摘要：本文阐述了本课题组自主研发的用于生产大型塑料托盘的大型复杂注射成型超大型注塑机，并给出了设备的总体方案，关键部件的设计机理及工作循环有关控制方式。文中从技术、工艺、结构三大方面阐述了此项技术的特点。

关键词：超大型注塑、多点注射、不间断予塑、多级增力锁模器

1. 前言

目前，国内大型注塑机普遍采用单一射点瞬间射出物料逾 20kg ，射嘴局部温度超过物料燃烧温度，浇口处有黑绺，制品性能劣化；而且现有技术庞大的机器整体对模具锁紧，机器重量、外形尺寸大，制造成本、机器耗能原材料较高，人工进入机器取出制品，也存在极大安全隐患。针对上述问题，本论文阐述了超大型复杂注射成型技术即“超大型复杂注塑机”的设计原理。

2. 超大型复杂注射成型技术原理（请参照技术原理图）

依据热塑性塑料模塑成型基本理论，超大型复杂注射成型技术原理为：

予塑机 1 由变频器控制连续不间断运转，熔融物料可进入存贮缸 2 ，也可进入注射缸 4 ，当工艺动作错误，熔融物料经安全排放阀 42 排出。

自动过程开始的充要条件：模具动模抽芯回位，锁模器 17 的齿型推板 40 处后位，注射缸 4 料量制，分配器 3 关闭，取制品车 14 处后位。（此时，熔融物料进入存贮缸 2 ，存贮缸自由后退）

自动始，压机 12 的压板 8 、模具动模 7 压下、合模（快速转慢速），多组锁模器总成 17 的齿型推板 40 锁住模具拉杆（导柱） 32 ，高压油 41 进入锁模器总成 17 ，模具动模 7 与模具静模 6 被可靠锁紧，（锁模力： 18000kN ～ 50000k N ），注射缸 4 注射，（注射分段注射Ⅰ、注射Ⅱ、注射Ⅲ、保压，平均注射速率： 4000 ㎝ 3 /s — 6000 ㎝ 3 /s ）注射毕，分配器 4 开放，存贮缸 2 推进，（注射缸 4 随之快退）至前位自锁；熔融物料直接进入注射缸 4 ，注射缸慢退，当注射缸 4 到达设定料量，分配器 3 关闭，同时注射缸 4 微后退（防流涎），（此时存贮缸 2 又自由后退）至设定冷却时间，锁模器总成 17 的齿型推板 40 打开，压板 8 带动的模具动模 7 上升，大型复杂注塑制品的多个浇口从制品根部都被拉断（制品表面平整、无料把），压板 8 、模具动模 7 上升慢速转快速，取制品车 14 进入，模具动模 7 液压抽芯出，推板油缸 10 推动推板 8 及模具动模 7 的顶板顶出制品，成型制品落在取制品车 14 上，取制品车 14 后退至原位，模具动模 7 液压抽芯回位，自动终。

说明：

1 ）加热的射嘴 30 与模具静模 6 的模腔同在一个平面，调整射嘴 30 的电热器 29 ，可改变制品表面平整程度。

2 ）出模制品即为合格品，无需人工修整。本项目如配以自动码放机，将制品自动取走码放，即可实现无人值守、全自控的大型复杂注塑生产。

3 ）注射缸、存贮缸的予塑背压，以螺杆背压为基准进行换算，按换算值调定二者背压。

4 ）大型复杂注射成型的开模形式：⑴直接开模；⑵动模抽芯开模；⑶静模抽芯开模

3. 超大型复杂注射成型的创新点

3.1 技术创新

本论文阐述了一种创新的大型复杂热塑性塑料注射成型技术，在工艺、结构上有多项创新技术组合，对现有大型单射点注塑机技术在合模部分、注射部分、取制品机械手等方面都进行了重大改革。现有卧式单射点大型注塑机理论注射量一般最大为 50000cm 3 , 而本项技术的理论注射量可达 200000 cm 3 ；本论文阐述的模外热流道多点注射配合大型复杂模塑成型，注射路径优化，突破了诸多成型约束条件；锁模形式为内置多级增力的锁模器（ 4 组、 6 组、 8 组等）通过模具拉杆（导柱）直接对模具锁紧，锁模力可达 50000kN, 使大型复杂成型得以实现；在能耗及单机重量上本技术也有很大的优势，相同的注射量 50000 cm 3 机型，能耗为 480kW ，机器重量为 280 吨，本项技术能耗 200kW ，机器重 34 吨；现有单射点大型注塑机技术不能加工回收废塑料，而本项目技术可用原料生产、原料与回收料混合生产、全部为回收废塑料生产。

3.2 工艺创新  

(1). 模外热流道多点注射——大型复杂注射成型核心工艺

本论文模外热流道多点注射是大型复杂塑料注射成型的核心工艺创新，在大型模具外部设置多个射嘴直接对型腔注射，该模外热流道包括：热射嘴、热流道管、热流道弯头、大歧管、大歧管弯头、电加热器等，该模外热流道与模具固定连接，而进料的大歧管与注射缸上的分配器连接。注射过程熔融物料通过该系统直接对模具型腔注射，模塑流长比控制在 50 以下，成型路径优化，突破了成型约束条件，使大型复杂注射得以实现，而大型复杂制品无可见熔接痕，制品应力分布均匀。本模外热流道多点注射成型是对现有卧式单点大型注塑机的工艺革命，该单点大型注塑机最大理论注射量难以超过 50000 ㎝ 3 ，而本项技术最大注射量可达 200000 ㎝ 3 。

(2). 工艺的改良提高了机器加工能力和制品品质

由于模外热流道多点注射，成型路径优化，模塑流长比降低，熔融物料易于成型，尤其是解决了废旧塑料再成型大型制品以及熔融指数低的物料成型问题。工艺的改良使超大制品应力分布均匀，制品品质得以提高，本机可用原料生产、原料和回料混合生产、全部回料生产。

注射过程每个射点设出物料小于 4000g ，工艺状态合理，而现有技术大型注塑机，单一射点瞬间射出物料 20 ㎏以上，射嘴局部超过物料燃烧温度，浇口处有黑绺，制品性能劣化。

(3). 无人值守、全自控的大注塑生产

模外热流道多点注射的热射嘴其上表面与模具型腔同在一个平面上，开模时超大注塑制品的多个浇口从制品根部被拉断，制品表面平整、无料把，出模制品即为合格品，不需操作工人修整。在此基础上，配以自动码放机，将制品自动取走码放，即可实现无人值守、全自控的大型复杂注塑生产。

（ 4 ） . 连续不间断予塑

由于本机另外设计了存贮缸、分配器，工作过程螺杆予塑始终连续运转，而非现有技术注塑机料量制而螺杆停止。由于该工艺创新，本项目予塑螺杆仅为 ?110 ㎜，功耗 45kW ，而相同机型的传统注塑机螺杆 ?240 ㎜，功耗 200kW 。

（ 5 ） . 工艺节能特点

以工艺改良为先导，大面积应用蓄能器作为主动力源， PLC 精确调定各工况带载时间，使本机能耗同比降低 50% 以上。

（ 6 ） . 工艺安全性

本机半自动生产时，操作工在机器外面的取制品车上搬走制品；在全自动生产时，自动码放机自动取走制品，机器运转过程不存在操作工与机器互动情况，所以本机具有工艺安全性。而现国内大型注塑半自动生产时多为操作工进入机器内取出制品，存在极大安全隐患。

（ 7 ） . 加工废塑料工艺控制

加工回收废塑料情况复杂，如未经工艺实验，不能在直接投入生产。为此，必须制定加工废塑料的“预先工艺设计”，其主要内容：① . 详细了解客户的具体需求。② . 掌握本批次塑料回料的来源，品质、类别。③ . 进行必要的工艺小试。④ . 按生产批次，制定有针对性的工艺文件，指导生产，批量生产。

3.3 结构创新

(1). 创新的“锁模器”直接锁紧模具技术

机器大型模具下部设有“锁模器”（ 4 组， 6 组， 8 组等），通过模具拉杆（导柱）直接锁紧模具，该锁模器为内置多级增力的串联油缸，每组锁模器锁模力可达 6000kN 。锁模器为两侧设置，并不影响制品取出。而现有技术大型注塑机为机器整体对模具锁紧，机器庞大、笨重。同样注塑量 50000 ㎝ 3 ，本机重 34 吨，而传统机型重 280 吨。

(2). “平打立出”机器结构形式与自动取出制品机械手

本机为水平注射，立式合模，开模时“取制品车”进入模具内，制品落在该车上，取制品车自动退回。半自动生产时，操作工从该车上取走制品；全自动时自动码放机取走制品，这就是本机简捷的机械手设计。而现有技术大型卧式注塑机，需另外购买昂贵的取制品机械手，该机械手重达 10 余吨。

(3). 热缸密封技术

该技术来源于大型柴油机行业，本机的注射缸、存贮缸的热密封为多道稀土合金铸铁卡环，设计耐压分别为 200MPa 、 20Mpa ，运行寿命 4 × 10 6 m 。

(4). 独立的模具系统

大型复杂注射模具庞大笨重。在卧式大型注塑机安装、更换模具，费工费时，安全性差。而本项目模具为一独立系统，该系统包括：大歧管、热流道、模具、模具车、模温控制电气柜、模具车驱动装置。解除大歧管与分配器的约束，模具车系统即可沿着轨道移动，安装、更换大型模具十分简。

4. 项目技术产生的经济效益与社会效益

该项目在 2002 年得到国家科技部中小型创新基金的立项支持，获得无偿资助 113 万元，在国家大力支持下，公司全体员工努力奋斗，项目于 2005 年顺利通过验收，并完成销售 1800 万元。 2003 年项目还获得国家重点新产品证书。 2006 年在天津市成果转化中心立项，认定为天津市高新技术成果转化项目，可享受有关优惠政策待遇。

5. 结论 该项目技术曾多次申请国家发明专利及实用新型专利：

该项目技术具有如下优势：

•  国内最大注塑机型

•  降伏“电老虎”同比节电 50% 以上

•  超大型注塑机的重量仅为国内同类机型的 20%

•  注塑产品品质与进口设备产品品质相同

•  创新工艺，可消化回收废塑料，使资源重复利用

•  生产过程安全可靠，不存在“人机互动”

•  机器关键配置为国际品牌产品，从而保证了可靠的机器性能

•  巨大的市场需求优势

参考文献：

1. 《高分子材料成型加工》周飞达、唐颂超主编，中国轻工业出版社 2000 年

2. 《塑料加工实用手册》，北京：科学技术出版社， 1999 年

3. 《塑料模塑成型工艺》，杭州：浙江科学技术出版社， 1998 年

作者简介

汤庆薇，女， 53 岁，工学学士，天津市康库得机电技术有限公司 ,qwt66@126.com

孙丹阳，女， 24 岁，工学学士 , 天津市康库得机电技术有限公司 , SDY_HED@126.COM

李真， 女， 53 岁，工程师，天津市康库得机电技术有限公司 ,

段志刚，男， 26 岁，助理工程师 , 天津市康库得机电技术有限公司 , ZG_DUAN@126.COM

樊志江，男， 25 岁，助理工程师 , 天津市康库得机电技术有限公司 , MOYE_0_0_0@163.COM