注塑機(jī)異步伺服節(jié)能改造

注塑機(jī)又稱作注射成型機(jī)或注射劑。它是將熱塑性塑料或熱固性用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。有立式、臥式、角式等幾個(gè)類型。注塑機(jī)具有能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質(zhì)地密致的塑料制品的能力，被廣泛應(yīng)用于國防、機(jī)電、汽車、交通運(yùn)輸、建材、包裝、農(nóng)業(yè)、文教衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域。
一、注塑機(jī)工藝流程

通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳達(dá)動(dòng)系統(tǒng)、 電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。
圖一 注塑機(jī)系統(tǒng)
射出成型工程主要包括4道工序：填充、保壓、冷卻、脫模。這四個(gè)階段直接決定制品的成型質(zhì)量，而且這四個(gè)階段是一個(gè)完成的連續(xù)過程。
1、填充階段
填充是整個(gè)注塑循環(huán)過程中的第一步，時(shí)間從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔填充到大約95%為止。理論上，填充時(shí)間越短，成型效率越高，但是實(shí)際中，成型時(shí)間或者注塑速度要受到很多條件的制約。
2、保壓階段
保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實(shí)熔體，增加塑料密度（增密），以補(bǔ)償塑料的收縮行為。
3、冷卻階段
在注塑成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。這是因?yàn)槌尚退芰现破分挥欣鋮s固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產(chǎn)生變形。由于冷卻時(shí)間占整個(gè)成型周期約70%～80%，因此設(shè)計(jì)良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時(shí)間，提高注塑生產(chǎn)率，降低成本。設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會(huì)使成型時(shí)間拉長，增加成本；冷卻不均勻更會(huì)進(jìn)一步造成塑料制品的翹曲變形。
4、脫模階段
脫模是一個(gè)注塑成型循環(huán)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。雖然制品已經(jīng)冷固成型，但脫模還是對制品的質(zhì)量有很重要的影響，脫模方式不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在脫模時(shí)受力不均，頂出時(shí)引起產(chǎn)品變形等缺陷。
二、傳統(tǒng)液壓式注塑機(jī)的缺陷：
液壓驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)在各階段所需壓力和流量都是變化的，當(dāng)注塑機(jī)的油量需求發(fā)生變化時(shí)，由設(shè)在油泵出口的比例流量閥和比例壓力溢流閥來調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和流量，提供各油缸和液力馬達(dá)所需的推力，壓力方向和移動(dòng)速度。油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的轉(zhuǎn)速的乘積，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，油泵電機(jī)的輸出功率不變，多余的液壓油通過壓力比例閥和溢流閥流回油箱，即使空載（如冷卻）也是如此，這樣，節(jié)流功率損失非常大，效率很低，一般只有60％-70％，因而造成能量浪費(fèi)，同時(shí)由于液壓油長期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件，機(jī)械件的劇烈磨擦，造成油溫過高，噪音過大等系列問題，機(jī)器壽命亦縮短。
電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)部分：①液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗 ，②加熱器的電能消耗 ③循環(huán)冷卻水泵的電能消耗（在注塑車間內(nèi)，一般多臺(tái)注塑機(jī)共用一臺(tái)冷卻水泵），其中液壓油泵電機(jī)的用電量占整個(gè)注塑機(jī)用電量的80％以上，所以降低其耗電量是注塑機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵。
三、注塑機(jī)變頻改造后的優(yōu)點(diǎn)：
變頻器控制的油泵電機(jī)從根本上克服了傳統(tǒng)注塑機(jī)能量浪費(fèi)的弊病，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟著發(fā)生變化，從而使定量油泵排出的油流量發(fā)生變化，即“需要多少供給多少，從而節(jié)約了大量的電能。根據(jù)注塑制品的不同，節(jié)電率達(dá)20％-70％。
四、改造方案簡述
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價(jià)與信賴。通過一些專家的測試和改良，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：將用來控制調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的電量信號，進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后作為變頻器輸出頻率的給定信號，或是將注塑機(jī)的鎖模、射膠、熔膠、冷卻、開模等工藝過程控制信號進(jìn)行處理后作為變頻器的多段速或程序控制信號（也是變頻器輸出頻率的給定信號），以此調(diào)節(jié)方式來滿足注塑機(jī)各種工藝對供油壓力和流量的要求，并達(dá)到節(jié)能的目的。(見圖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，我公司特別研究開發(fā)了針對注塑機(jī)壓力、流量雙信號控制的電流轉(zhuǎn)換卡，它能根據(jù)注塑機(jī)各個(gè)不同工作環(huán)節(jié)的流量、壓力要求不同可將輸入的0-1A電流信號轉(zhuǎn)換為0-10V的電壓信號（圖3），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。

五、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。
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。對小型注塑機(jī)也輥對變頻器響應(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 如何正確取得控制信號，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（見圖4）。

圖4 變頻器控制流程圖

圖5 案例現(xiàn)場照片
六、現(xiàn)場改造的幾點(diǎn)技術(shù)問題
目前市場上各種注塑機(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)場改造中出現(xiàn)了一些具體問題，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)。
1、 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?，F(xiàn)象，并可以通過提高變頻載波頻率來降低尖嘯聲。
2、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)絕緣等級均在B級或F級以上，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。
3、對注塑機(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，這就需要我們在現(xiàn)場采取一些對策解決干擾問題。干擾源主要有下面兩個(gè)方面:(1) 高次諧波通過導(dǎo)線產(chǎn)生的射頻干擾,對這類干擾可以通過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) 輸入諧波通過電源耦合到其他用電設(shè)備形成干擾, 對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。