近年来，随着新型合成材料的不断涌现，塑料的使用范围越来越广，塑料材料在企业生产中的作用越来越明显。随着我国循环经济理念的提出，节约能源越来越受到重视，这就使得节能型立式注塑机成为当前塑料机械的一个非常重要发展方向。立式注塑机节能的本质就是减少能量损耗，提高能量利用率。能量再生利用是提高能量利用率的有效措施之一，在欧洲，节能型塑料机械已占市场份额的50%以上。我国是立式注塑机生产和出口的大国，而且每年以5%～7%的速度快速增长。目前国内生产和使用的立式注塑机大部分是全液压式立式注塑机，其能量消耗存在相当大的浪费，节能型塑料机械已逐渐成为众多消费者和生产商共同追求的目标，节能型立式注塑机将成为今后市场前景非常广阔的产品。笔者研究了立式注塑机成型技术的一般原理，着重论述了国内立式注塑机的节能现状及立式注塑机液压系统的节能措施。

1    注塑成型技术概述

1.1    立式注塑机工作原理

        注塑过程可以分为以下几个步骤：锁模→注射保压→熔胶加料→冷却定型→开模顶针。每一动作的完成都有时间、速度、压力、位置等参数的精妙配合，也就是说在某一位置的位移都要有相应的压力和速度，在不同的位置和时间内其压力和速度都是可以变化的。每一动作完成后会发出终止信号传给程序控制器，程序控制器收到信号后才会发出执行下一动作的指令。

1.2    立式注塑机能耗分析

        按具体的设备来划分，立式注塑机的能量消耗大致可分为液压系统油泵的能量消耗、加热器的能量消耗、循环冷却水泵的能量消耗3个部分。其中，液压系统油泵的能量消耗占整个立式注塑机能量消耗的80%以上，降低其能量消耗量是立式注塑机节能的关键。

        立式注塑机液压系统中的能量损失按其产生的原因大致可分为以下3大类：一类是匹配过程中的能量损失。这是在液压泵提供的能量与负载所需能量不相适应的情况下而产生的能量损失，它取决于液压泵的选型及液压系统的设计等因素；另一类是转换过程中的能量损失。这是在液压系统中能量转换元件在能量转换过程中产生的损失，包含压力损失、机械摩擦损失、容积损失等。能量转换损失不仅和转换元件有关，还和磨损情况及运行状况等因素有关。如液压泵将电动机输入的电能转为液压能，在转换过程中，由于内泄漏及液压泵的机械摩擦而引起的容积损失；最后一类是传输过程中的能量损失。主要指液压油在传输过程中所产生的能量损失，它决定于除能量转换元件之外的其他元件的布局与结构，如各元件之间的连接方式、控制类元件的结构以及规格、管道的类型等。

        立式注塑机对液压系统的要求是：

        （1）模具的开合模速度要可调。

        当动模离定模距离较远的情况下，即开合模具为空程时，为了提高生产效率，要求动模快速运动；合模时要求动模慢速运动，以免冲击力过大撞坏模具，并减小合模时的噪声与振动。一般开、合模速度按照慢–快–慢运动规律变化。

        （2）要具有足够的合模力。

        对于熔融塑料而言，它以120～200MPa的高压注入模腔，在已闭合的模具上会产生很大的开模力，合模液压缸须产生足够的合模力，以确保对闭合后模具的锁紧，否则注塑时模具将会产生缝隙，使塑料制品产生溢边，出现废品。

        （3）注射速度与注射压力可调。

        立式注塑机为适应不同塑料制品、形状品种、模具浇注等系统的工艺要求，注射速度与压力在一定范围内必须可调。

        （4）注射座要整体进退。

        要求注射座移动液压缸要有足够的推力，确保注塑时注射嘴和模具浇口能够紧密接触，以防止注射时熔融的塑料从缝隙中溢出。

        （5）制品顶出速度要平稳。

        制品顶出速度平稳可以确保成品不受损坏。

        （6）压力及保压可调。

        在熔融塑料依次经过机筒、注射嘴、模具浇口与模具型腔完成注射几个程序时，需要对注射在模具中的塑料保压一段时间，确保塑料紧贴模腔以获得精确的形状。此外在制品因冷却凝固而收缩的过程中，熔化塑料可以不断充入模腔，以防因充料不足产生废品。保压的压力也要根据不同情况进行调整。

1.3    立式注塑机液压系统分析

        液压系统是立式注塑机工作过程中的“血液”循环系统，是为立式注塑机的各种执行机构（马达以及油缸）提供速度与压力的重要回路。液压回路一般是由控制系统流量与压力的主回路以及各执行机构的分回路组成。回路则主要由过滤器、控制阀、泵、温度指示仪表、热交换器及压力表组成。

        液压系统主要包括能源装置、控制调节装置、辅助装置、执行装置、传动介质5个部分。每一个环节功能的实现都需要通过能量来驱动，工作过程的能量转换包括：当在液压泵中形成高压油时机械能转为压力能，将压力能转换为机械能驱动执行装置工作以及高压油经过系统各液压元件时的热量。能量转换过程中必然伴随着能量的损失，整个液压系统的总效率η可用式（1）表示。

            η=ηeηpηaηc（1）

        式中：ηe为电动机的效率；ηp为液压泵的总效率；ηa为液压执行器的总效率；ηc为液压回路总效率。

2    立式注塑机液压节能技术的研究现状

        立式注塑机的节能技术随着立式注塑机的发展而不断地更新。高端立式注塑机必定具有高端的节能技术。

        当前，国内外对立式注塑机节能技术的研究主要表现在以下几个方面：第一，将电动机同液压系统各自的特点结合起来，研发电液混合驱动节能系统，采用液压系统进行模具的开闭，而塑化与注射动作则由电机来完成。这种方式可在提供较大合模力的情况下，实现较低的机器制造成本和较高的注射精度；第二，开发新型节能立式注塑机。如微发泡节能注射成型技术、注射压缩节能注射成型技术、振动成型节能技术、介质辅助节能技术、节能螺杆技术等；第三，在原有液压系统基础上进行改造，采用新型节能方案，尽可能减少原液压系统的能量损耗。这是目前国内大多数立式注塑机生产厂家最主要的研究方向；第四，采用全电动驱动，由伺服电机直接驱动执行机构，以达到高速、高效及精密的生产效果，这是国际上目前业内最新的研究方向之一。

        液压动力驱动系统是立式注塑机最主要的能耗所在，也是立式注塑机中最常用的系统。液压驱动立式注塑机在注塑成型的各个阶段所需要流量和压力都是变化的，注射阶段对压力和流量的需求都较高，但时间却较短，约占成型周期的十分之一。而冷却、制品取出等阶段对流量和压力基本没有什么需求，功率消耗很小，但时间较长，约占成型周期总时间的三分之一。对于油泵电机来说，它的负荷量处于不间断的变化状态，由设在泵出口的比例流量阀和比例压力溢流阀来调节负载流量与压力，提供各液压马达与油缸所需要的推力、移动速度和方向。原有的立式注塑机液压系统大部分采用定量泵，油泵电机以恒定的转速使油泵把固定的流量供给液压系统，当系统要求流量比较低的情况下，电机的输出功率是不变的，多余的油液则通过比例压力阀流回到油箱，这种方法功率损失大，效率低（60%～70%），由于液压油长时间的循环流动，与机械元件、液压元件产生剧烈的摩擦，极易造成油温过高、机械寿命缩短、噪音过大等问题。立式注塑机节能的重点在于提高液压动力驱动系统本身的能量利用效率，使执行机构的功率和驱动系统输出功率达到匹配调节。目前国内主要从以下几个方向进行研究。