全电动式注塑机的发展现状及展望

标题： 全电动式注塑机的发展现状及展望 作者： 林宏权，蒋卫东，林达 作者地址： 宁波科技情报研究所，浙江 宁波 315040 摘要： 介绍全电动式注塑机的特点及国内外的发展现状；分析对比了全电动式注塑机与传统注塑机的优缺点，并通过对全电动式注塑机技术发展动向的分析，对我国全电动注塑机的发展进行了展望。 关键词： 全电动；注塑机；现状；发展动向 中图分类号： TQ320.5 文献标识码： A 文章编号： 1005-5770(2005)04-0001-04 页码： 1~4 参考文献数： 1 图： 0 表： 1 来源： 《塑料工业》2005年第33卷第4期

塑料注射成型机作为塑料制品的加工设备已有半个多世纪的历史，近年来随着塑料制品应用领域的不断扩大，世界上对注塑机械的需求呈现了持续大幅攀升的趋势。特别是我国，进入20世纪90年代以来，注塑机的销售额以10%左右的年均增长率{TodayHot}快速增长。2002年注塑机的产量为4.3万台左右；2003年达到了5.1万台，与2002年相比增长了16%。总产量已居世界第一位，市场份额已占世界总产量的60%。

近年来，随着新型合成材料的涌现和要求使用高精度注塑件范围的扩大，以及绿色环保意识的日渐增强，人们对注塑机的要求越来越高，各类紧密型、节能型、环保型等注塑机不断涌现，产业结构正在迅速转变。目前相对主流的各种新型注塑机中，最具代表性的为全电动式塑料注射成型机。

1 全电动式注塑机的特点

所谓电动式注塑机是指使用交流伺服电动机，配以滚珠丝杠、齿形带以及齿轮等元器件来驱动各个机构的注塑机，其最根本的特点是所有驱动模块全为电动式，而非传统的液压式。也就是说，在整套设备中没有液压系统，也没有任何液压元部件。电动式注塑机的应用相当广泛，从一般民用和工业用品如汽机车零件、化妆品用容器、家庭用容器、精密齿轮等。电动式注塑机于1982年首先由德国Battenfeld公司发布；1983年由日精树脂(Nissei)公司率先商品化，当时的产品型号为MM5；在1984年日本塑料工业展览会上，法那克公司、东洋机械金属公司和新泻铁工所分别展出了AUTOSHOT系列、TU系列和MD系列的电动式注塑机。

全电动式注塑机是电动式注塑机的主要机型，其注塑装置中的各机构(注射、塑化、计量和移座等)及合模装置的各机构(开合模、锁模、顶出等)全部采用电动机驱动。与油压式注塑机相比，具有以下优点。

1.1 节约能源

传统的油压传动机械由于全部动作都需通过油路来实现，所以不可避免地具有油压控制损失(ΔP)、管损、阀阻等流动损失，以及泵浦之容积效率、摩擦损失等等。在高流量时这种能量损失特别明显。据统计，液压式注塑机由于高压节油造成的能量损耗高达36%-68%；同时油压系统在待机状态下亦仍有上列损失。而伺服马达运转时无流动损失、控制损失问题，磁滞损失极低；{HotTag}且在待机时不转动，因此能耗低，而且与速度无关。全电式系列由于使用滚珠螺杆将伺服马达的旋转运动转成直线运动，而滚珠螺杆的摩擦阻力远低于油压缸，且无任何冷却系统；因此整体效率远远超过油压机械。实践表明，一般全电动式注塑机比传统液压式省电1/3(包括加热部分，同等设备相比)；如不包括加热部分，全电式注塑机的耗电仅是传统塑机的1/8-1/10。以一台合模力为800kN、注射量为100g的注射机为例，液压式注射机生产一个重60g的ABS料产品，每分钟3模，耗电约9kW/h；而生产同样产品、同样效率，全电动机器的耗电约为6.5kW(其中加热功率均为6kW)。

1.2 清洁、噪音低

全电动式注塑机的主要制动组件是交流同步伺服马达。而伺服马达的控制特性为噪音低、惯性低、激活阻力小、加减速特性控制容易，无液压系统中存在的液压泵浦脉冲问题、气泡、泄压声等问题，因此，更容易设定激活及停止斜率，激活振动低。实践表明，一般全电动式注塑机比液压式塑机的噪音低10-15dB，已达到国内企业近年来为突破绿色贸易壁垒而纷纷实施的ISO14001国际认证标准。另一方面，由于该机型没有油压缸；因此，无漏油问题，亦无油气问题，无对液压设备维修保养问题，极大地提高了系统的洁净性。对于生产洁净度要求高的产品很有利，对于一些对洁净度有特殊要求的产品如医疗用品等，选择该类机型成为必然。

1.3 速度控制范围宽、响应性好

相对于液压注塑机，全电动式注塑机由于采用伺服电动机；所以其速度控制特性较好、范围大，高低速相差近1000倍。同时，伺服电动机控制的注射压力和注射速度变化时间非常短，从高速向低速转换平滑，具有非常高的响应特性，特别适合在小型制品、短注射行程的场合使用。

1.4 精度高、重复性高

相对于液压式注塑机，全电动式注塑机具有精度高、重复性高等特点，高精密度注射成型可以在全电动伺服注射成型机上轻易实现。塑料塑化时螺杆的转动由伺服电机驱动，伺服电机的转速很稳定；因此塑料塑化的稳定性提高。注射动作是由伺服电机带动滚珠丝杠来完成的，由于滚珠丝杠的位置精度可以达到0.003mm；所以每次注射动作的精度也可相应达到0.003mm；同时使注射动作的重复精度大为提高，保证了制品质量的稳定。与液压式注射机的压力控制方法相比，全电动伺服注射机注射时的压力是通过一个高精度的压力传感器反馈给控制系统的，压力传感器直接与螺杆连接，减少了中间环节造成的误差；感应速度快、精度高；这使该类机型的背压控制精度提高。滚珠丝杠与螺杆之间的连接是刚性的，注射速度完全由滚珠丝杠控制；因此，通过设置注射时各段的压力、速度，可方便地实现多级压力、多级速度的高精度复杂注射动作，以便满足各类高档制品的各种注射要求。手机外壳、电脑的一些精密零件等多数采用全电动伺服注射成型机加工。由于伺服电机扭矩控制精度高，滚珠丝杠与合模系统刚性连接；使开合模动作的速度、位置精度也相应提高，保证了模板运动推力的精确，控制了模板在运动中惯性产生的位移偏差，使低压模具保护这一动作的可靠性和响应精度大为提高，精密模具使用时的安全性有了更好的保障。在注射成型某些薄壁制品时，需要进行“注一压”复合动作，即在注射开始时，模具不合紧，留有很小的缝隙以便排气，注射动作后期模具合紧。例如用ABS料注射成型IC卡时，采用“注一压”复合动作制作出来的制品平面度高，无翘曲变形。这样的动作要求模板移动有较高的位置精度和响应速度。由于模具是后期合紧的，所以仅需要较小的合模力便可成型制品，这将延长了注射机和模具的使用寿命。全电动伺服注射成型机完全可以满足这样的要求。而对液压式注射机来说，由于液压油的密度等物理性能将随环境温度的变化和使用次数的增加而变，使各个动作执行的精度得不到保障。

1.5 成型效率高和使用成本低

全电动伺服注射成型机的工作效率很高，使用成本低廉。效率，最直观的表现为速度。电动注射机的注射速度是一般液压式注射机的1倍左右，高速注射满足了部分制品的需求，同时提高了注射效率和成品率，降低了生产成本。合模动作的高精度使高速低压动作距离加长、合模速度更快。由于整部机器全部由电动机驱动，各动作之间基本没有干扰；所以，开摸和顶出动作可以同步进行，节省了顶出动作的时间，实现了一般液压式注射机无法实现的“开模-顶出”复合动作。液压式注射机使用的高压软管和油缸、活塞等老化、腐蚀、磨擦产生的粉末、铁屑进入液压系统，将导致阀芯卡住，动作失灵，严重时将阀损坏，影响生产进度，增大维护费用；而电动注射机全部是机械传动，滚珠丝杠的设计承载能力远大于实际使用中的载荷，各主要零部件均采用高强度材料，由加工中心加工而成，尺寸精度高，滚珠丝杠等运动部位都有防尘圈防护，伺服电机在过载时具有断电保护功能，因此，其使用寿命更长，可靠性更高，维护成本很低。液压式注射机使用的传动介质-液压油在使用一定时间后，由于氧气、压力、磨擦等的综合作用，性能将发生变化；为保证整机的性能，需要定期更换液压油，导致生产成本提高。电动注射机不存在这个问题。电动注射机本身动作的重复精度很高，性能稳定；所以生产时废品率很低；且用电、用水都很少。这些都将降低生产成本，保证了制品的市场竞争力。

2 全电动式注塑机的国内外现状

目前全球全电动式注塑机的生产厂家主要有日精树脂工业、法那克、东洋机械金属、三菱重工、住友重机械工业、奥格马、川口铁工、松下电器产业、辛辛那提·米拉克郎、巴登菲尔德等，其中最大、最成功的制造商是法那克公司，年产量约为2000台，且在全世界销售的15-300t机种已超过10000台。

从2003年美国NPE展中展出的注塑机机种来看，全电动注塑机占其总数的37%，较2000年的NPE展提高了11%；其中美洲、欧洲和日本均有大幅提高，而亚洲(除日本外)还以油压式为主，约占参展数量的84%，技术相对落后。

表1  2000-2003年美国NPE展展出的各注塑机机种比例

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

	油压		油电		全电
	2000年	2003年	2000年	2003年	2000年	2003年
欧洲	84%	53.2%↓	8%	24.2%↑	8%	22.6%↑
美洲	89%	25.0%↓	0	37.5%↑	11%	37.5%↑
日本	39%	8.1%↓	0	10.8%↑	61%	81.1%↑
所有参展机型	72%	45.2%↓	3%	17.8%↑	26%	37.0%↑

从全球注塑机技术发展趋势看，日本的注塑机制造商以精密注射及高循环速度(短循环周期)为技术目标，发展全电动式注塑机；而欧美的注塑机制造商则以油压计量与电动组合的混合式机型和多色多组分注射成型的复合化技术为发展重点，同时，Milacron、Engel和Battenfeld等公司也发展全电动式注塑机。

我国的注塑机由于起步较晚，现阶段的产业结构不甚合理，传统的肘杆式注塑机在市场中占据了主导地位，全电动式注塑机尚处于初步发展阶段，投入批量生产的厂家寥寥无几。目前国内已取得一定的进展有中国海天机械有限公司的HTD88全电动注塑机、东华机械有限公司的Zeus系列全电动注塑机及宁波海太机械制造有限公司的HTD800全电子伺服控制注塑机等。其中海太公司研发的HTD800型全电动注塑成型机目前已率先通过专家鉴定，进入实际生产使用中；该公司的第二代全电动注塑机也已进入试制阶段。但由于种种原因，该公司的全电动注塑机也仅限于小批量试生产阶段。国内注塑机生产厂家虽已在该领域有所突破，但还远未形成产业化规模化，技术上与国际先进国家(如日本)还存在较大差距。这一问题的关键是国人尚未掌握核心技术，目前全电动式注塑机的主要配件如饲服电机、滚珠丝杠等均依赖进口，过分依赖国外的高新技术造成了目前产业发展的瓶颈。

3 全电动注塑机的技术发展动向

3.1 大型化

全电动注塑机由于原理的限制，当合模力上升时，合模部分的丝杆、电机的负荷均相应增大，用一个电机不能满足需要，需要两个电机来共同完成；这就产生了一个同步性的问题，即两个电机的启动、运转、停止必须一致，否则将导致使用性能不稳定和机器部件的损坏。因此，全电动机型的大型化对电机控制系统、装配工艺等提出了更高的要求，这些要求也限制了全电动机型的大型化。目前，全电动注塑机主要应用于小型、精密制品的成型加工，一般规格为合模力300t以内的小型机。近几年，随着对大型注塑成型制品市场需求的提高，全电动注塑机也向大型化发展。目前日本UBE机械集团已成功制造出世界上最大的全电动成型机，该机锁模力为2000t，用一台AC伺服电机驱动塑化，两台伺服电机驱动顶出。

3.2 智能化

随着塑料制品加工业的进一步成熟，对塑料机械产业也提出了越来越高的要求。为实现高效、精确、节能的目标，智能化已成为塑机开发的新方向；设备单元的自动控制、参数的闭环控制、过程联运在线反馈控制等电子与计算机技术都已在注塑机上得到了较广泛的应用，特别是基于PC的开放式、模块化控制技术越来越被塑机制造商看好。开放式的控制系统可使机器制造商快速而经济地开发出满足机器控制功能且量身定做的控制软件；而模块化系统使机器的柔性更高，应用更广泛；使用PC作系统平台能在大大提高操作人员的易用性的同时，借助PC强大的网络功能，机器制造商可实现对所售机器的远程维护，这对提高生产效率和降低生产成本将起到显著的效果。

同时，随着计算机和网络技术的发展，使虚拟技术的实现成为可能。由于虚拟技术可以形成和提供虚拟空间环境；因此，注塑机生产厂家可以实行虚拟合作设计、虚拟合作制造。虽然虚拟技术的发展目前尚处于初始阶段；但虚拟技术所蕴藏的巨大的经济利益将为虚拟技术应用在注塑机设计制造中提供强大的推动力。

3.3 超高速化

由于塑料制品的应用领域不断拓展，不仅缩短生产周期的要求强烈，而且薄壁化和结构复杂化制品的需求也越来越多；于是超高速注射成型技术应运而生，其注射速度高达1000-1500mm/s，远远超过传统注塑机的100mm/s以及普通全电动注塑机的300-500mm/s。更有甚者，日本法那克公司采用线性马达的[SUPERSHOTIIOi]型全电动注塑机注射速度高达2000mm/s。

4 国内全电动注塑机的发展展望

全电动注塑机与油压式注塑机相比，有其不足的一面，如缺乏比价优势(前者的销售价格为后者的3-5倍)，且机械部件传动的磨损将导致注射精度的降低、后期维修相对不便及维护成本较高等缺陷；所以近期内全电式塑机取代传统注塑机成为主导型产品的可能性不大。但作为塑机行业的高端产品，全电动式注塑机以其优异的节能、清洁和控制特性，已获得越来越多生产厂家的青睐，近几年在国际市场上的市场占有率逐年大幅提升；随着高精度塑件的普遍应用和制造成本的降低，未来发展空间巨大。

国内由于注塑机的整体起步较晚，全电动式塑机的发展才刚刚开始。目前国内注塑机生产厂家虽已在该领域有所突破，但尚未形成产业化，技术上与先进国家(如日本)相比还存在较大差距，特别是关键零部件生产尚需引进。引进虽然是迎头赶上的捷径，但一味的引进一方面把产品的利润很大一部分让给了国外先进厂商，另一方面也难以实现整体超越的转变，在国际竞争中难以找到自身的位置。为此，需树立一个全新的观念，即引进的并不一定是最先进的。以往的经验表明，引进的技术往往与国外的先进技术保持10年以上的差距；要迎头赶上，就必须从发明开始。所以，要优化我国的注塑机结构，发展高精度、高技术含量的全电动式注塑机，抢占行业的高端领域，国家须给予政策及导向等方面的支持及引导，除设立该类机型的研发专项补助资金外，在税收、贷款上给予优惠政策；在注塑机生产厂家集中的地区，政府应出台相关人才引进的配套优惠政策，提高厂家的开发积极性，为把我国从塑机生产大国转变成塑机生产强国奠定坚实的基础。

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