注塑机领域的研究进展

注塑机就是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等要求。电气控制系统与液压系统的合理配合，可实现注射机的工艺过程要求和各种程序动作［1］。本文主要综述了注塑机领域的研究进展。

吴耕点点头，火光照在他黑黢黢的脸上，松树火把劈劈啪啪地燃烧，橘黄的光芒映在绯红石壁上，温暖明亮，像是由曲折的暗洞里挖出来一个房间，将他们四个人拢在一起。

1 注塑机的智能化发展

注塑机的智能化就是通过射频信息芯片和大数据平台，自动调整模具进行生产。各种信息数据通过联网传输给注塑机云平台，智能调整工艺、选定原料，完成个性化或批量化生产等［2］。

传统的注塑机控制器大多不具备相应的网络接口，利用外部硬件储存生产信息进行人工比对，虽然配备有生产信息数据采集器，但不能自动调节数据，不能实现庞大的数据储藏空间和后台管理，无法灵活实现联网的远程控制。

在浮选钛精矿的烘干工序中，主要采用两种工艺流程，其一是以A公司为代表的直接烘干工艺，即采用高温烟气直接与浮选钛精矿接触进行烘干；其二是采用高温烟气加热管壁，管壁与浮选钛精矿接触，简称间接烘干，此种烘干方式以B公司为代表。两种工艺流程的优缺点如表1所示。

李君等 公开了一种用于远程控制注塑机的智能装置。包括通讯模块、状态监测模块、调试控制模块和存储模块。通讯模块与注塑机、移动终端、远程服务中心连接，状态监测模块汇总分析来自注塑机的信息（如原料量、原料温度、注入时间、注入速率、注入压力、冷却时间、冷却水的量和温度等），并在此基础上分析诊断。调试控制模块接收移动终端或远程服务中心的调控指令，编译后发送给注塑机执行。存储模块存储注塑机的生产状态数据，以及移动终端或远程服务中心的调控指令和执行结果。移动终端可在操作系统中运行应用程序进行输入和显示。远程服务中心有中央机房和人工智能专家系统，通过有线或无线（如无线上网技术、蓝牙和近距离无线通讯技术）连接智能装置和注塑机。

综上所述，煤矿皮带机作为提高煤矿企业工作效率和质量的基础设备，在运行过程中，常由于受到电气部分等多种因素的影响导致电控系统出现故障。发现在出现故障后，应分别针对传感器以及磁力启动器进行检查，同时结合企业的实际情况实现对电控系统的优化改造，不仅可以降低皮带机的电控系统故障发生率，还会为皮带机的工作效率提升产生积极的影响。

郭建松等［4-5］根据低压注塑机注射装置注塑温度低、注塑压力低，以及温控系统直接影响低压注塑产品品质等特性，提出了一种径向基函数神经网络控制（RBF）与比例积分微分（PID）控制相结合的智能化控制方法，并进行仿真和实际测试验证。实验以聚酰胺热熔胶为原料，结果表明：采用RBF-PID控制器在一定程度上解决了温度控制过程中快速性和稳定性的矛盾，控制精度高，速度快，应用成本较低。

目前，国际先进注塑设备支持传输控制协议/因特网互联协议甚至超文本传输协议等网络协议。生产信息的采集可以直接利用机械装备的数控系统，使得网络化数控与制造企业生产过程执行管理系统（MES）信息化技术之间具有很好的融合能力。从辅助设备厂商到主机厂商均把网络化管理系统作为设备可以提供的控制功能之一，可以非常方便地将机械装备接入MES。在塑料加工时通常采用多台机器同时工作，利用监控网络对加工过程监控并调控加工工艺。

周文辉等［6］引入Zigbee无线传感网络技术将注塑机连接起来，使系统的集中管理、远程参数设置、产能管理成为一个控制群，形成了基于Zigbee无线传感网络的注塑机控制系统。使用Zigbee无线传感网络可以避免现场布线施工，能够实现注塑车间多台注塑机的参数设置、运行调试和产量控制。

刘帅等［7］开发基于客户机与服务器架构的注塑机设备监控系统。系统采用无线数据通信协议ZigBee进行小型局域网内组网。系统的硬件结构有3层，分别是服务管理层、客户服务层和无线数据采集层。监控系统使用VS2010为客户端开发环境，SQL2008为服务器端数据操作平台。研究表明，该注射机监控系统能够有效监控运行参数，方便工人对不合格产品进行二次质检，提高生产效率。黄鑫等［8］采用Zigbee无线监控网络制造尺寸为230 mm×136 mm×43 mm，壁厚为2 mm的聚丙烯薄壁制品。将注塑机的工艺参数通过传感器传送到检测器，控制系统针对工艺信息再反馈到注塑机，实现注塑过程的远程监控和操控。通过网络监控，能够准确地控制料筒温差在1～3 ℃，实现三段式料筒温度控制的响应调控，并且可以有效地将聚丙烯制品的翘曲变形量降至1.819 mm。

2 注塑机的精密化发展

现有高端注塑机的合模装置一般采用液压直压式，合模装置结构复杂，在移动和顶出的过程中需要的时间较长。当注塑成型后，一些制品无法从模具上脱落时，只能人工抓取产品，效率低下且易引发安全事故。

胡旭兰［9］设计了一种全电动多螺杆精密注塑机。在总体方案设计上，采用电控技术，系统采取可编程逻辑控制器（PLC）自动控制，驱动模块全为电动式，注塑及合模装置的各机构以电动机驱动，使用链传动元器件驱动机构运动。机床总体布局为门框式结构，主要由柜体、合模装置、注射装置等组成。使用交流伺服电动机和滚珠丝杠以及直线滑动导轨。在机械结构设计上加装机械手，注射装置包括倾斜放置熔料组件和水平放置的推注组件。工作过程为：起始位置→合模→整进→注射→保压延时→预塑→整退→开模→顶出→起始位置。硬件结构由人机界面、注塑机运动控制器、变频器、温度控制单元和语音提示组成。编程采用WinProladder软件。全电动多螺杆精密注塑机的主要技术参数是：射出系统的螺杆直径20 mm，储料筒直径16 mm，射出容量30.9 cm3，射出质量30 g，最大注射速度100 mm/s，螺杆转速280 r/min，射出行程130 mm；开合模系统的锁模力6 t，柱内距离290 mm，开模行程200 mm，托模行程80 mm，托模力2 t，快速开模速度100 mm/s，慢速开模速度1～100 mm/s，挂模厚度140～280 mm，模板尺寸410 mm×360 mm，最大挂模尺寸275 mm×275 mm，电动机功率750 W，电热容量1.8 kW；动力系统的电热段数3+2 个，机械总功率2.8 kW，机械尺寸1 900 mm×620 mm×1 700 mm，机器质量约1.2 t。生产实践表明：全电动多螺杆精密注塑机结构简单，与传统液压直压式注塑机相比，可节能30%～60%，噪音降低10～15 dB，注射速率高于一般液压式注射机1 倍左右。

精密注塑制品因其尺寸精度高、力学性能好等诸多优点，在现代工业产品中被广泛应用［10］；但精密制品成型时的材料收缩特性一直是制约其尺寸精度进一步提高的主要障碍。对于成型收缩率较大的材料，通过调整工艺参数来获得精密注塑制品的效果有限。

服装企业设计、制造、销售所围绕的核心从根本上讲是服装产品，以产品数据管理作为主线可以将企业运营各方面数据贯穿为一个有机的整体。以往产品数据管理 （PDM）系统受制于行业需求以及供应商开发能力与服务水平，应用情况并不理想。产品数据管理 （PDM）系统在其他行业应用已成熟，有完善的实施过程且成效显著，然而服装行业整体所处的发展阶段，对PDM系统尚未产生足够需求，同时，考虑到PDM系统对于行业标准化的要求和业务流程适应性等因素，传统行业既有的成熟PDM系统很难嫁接应用于服装行业。

于同敏等［11］设计并制造了一种带有超声振动系统的精密注塑机， 针对材料收缩率影响制品尺寸精度的问题，以带有两个长方形孔的平板型塑件为对象，在精密注塑机上进行成型实验，研究了不同超声参数作用对收缩率较大的高密度聚乙烯( HDPE) 试件收缩率变化的影响，并研究了超声外场作用对HDPE成型收缩的影响规律，与未加超声振动的试件相比，超声振动能明显降低HDPE的收缩率，最高降幅可达16.13%。王权等［12］采用新型液压脉振式动态注射成型机，通过改变塑化过程中的振动参数，优化成型工艺。采用低密度聚乙烯（LDPE）1150A为原料，新型液压脉振动式动态注射成型机的螺杆直径32 mm，长径比24.8，锁模力980 kN，装有低速高扭矩液压马达。螺杆在做旋转运动的同时向后退，脉动完成整个塑化过程。结果表明，塑化过程引入脉动压力有利于物料熔融并加速熔体的混合。与稳态成型试样相比，振动条件下成型试样的拉伸强度最大提高6.1%，最大密度提高了3.3%，结晶程度提高，当振动频率为8 Hz、振幅0.4 mm时，整机能耗较未施加振动时降低了6.8%。刘若兰等［13］对注塑机喷嘴和止逆装置的结构进行了优化。注塑机喷嘴的优化方案是将喷嘴内部的圆锥结构优化为通孔结构，保持熔融物料呈流线型通过，使长纤维受到较小的剪切。止逆装置的优化方案是将螺杆位于内部的止逆球优化为位于外部的止逆环，减少止逆装置对纤维的剪切作用。使用优化后的注塑机制备聚丙烯/长玻璃纤维复合材料，复合材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度较优化前分别提高了15.2%，8.7%，21.8%。

本研究以CSSCI数据库收录的263篇我国老年人运动干预相关文献为研究对象，通过对文献数量、发文机构、核心作者、来源期刊和关键词等方面进行分析得到了我国老年人运动干预研究领域的主要核心作者、研究热点和研究前沿演进轨迹等方面的结论。

3 注塑机的绿色低碳化发展

近年来，电子商务带动餐饮外卖发展迅猛，对塑料薄壁包装容器的需求极大增加。薄壁类塑料包装制品主要使用注塑机成型。通常采用增加普通注塑机液压动力驱动系统的排量，导致生产效率低、机械件故障率高，成型范围狭窄。曹亮［14］介绍了一种高性能快速薄壁塑料包装制品注塑机。采用液压双缸平衡式注射机构，塑化部件使用液压马达式螺杆塑化机构。螺杆长径比25.0，并加大了螺杆各段的槽深。使用电磁感应加热装置，同时加大料筒的壁厚。模板增厚以增强合模部件的刚性。系统动力驱动装备是普通注塑机2倍，双回路系统复合并行液压回路。使用该设备注塑1 000 mL方形聚丙烯保鲜盒，一模四穴。保鲜盒长173 mm，宽120 mm，高69 mm，质量15.5 g。成型周期缩短到4.7 s以内，较使用常规高速注塑机缩短了近3 s。制品厚度0.35 mm，而国内同类制品壁厚最薄在0.40 mm以上。

注射成型是通过注塑机和模具来实现的，现有的塑化注塑设备，由于加热螺杆的旋转速率受塑料溶液黏稠度和安全角度的影响，加热螺杆的旋转速率较低，塑化的塑料不能够充分搅拌，塑化均匀性差［15］。为了充分塑化，一些现有技术通过增加螺杆长度提高塑化效率和均匀性，但受限于加热腔的体积，这种设计效果不明显，而且效率低。卢燕平［16］公开了一种加热均匀高效的塑化注塑机，该结构包括挡板，挡板顶部与底部连接伸缩气缸，挡板中部连接电机，电机输出轴连接第一转轴，第一转轴一端贯穿固定板，另一端贯穿加热箱，第一转轴在加热箱内有挤压板。使用该装置可以解决加热螺杆的旋转速率低，塑化均匀性差的问题，还可以降低热量损耗，提高热效率，缩短加热时间，工作时能够起到缓冲作用，提高设备使用寿命。

制造多色塑料制品，以往通常使用单色注塑机成型，其后续的加工工序繁琐且影响制品品质，目前使用双色注射成型。双色注射成型就是同时或顺序将2种不同颜色物料注入同一个塑料模具中。在双色注塑机中，开合模液压系统是核心控制组分，直接影响制品品质和精度。刘立柱等［17］通过实验和模拟，对2种不同液压系统进行优化设计，对合模液压系统稳定性和安全性进行了对比分析，选出了最优方案。在此优选方案下，注塑机的动模板动态响应以及冲击得到明显改善，合模油路背压为9 MPa，开模定位精度达到0.67%，开模重复精度提高到了0.052%。安全阀复位快，合模油路液压保险响应时间缩短了28%。

4 结语

注塑机的改进朝着智能化、精密化和绿色低碳化的方向持续发展。智能化主要包括网络连接、智能控制器等，通过射频信息芯片和大数据平台，进行远程控制实现塑料制品的个性化或批量化生产。精密化注塑制品尺寸精度高、力学性能好，通过对注塑机的电控技术、PLC自动控制、链传动元器件驱动、振动等方面的改进进一步提高。绿色低碳化可以通过完善注射机结构、优化液压系统等方式逐步实现。总之，注塑机加工行业正处于产业转型升级期，全行业将迎来新的变革。