一、概述
注塑機(jī)設(shè)備在各類加工行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，它使用的是注射成型的方式。
塑料注射成型是利用塑料三種狀態(tài)，借助于注塑機(jī)和模具，成型出所需要的塑料制品。盡管所用的注塑機(jī)不盡相同，但要完成的工藝內(nèi)容和基本過(guò)程還是相同的，下以臥式螺桿注塑機(jī)的加工過(guò)程為例予以說(shuō)明。
1． 合模與鎖緊
注射成型過(guò)程是一個(gè)循環(huán)工作過(guò)程，一般以合模作為過(guò)程的始點(diǎn)，合模過(guò)程中動(dòng)模板的移動(dòng)速度需符合慢–快–慢要求，而且有低壓保護(hù)階段。低壓保護(hù)的作用一方面是保證模具平穩(wěn)地合模，減小沖擊，縮短閉模時(shí)間，從而縮短成型周期；另一方面是當(dāng)動(dòng)模與定?？煲咏鼤r(shí)，避免模具內(nèi)有異物或模內(nèi)嵌件松動(dòng)脫落損壞模具。最后為高壓低速鎖模階段，該階段的作用是保證模具有足夠的鎖緊力，以免在注射、保壓時(shí)產(chǎn)生溢邊等現(xiàn)象。
2． 注射裝置前移
當(dāng)合模機(jī)構(gòu)閉合鎖緊后，注射座整體移動(dòng)油缸工作，使注射裝置前移，保證噴嘴與模具澆道口貼合，為注射階段作好準(zhǔn)備。
3． 注射與保壓
完成上述兩個(gè)工作過(guò)程后，注射裝置的注射油缸工作推動(dòng)注射機(jī)螺桿前移，使料筒前部的熔料以高壓高速注入模腔內(nèi)。此時(shí)螺桿頭部作用于熔料上的壓力稱之為注射壓力，又稱一次壓力。熔料注入模腔后，由于模具的冷熱傳導(dǎo)，使模腔內(nèi)物料產(chǎn)生體積收縮。為了保證塑料制品的致密性、尺寸精度、強(qiáng)度和剛度，必須使注射系統(tǒng)的模具施加一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)料，直到澆注系統(tǒng)（關(guān)鍵是澆口處）的塑料凍結(jié)為止。此時(shí)螺桿作用于熔料上的壓力稱之為保壓壓力，又稱二次壓力 。
4． 制品冷卻和預(yù)塑化
隨著模具的進(jìn)一步澮，模具澆注系統(tǒng)內(nèi)的深料逐漸趨于凍結(jié)，尤其當(dāng)澆口凍結(jié)時(shí)，保壓已失去了補(bǔ)料作用，此時(shí)，可以卸去保壓壓力，使制品在模內(nèi)充分冷卻定型。
同時(shí)，螺桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)螺桿傳動(dòng)，料斗內(nèi)的塑料經(jīng)螺桿向前輸送，在料筒加熱系統(tǒng)的外加熱和螺桿的剪切、混煉作用下，塑料逐漸依次熔融塑化，并由螺桿運(yùn)到料筒端部，產(chǎn)生一定的壓力。這壓力是根據(jù)所加工塑料調(diào)節(jié)注射機(jī)液壓系統(tǒng)的背壓閥和克服螺桿后退的運(yùn)動(dòng)阻力建立的，統(tǒng)稱為預(yù)塑背壓，其目的是保證塑化質(zhì)量。由于螺桿不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，熔料也不斷地向料筒端部輸送，螺桿端部產(chǎn)生的壓力迫使螺桿連續(xù)向后移動(dòng)，當(dāng)后移到一段距離，料筒端部的熔料足以滿足下次注射量時(shí)，由于制品冷卻和預(yù)塑同時(shí)進(jìn)行一般要求預(yù)塑時(shí)間不超過(guò)制品冷卻時(shí)間，以免影響成型周期。
5． 注射裝置后退
注射裝置是否后退根據(jù)加工塑料的工藝而定。有的在預(yù)塑化后退回，有的在預(yù)塑化前退回，有的在預(yù)化前退回，有的注射裝置根本不退回，如熱流道模具。注射裝置需要退回的目的是避免噴嘴與冷模長(zhǎng)時(shí)間接觸使噴嘴內(nèi)料溫過(guò)低而影響下次注塑和制品質(zhì)量。有的為了便于清料，也常使注射裝置退回。
6． 開(kāi)模和頂出制品
模具內(nèi)的制品冷卻定型后，合模機(jī)構(gòu)就開(kāi)啟模具。在注射機(jī)的頂出系統(tǒng)和模具的頂出機(jī)構(gòu)聯(lián)合作用下，將制品自動(dòng)頂落，為下次成型過(guò)程做好準(zhǔn)備。
根據(jù)上述動(dòng)作，按時(shí)間先后程序把注射機(jī)工作過(guò)程繪成曲線圖（見(jiàn)圖1）
注塑機(jī)工頻及變頻運(yùn)行的耗電曲線（圖1）
二、 塑機(jī)節(jié)能的原理
1． 理論原理
油泵的輸出功率： pt=p×Qt=p×v×n (1)
油泵的理論轉(zhuǎn)矩： Tt=1/2π×p×V (2)
P為壓力,Qt為流量,V為油泵排量,n為油泵的轉(zhuǎn)速，將(2)式代入(1)式得：
Pt=2π×Tt×n (3)
如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50HZ狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來(lái)降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過(guò)比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
2． 油泵變頻調(diào)速節(jié)電運(yùn)行
從圖1注塑機(jī)的P=f(t)工序過(guò)程中看出，在不同時(shí)間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節(jié)能的可能性，且潛力較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑機(jī)節(jié)電率一般可達(dá)25%-60%。眾所周知注塑機(jī)未使用變頻器時(shí)，主泵的電動(dòng)機(jī)始終恒速運(yùn)行，是極不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的方式。
采用注塑機(jī)節(jié)電控制器，將控制比例流量閥的電流信號(hào)（0-1A），按每個(gè)生產(chǎn)工藝階段設(shè)定的流量比例，得到0-1A的比例信電表去打開(kāi)電磁閥的比例開(kāi)度，以提供系統(tǒng)所需的壓力。多余的流量通過(guò)溢流閥溢流掉。把比例流量信號(hào)連接到注塑機(jī)節(jié)電控制器作為驅(qū)動(dòng)指令，控制油壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵只補(bǔ)充油路中所消耗的部份，油泵電機(jī)按比例指令運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的流量，以提供系統(tǒng)所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產(chǎn)生浪費(fèi)。因此用變頻節(jié)電系統(tǒng)在注塑機(jī)的整過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中都具有明顯的節(jié)電效果，從而能夠較大幅度節(jié)能省電，為用戶帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
三、注塑機(jī)的變頻改造的可行性
一臺(tái)通用注塑機(jī)設(shè)備，在一個(gè)完整的注塑過(guò)程中的鎖模、射膠、充填、熔膠、冷卻 、開(kāi)模等階段對(duì)壓力的要求各不相同，開(kāi)模階段只需保證較小的壓力即可，但要熔膠、冷卻時(shí)卻需要較大的壓力，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率。根據(jù)注塑機(jī)原理，我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，注射壓力也就越大，所以通過(guò)變頻器對(duì)注塑機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速實(shí)現(xiàn)變壓節(jié)能是完全可行的。
當(dāng)前大多數(shù)注塑機(jī)生產(chǎn)商家都未采用節(jié)能變頻器技術(shù)，還是采用的星形-三角形啟動(dòng)，由工頻電網(wǎng)直接供電，啟動(dòng)電流大，且嚴(yán)重浪費(fèi)電能；如果采用變頻調(diào)速調(diào)壓的方式則可實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)電機(jī)的軟啟動(dòng) ，并可根據(jù)各個(gè)不同工藝階段的壓力需求自動(dòng)改變運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能增效的目的。這些功能可通過(guò)變頻器的流量壓力模擬反饋或多段速度的調(diào)節(jié)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。具有投資回收快的特點(diǎn)。
四、方案簡(jiǎn)述
目前一些注塑機(jī)已采用了變頻節(jié)能技術(shù)，收到了節(jié)能、超靜音、高效和可靠的顯著效果，且能大大減少注塑機(jī)的耗電量，這已在眾多注塑機(jī)用戶中得到了非常好的評(píng)價(jià)與信賴。通過(guò)一些專家的測(cè)試和改良，注塑機(jī)的變頻節(jié)能技術(shù)已日趨完善。
一般的注塑機(jī)的變頻節(jié)能改造通常是：將用來(lái)控制調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的電量信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后作為變頻器輸出頻率的給定信號(hào)，或是將注塑機(jī)的鎖模、射膠、熔膠、冷卻、開(kāi)模等工藝過(guò)程控制信號(hào)進(jìn)行處理后作為變頻器的多段速或程序控制信號(hào)（也是變頻器輸出頻率的給定信號(hào)），以此調(diào)節(jié)方式來(lái)滿足注塑機(jī)各種工藝對(duì)供油壓力和流量的要求，并達(dá)到節(jié)能的目的。（見(jiàn)圖2）
為了實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)在變頻調(diào)節(jié)時(shí)的最佳工況，我公司特別研究開(kāi)發(fā)了針對(duì)注塑機(jī)壓力，流量雙信號(hào)控制回路自動(dòng)切換電路，它能根據(jù)注塑機(jī)各個(gè)不同工作環(huán)節(jié)的流量，壓力要求不同而自動(dòng)選擇信號(hào)，這樣在加工一些高、精度的塑料產(chǎn)品時(shí)使用更是得心應(yīng)手。
變頻器改造示意（圖2）
五、應(yīng)用案例
1．變頻改造應(yīng)用中注意的事項(xiàng)
① 必需是采用比例流量控制的注塑機(jī)才可進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
② 變量泵不用進(jìn)行變頻節(jié)能改造。因?yàn)樽兞勘帽旧硪褞в幸欢ǖ墓?jié)能效果，增加變頻器不能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。
③ 有些繼電器控制的注塑機(jī)速度是采用手調(diào)節(jié)流量閥控制速度的，進(jìn)行變頻節(jié)能改造的效果并不理想。對(duì)小型注塑機(jī)也輥對(duì)變頻器響應(yīng)速度的特別要求，需慎進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
④ 一般情況下，安裝節(jié)能變頻器不會(huì)影響注塑機(jī)的操作使用方式,為保證生產(chǎn)效率，某些工藝參數(shù)卻需要作調(diào)整
2． 如何正確取得控制信號(hào)
實(shí)現(xiàn)變頻器與注塑機(jī)的最優(yōu)結(jié)合是十分重要的，我們采用方案的原理框圖（見(jiàn)圖3）。
3．現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)定參數(shù)
4. 技術(shù)規(guī)范
5. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖片
6. 現(xiàn)場(chǎng)改造的幾點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題
目前市場(chǎng)上各種注塑機(jī)變頻節(jié)能器種類繁多，技術(shù)含量和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，因此在現(xiàn)場(chǎng)改造中出現(xiàn)了一些具體問(wèn)題，有的是屬于采用變頻調(diào)速技術(shù)后的正?，F(xiàn)象，而有的則是屬于產(chǎn)品或應(yīng)用中應(yīng)該克服的缺點(diǎn)。
● 電機(jī)高頻噪聲較市電時(shí)尖銳
由于變頻器輸出電壓是由許多脈沖列組成，存在著高次諧波，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速不同時(shí)會(huì)發(fā)出不同響度且稍尖銳的聲音，這是正常現(xiàn)象，并可以通過(guò)降低變頻載波頻率來(lái)降低尖嘯聲。
● 電機(jī)溫度略高于市電運(yùn)行時(shí)的溫度
由于輸出諧波的存在，增加了電機(jī)的銅損和鐵損，因此，電機(jī)在變頻節(jié)電運(yùn)行時(shí)的溫度要稍高于市電運(yùn)行時(shí)的溫度。同時(shí)，在中低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段，電機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下降，散熱能力降低，溫升可能上升3～5℃左右。由于普通油泵電機(jī)絕緣等級(jí)均在B級(jí)或F級(jí)以上，故電機(jī)溫升仍在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)影響電機(jī)的使用和壽命。
● 對(duì)注塑機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾
變頻裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)注塑機(jī)的一些控制回路會(huì)有一定干擾，影響注塑機(jī)的正常動(dòng)作，特別是一些制造工藝粗糙、諧波含量大的變頻器用在工藝不穩(wěn)定的注塑機(jī)表現(xiàn)的更明顯，這就需要我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)采取一些對(duì)策解決干擾問(wèn)題。干擾源主要有下面兩個(gè)方面:(1) 高次諧波通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生的射頻干擾,對(duì)這類干擾可以通過(guò)在變頻裝置的輸入或輸出側(cè)加裝抑制射頻干擾的設(shè)備加以解決，例如磁環(huán)或?yàn)V波器等; (2) 輸入諧波通過(guò)電源耦合到其他用電設(shè)備形成干擾, 對(duì)這類干擾可以在變頻裝置的輸入側(cè)加裝濾波器解決，或者安裝進(jìn)線側(cè)交流電抗器也有一定效果;另外，同一電源下的其他設(shè)備最好能做到隔離供電。
● 影響注塑生產(chǎn)的效率
變頻節(jié)能器在控制油泵電機(jī)速度的過(guò)程中存在著一定的加減速時(shí)間，相比原來(lái)的電磁閥開(kāi)通速度有一定的滯后，導(dǎo)致單位加工周期延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率受到一定影響，由于德斯瑞ES300變頻節(jié)能器能夠采用流量和壓力兩路信號(hào)控制，同時(shí)根據(jù)情況修改部分注塑機(jī)參數(shù)，就能夠較好地解決這個(gè)問(wèn)題。
六、德瑞斯ES300注塑機(jī)專用機(jī)型特點(diǎn)
● 標(biāo)配直流電抗器，提高整機(jī)效率，熱移定性和抗干擾能力；
● 力矩輸出穩(wěn)定，低頻大力矩，能夠?qū)崿F(xiàn)低速0.1HZ額定負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行；
● 額定負(fù)載能夠?qū)崿F(xiàn)0.2S啟停；
● 輸入和輸出缺相，輸出短路保護(hù)等超過(guò)20和保護(hù)。
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