電動(dòng)與液壓的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

隨著國際互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，IT數(shù)碼產(chǎn)品大量地進(jìn)入到我們生活中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，DVD-R在2005年的全球市場(chǎng)總?cè)萘繛?span>17億片，2006年預(yù)計(jì)將達(dá)到35億片，將來還將以2.5～3倍的速度繼續(xù)增長(zhǎng)。就我國來看，市場(chǎng)消費(fèi)潛力十分巨大。近年來VCD、DVD、PC機(jī)等相關(guān)設(shè)備大量進(jìn)入市場(chǎng)，也帶動(dòng)了光盤的市場(chǎng)需求。相對(duì)于歐美等地區(qū)市場(chǎng)，我國的潛在需求還是相當(dāng)巨大的。
   光盤又稱為光存儲(chǔ)器。其母盤是由耐高溫的高強(qiáng)度聚碳酸酯為材料，用鏡面精度在20～30納米的超精密模具在超精密注塑機(jī)上加工制造出來的。在母盤上，分布有無數(shù)信號(hào)記錄凹槽，這些凹槽都是模具在注塑機(jī)強(qiáng)大的合模力作用下壓制出來的，凹槽根據(jù)盤片格式的不同也有所不同，其中CD、VCD信號(hào)記錄凹槽寬度為0.56微米，深度為0.11微米，行距為1.5微米；DVD的信號(hào)記錄凹槽寬度為0.28微米，深度為0.11微米，行距為0.75微米。在CDR（一次性刻錄只讀光盤）的預(yù)制凹槽上涂上有機(jī)塑料，經(jīng)過刻錄激光頭激光信號(hào)的燒蝕，便將信號(hào)永久保留在光盤上了，經(jīng)讀取則可拾取信號(hào)。CDRW（可多次擦寫刻錄光盤）的信號(hào)凹槽相對(duì)較淺只有40～50納米，里面噴鍍沉積有記憶合金Ag、In、Sb、Te等，利用合金在晶態(tài)與無定型態(tài)對(duì)激光的反射率的差別，來擦寫記錄和讀取信號(hào)。
  正是因?yàn)楣獗P的信號(hào)凹槽的深度在納米級(jí)別，對(duì)于模具的精度要求，對(duì)于注塑成型設(shè)備的要求，也就特別的高。在國際市場(chǎng)上，光盤生產(chǎn)線的注塑機(jī)主要集中由德國克勞斯瑪菲（Krauss-Maffei）、瑞士耐馳特（NEtSTAL）、日本住友、瑞典TOOLEX幾個(gè)公司生產(chǎn)，尤其是瑞士NEtSTAL和日本住友公司最負(fù)盛名，代表著注塑機(jī)的最高水平。

技術(shù)難題
光盤注塑機(jī)由鎖模裝置、注射裝置、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)等組成。光盤母盤外徑分為80毫米和120毫米兩種，而厚度卻小于1.2毫米，這意味著母盤材料的熔融料在模腔中的流程、流道比（流程深度與流道厚度之比）很大。因此塑料熔體在充模過程中制品質(zhì)量不易均勻。而且母盤是圓形盤片，主澆道設(shè)在盤的中心，注入的塑料熔體進(jìn)入模腔以后，必須沿著圓周360度的方向快速均勻的推進(jìn)，沿著徑向有序的流向圓周邊沿。如果在流程中出現(xiàn)局部流速過快，竄流或者輔流等都會(huì)導(dǎo)致局部熔料分子取向并形成內(nèi)應(yīng)力；如果母盤在冷卻過程中速度不均勻，也將形成局部殘余應(yīng)力；如果鎖模模板不平行，不但會(huì)使母盤質(zhì)量不穩(wěn)定，更嚴(yán)重的是可能會(huì)損壞模具。因此針對(duì)光盤制品要求精度高、穩(wěn)定性能好、生產(chǎn)效率高、潔凈度高、光學(xué)性能好等特點(diǎn)，對(duì)注塑機(jī)的要求主要有以下幾點(diǎn)：
◆ 系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠，開合?？焖倨椒€(wěn)，模板起停定位精度高，模板平行度誤差小，鎖模力準(zhǔn)確穩(wěn)定。
◆ 塑化系統(tǒng)效率高、速度快、質(zhì)量好、計(jì)量準(zhǔn)確。
◆ 注射壓力高、注射速度快，多級(jí)可調(diào)。保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)準(zhǔn)確，保壓壓力穩(wěn)定，并且多級(jí)可調(diào)。
◆ 溫控準(zhǔn)確。
◆ 整機(jī)噪音低、潔凈、無油污。
解決方案對(duì)比分析
從九月初在上海結(jié)束的中國國際光存儲(chǔ)設(shè)備展覽會(huì)及學(xué)術(shù)交流會(huì)的信息來看，目前國際上的光盤生產(chǎn)線多采用全液壓式或全電動(dòng)式注塑機(jī)，近年來電動(dòng)－液壓復(fù)合式注塑機(jī)也有所應(yīng)用。
現(xiàn)就全液壓式注塑機(jī)與全電動(dòng)式注塑機(jī)分類進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比。
一、合模部分
光盤注塑對(duì)合模動(dòng)作要求快速、平穩(wěn)且壓力轉(zhuǎn)換快速精準(zhǔn)，模板平行度以及起停位置精度要求都很高。
盡管全液壓式注塑機(jī)存在液壓油的可壓縮性問題，但是液壓在靜止的時(shí)候壓力處處相等，所以模板和模具受力都相當(dāng)均勻。
全電動(dòng)式注塑機(jī)一般用伺服電機(jī)取代了原來的油缸推動(dòng)肘桿作開合模運(yùn)動(dòng)。所以原來肘桿式結(jié)構(gòu)所存在的問題繼續(xù)存在，如加工精度要求高、易磨損、調(diào)模困難等。由于使用伺服電機(jī)，可以使肘桿在不同的角度停下來，有利于鎖模力的改變，并可以進(jìn)行壓縮成型。并且，由于沒有油壓慣性的影響，所以噪音比較低，控制精度高。但是這一切都是以肘桿和滾珠絲桿沒有磨損、制造和裝配精度高并且模具安裝平面平行為前提的。而一般全電動(dòng)注塑機(jī)在使用一年時(shí)間左右，便都會(huì)出現(xiàn)肘桿和滾珠絲桿磨損所帶來的麻煩。此時(shí)不但機(jī)器的精密度降低，而且滾珠絲桿上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)附加的徑向力，從而加速磨損使精密度進(jìn)一步快速下降，并帶來效率降低、噪音增大等問題。此外，如果肘桿在未完全撐直就開始注射，高壓的熔融塑料對(duì)模具強(qiáng)大的漲模力會(huì)作用在滾珠絲桿以及伺服電機(jī)的主軸之上，此力足夠大的時(shí)候便可能導(dǎo)致滾珠絲桿和伺服電機(jī)的損壞！
二、注射部分
光盤屬于薄壁制品，光盤上的信息凹槽深度在納米級(jí)精度。為了保證復(fù)制信號(hào)的準(zhǔn)確性，要求注射過程在高速高壓的條件下進(jìn)行，并且注射、保壓過程的速度、壓力多段可調(diào)，保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)準(zhǔn)確。否則，盤片制造出來之后可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)丟失、信號(hào)不完整以及盤片翹曲、銀紋等缺陷。同時(shí)，為了保證整機(jī)循環(huán)周期盡量短，因此機(jī)筒螺桿的塑化速度要求非常高，而且要求塑化量非常準(zhǔn)確，塑化的速度、背壓也是多級(jí)可調(diào)，以滿足在高速的情況下依然有很好的塑化效果。因此采用專用的螺桿，這也有利于保證在成型過程中不會(huì)出現(xiàn)氣泡、黑點(diǎn)和雜質(zhì)等缺陷。
   目前，全液壓式注塑機(jī)在注射部分的結(jié)構(gòu)一般分為雙缸注射與單缸注射兩種。雙缸注射裝置具有軸向長(zhǎng)度短，注射油缸、螺桿、油馬達(dá)三者之間的連接關(guān)系比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是這種結(jié)構(gòu)注射負(fù)載大，難以精密控制。單缸一線式注射裝置則有利于精密控制，不過結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造精度要求也比較高。
   在全電動(dòng)注塑機(jī)中注射系統(tǒng)一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，一種是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。顯然，加入帶傳動(dòng)之后精度會(huì)受到一定的影響，而不用皮帶傳動(dòng)雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是要求電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、轉(zhuǎn)矩較大，且其過載保護(hù)能力較弱。不過，塑化的時(shí)候采用伺服電機(jī)控制螺桿旋轉(zhuǎn)，塑化計(jì)量的精度會(huì)比較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，且可以無級(jí)調(diào)速。在注射的時(shí)候，伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)螺桿進(jìn)行注射，控制的精度也很高，反應(yīng)也很靈敏，有利于多級(jí)注射調(diào)節(jié)。但是，由于滾珠絲桿的高負(fù)載高轉(zhuǎn)速并且頻繁啟停，所以磨損也比較大。伺服電機(jī)在注射時(shí)啟動(dòng)速度比一般的液壓式快，但是如果液壓系統(tǒng)加裝蓄能器，將比伺服電機(jī)啟動(dòng)更快，同樣的如果將蓄能器用于快速注射，其速度也可以快過伺服電機(jī)的注射速度。當(dāng)然，用伺服電機(jī)對(duì)于注射壓力和速度的控制都是比較準(zhǔn)確的，但是進(jìn)入保壓時(shí)，由于伺服電機(jī)不能夠在停轉(zhuǎn)的狀態(tài)下提供大的扭矩，所以只能間斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，靠測(cè)量螺桿前面物料的壓力進(jìn)行補(bǔ)壓。這樣，一方面滾珠絲桿不斷啟停承受沖擊力將加速磨損，另一方面電機(jī)頻繁啟停將導(dǎo)致發(fā)熱，能耗也變大，壓力也不易穩(wěn)定。  

總的來講，全電動(dòng)式注塑機(jī)與全液壓式注塑機(jī)都各自具有自己的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，將兩者相結(jié)合制造出來的注塑機(jī)也不盡人意。所以，國際上高精密注塑機(jī)依然在朝全電動(dòng)式和全液壓式兩個(gè)方向上發(fā)展。下面將從10個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比討論：
1）節(jié)能方面

全電動(dòng)式注塑機(jī)在節(jié)能上比全液壓式有一定的優(yōu)勢(shì)，但絕不是像一些廠家宣傳的節(jié)能效率那么高。因?yàn)樽⑺軝C(jī)能耗最大的是在加熱過程、注射過程以及塑化過程，液壓式注塑機(jī)的動(dòng)作是循序進(jìn)行，而電動(dòng)式注塑機(jī)則必須頻繁啟動(dòng)；況且，生產(chǎn)不同產(chǎn)品其節(jié)能效果是有很大差別的，若用全電動(dòng)式生產(chǎn)薄壁制品可能節(jié)能就沒有那么多。而且許多廠家的節(jié)能是與單缸液壓式相比較的，如果與其它結(jié)構(gòu)的全液壓式或肘桿式相比，節(jié)能效果就不是那么明顯了。同時(shí)，如果全液壓式注塑機(jī)采用多泵、變量泵液壓系統(tǒng)，應(yīng)用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用負(fù)載反應(yīng)型注射系統(tǒng)等方案，其節(jié)能效果也能與全電動(dòng)式的不相上下。
2）降噪方面
全電動(dòng)式注塑機(jī)的一個(gè)宣傳口號(hào)就是寧靜，對(duì)于這一點(diǎn)，如果其中的肘桿以及滾珠絲桿均沒有磨損且裝配精度較高時(shí)確實(shí)是如此的。但是一旦產(chǎn)生磨損或者裝配精度不高，那么在注射以及開模過程中均會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)和噪音，而且一旦發(fā)生，這一切都將加速其進(jìn)一步惡化。
3）精度方面
盡管全液壓式存在液壓油的可壓縮性等問題，但是由于液壓在靜止的時(shí)候壓力是處處相等的，所以采用兩板式液壓合模機(jī)構(gòu)的精度很高。如果在注射以及塑化系統(tǒng)采用伺服閥控制，其控制精度也將是非常高的，全電動(dòng)式合模裝置由于還存在肘桿和滾珠絲桿的磨損問題，所以機(jī)械精度以及磨損必然將影響制品質(zhì)量，因此其鎖模精度還是沒有全液壓式的高。這方面在加工光盤方面也得到了驗(yàn)證，全電動(dòng)式只能生產(chǎn)DVD5與VCD、CD等，DVD9以上及CD-R、DVD-R、DVD-RW等均難以應(yīng)用電動(dòng)式注塑機(jī)加工。不但如此，全電動(dòng)式的精度還會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而不斷加速下降。
4）價(jià)格成本方面
全電動(dòng)式的價(jià)格比全液壓式一般要高30％以上，在綜合性能沒有比全液壓式的特別高的情況下，如此高的價(jià)格，市場(chǎng)是否接受也是值得思考的。
5）使用壽命問題
全電動(dòng)式主要是剛才所講的肘桿及滾珠絲桿的磨損問題，這種問題一旦出現(xiàn)必將加速惡化。而全液壓式的主要問題則是液壓密封件的老化問題。
6）維修費(fèi)用問題
伺服電機(jī)的質(zhì)量應(yīng)該是可信的，維修率較低，但是如果出現(xiàn)故障，維修成本將會(huì)很高，而且滾珠絲桿及肘桿的維修也是一件十分困難的事情。
7）使用費(fèi)用方面
全電動(dòng)式不必用液壓油，也不用冷卻器，這方面不但節(jié)省成本，而且也減少污染，當(dāng)然也有例外。因?yàn)殡S著使用時(shí)間的增加，一些因?yàn)槟p所帶來的一系列問題便會(huì)接踵而至，暴露無遺。
8）功能擴(kuò)展方面
由于全電動(dòng)式對(duì)于增加抽芯或者鉸牙沒有液壓式的方便，用戶購機(jī)時(shí)也很難選擇。如果機(jī)器出廠時(shí)不配備這些功能，那么以后要增加這些裝置將特別困難。
9）過載保護(hù)功能方面
全電動(dòng)式完全依靠機(jī)械傳動(dòng)，這既是它的優(yōu)點(diǎn)，也是它的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)在于精度高，缺點(diǎn)是機(jī)器一旦出現(xiàn)故障，如螺桿被卡死，伺服電機(jī)可能會(huì)因?yàn)槎罗D(zhuǎn)而發(fā)熱燒壞。而這方面全液壓式的就要好得多，因?yàn)槿簤菏降淖⑺軝C(jī)都配備了泄流保護(hù)裝置，一旦系統(tǒng)因?yàn)楣收嫌蛪焊叩皆O(shè)定值使得可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)候，保護(hù)裝置自動(dòng)泄流使系統(tǒng)壓力不至于再升高，以保證不會(huì)損壞設(shè)備。
10）環(huán)境適應(yīng)能力方面
由于全電動(dòng)式注塑機(jī)對(duì)于環(huán)境的要求較高，如環(huán)境中有較多灰塵會(huì)加速伺服電機(jī)及滾珠絲桿的磨損。當(dāng)然全液壓式注塑機(jī)在這方面也有較高的要求，因?yàn)榭諝庵械幕覊m、水蒸氣等都可能影響液壓油和潤(rùn)滑裝置的使用效果和質(zhì)量。