全电动式注塑机发展的综合分析.doc

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 1 全电动式注塑机的特点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；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 2 全电动式注塑机的国内外现状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%↓037.5%↑11%37.5%↑ 日 本39%8.1%↓010.8%↑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 3 全电动注塑机的技术发展动向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。