全電動注塑機行業現狀及方向思考

蔡國強 蔡杰鋒

關于全電動注塑機[簡稱全電機，下同]的定義，曾有不同的解讀。百度百科中，全電機是一種全部動力都由電力供給的加工注塑機，而在GB/T 36587-2018定義3.5.9中，則為合模裝置與注射裝置的各執行動作是由電動機-機械傳動鏈實現的塑料注射成型機。顯然后者更加明確“全電”和“電機+機械傳動”的概念，換言之“電機+液壓傳動”并不屬于全電機的范疇。

全電機因其“全伺服”屬性，在制品生產中的響應時間、精密控制、節能環保、低噪音等諸

多方面具有獨特的優勢，雖然價格高但應用越來越廣泛，同時由于機器的量能提升使物料成本大幅下降，性價比優勢也逐漸顯現，“大機兩板化、中小型機全電化”已是行業共識，全電機成為注塑機未來發展的主要方向之一。

一、全電機的行業現狀

1982年日本日精推出全球第一臺全電機，經過近四十年的發展，無論是機械結構、控制技術、

精密穩定性、生產效率等方面，都發生了巨大的變化。

1、日本

日本全電機品牌一直遙遙領先于行業，其國內多年前即已全面淘汰液壓機。發那科（FANUC）、住友（SUMITOMO）、東洋（TOYO）、沙迪克（SODICK）、日精（NISSEI）、日鋼（JSW）、東芝（TOSHIBA） 是其杰出代表，主要特點：高速、高響應，500mm/s射速以上市場日本占比極高，TOYO加速響應時間高達15G（150m/s^2）;精密、穩定，伺服電機磁密度高、相對體積小;在800噸以上大型全電機上更是獨步天下。

2、歐美

典型代表有恩格爾（ENGEL奧地利）、耐司特（Netstal瑞士）、克勞斯瑪菲（Krauss-maffei，后由中國化工集團收購）、阿博格（Arburg）、德瑪格（DEMAG）、米拉克龍（Milacron美國）等。主要特點：先以電液混合機開始，再開發全電機;與日本普遍采用機鉸式不同，歐美全電機的機械結構種類相對較多，如機鉸、直壓、連鑄框式等;控制上追求精密穩定，但相比日本全電機，其電機和機器的體積相對較大。

3、中國

我國從90年代末開始研制全電機，品牌代表有東華、震雄、海天、伊之密、泰瑞等，早期受技術所限，控制系統、驅動器、伺服電機、絲桿、皮帶輪等均為進口，成本昂貴，技術上非常貧乏，只能視為前期測試和技術儲備。但從2008年左右開始，隨著伺服驅動、電機設計應用及控制技術的迅猛發展，國內全電機開始發力，各企業陸續開展全電機的研發和生產，性價比優勢也開始體現。如前面提到的國內幾個龍頭企業，逐漸實現系列化量產，其中尤以海天長飛亞ZHAFIR為杰出代表，其2019年全年銷售約3000臺，銷售額接近15億人民幣，成為日歐美的強勁對手，大有后來居上之勢。

此外，還有韓國品牌，如LG、宇進等，臺灣品牌則如富強鑫、臺中和中臺精機等，也是全電機不可忽視的力量。

二、中國與日歐美的主要差距點

盡管我國在全電機設計應用上已取得長足的進步，但與日本、歐美比起來，仍然存在著巨大

差距，筆者認為主要體現在如下幾方面：

1、關鍵零部件依賴進口

圖一中的諸如皮帶/輪、重負荷絲桿、負荷單元LoadCell、高性能伺服驅動器、高響應伺服電機等物料，仍然高度依賴進口。普通絲桿、線軌一部分可由臺灣或國產件替代，但在較高速度和負載的應用場合，日本及歐美零部件的質量、穩定性優勢較明顯。筆者曾做過測試，在350mm/s注射速度、300MPa注射壓力下連續一個月生產制品，臺灣某品牌的皮帶已被拉長變形甚至出現帶輪跳齒現象，而日本品牌的皮帶則變形很小，表明我們技術追趕之路依然艱巨，不可松懈。

2、材料及加工處理工藝短板

特殊的材料、嚴謹的處理工藝、超高精密的加工水平，是零部件質量和使用壽命的根本保障，這方面是國內制造業的短板，舉例說明：

圖二是曾經看到的某品牌日本全電機，尾板竟然用螺絲固定在機架上（筆者注：很可能是機器安裝好后用戶忘記拆掉螺絲了，模具厚度又碰巧匹配），按我們的常識，注塑機尾板是浮動的不能用螺絲固定，因為機器在高壓鎖模時格林柱變形量甚至超過0.6-1.5mm，尾板后移的巨大剪切力勢必將固定螺絲崩斷，但日本機為什么沒有發生這種情況？經仔細觀察發現即使在最大鎖模力下，日本機格林柱的變形肉眼幾乎看不出來，與國內0.6-1.5mm的變形量，顯然材料的差距不是一點點。

圖三是抱閘結構中的左右螺母，與移模絲桿對齒后抱合再起高壓。日本Sodick全電機一次加工成型公差匹配充分保證，而國內受加工條件所限，或難以保證超高精密加工，常常開U型孔以遷就安裝及調整，由此產生的人為誤差在所難免，實際公差與理論公差的不符導致實際控制效果的差異以及使用、維護的復雜化，對齒故障率也相對較高。

還有一些獨特的機械結構，如圖四中注射電機轉子直接嵌入絲桿或螺母、熔膠電機與機械結構連鑄等，優點是顯而易見的：結構緊湊、體積小、慣量降低，可極大提高加速響應，但結構設計及加工精度要求高，且要求長時間穩定不損壞，否則因某零部件故障而需將整個射臺拆回廠家檢修那是得不償失。藝高才能膽大，對類似結構國內曾做過嘗試，但效果并不理想。

3、基礎性研究薄弱

圖五是某日本機畫面之一，注射功能中”瞬速方式” 有幾種選擇：高感度、中感度、低感度，這是字面上的理解，但各用在什么場合？如何定義數值范圍？ 另外某些功能可在畫面上直接選擇PC、TPU、PP等生產材料類型，系統自動調用匹配的成型工藝和控制程序，獲得最好的成型效果;還有種類繁多的低壓注射、二次合模、微發泡工藝等等……，所有這些，如果沒有大量的理論和實際研究過程，是很難達成如此極致應用的，目前比較熱門的智能調整工藝參數，也需要我們對機器、模具、原料、工藝等作深入的基礎性研究。

4、共性技術開發缺乏

同一行業會遇到諸多共性問題，所謂共性技術開發就是針對這些疑難問題同行企業聯合投入、共同開發、成果共享，做到集思廣益，事半功倍，彼此之間有著清晰的市場定位，既是競爭又是合作關系。所以在很多日本品牌的全電機中，你可以看到使用三菱的PLC和OP、法蘭克的伺服驅動和電機、YOCOKAWA的伺服控制模塊、FUJI的低壓電器等彼此互用融合的情況相當普遍，這與國內同行之間過度競爭的狀況形成鮮明對比。諾干年前臺灣的幾家注塑機生產廠家曾嘗試聯合開發伺服電機、驅動器及控制技術，但最后無疾而終，也一定程度地說明缺乏共性開發的合作精神。

差距并不止于以上所列四點，只是通過這些例子讓我們看到差距，知不足而后動，當今的精密機器、電子、航空航天設備等，無不體現材料、工藝、基礎研究以及精誠合作的極端重要性。

三、對全電機未來方向的一些思考

關于注塑機的發展方向，行業普遍認同“大機兩板化、中小型機全電化”的理念，而且隨著對

制品質量、機器穩定性、環保等的要求越來越高、以及伺服電機及控制技術的高速發展，全電機的需求將出現顯著增長。面對與日本歐美國家的差距，我們應該做些什么？

1、重視技術研發，崇尚匠心精神

筆者曾多次參加塑機行業的項目申報、評審以及行業研討會，某些所謂專家“注塑機技術含量不高”的怪論時有所聞，這與其終日混跡江湖、高談闊論致使眼高手低不接地氣有關，凡是非熱門技術概念皆不上其法眼，還好這樣的人是極少數。作為塑料加工的工業母機，國家重點支持的高新領域產品，注塑機的重要性毋容置疑，它涉及機械、液壓、電氣、控制、材料、工藝、應用等等方面。上文列出的一些主要差距只是以點概面，需要我們持續的技術投入、重基重本，發揚匠心精神研究探索，才能不斷彌補差距。

2、另辟新徑分步走，拓展適用市場

目前在超薄、微型產品等高速高壓成型市場，日本和歐美品牌全電機占絕對份額，雖然國內也偶爾制造，但受機械結構、零部件、材料、加工工藝等諸多條件局限，故障率偏高穩定性較低，因此可優先考慮重點放在中低速中低壓配置，追求精密和穩定性;或針對某些特定行業及產品，定制專用機，拓展適用市場，而高速高壓全電機則暫時只進行一些試點，作為技術儲備。

另外，在一些特殊的應用場合比如需要使用抽插芯或鉸牙功能，全電機受機械布局和環境防護要求，往往改動并不容易，且成本較高，這時可發揮我們配置靈活、快速響應的優勢，推出差異化的“油電混合”機型，典型模式如下表：

上表中“+”表示該軸使用“電機+機械傳動”，“*”表示根據需要而定。

注塑機六個軸不同的電/液組合，可以衍生出多種配置，在此不一一羅列。比如模式1是典型的電熔膠方案，可在液壓開合模時實現同步熔膠功能，提高生產效率;模式2除了電熔膠外，還可以實現精密注射成型;模式3則因為移模軸由伺服電動控制，可實現類似二次合模、二次注射、壓射等特殊功能;頂針軸使用伺服電機的定位精度更高，使用液壓則是發揮其沖擊力大便于多腔制品脫落的優勢;射移軸使用液壓，可降低絲桿損壞的幾率和使用成本。不管哪種模式，因為“油電混合”機型額外配置了液壓泵動力系統，均可方便增加抽插芯或鉸牙功能，但需要注意：因為“液壓”的存在，已不在嚴格的“全電機”范疇，對一些環境要求極高的如醫療、食品包裝等生產場合，需防止油污染、增加環保防護措施。

3、攻克關鍵零部件制造，提升控制技術

國家的“強基”政策，將有力促進關鍵零部件的研發和制造，比如前面提到的絲桿、軸承、LoadCell以及驅動和電機等，目前已取得很大的發展;控制系統、伺服驅動、同步電機的自主研發，Profile曲線規劃、高響應柔性化、V-P切換、安全啟停等關鍵控制技術逐漸沖破技術壁壘;多伺服電機同步控制，為我們用多軸替代單軸、多電機替代大電機，以規避大電機大絲桿材料、制造上的技術難題提供了可行方案;另外，《中國制造2025》助推物聯化智能化技術的集成和深化應用已現成效……，讓我們對未來全電機的發展持樂觀態度。

4、專業化個性化的銷售和技術支持

全電機的機械結構、性能特點、適用范圍與傳統液壓機有著巨大的差異，電動機-機械傳動鏈方式對速度壓力更為敏感，如何結合用戶的制品屬性，評估瞬間響應速度與較長時間過載能力之間的平衡點，甄選合適的配置和適合的市場定位等等，這些對銷售人員的技術素質提出了更高的要求。目前不少廠家采用技術協同銷售的方式是一個不錯的方法;此外，需要注意機器售后的操作培訓、及時收集并迅速解決現場問題，完善設計。專業化個性化的銷售和積極的技術支持，打破常規的銷售和考核方式，體現全電機的綜合優勢，幫助客戶高效生產提高客戶認同度，更快地實現試用→小批量使用→完全接受的過程。

按全電機的推出時間計算，中國與日歐美相差近20年;10年前，同行普遍認為差距是全方位的;隨著這幾年國內設計、制造、驅動器、伺服電機、控制系統以及相關控制技術的長足發展，而且中國越來越重視基礎技術的研究，加上本來就擅長的應用技術，差距已逐漸縮小，國內塑機企業如海天、東華、伊之密、震雄等品牌全電機已強勢崛起。日歐美仍在穩步向前，我們一直策馬追趕，什么時候兩條軌跡相交并實現超越，需要我們的共同奮進和不懈努力，未來可期！