標(biāo)題： 全電動式注塑機的發(fā)展現(xiàn)狀及展望
作者： 林宏權(quán)，蔣衛(wèi)東，林達
作者地址： 寧波科技情報研究所，浙江 寧波 315040
摘要： 介紹全電動式注塑機的特點及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；分析對比了全電動式注塑機與傳統(tǒng)注塑機的優(yōu)缺點，并通過對全電動式注塑機技術(shù)發(fā)展動向的分析，對我國全電動注塑機的發(fā)展進行了展望。
關(guān)鍵詞： 全電動；注塑機；現(xiàn)狀；發(fā)展動向
中圖分類號： TQ320.5 文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 1005-5770(2005)04-0001-04 頁碼： 1~4
參考文獻數(shù)： 1 圖： 0
表： 1 來源： 《塑料工業(yè)》2005年第33卷第4期

塑料注射成型機作為塑料制品的加工設(shè)備已有半個多世紀的歷史，近年來隨著塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，世界上對注塑機械的需求呈現(xiàn)了持續(xù)大幅攀升的趨勢。特別是我國，進入20世紀90年代以來，注塑機的銷售額以10%左右的年均增長率{TodayHot}快速增長。2002年注塑機的產(chǎn)量為4.3萬臺左右；2003年達到了5.1萬臺，與2002年相比增長了16%。總產(chǎn)量已居世界第一位，市場份額已占世界總產(chǎn)量的60%。

近年來，隨著新型合成材料的涌現(xiàn)和要求使用高精度注塑件范圍的擴大，以及綠色環(huán)保意識的日漸增強，人們對注塑機的要求越來越高，各類緊密型、節(jié)能型、環(huán)保型等注塑機不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在迅速轉(zhuǎn)變。目前相對主流的各種新型注塑機中，最具代表性的為全電動式塑料注射成型機。

1 全電動式注塑機的特點

所謂電動式注塑機是指使用交流伺服電動機，配以滾珠絲杠、齒形帶以及齒輪等元器件來驅(qū)動各個機構(gòu)的注塑機，其最根本的特點是所有驅(qū)動模塊全為電動式，而非傳統(tǒng)的液壓式。也就是說，在整套設(shè)備中沒有液壓系統(tǒng)，也沒有任何液壓元部件。電動式注塑機的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，從一般民用和工業(yè)用品如汽機車零件、化妝品用容器、家庭用容器、精密齒輪等。電動式注塑機于1982年首先由德國Battenfeld公司發(fā)布；1983年由日精樹脂(Nissei)公司率先商品化，當(dāng)時的產(chǎn)品型號為MM5；在1984年日本塑料工業(yè)展覽會上，法那克公司、東洋機械金屬公司和新瀉鐵工所分別展出了AUTOSHOT系列、TU系列和MD系列的電動式注塑機。

全電動式注塑機是電動式注塑機的主要機型，其注塑裝置中的各機構(gòu)(注射、塑化、計量和移座等)及合模裝置的各機構(gòu)(開合模、鎖模、頂出等)全部采用電動機驅(qū)動。與油壓式注塑機相比，具有以下優(yōu)點。

1.1 節(jié)約能源

傳統(tǒng)的油壓傳動機械由于全部動作都需通過油路來實現(xiàn)，所以不可避免地具有油壓控制損失(ΔP)、管損、閥阻等流動損失，以及泵浦之容積效率、摩擦損失等等。在高流量時這種能量損失特別明顯。據(jù)統(tǒng)計，液壓式注塑機由于高壓節(jié)油造成的能量損耗高達36%-68%；同時油壓系統(tǒng)在待機狀態(tài)下亦仍有上列損失。而伺服馬達運轉(zhuǎn)時無流動損失、控制損失問題，磁滯損失極低；{HotTag}且在待機時不轉(zhuǎn)動，因此能耗低，而且與速度無關(guān)。全電式系列由于使用滾珠螺桿將伺服馬達的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)成直線運動，而滾珠螺桿的摩擦阻力遠低于油壓缸，且無任何冷卻系統(tǒng)；因此整體效率遠遠超過油壓機械。實踐表明，一般全電動式注塑機比傳統(tǒng)液壓式省電1/3(包括加熱部分，同等設(shè)備相比)；如不包括加熱部分，全電式注塑機的耗電僅是傳統(tǒng)塑機的1/8-1/10。以一臺合模力為800kN、注射量為100g的注射機為例，液壓式注射機生產(chǎn)一個重60g的ABS料產(chǎn)品，每分鐘3模，耗電約9kW/h；而生產(chǎn)同樣產(chǎn)品、同樣效率，全電動機器的耗電約為6.5kW(其中加熱功率均為6kW)。

1.2 清潔、噪音低

全電動式注塑機的主要制動組件是交流同步伺服馬達。而伺服馬達的控制特性為噪音低、慣性低、激活阻力小、加減速特性控制容易，無液壓系統(tǒng)中存在的液壓泵浦脈沖問題、氣泡、泄壓聲等問題，因此，更容易設(shè)定激活及停止斜率，激活振動低。實踐表明，一般全電動式注塑機比液壓式塑機的噪音低10-15dB，已達到國內(nèi)企業(yè)近年來為突破綠色貿(mào)易壁壘而紛紛實施的ISO14001國際認證標(biāo)準。另一方面，由于該機型沒有油壓缸；因此，無漏油問題，亦無油氣問題，無對液壓設(shè)備維修保養(yǎng)問題，極大地提高了系統(tǒng)的潔凈性。對于生產(chǎn)潔凈度要求高的產(chǎn)品很有利，對于一些對潔凈度有特殊要求的產(chǎn)品如醫(yī)療用品等，選擇該類機型成為必然。

1.3 速度控制范圍寬、響應(yīng)性好

相對于液壓注塑機，全電動式注塑機由于采用伺服電動機；所以其速度控制特性較好、范圍大，高低速相差近1000倍。同時，伺服電動機控制的注射壓力和注射速度變化時間非常短，從高速向低速轉(zhuǎn)換平滑，具有非常高的響應(yīng)特性，特別適合在小型制品、短注射行程的場合使用。

1.4 精度高、重復(fù)性高

相對于液壓式注塑機，全電動式注塑機具有精度高、重復(fù)性高等特點，高精密度注射成型可以在全電動伺服注射成型機上輕易實現(xiàn)。塑料塑化時螺桿的轉(zhuǎn)動由伺服電機驅(qū)動，伺服電機的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定；因此塑料塑化的穩(wěn)定性提高。注射動作是由伺服電機帶動滾珠絲杠來完成的，由于滾珠絲杠的位置精度可以達到0.003mm；所以每次注射動作的精度也可相應(yīng)達到0.003mm；同時使注射動作的重復(fù)精度大為提高，保證了制品質(zhì)量的穩(wěn)定。與液壓式注射機的壓力控制方法相比，全電動伺服注射機注射時的壓力是通過一個高精度的壓力傳感器反饋給控制系統(tǒng)的，壓力傳感器直接與螺桿連接，減少了中間環(huán)節(jié)造成的誤差；感應(yīng)速度快、精度高；這使該類機型的背壓控制精度提高。滾珠絲杠與螺桿之間的連接是剛性的，注射速度完全由滾珠絲杠控制；因此，通過設(shè)置注射時各段的壓力、速度，可方便地實現(xiàn)多級壓力、多級速度的高精度復(fù)雜注射動作，以便滿足各類高檔制品的各種注射要求。手機外殼、電腦的一些精密零件等多數(shù)采用全電動伺服注射成型機加工。由于伺服電機扭矩控制精度高，滾珠絲杠與合模系統(tǒng)剛性連接；使開合模動作的速度、位置精度也相應(yīng)提高，保證了模板運動推力的精確，控制了模板在運動中慣性產(chǎn)生的位移偏差，使低壓模具保護這一動作的可靠性和響應(yīng)精度大為提高，精密模具使用時的安全性有了更好的保障。在注射成型某些薄壁制品時，需要進行“注一壓”復(fù)合動作，即在注射開始時，模具不合緊，留有很小的縫隙以便排氣，注射動作后期模具合緊。例如用ABS料注射成型IC卡時，采用“注一壓”復(fù)合動作制作出來的制品平面度高，無翹曲變形。這樣的動作要求模板移動有較高的位置精度和響應(yīng)速度。由于模具是后期合緊的，所以僅需要較小的合模力便可成型制品，這將延長了注射機和模具的使用壽命。全電動伺服注射成型機完全可以滿足這樣的要求。而對液壓式注射機來說，由于液壓油的密度等物理性能將隨環(huán)境溫度的變化和使用次數(shù)的增加而變，使各個動作執(zhí)行的精度得不到保障。

1.5 成型效率高和使用成本低

全電動伺服注射成型機的工作效率很高，使用成本低廉。效率，最直觀的表現(xiàn)為速度。電動注射機的注射速度是一般液壓式注射機的1倍左右，高速注射滿足了部分制品的需求，同時提高了注射效率和成品率，降低了生產(chǎn)成本。合模動作的高精度使高速低壓動作距離加長、合模速度更快。由于整部機器全部由電動機驅(qū)動，各動作之間基本沒有干擾；所以，開摸和頂出動作可以同步進行，節(jié)省了頂出動作的時間，實現(xiàn)了一般液壓式注射機無法實現(xiàn)的“開模-頂出”復(fù)合動作。液壓式注射機使用的高壓軟管和油缸、活塞等老化、腐蝕、磨擦產(chǎn)生的粉末、鐵屑進入液壓系統(tǒng)，將導(dǎo)致閥芯卡住，動作失靈，嚴重時將閥損壞，影響生產(chǎn)進度，增大維護費用；而電動注射機全部是機械傳動，滾珠絲杠的設(shè)計承載能力遠大于實際使用中的載荷，各主要零部件均采用高強度材料，由加工中心加工而成，尺寸精度高，滾珠絲杠等運動部位都有防塵圈防護，伺服電機在過載時具有斷電保護功能，因此，其使用壽命更長，可靠性更高，維護成本很低。液壓式注射機使用的傳動介質(zhì)-液壓油在使用一定時間后，由于氧氣、壓力、磨擦等的綜合作用，性能將發(fā)生變化；為保證整機的性能，需要定期更換液壓油，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。電動注射機不存在這個問題。電動注射機本身動作的重復(fù)精度很高，性能穩(wěn)定；所以生產(chǎn)時廢品率很低；且用電、用水都很少。這些都將降低生產(chǎn)成本，保證了制品的市場競爭力。

2 全電動式注塑機的國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前全球全電動式注塑機的生產(chǎn)廠家主要有日精樹脂工業(yè)、法那克、東洋機械金屬、三菱重工、住友重機械工業(yè)、奧格馬、川口鐵工、松下電器產(chǎn)業(yè)、辛辛那提·米拉克郎、巴登菲爾德等，其中最大、最成功的制造商是法那克公司，年產(chǎn)量約為2000臺，且在全世界銷售的15-300t機種已超過10000臺。

從2003年美國NPE展中展出的注塑機機種來看，全電動注塑機占其總數(shù)的37%，較2000年的NPE展提高了11%；其中美洲、歐洲和日本均有大幅提高，而亞洲(除日本外)還以油壓式為主，約占參展數(shù)量的84%，技術(shù)相對落后。

表1  2000-2003年美國NPE展展出的各注塑機機種比例

Tab 1 Ratio of injection machines types displayed at NPE(2000/2003)

從全球注塑機技術(shù)發(fā)展趨勢看，日本的注塑機制造商以精密注射及高循環(huán)速度(短循環(huán)周期)為技術(shù)目標(biāo)，發(fā)展全電動式注塑機；而歐美的注塑機制造商則以油壓計量與電動組合的混合式機型和多色多組分注射成型的復(fù)合化技術(shù)為發(fā)展重點，同時，Milacron、Engel和Battenfeld等公司也發(fā)展全電動式注塑機。

我國的注塑機由于起步較晚，現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不甚合理，傳統(tǒng)的肘桿式注塑機在市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，全電動式注塑機尚處于初步發(fā)展階段，投入批量生產(chǎn)的廠家寥寥無幾。目前國內(nèi)已取得一定的進展有中國海天機械有限公司的HTD88全電動注塑機、東華機械有限公司的Zeus系列全電動注塑機及寧波海太機械制造有限公司的HTD800全電子伺服控制注塑機等。其中海太公司研發(fā)的HTD800型全電動注塑成型機目前已率先通過專家鑒定，進入實際生產(chǎn)使用中；該公司的第二代全電動注塑機也已進入試制階段。但由于種種原因，該公司的全電動注塑機也僅限于小批量試生產(chǎn)階段。國內(nèi)注塑機生產(chǎn)廠家雖已在該領(lǐng)域有所突破，但還遠未形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化，技術(shù)上與國際先進國家(如日本)還存在較大差距。這一問題的關(guān)鍵是國人尚未掌握核心技術(shù)，目前全電動式注塑機的主要配件如飼服電機、滾珠絲杠等均依賴進口，過分依賴國外的高新技術(shù)造成了目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

3 全電動注塑機的技術(shù)發(fā)展動向

3.1 大型化

全電動注塑機由于原理的限制，當(dāng)合模力上升時，合模部分的絲桿、電機的負荷均相應(yīng)增大，用一個電機不能滿足需要，需要兩個電機來共同完成；這就產(chǎn)生了一個同步性的問題，即兩個電機的啟動、運轉(zhuǎn)、停止必須一致，否則將導(dǎo)致使用性能不穩(wěn)定和機器部件的損壞。因此，全電動機型的大型化對電機控制系統(tǒng)、裝配工藝等提出了更高的要求，這些要求也限制了全電動機型的大型化。目前，全電動注塑機主要應(yīng)用于小型、精密制品的成型加工，一般規(guī)格為合模力300t以內(nèi)的小型機。近幾年，隨著對大型注塑成型制品市場需求的提高，全電動注塑機也向大型化發(fā)展。目前日本UBE機械集團已成功制造出世界上最大的全電動成型機，該機鎖模力為2000t，用一臺AC伺服電機驅(qū)動塑化，兩臺伺服電機驅(qū)動頂出。

3.2 智能化

隨著塑料制品加工業(yè)的進一步成熟，對塑料機械產(chǎn)業(yè)也提出了越來越高的要求。為實現(xiàn)高效、精確、節(jié)能的目標(biāo)，智能化已成為塑機開發(fā)的新方向；設(shè)備單元的自動控制、參數(shù)的閉環(huán)控制、過程聯(lián)運在線反饋控制等電子與計算機技術(shù)都已在注塑機上得到了較廣泛的應(yīng)用，特別是基于PC的開放式、模塊化控制技術(shù)越來越被塑機制造商看好。開放式的控制系統(tǒng)可使機器制造商快速而經(jīng)濟地開發(fā)出滿足機器控制功能且量身定做的控制軟件；而模塊化系統(tǒng)使機器的柔性更高，應(yīng)用更廣泛；使用PC作系統(tǒng)平臺能在大大提高操作人員的易用性的同時，借助PC強大的網(wǎng)絡(luò)功能，機器制造商可實現(xiàn)對所售機器的遠程維護，這對提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本將起到顯著的效果。

同時，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使虛擬技術(shù)的實現(xiàn)成為可能。由于虛擬技術(shù)可以形成和提供虛擬空間環(huán)境；因此，注塑機生產(chǎn)廠家可以實行虛擬合作設(shè)計、虛擬合作制造。雖然虛擬技術(shù)的發(fā)展目前尚處于初始階段；但虛擬技術(shù)所蘊藏的巨大的經(jīng)濟利益將為虛擬技術(shù)應(yīng)用在注塑機設(shè)計制造中提供強大的推動力。

3.3 超高速化

由于塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，不僅縮短生產(chǎn)周期的要求強烈，而且薄壁化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化制品的需求也越來越多；于是超高速注射成型技術(shù)應(yīng)運而生，其注射速度高達1000-1500mm/s，遠遠超過傳統(tǒng)注塑機的100mm/s以及普通全電動注塑機的300-500mm/s。更有甚者，日本法那克公司采用線性馬達的[SUPERSHOTIIOi]型全電動注塑機注射速度高達2000mm/s。

4 國內(nèi)全電動注塑機的發(fā)展展望

全電動注塑機與油壓式注塑機相比，有其不足的一面，如缺乏比價優(yōu)勢(前者的銷售價格為后者的3-5倍)，且機械部件傳動的磨損將導(dǎo)致注射精度的降低、后期維修相對不便及維護成本較高等缺陷；所以近期內(nèi)全電式塑機取代傳統(tǒng)注塑機成為主導(dǎo)型產(chǎn)品的可能性不大。但作為塑機行業(yè)的高端產(chǎn)品，全電動式注塑機以其優(yōu)異的節(jié)能、清潔和控制特性，已獲得越來越多生產(chǎn)廠家的青睞，近幾年在國際市場上的市場占有率逐年大幅提升；隨著高精度塑件的普遍應(yīng)用和制造成本的降低，未來發(fā)展空間巨大。

國內(nèi)由于注塑機的整體起步較晚，全電動式塑機的發(fā)展才剛剛開始。目前國內(nèi)注塑機生產(chǎn)廠家雖已在該領(lǐng)域有所突破，但尚未形成產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)上與先進國家(如日本)相比還存在較大差距，特別是關(guān)鍵零部件生產(chǎn)尚需引進。引進雖然是迎頭趕上的捷徑，但一味的引進一方面把產(chǎn)品的利潤很大一部分讓給了國外先進廠商，另一方面也難以實現(xiàn)整體超越的轉(zhuǎn)變，在國際競爭中難以找到自身的位置。為此，需樹立一個全新的觀念，即引進的并不一定是最先進的。以往的經(jīng)驗表明，引進的技術(shù)往往與國外的先進技術(shù)保持10年以上的差距；要迎頭趕上，就必須從發(fā)明開始。所以，要優(yōu)化我國的注塑機結(jié)構(gòu)，發(fā)展高精度、高技術(shù)含量的全電動式注塑機，搶占行業(yè)的高端領(lǐng)域，國家須給予政策及導(dǎo)向等方面的支持及引導(dǎo)，除設(shè)立該類機型的研發(fā)專項補助資金外，在稅收、貸款上給予優(yōu)惠政策；在注塑機生產(chǎn)廠家集中的地區(qū)，政府應(yīng)出臺相關(guān)人才引進的配套優(yōu)惠政策，提高廠家的開發(fā)積極性，為把我國從塑機生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變成塑機生產(chǎn)強國奠定堅實的基礎(chǔ)。