本節介紹作者創新驅動的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，研討“注射+中空成型”的注吹中空成型裝備的綠色化特征及創新驅動的方向和要點。
工具箱包的制品特征為厚壁、吹脹比較小、尺寸精度要求不高、利薄。綠塑創新驅動的方向：縮短成型周期，以提高生產效率;提高成型原料中回料比例;提高資源循環利用率;簡化成型工藝，降低能耗。
1.“擠出+中空成型”工具箱包擠吹中空成型裝備的綠色化缺陷“擠出+中空成型”工具箱包擠吹中空成型裝備的塑化擠出形式，擠出壓力低，需另加注射裝置，才能把熔料從儲料缸內射出機頭形成型胚。
◆生產率低。工具箱包的擠出型胚被吹脹成型后，一般不需要冷卻工序。連續擠出式模頭的型胚的形成時間依賴于擠出率，時間較長。整套成型工序按順序進行，不利于縮短成型周期，從而難以達到高生產率而獲得高利潤率。
◆適應原料能力差。連續擠出式模頭適用于加工流動性好的塑料，不能加工含有較高比例回料的流動性差的混合塑料，故降低制品原料成本的空間有限。
◆能量效率低。擠出計量精度低于注射塑化計量精度，溢余的擠出熔融塑料降低了能量效率。
2.SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備創新驅動的主要綠色化特征
作者根據傳統塑料工具箱包擠吹中空成型裝備存在的主要綠色缺陷，創新開發的“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，注射容量3150cm3，射出壓力30MPa，塑化能力214kg/h,機頭壓縮比1.5～2，口模錐度150-200，口模最小直徑160mm。
2.1注吹中空成型工藝原理
注吹成型是注塑和吹塑相結合的生產大型中空容器的成型方法，是從注塑階段轉到另一個吹塑階段的成型方法。成型時，由注射裝置將熔融的物料在高壓下注射到機頭內腔，口模處熔融物料在高壓推動下擠出口模成型胚。同時，型胚流經口模芯棒的壓縮空氣對型胚進行預吹脹，型胚擠出一定長度，下端封口，型胚達到規定長度，被夾緊在模腔內，進行吹脹貼附模腔表面成型，并經迅速冷卻后，脫模而得到中空制品。
2.2注吹中空成型機的綠塑創新驅動的主要技術特征
高速注射可提高型胚擠出速率，同時可減少型胚擠出過程中的熱量損失，降低吹脹的空氣壓力，達到節能降耗的目的;高壓注射使含有較高比例回料、流動性較差的高分子材料也能順利擠出型胚，提高了資源利用率;注射速率高于擠出速率，可縮短型胚的形成時間，并有利于提高熔接縫強度;注射結束后，可立即進入塑化工序，實現制品取出和塑化的兩個工序同步進行，不必如擠吹中空成型那樣，等制品取出后才能進入擠出塑化的工序，有利于縮短成型周期。
注吹中空成型機由機械系統、電氣控制系統、液壓氣動系統、加熱冷卻系統等組成。機械系統主要由注射塑化部件、機頭、合模機構、機頭升降機構等組成，布局類同擠吹中空成型機。
(1)塑化擠出結構
把工具箱包擠吹機的塑化擠出改為塑化注射。塑化注射和導柱的布置形式由普通注塑機的上下平行式改為橫向同一平面的平行式，以降低塑化注射部件的高度。塑化及注射的動力驅動源為系統的液壓動力源。
注吹中空成型機與擠吹中空成型機相比，主要結構的不同之處是塑化擠出及機頭。擠吹中空成型機的塑化擠出由擠出機組成、機頭相應與擠出機功能匹配。注吹中空成型機的塑化擠出由注射塑化裝置組成、機頭相應與注射塑化裝置功能匹配。液壓電氣系統和整機結構與功能匹配。
注吹中空成型機的塑化擠出裝置由加料斗、機筒螺桿、注射油缸、機筒加熱圈等組成。塑化擠出布局考慮到大型中空成型機高度高、徑向尺寸大的特點，應盡可能降低注射塑化裝置的中心高、縮短軸向尺寸，以減小整機外形尺寸。注射機筒通過聯接套與機頭成“┢”型一體排列。塑化裝置根據其本身塑化容量的特點(塑化容量即相當于擠吹中空成型機機頭的儲料缸容量)，達到型胚所需的質量。
由于注吹中空成型的塑化時間占成型周期時間60%～80%，故在各種條件許可范圍內，塑化能力盡可能高。
低速大扭距液壓馬達直接驅動螺桿塑化高效節能機構。雙缸注射，注射油缸與機筒螺桿軸心線在同一水平面上的臥式布局，以降低中心高及縮短軸向尺寸。每次塑化行程一般可達螺桿直徑的5.5倍，物料經料斗進入機筒，在螺桿旋轉作用下沿螺槽輸送并壓實，同時在螺桿剪切熱和外傳導熱作用下，塑化成均勻的熔體聚集在螺桿頭部，在熔體壓力推動下，螺桿邊旋轉邊后退，螺桿頭部熔體量逐漸增多，螺桿后退至預定行程，塑化完成。然后，熔體在螺桿高層推動F，將熔體從聯接套擠入機頭。
(2)塑化螺桿
注吹塑化與注塑塑化不同，注塑塑化的熔融料在料筒中停留的時間短，對塑化質量的要求高，注吹塑化熔體至注射出型胚滯留的時間是注塑塑化熔體至射進模腔時間的5倍，而且熔融料射出口模，中間再一次被分流而提高塑化質量，故對熔融料在料筒內的塑化均勻性要求相對低一些，所以以提高塑化能力為主設計螺桿結構，長徑比取20，可適當增大均化段槽深，以提高塑化能力。塑化和注射兩個功能為一體的螺桿，塑化行程可取螺桿直徑的5.5倍。
(3)聯接套
聯接套是把機筒和機頭聯接成一體的機筒形零件，外包加熱圈及裝置熱電偶。主要有3種作用：熔體射進機頭的過渡通道;濾網安裝體，如制品有特殊需要，可以在聯接體內腔安裝過濾網;補料，每次注射完熔料，聯接體內腔仍充滿熔體，對型胚具有補料作用。
(4)整移油缸
整移油缸是整體移動注射塑化裝置及機頭。一種作用是調節機頭與模具分型面中心位置相一致。另一種作用，把機頭移至注射裝置方向的最終位置，以便安裝模具及裝拆機頭口模。
(5)機頭
機頭是保證型胚質量的重要裝置。注吹中空成型機機頭由口模開關油缸與機頭組成，機頭由機頭體、芯棒、過渡板、分流板、口模、調節螺釘、加熱控溫裝置等組成。注吹中空成型機與擠吹中空成型機的機頭相比，最大不同之處：前者注射油缸安置于注射塑化裝置上，后者擠出油缸安置于機頭上;前者機頭內腔無儲料缸，后者機頭內腔設置儲料缸。
為提高型胚質量，開發了環形雙支管中心入料式機頭，保證型胚各點受壓和射出口模速度一致。熔體在高壓下注射機頭入口處，被分成兩股在水平方向流經環形雙支管分流板上半圓形支管，然后在分流板的中心再次融合，壓入圓錐形分流芯棒，流經多孔過渡板進入內腔，口模處熔料在壓力推動下擠射出口模成型胚，同時壓縮空氣流經芯棒內通道進入型胚進行預吹脹。這種功能表明了：環形雙支管中心入料式分流板保證了各熔體單元受壓一致，圓錐形分流芯棒保證各熔體單元的速度一致，從這兩方面保證了型胚注射出口模不扭曲及周邊不變形。
口模開關油缸。設置于機頭上方。控制型胚壁厚和開關口模的兩種作用。根據成型制品的不同要求，其密封形式有所不同。如需對型胚進行伺服多點控制，密封圈應選用摩擦力小、反應靈敏的材料及型式，如格來圈、斯特等。如不需對型胚進行多點控制，如成型工具箱、箱包，采用普通型式的密封圈已滿足其性能要求。調節活塞行程，達到調節口模的行程的目的，即控制口模和芯捧之間的間隙。活塞桿與機頭為剛性聯接，為隔絕機頭內腔熔體熱量傳至油缸，聯接處采用隔熱設計并加以水冷卻。口模和油缸體之間為剛性聯接，油缸體對活塞作相對移動。口模在開關油缸的作用下塑化時，向下移動，關閉口模;注射時，向上移動，打開口模。型胚壁厚通過調節口模打開間隙進行控制;周向壁厚均勻性通過調整螺釘調節口模間隙來控制。
(6)節能型液壓動力驅動系統
由油泵和驅動油泵電機、控制執行機構的液壓元件、冷卻系統等組成。降低液壓系統的能耗是降低整機能耗的關鍵。根據注吹中空成型機的成型特點，把注塑機的液壓系統的高效節能的先進技術用于注吹中空成型機的液壓系統上，以提高性能、降低能耗。
成型工具箱包的注吹中空成型機液壓動力源采用高壓小容量及中壓大容量雙聯泵，雙泵滿足快速移模、快速注射的要求。小泵滿足機頭液壓升降、低速移模、高壓鎖模、口模開關、整體移動、低速注射的要求。鎖模壓力由小泵工作壓力控制，故對小泵工作壓力可控制，以根據制品要求提供合適的鎖模力，保護模具。雙聯泵合理組合，可降低泵和電機的容量、降低整機的裝載功率。
對于超大型的注吹中空成型機，液壓動力源可采用多泵多電機組合的方式，為每個執行動作提供合適的流量和壓力，達到降低能耗的目的。
(7)氣壓動力驅動系統
由空氣壓縮機、控制執行系統的氣動元件等組成。空氣壓縮機為氣動系統動力源。
成型工具箱包的注吹中空成型機的氣動執行動作有兩個：預吹脹和模具吹脹制品成型。頂出可用機械頂出，也可用氣動頂出。機械頂出可節省頂出時間，即減少周期循環時間。制品成型—模具打開—模板后退，碰到機械頂出桿，制品被頂出落下。夾料、出料、撐料、下吹氣等氣動執行機構，根據成型制品要求，進行設置。
(8)制品冷卻系統
由冷凍機及有關匹配元件、氮氣冷卻裝置等組成成型工具箱、箱包，采用冷凍機裝置已滿足要求，冷凍水溫為5～l0℃。對于厚壁、超大型制品，還需對中空制品內腔進氮氣冷卻，以保證制品質量和縮短冷卻時間，甚至需要采用冷凍水噴霧冷卻。
(9)電氣控制系統
注吹中空成型機高度一般在2m以上。注射部分位于整機最上面，注射部分需控制的參數較多：行程、多級注射速度及壓力;塑化背壓。為進行精確控制及控制方便，注射/塑化位置部分采用位移傳感器，對參數變化的位置進行精確控制。
鎖模部分位于整機底座上。工具箱、箱包成型后，一般為人工取出。所控制的參數：行程、低速移模、高速移模、低壓護模、高壓低速鎖模、高壓低速開模。根據此特點，鎖模部分采用位移傳感器或感應開關均可。
整體移動的位移控制。此功能很少動作，采用普通限位開關即可。口模油缸的開閉控制。采用感應開關控制，可達到精確控制。
機頭升降和整體移動，為獨立調整動作，采用手動控制。
為適應注射的高速高壓的擠出型胚，增加模心調節桿的強度。優化心型包絡流道，提高熔接縫強度。
(10)安全保護裝置
最重要是冷機啟動保護，在機頭內冷料未完全成熔體，不能注射，否則會拉斷內模或芯棒。機筒內冷料未完全成熔體，不能塑化，否則會扭斷螺桿。機頭內和機筒內的冷料完全成熔體后，才可啟動整機進行成型循環動作。
3.SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備的主要綠色化特征
工具箱包注吹機的成型實例。工具箱包(外形：410mm×340mm×120mm。型胚：2000g。)的成型周期由常規的30s縮短到18s，成為國內成型同類工具箱包的周期時間最短、成型原料中回料比例最高的工具箱包中空成型機。
3.1大幅度減少換色時間
注吹中空成型機的機頭內無貯料缸。儲料在注射機筒內進行，創新開發的對稱環型雙支管中心入料式機頭的結構，機頭內腔各有關零件表面都為流線型結構，縮短了換色時間，約為同規格擠吹中空成型機換色時間的一半。同時減少了廢料，降低社會能耗。
3.2型胚質量重復精度高
型胚質量主要取決于塑化量的重復精度。注射塑化量精度由塑化行程精度而定，塑化行程精度的控制精確且直觀，能夠得到精確保證。擠出塑化受到螺桿轉速和塑化時間兩個主要因素的限定，而這兩個因素受到干擾較多，精度控制差，影響到型胚質量的重復精度。注射速度的變化達到控制型胚壁厚，省卻了擠吹裝置專門配備的控制型胚壁厚的液壓驅動系統。
3.3注射塑化效率高
注射螺桿頭部有止逆環結構，注射時熔體回流量幾乎可忽略不計，注射效率極高。注射塑化，背壓僅起到調節塑化質量的作用，不影響塑化效率。
3.4塑化性能好
可方便地調節背壓，控制熔料的塑化質量。
3.5塑化能耗低
塑化同樣的原料，相對于擠出螺桿，注射螺桿長徑比、壓縮比小，故驅動扭矩小，降低了裝載功率和驅動能耗。注射塑化為軸向移動式，螺桿在塑化過程中與熔料接觸面逐漸減小，扭矩也逐漸減少，故單位時間的能耗在逐漸降低。注射塑化，機筒不需空氣冷卻裝置。注射塑化從上述3方面，比擠出塑化降低能耗約降低20%。
3.6熔體熔合線強度高
提高HDPE熔體溶合線強度，是機頭設計研究的主要課題，其最有效的方法是延長熔體在機頭內滯留時間，以克服熔體的“彈性記憶”效應，減小熔體粘度對溫度的敏感性，擴寬熔體流MWD分布性。注吹中空成型機的注射塑化和機頭的自身特殊結構，從塑化的熔體到被注射出口模，要經過5個以上成型周期，熔體在機頭內腔滯留4個以上成型周期，使熔體內分子得到充分時間重新排列分布、提高了熔體熔合線的強度，提高了型胚表面質量。機頭內無貯料缸，大幅度降低了機頭內熔體的徑向厚度，降低了熔體徑向的溫度梯度，保證了型胚被擠出后不產生內部熔體破裂現象。
3.7型胚壁厚控制多樣化
型胚壁厚調整有以下3種：改變內口模的間隙;改變注射速度或注射壓力，從而改變型胚的壓射速率，借以改變型胚的離模膨脹率;調節預吹脹壓縮空氣的P、V值，達到改變型胚壁厚的目的。
3.8生產率提高，能耗降低
使用同樣合模結構的擠吹中空成型機成型本例中的工具箱包，注吹中空成型比擠吹中空成型的生產率提高約40%，能耗降低約30%。
結語
作者通過介紹創新驅動的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，說明了隨著塑料中空容器綠色化持續發展的需要及綠色應用空間的擴大，只有創新驅動中空成型設備才能滿足及拓展中空容器的“現實需求”和“潛在需求”。
