王福玲

（天津市岱曼得科技發(fā)展有限公司）

生產(chǎn)設(shè)備及工藝的新進(jìn)展專輯

綠色發(fā)明創(chuàng)造的GLM-36000大型塑料包裝注射成型設(shè)備及工藝

王福玲

（天津市岱曼得科技發(fā)展有限公司）

簡(jiǎn)介了專用于塑料托盤、塑料垃圾桶等大型塑料包裝容器生產(chǎn)的GLM-36000主要技術(shù)指標(biāo)、綠色機(jī)構(gòu)、綠色成型工藝。創(chuàng)新發(fā)明低壓高速率和模外熱流道兩者組合的能源節(jié)約型的注射工藝，創(chuàng)新發(fā)明鎖模器直接獨(dú)立鎖模的機(jī)構(gòu)及控制的鋼材資源節(jié)約型的鎖模機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新發(fā)明獨(dú)立擠出塑化機(jī)構(gòu)及控制的高速成型周期的塑化機(jī)構(gòu)。創(chuàng)新鎖模的力學(xué)原理，突破傳統(tǒng)的拉桿力學(xué)的安全系數(shù)的設(shè)計(jì)理論，革新傳統(tǒng)的合模和鎖模合為一體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。綠色發(fā)明創(chuàng)造推動(dòng)了節(jié)能降耗型、資源節(jié)約型、廢塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)型等生態(tài)環(huán)境保護(hù)性能的大型塑料包裝注射成型設(shè)備及工藝的可持續(xù)發(fā)展。

塑料包裝 注射設(shè)備及工藝 綠色發(fā)明創(chuàng)造 生態(tài)環(huán)境保護(hù)

前 言

綠色物流、環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了綠色大型塑料包裝容器的推廣和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綠色化節(jié)能降耗、資源節(jié)約型的大型塑料包裝容器的注塑成型，成為持續(xù)發(fā)展大型塑料包裝容器需解決的綠色工程[1]。

本文簡(jiǎn)介專用于塑料托盤、塑料垃圾桶等大型塑料包裝容器注塑成型、獲得國家二項(xiàng)發(fā)明專利（ZL2005101360397,ZL200510136040）的大型塑料包裝注射成型設(shè)備及工藝的GLM-36000的主要技術(shù)指標(biāo)、綠色機(jī)構(gòu)、綠色成型工藝，分析了其推動(dòng)節(jié)能降耗、資源節(jié)約、廢塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)等生態(tài)環(huán)境保護(hù)性能的大型塑料包裝注射成型設(shè)備及工藝的發(fā)展的綠色技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成型實(shí)例證明了其綠色發(fā)明創(chuàng)造的鎖模器獨(dú)立直接鎖模、模外多點(diǎn)熱流道和蓄能器組合的低壓高速注塑、獨(dú)立擠出塑化高速等大注塑成型設(shè)備和工藝持續(xù)推動(dòng)了特大型塑料包裝注射工程的節(jié)能降耗的生態(tài)環(huán)境保護(hù)的綠色革命。

1 GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)綠色發(fā)明的成型工藝，滿足塑料托盤、塑料垃圾桶等大型塑料包裝容器的注射成型，確定GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)（表1）。

2 綠色發(fā)明創(chuàng)造GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)的綠色機(jī)構(gòu)

GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)的機(jī)構(gòu)的綠色創(chuàng)新以現(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)、清潔生產(chǎn)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)，圍繞綠色材料、綠色結(jié)構(gòu)、綠色制造、綠色成型加工、綠色能耗、綠色再制造、綠色維修等諸方面，預(yù)先防止注塑成型工程對(duì)生態(tài)、環(huán)境、能耗、資源、清潔等產(chǎn)生負(fù)作用，向高能效、低能耗、低消耗、低碳排放的綠色模式科學(xué)發(fā)展，提高能源和其他資源的利用效率、減少環(huán)境污染等技術(shù)體系，全方位達(dá)到設(shè)備與人、自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境的和諧共生[2]。

機(jī)械機(jī)構(gòu)的綠色創(chuàng)新的目標(biāo)是降低鋼材資源的消耗，實(shí)現(xiàn)鋼材資源、能源節(jié)約型制造，技術(shù)核心是創(chuàng)新及發(fā)明綠色機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制造[3][4]。

液壓機(jī)構(gòu)（系統(tǒng)）的綠色創(chuàng)新的目標(biāo)是降低系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)液壓資源節(jié)約型制造，提高液壓能源效率，技術(shù)核心是創(chuàng)新液壓動(dòng)力源和傳動(dòng)系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)及制造[3][4]。

整體結(jié)構(gòu)形式：立式鎖（合）模機(jī)構(gòu)，臥式注射塑化機(jī)構(gòu)，兩者成“L”型排列。獨(dú)立液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源。

圍繞上述方面，創(chuàng)新及發(fā)明綠色機(jī)構(gòu)。

2.1 綠色發(fā)明創(chuàng)新的鋼材資源節(jié)約型制造的立式直接對(duì)模具鎖（合）模機(jī)構(gòu)

創(chuàng)新資源節(jié)約型的特大型鎖模力的鎖（合）模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，簡(jiǎn)化鎖（合）模機(jī)構(gòu)制造。合模鎖模機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋼材資源節(jié)約型制造的根本是革新合模、鎖模的原理，在此基礎(chǔ)上綠色發(fā)明創(chuàng)新鋼材資源節(jié)約型制造的機(jī)構(gòu)。在傳統(tǒng)的合模鎖模的原理及機(jī)構(gòu)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，不可能實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的大幅度降低制造的鋼材資源。

鋼材資源節(jié)約型制造的綠色立式鎖（合）模機(jī)構(gòu)。鎖模的本質(zhì)是鎖緊模具，移模的本質(zhì)是移動(dòng)模具和啟模。本項(xiàng)目根據(jù)這工作原理，突破傳統(tǒng)的鎖（合）模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論，把傳統(tǒng)的移模、合模壓緊模具和鎖緊模具兩個(gè)功能為一體的結(jié)構(gòu)分為各自獨(dú)立的兩個(gè)機(jī)構(gòu)：

1）立式移模油缸實(shí)現(xiàn)移模和合模壓緊模具，四根立式柱子受力產(chǎn)生彈性力壓緊模具，移模行程如全液壓注塑機(jī)那樣不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制，可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行制造。四根立式柱子的主要功能是穩(wěn)定合模機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)，無關(guān)于機(jī)構(gòu)的彈性力學(xué)性能，柱子直徑僅為160mm。

2）鎖模器高壓直接獨(dú)立鎖緊模具。自主綠色發(fā)明的“鎖模器”為項(xiàng)目核心技術(shù)之一。實(shí)現(xiàn)鎖模力的“鎖模器”與模具為一體，獨(dú)立設(shè)置，安裝于合模部件機(jī)架的下模具安裝架上，“鎖模器”在高壓油作用下，拉緊模具拉桿（導(dǎo)柱），模具拉桿（導(dǎo)柱）產(chǎn)生彈性變形，實(shí)現(xiàn)直接鎖緊模具，鎖緊行程極短，如肘桿機(jī)構(gòu)那樣瞬時(shí)高速鎖緊及節(jié)能的綠色性能。鎖模器為兩側(cè)設(shè)置，并不影響制品取出。鎖模器產(chǎn)生鎖緊力與立式移（合）模整體機(jī)構(gòu)的四根立式柱子不相關(guān)。鎖模器本體為多層結(jié)構(gòu)多級(jí)增壓，通過層數(shù)的增減，實(shí)現(xiàn)不同的本體鎖緊力。鎖模器數(shù)字化疊加組合，實(shí)現(xiàn)不同的整體鎖緊力。每組（兩個(gè)）鎖緊力最大可達(dá)8000 kN×2=16000 kN。鎖模器組可根據(jù)成型需要成對(duì)靈活配置，例如，配置四組，鎖緊力為8000 kN×4=32000 kN；配置八組，鎖緊力為8000 kN×8=64000 kN；配置十組，鎖緊力可達(dá)8000 kN×10=80000 kN。

3）鋼材資源節(jié)約型制造的綠色機(jī)架。機(jī)架不承受模具的鎖緊力，主要只承受移模油缸對(duì)模具的壓緊力及模具、立柱等重量，所以采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，大幅降低了制造的鋼材及加工量。

2.2 綠色創(chuàng)新的提高能源效率的蓄能器輔佐動(dòng)力的液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

充分應(yīng)用蓄能器輔佐動(dòng)力的液壓節(jié)能的新技術(shù)，大幅度降低系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝載功率，降低了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能耗。

液壓溢流轉(zhuǎn)化為液壓動(dòng)力源。超大型注塑機(jī)泵源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般都為定量泵系統(tǒng)，制品成型冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，傳統(tǒng)的根據(jù)注射速度全額配置的泵源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率主要導(dǎo)致三個(gè)方面的能源浪費(fèi)：泵源在制品冷卻階段排出液流全部通過溢流閥返回油箱，液壓系統(tǒng)發(fā)熱，導(dǎo)致能源浪費(fèi)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)在制品冷卻階段做無成型需要的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且處于低負(fù)載狀態(tài)，電機(jī)的功率因數(shù)約為0.3左右，電能利用效率大幅下降；裝載功率很大，裝載功率浪費(fèi)大，制造成本高，電機(jī)利用率低。通過蓄能器把系統(tǒng)的液壓溢流轉(zhuǎn)化為液壓動(dòng)力源。

蓄能器輔佐動(dòng)力大幅度降低系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝載功率。GLM-36000為低壓高速注塑，達(dá)到5000cm3/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1200L/min，電機(jī)驅(qū)動(dòng)總功率需220kW。

根據(jù)該機(jī)成型的特點(diǎn)，注射液壓油路配置了7個(gè)100L的大容量蓄能器作驅(qū)動(dòng)力，注射油缸油液160L，給蓄能器充油時(shí)間60s，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。

在啟模液壓回路上加了一個(gè)100L的蓄能器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高速啟模，縮短成形周期，。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。

液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源的電機(jī)功率為37kW，北京華德A7V斜軸式軸向柱塞變量泵，相當(dāng)于普通1000g注塑機(jī)的泵源的裝載功率。

充液閥節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。在移模的無桿腔回路上，應(yīng)用大容量充液閥及獨(dú)立儲(chǔ)油箱，減少了高速移模對(duì)系統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝載及液壓能源的流量需求。

2.3 綠色創(chuàng)新的節(jié)能高效的臥式獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)的擠出注射（擠注）復(fù)合機(jī)構(gòu)

塑化時(shí)間獨(dú)立于成形周期之外，即不影響成形周期，又能滿足塑化量的要求。連續(xù)不間斷予塑突破了大型注塑機(jī)的塑化量依賴于塑化螺桿直徑的傳統(tǒng)原理，實(shí)現(xiàn)用小直徑螺桿塑化達(dá)到期望的塑化量，實(shí)現(xiàn)鋼材資源節(jié)約型制造，大幅度降低了塑化裝載功率。擠注復(fù)合系統(tǒng)主要由擠出塑化、擠出儲(chǔ)料缸、柱塞注料缸、注射缸、熔融料流道開關(guān)。

連續(xù)不間斷塑化指在整個(gè)注射成形過程，塑化動(dòng)作獨(dú)立，塑化螺桿始終運(yùn)轉(zhuǎn)(ZL20121020353 4.5)。

熔融料流道開關(guān)閉合情況下，擠出螺桿塑化的熔融料進(jìn)入擠出儲(chǔ)料筒，熔融料流道開關(guān)打開，擠出儲(chǔ)料缸中熔融料及擠出塑化的熔融料共同進(jìn)入柱塞注料缸儲(chǔ)料，聯(lián)結(jié)為一體的柱塞和注射活塞一起后退，達(dá)到設(shè)定位置，熔融料流道開關(guān)閉合，然后柱塞注射熔融料進(jìn)入模腔。塑化不停止連續(xù)工作，向擠出儲(chǔ)料缸儲(chǔ)料。

表1 GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)（Q/12XQ0869-2013 ）

塑化工藝創(chuàng)新，GLM-36000塑化螺桿僅為?110mm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率45kW，而相同機(jī)型的傳統(tǒng)注塑機(jī)螺桿?240mm，驅(qū)動(dòng)功率需200kW，前者的塑化驅(qū)動(dòng)功率僅約為后者的1/4。塑化螺桿直徑的減小，隨之一系列的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減小及簡(jiǎn)化，鋼材用量可下降約70%。

根據(jù)超大型塑料包裝制品成型的特點(diǎn)，以注射成型工藝創(chuàng)新為突破口，對(duì)傳統(tǒng)超大型注塑機(jī)的注射成型的工藝進(jìn)行改革創(chuàng)新，把注射成型、擠出塑化、中空儲(chǔ)料、熱流道技術(shù)、高速節(jié)能注射機(jī)構(gòu)、蓄能器節(jié)能儲(chǔ)能技術(shù)等現(xiàn)代的新技術(shù)新工藝有機(jī)結(jié)合起來，創(chuàng)新大注塑的擠注復(fù)合系統(tǒng)。

塑化注射機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)?chuàng)新：突破傳統(tǒng)的塑化處在成型周期的工序鏈中、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源由主機(jī)提供的形式，創(chuàng)新開發(fā)獨(dú)立電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿擠出塑化的節(jié)能高效的高速的塑化機(jī)構(gòu)。液壓柱塞注射,多點(diǎn)熱流道低壓注射，群組蓄能器驅(qū)動(dòng)液壓液壓柱塞推動(dòng)射出液壓柱塞的節(jié)能高速注射機(jī)構(gòu)。

整體結(jié)構(gòu)形式。整個(gè)擠注復(fù)合系統(tǒng)采用臥式橫排的結(jié)構(gòu)形式，獨(dú)立安裝在平臺(tái)上，與合模部件為模塊化組合。

不占用主機(jī)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的裝載功率的電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)塑化，同比常規(guī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的設(shè)置形式，降低了空載功率，提高了能源效率。

2.4 創(chuàng)新鎖模拉桿力學(xué)設(shè)計(jì)理論實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型綠色力學(xué)設(shè)計(jì)

鎖模器受力拉桿的安全系數(shù)。鎖模器與模具為一體，大幅縮短了鎖模器中心的受力拉桿的長(zhǎng)度，同時(shí)由于模具剛度遠(yuǎn)大于拉桿剛度，加工中心制造的高精度拉桿、鎖模器、模具，上述三個(gè)主要因素優(yōu)化了拉桿工作環(huán)境，大幅度減少了外在因素對(duì)拉桿的工作強(qiáng)度、剛度的干擾因素。單個(gè)鎖模器產(chǎn)生8000 kN鎖模力，鎖模器中心的受力拉桿直徑112mm、長(zhǎng)度2000mm、材料Cr12、危險(xiǎn)截面直徑100mm、表面硬度HRC60，芯部硬度HRC55，材料抗拉強(qiáng)度1850MPa，危險(xiǎn)截面拉桿抗拉應(yīng)力1019MPa，危險(xiǎn)截面不計(jì)工作干擾因素，根據(jù)上述對(duì)拉桿運(yùn)行的力學(xué)工況，拉桿的抗拉安全系數(shù)1850/1019=1.63。抗拉安全系數(shù)按常規(guī)的0.8的折算系數(shù)，則安全系數(shù)僅為1.31，不符合傳統(tǒng)的拉桿力學(xué)的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，但達(dá)到實(shí)際運(yùn)行的工況要求。

如按照傳統(tǒng)注塑機(jī)機(jī)構(gòu)的拉桿及傳統(tǒng)的拉桿力學(xué)設(shè)計(jì)理論，危險(xiǎn)截面抗拉安全系數(shù)2.5以上，危險(xiǎn)截面承受8000 kN鎖模力的單件拉桿直徑需240mm。

可見，鎖模器的鎖模拉桿力學(xué)設(shè)計(jì)理論突破了注塑機(jī)拉桿的傳統(tǒng)拉桿力學(xué)的安全系數(shù)的設(shè)計(jì)理論，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約型綠色力學(xué)設(shè)計(jì)。

2.5 整機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的綠色優(yōu)勢(shì)

綠色低碳排放的經(jīng)濟(jì)型制造。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型規(guī)臥式注塑機(jī)為實(shí)現(xiàn)特大型鎖模力，特別是模板和拉桿兩大件的制造面臨許多難以克服的技術(shù)、材料、加工機(jī)床等難題。

本課題用鎖模器組合實(shí)現(xiàn)鎖模力數(shù)字化疊加，鎖模機(jī)構(gòu)不需臥式注塑機(jī)合模結(jié)構(gòu)型的特大型鑄造的三塊模板模板及四件特大規(guī)格的拉桿，不需特大型制造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型制造，同時(shí)大幅降低了制造產(chǎn)生的碳排放量。

節(jié)約土地資源，降低運(yùn)輸能耗。注射成型工藝的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)設(shè)備機(jī)械機(jī)構(gòu)的鋼材資源節(jié)約型制造，大幅降低了設(shè)備的重量，從而大幅度降低了運(yùn)輸及安裝等使用成本。現(xiàn)有技術(shù)的大型注塑機(jī)越龐大越笨重，而且難以運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝，且價(jià)格昂貴，還需專門設(shè)計(jì)廠房。現(xiàn)國內(nèi)臥式、單射點(diǎn)大型注塑機(jī)理論注射量5000cm3，鎖模部件約重200噸，整機(jī)300噸，本機(jī)鎖模部件僅重30噸，整機(jī)38噸。輕量化的GLM-36000可在普通工業(yè)廠房安裝，可用普通車輛運(yùn)輸。

數(shù)量級(jí)降低了液、電物質(zhì)資源的消耗，提高了機(jī)構(gòu)的清潔度?，F(xiàn)國內(nèi)臥式、單射點(diǎn)注射量5000cm3機(jī)型，裝載功率約為580kW，動(dòng)力源電機(jī)裝載功率325kW以上。GLM-36000裝載功率僅為172kW，不到前者的1/3；動(dòng)力源電機(jī)裝載功率37kW，約為前者的1/9。

鎖模機(jī)構(gòu)綠色剛度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鋼材資源節(jié)約型鎖模機(jī)構(gòu)制造。大型塑料包裝容器的注射成型為普通精度注射成型，注射的漲模量設(shè)計(jì)值為0.10mm，以此漲模量設(shè)計(jì)鎖模機(jī)構(gòu)的剛度，較大幅度降低了模具、拉干等剛度相關(guān)件的鋼材用量。

機(jī)構(gòu)清潔化。簡(jiǎn)化了液、電系統(tǒng)的制造、加工、裝配，減少了污染源及污染點(diǎn)，提高了清潔成型的環(huán)境度。多層結(jié)構(gòu)多級(jí)增壓的鎖模器，實(shí)現(xiàn)液壓能的傳動(dòng)系統(tǒng)緊湊化、小型化，大幅減少了液壓污染因素及液壓傳動(dòng)噪聲。鎖模器模塊化組合提高了綠色清潔保養(yǎng)維修的成本。

3 綠色發(fā)明創(chuàng)造的GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)的綠色成型工藝

GLM-36000成型工藝基礎(chǔ)源于美國UNIVERSAL，在消化吸收基礎(chǔ)上再創(chuàng)新發(fā)明。綠色注射成型工藝的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，節(jié)能降耗成型的核心技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低壓高速率注射[3][4]。

綠色成型周期工藝的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的無人值守、全自控，技術(shù)核心是實(shí)現(xiàn)智能取件及堆碼。

綠色動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)是液壓系統(tǒng)無溢流損耗、電力系統(tǒng)電能得到充分利用。

圍繞上述方面，創(chuàng)新的綠色成型工藝。

3.1 綠色創(chuàng)新的成型工序

擠出塑化由電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)傳動(dòng)螺桿連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)塑化，熔融物料可進(jìn)入存儲(chǔ)缸及注射缸。

自動(dòng)過程開始的必要條件：動(dòng)模板處上位，鎖塊處后位，注射缸料量到，分配器關(guān)閉，取制品車處后位。（此時(shí)熔融物料進(jìn)入存儲(chǔ)缸，存儲(chǔ)缸自由后退。）

自動(dòng)過程：自動(dòng)始，動(dòng)模板壓下、合（移）模（快速轉(zhuǎn)慢速），壓緊模具，模具鎖塊卡緊模具，鎖模器運(yùn)行并高壓鎖緊模具，注射柱塞推動(dòng)熔融料經(jīng)過多點(diǎn)熱流道射進(jìn)模腔（注射分段：注射Ⅰ，注射Ⅱ，保壓），注射結(jié)束，分配器開放，存儲(chǔ)缸推進(jìn)（注射缸快退至前位自鎖），熔融物料直接進(jìn)入注射缸，當(dāng)注射缸到料量，分配器關(guān)閉，同時(shí)注射缸微后退（防流誕），（此時(shí)存儲(chǔ)缸又自由后退）至設(shè)定冷卻時(shí)間。分配器關(guān)閉，鎖模器高壓開模，模具鎖塊解鎖，動(dòng)模板上升，（慢速轉(zhuǎn)快速），取制品車進(jìn)入，制品經(jīng)推料桿頂出，制品落入取制品車，取制品車后退至原位，自動(dòng)碼放。制品取出，進(jìn)入下一成型周期。

3.2 創(chuàng)新發(fā)明節(jié)能降耗的連續(xù)不間斷塑化的綠色技術(shù)

連續(xù)不間斷塑化指在整個(gè)注射成形過程，塑化動(dòng)作獨(dú)立，塑化螺桿始終運(yùn)轉(zhuǎn)(ZL20121020353 4.5)。熔融料流道開關(guān)閉合情況下，擠出螺桿塑化的熔融料進(jìn)入擠出儲(chǔ)料筒，熔融料流道開關(guān)打開，擠出儲(chǔ)料缸中熔融料及擠出塑化的熔融料共同進(jìn)入柱塞注料缸儲(chǔ)料，聯(lián)結(jié)為一體的柱塞和注射活塞一起后退，達(dá)到設(shè)定位置，熔融料流道開關(guān)閉合，然后柱塞注射熔融料進(jìn)入模腔。塑化不停止連續(xù)工作，向擠出儲(chǔ)料缸儲(chǔ)料。

塑化時(shí)間獨(dú)立于成形周期之外，即不影響成形周期，又能滿足塑化量的要求。連續(xù)不間斷予塑突破了大型注塑機(jī)的塑化量依賴于塑化螺桿直徑的傳統(tǒng)原理，實(shí)現(xiàn)用小直徑螺桿塑化達(dá)到期望的塑化量，實(shí)現(xiàn)鋼材資源節(jié)約型制造，大幅度降低了塑化裝載功率。

塑化工藝創(chuàng)新，GLM-36000塑化螺桿僅為?110㎜，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率45kW，而相同機(jī)型的傳統(tǒng)注塑機(jī)螺桿?240㎜，驅(qū)動(dòng)功率需200kW，前者的塑化驅(qū)動(dòng)功率僅約為后者的1/4。塑化螺桿直徑的減小，隨之一系列的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減小及簡(jiǎn)化，鋼材用量可下降約70%。

3.3 熱流道技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能低壓注射及回料循環(huán)利用

現(xiàn)臥式單射點(diǎn)大型注塑機(jī)成型復(fù)雜制品均采用模內(nèi)熱流道形式，造價(jià)高，加工復(fù)雜。

本項(xiàng)目綠色發(fā)明的模外熱流道多點(diǎn)注射是對(duì)現(xiàn)有臥式單點(diǎn)大型注塑機(jī)的工藝革命。注射缸通過大歧管、模外熱流道多射點(diǎn)同時(shí)向模具注射。

降低注射壓力是降低注射能耗的關(guān)鍵，熱流道技術(shù)是降低注射能耗的關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)出一套數(shù)字化模外熱流道多點(diǎn)注射技術(shù)。注射過程熔融物料通過該系統(tǒng)直接對(duì)模具型腔注射，控制模塑流長(zhǎng)比，使成型路徑優(yōu)化，突破了成型約束，使大型、超大型復(fù)雜注射成型得以實(shí)現(xiàn)，且制品應(yīng)力分布均勻。

模外熱流道多點(diǎn)注射，成型路徑優(yōu)化，模塑流長(zhǎng)比降低，熔融物料易于成型，尤其是解決了廢舊塑料再成型大型制品以及熔融指數(shù)低的物料成型問題。

工藝的改良使超大制品應(yīng)力分布均勻，制品品質(zhì)得以提高，機(jī)器可用原料生產(chǎn)、原料和回料混合生產(chǎn)、全部回料生產(chǎn)。數(shù)量級(jí)降低了整機(jī)的成型能耗及推動(dòng)回料循環(huán)利用的綠色革命。

3.4 機(jī)械手自動(dòng)取件

自主開發(fā)專用取件“機(jī)械手”，有效減少操作工人數(shù)，降低人工成本。

本機(jī)為水平注射，立式合模，開模時(shí)“機(jī)械手”進(jìn)入模具內(nèi)，“機(jī)械手”自動(dòng)取出制品。半自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，操作工從該車上取走制品；全自動(dòng)時(shí)自動(dòng)碼放機(jī)取走制品。

現(xiàn)有技術(shù)大型臥式注塑機(jī)，一般都為人工取出制品。如需取出制品用機(jī)械手，需另外購買昂貴的通用的取制品機(jī)械手，該機(jī)械手重達(dá)10余噸。

3.5 智能堆碼

自動(dòng)碼放機(jī)完成制品碼放，行程閉環(huán)的無人值守、全自控的大注塑生產(chǎn)。

自動(dòng)碼放機(jī)的傳感器檢查“取制品機(jī)械手”工作狀態(tài)；當(dāng)“取制品機(jī)械手”取出制品時(shí)，自動(dòng)碼放機(jī)按照設(shè)定程序動(dòng)作(非智能型)，機(jī)械臂夾住制品，機(jī)械臂在空間做出X向，Y向，Z向三維動(dòng)作，沿機(jī)器出模側(cè)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼放托盤產(chǎn)品1-10摞，每摞設(shè)定高1m-3m，大于一個(gè)班產(chǎn)量。自動(dòng)碼放機(jī)為PLC控制，可以設(shè)定碼放位置，碼放高度，接近碼放容量時(shí)報(bào)警，提示操作工將生產(chǎn)的制品及時(shí)運(yùn)走。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼放實(shí)現(xiàn)了GLM-36000無人值守的全自動(dòng)生產(chǎn)形式，沿出模側(cè)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼放托盤產(chǎn)品8摞，每摞高3m，大于一個(gè)班的產(chǎn)量。

現(xiàn)國內(nèi)臥式、單射點(diǎn)大型注塑機(jī)均為人工操作生產(chǎn)，尚達(dá)不到無人值守、全自動(dòng)生產(chǎn)的水平。

3.6 成型工藝的綠色優(yōu)勢(shì)

節(jié)能降耗綠色成型。GLM-36000機(jī)器總裝載功率為172千瓦，改變了單點(diǎn)、臥式大型注塑機(jī)總裝載功率為400-600千瓦“電老虎”耗能模式，成型同類塑料包裝容器同比節(jié)電50%，注塑量愈大，節(jié)電效果更顯著。

促進(jìn)廢塑料回收利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。廢塑料回收處理的任務(wù)已經(jīng)成為急待重視的問題。GLM-36000可用全部回料生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢塑料資源化，促進(jìn)了廢塑料再生利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)降低了塑料包裝容器的生產(chǎn)成本，推動(dòng)了大型塑料包裝容器的發(fā)展和推廣應(yīng)用。

推動(dòng)超大型塑料包裝容器的發(fā)展和應(yīng)用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。660L、1000L的垃圾箱，受制于成型設(shè)備、能耗等高成本的因素，發(fā)展緩慢。GLM-36000設(shè)備及成型工藝，可大幅降低該類垃圾箱的成型成本，加快發(fā)展和應(yīng)用，有利于推動(dòng)凈化生態(tài)環(huán)境的科技進(jìn)步。

4 GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)成型實(shí)例

熱流道：8點(diǎn)；口徑?20。

制品1：240L塑料垃圾桶。外形尺寸：650mm×680mm×1050mm；投影面積：650mm×680mm；質(zhì)量：12.5kg；成型原料及原料種類：HDPE。

成型周期：3min。成型鎖模力(可調(diào)，針對(duì)于該制品)：15000kN；注射壓力：65MPa；注射速度：100mm/s；注射速率：2100cm3/s；成型綜合單位電耗（液壓能耗、塑化能耗、取件能耗）：0.18kWh/kg。

制品2：1.2m×1.0m川字塑料托盤。外形尺寸：1200mm×1000mm×165mm；投影面積：1200mm×1000mm；質(zhì)量：15kg；成型原料及原料種類：HDPE。

成型周期：3.5min。成型鎖模力(可調(diào)，針對(duì)于該制品)：27000kN；注射壓力：65MPa；注射速度：100mm/s；注射速率：2100cm3/s；成型綜合單位電耗（液壓能耗、塑化能耗、取件能耗）：0.17kWh/kg。

成型實(shí)例的綠色生態(tài)環(huán)境保護(hù)的性能分析：1）節(jié)能低能耗成型。上述兩個(gè)成型實(shí)例的注射壓力僅為65MPa，而在單點(diǎn)注射的普通臥式大型注塑機(jī)上成型，注射壓力約為150MPa，約為前者的44%。單點(diǎn)注射的普通臥式大型注塑機(jī)上成型240L塑料垃圾桶的鎖模力約需25000kN，成型1.2m×1.0m川字塑料托盤的鎖模力約需45000 kN，GLM-36000成型上述兩種產(chǎn)品的鎖模力僅為單點(diǎn)注射的普通臥式大型注塑機(jī)鎖模力的60%。

GLM-36000成型上述兩種產(chǎn)品同比普通臥式大型注塑機(jī)的注射和鎖模兩工序的能耗相應(yīng)降低ΔP：

式中：

PA：GLM-36000注射和鎖模兩工序成型的能耗，PA=注射壓力·鎖模力，Mpa·kN；

PB：?jiǎn)吸c(diǎn)注射的普通臥式大型注塑機(jī)注射和鎖模兩工序成型的能耗，PB=注射壓力·鎖模力，Mpa·kN；

制品1，ΔP：

制品2，ΔP：

綠色成型綜合單位電耗。國家塑料機(jī)械行業(yè)注塑機(jī)能耗Ⅰ級(jí)指標(biāo)≤0.4kWh/kg。“廣東省塑料注射制品單位制品能源消耗限額（試行）”中提出了更高指標(biāo)，規(guī)定產(chǎn)品工藝溫度≥200℃，注射工序單位產(chǎn)品電耗先進(jìn)值指標(biāo)270kWh/t（0.27kWh/kg）。本文兩個(gè)成型實(shí)例的單位產(chǎn)品電耗為0.17～0.18kWh/kg，約為國家塑料機(jī)械行業(yè)注塑機(jī)能耗Ⅰ級(jí)指標(biāo)的43%，約為廣東省塑料注射制品單位制品能源消耗限額（試行）電耗先進(jìn)值指標(biāo)的約63%。

2）高速高效綠色成型

兩個(gè)產(chǎn)品在單點(diǎn)注射的普通臥式大型注塑機(jī)上成型周期約需7～8min，GLM-36000成型上述兩種產(chǎn)品同比普通臥式大型注塑機(jī)的成型周期縮短了約50%。

上述成型實(shí)例的能耗分析說明：GLM-36000綠色發(fā)明創(chuàng)造的GLM-36000大型塑料包裝注射成型機(jī)8點(diǎn)熱流道和蓄能器組合實(shí)現(xiàn)低壓高速節(jié)能降耗注塑；獨(dú)立塑化擠出縮短成型周期并提高電能利用率；多層增壓的鎖模器降低了液壓能消耗并實(shí)現(xiàn)液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)。節(jié)能降耗組成中反映出，注射和鎖模兩工序成型的能耗的降低占了能耗降低比例中的90%以上，說明大注塑的節(jié)能降耗首選要綠色發(fā)明創(chuàng)造成型工藝，才能獲得顯著的節(jié)能降耗得綠色效果。

結(jié) 語

GLM-36000研究成果總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。GLM-36000為新型復(fù)合注塑設(shè)備，企業(yè)制訂了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并通過審定及備案，以保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：Q/12 XQ0869-2013。

GLM-36000適于以廢舊塑料為原料的成型塑料托盤、大型塑料垃圾箱等環(huán)保產(chǎn)品生產(chǎn)，發(fā)展了塑料廢棄物循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，綠色經(jīng)濟(jì)效益顯著。GLM-36000鋼材資源節(jié)約型制造、能源資源節(jié)約型成型的綠色發(fā)明創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的大型塑料包裝容器注射成型設(shè)備及工藝的綠色革命，推動(dòng)了特大型塑料包裝注射工程的節(jié)能降耗的生態(tài)環(huán)境保護(hù)的綠色革命。

[1] 寧曉琴. 塑料中空容器行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].塑料包裝，2014,1:12～14；

[2] 張友根.多層共擠中空塑料成型機(jī)綠色技術(shù)的分析研究[J].塑料工業(yè)，2013,S1（9）：16～30；

[3] 張友根. 注塑機(jī)綠色設(shè)計(jì)的分析研究（上）[J]. 橡塑技術(shù)與裝備，2014，40（2）：11～26；

[4] 張友根. 注塑機(jī)綠色設(shè)計(jì)的分析研究（下）[J]. 橡塑技術(shù)與裝備，2014，40（4）：9～20。

GLM-36000 large plastic packaging injection molding equipment and process of green invention creation

Wang Fuling
（Tianjin Deman science and technology development co., LTD.）

Introduces the main technical indexes and green mechanism and green molding technology of large plastic packaging container production GLM-36000 to the dedicated to plastic trays and plastic bins。Innovation of low-pressure high rate and mold hot runner injection technology of combination of energy saving, innovation clamping apparatus directly independent clamping mechanism and control of steel resource-conserving clamping mechanism, independent innovation extrusion plasticizing mechanism and control of the plasticizing mechanism of high-speed molding cycle. The mechanical principle of the innovation lock mode breaks through the design theory of the safety coefficient of traditional pull rod mechanics, and innovates the traditional design of the combination of mold and locking. Green innovation to promote the energy saving, resource conservation, waste plastics recycling economy and ecological environment protection performance of large plastic injection molding equipment and process of sustainable development.

plastic packaging; injection equipment and process; green invention creation; ecological environment protection