入保压时，由于伺服电机不能够在停转的状态下提供大的扭矩，所以只能间断的转动，靠测量螺杆前面物料的压力进行补压。这样，一方面滚珠丝杆不断启停承受冲击力将加速磨损，另一方面电机频繁启停将导致发热，能耗也变大，压力也不易稳定。总的来讲，全电动式注塑机与全液压式注塑机都各自具有自己的优势与劣势，将两者相结合制造出来的注塑机也不尽人意。所以，国际上高精密注塑机依然在朝全电动式和全液压式两个方向上发展，在许多方面也各自持有不同的意见，一些生产厂家对外报道的对比数据也不可全信。下面将从10个方面进行进一步地对比讨论：1节能方面全电动式注塑机在节能上比全液压式有一定的优势，但绝不是像一些厂家宣传的节能效率那么高。因为注塑机能耗最大的是在加热过程、注射过程以及塑化过程，液压式注塑机的动作是循序进行，而电动式注塑机则必须频繁启动，特别是大型注塑机需要克服伺服电机的高惯性，消耗的能量大；况且，生产不同产品其节能效果是有很大差别的，若用全电动式生产薄壁制品可能节能就没有那么多。而且许多厂家的节能是与单缸液压式相比较的，如果与其它结构的全液压式或肘杆式相比，节能效果就不是那么明显的了。同时，如果全液压式注塑机采用多泵、变量泵液压系统，应用变频器控制电机转速，采用负载反应型注射系统等方案，其节能效果也能与全电动式的不相上下。2降噪、环保方面全电动式注塑机的一个宣传口号就是宁静，对于这一点如果其中的肘杆以及滚珠丝杆均没有磨损且装配精度较高时确实是如此的。但是一旦产生磨损或者装配精度不高，那么在注射以及开模过程中均会产生很大的震动和噪音，而且一旦发生，这一切都将加速恶化。目前，几乎所有的全电动注塑机生产厂家均采用空冷式伺服电机和同步带来驱动注塑机各轴，由于空冷式伺服电机会向无尘室中释放热量，从而造成高温空气涡流和尘粒飞扬；而同步带在磨损中也会释放有害尘粒。另外，目前几乎所有的全电机均采用曲肘式锁模机构，而曲肘的关节需采用油脂来润滑，从而易发生油脂泄露和受热挥发现象，造成对模具的污染，进而影响洁净室产品的品质。泓利公司的全液压注塑机由于采用全封闭式液压驱动开合模，因此完全杜绝了对周围环境及制品的污染问题。特别适合医疗用品等方面的应用。3精度方面尽管全液压式存在液压油的可压缩性等问题，但是由于液压在静止的时候压力是处处相等的，所以采用两板式液压合模机构的精度很高。如果在注射以及塑化系统采用伺服阀控制，其控制精度也将是非常高的，全电动式合模装置由于还存在肘杆和滚珠丝杆的磨损问题，所以机械精度以及磨损必然影响制品质量，因此其锁模精度还是没有全液压式的高。这方面在加工光盘方面也得到了验证，全电动式只能生产DVD5与VCD、CD等，DVD9以上及CD-R、DVD-R、DVD-RW等均难以应用电动式注塑机加工。不但如此，全电动式的精度还会随着使用时间的增加而不断加速下降。4价格成本方面全电动式的价格比全液压式一般要高30以上，在综合性能没有比全液压式的特别高的情况下，如此高的价格，市场是否接受也是值得思考的。5使用寿命问题全电动式主要是刚才所讲的肘杆及滚珠丝杆的磨损问题，这种问题一旦出现必将加速恶化，导致使用寿命较短。而全液压式注塑机可执行超过25,000,000次的生产循环周期，主要问题则是液压密封件的老化问题。6维修费用问题伺服电机的质量应该是可信的，维修率较低，但是如果出现故障维修成本将会很高，而且滚珠丝杆及肘杆的维修也是一件十分困难的事情。7使用费用方面全电动式不必用液压油，也不用冷却器，这方面不但节省成本，而且也减少污染，当然也有例外，因为随着使用时间的增加，一些因为磨损所带来的一系列问题便会接踵而至暴露无遗。并且，全电动机需要不断润滑，而且必须使用专用润滑油，造成本升高。相比之下，由于全液压机是通过液压油自润滑的，这样就节省了这部分费用。8功能扩展方面全电动注塑机目前也还不够灵活，不适合使用复杂的模具，如带抽芯装置的模具。由于全电动式对于增加抽芯或者铰牙没有液压式的方便，用户购机时也很难选择，如果机器出厂时不配备这些功能，那么以后要增加这些装置将特别困难。另外，全电动注塑机的注射压力和速度较低。在要求注射速度超过1100mm/s、注射压力达到400MPa的应用领域，只有带蓄能器的液压注塑机才能胜任。9过载保护功能方面全电动式完全依靠机械传动，这既是它的优点，也是它的缺点。优点在于精度高，缺点是机器一旦出现故障，如螺杆被卡死，伺服电机可能会因为堵转而发热烧坏。同时，它也不适合被应用在需长时间锁模和保压的情况，这样也会使伺服电机过度受热而受损。而这方面全液压式的就要好得多，因为全液压式的注塑机都配备了泄流保护装置，一旦系统因为故障油压高到设定值，可能出现危险的时候，保护装置自动泄流使系统压力不至于再升高，以保证不会损坏设备。10环境适应能力方面由于全电动式注塑机对于环境的要求较高，如环境中有较多灰尘，将会加速伺服电机及滚珠丝杆的磨损。当然全液压式注塑机在这方面也有较高的要求，因为空气中的灰尘、水蒸气等