蔡國強(qiáng) 蔡杰鋒

關(guān)于全電動(dòng)注塑機(jī)[簡稱全電機(jī)，下同]的定義，曾有不同的解讀。百度百科中，全電機(jī)是一種全部動(dòng)力都由電力供給的加工注塑機(jī)，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(zhí)行動(dòng)作是由電動(dòng)機(jī)-機(jī)械傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)的塑料注射成型機(jī)。顯然后者更加明確“全電”和“電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)”的概念，換言之“電機(jī)+液壓傳動(dòng)”并不屬于全電機(jī)的范疇。

全電機(jī)因其“全伺服”屬性，在制品生產(chǎn)中的響應(yīng)時(shí)間、精密控制、節(jié)能環(huán)保、低噪音等諸

多方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，雖然價(jià)格高但應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)由于機(jī)器的量能提升使物料成本大幅下降，性價(jià)比優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)，“大機(jī)兩板化、中小型機(jī)全電化”已是行業(yè)共識(shí)，全電機(jī)成為注塑機(jī)未來發(fā)展的主要方向之一。

一、全電機(jī)的行業(yè)現(xiàn)狀

1982年日本日精推出全球第一臺(tái)全電機(jī)，經(jīng)過近四十年的發(fā)展，無論是機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、

精密穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率等方面，都發(fā)生了巨大的變化。

1、日本

日本全電機(jī)品牌一直遙遙領(lǐng)先于行業(yè)，其國內(nèi)多年前即已全面淘汰液壓機(jī)。發(fā)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(diǎn)：高速、高響應(yīng)，500mm/s射速以上市場日本占比極高，TOYO加速響應(yīng)時(shí)間高達(dá)15G（150m/s^2）;精密、穩(wěn)定，伺服電機(jī)磁密度高、相對(duì)體積小;在800噸以上大型全電機(jī)上更是獨(dú)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(tuán)收購）、阿博格（Arburg）、德瑪格（DEMAG）、米拉克龍（Milacron美國）等。主要特點(diǎn)：先以電液混合機(jī)開始，再開發(fā)全電機(jī);與日本普遍采用機(jī)鉸式不同，歐美全電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)種類相對(duì)較多，如機(jī)鉸、直壓、連鑄框式等;控制上追求精密穩(wěn)定，但相比日本全電機(jī)，其電機(jī)和機(jī)器的體積相對(duì)較大。

3、中國

我國從90年代末開始研制全電機(jī)，品牌代表有東華、震雄、海天、伊之密、泰瑞等，早期受技術(shù)所限，控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、絲桿、皮帶輪等均為進(jìn)口，成本昂貴，技術(shù)上非常貧乏，只能視為前期測試和技術(shù)儲(chǔ)備。但從2008年左右開始，隨著伺服驅(qū)動(dòng)、電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用及控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)全電機(jī)開始發(fā)力，各企業(yè)陸續(xù)開展全電機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，性價(jià)比優(yōu)勢也開始體現(xiàn)。如前面提到的國內(nèi)幾個(gè)龍頭企業(yè)，逐漸實(shí)現(xiàn)系列化量產(chǎn)，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(tái)，銷售額接近15億人民幣，成為日歐美的強(qiáng)勁對(duì)手，大有后來居上之勢。

此外，還有韓國品牌，如LG、宇進(jìn)等，臺(tái)灣品牌則如富強(qiáng)鑫、臺(tái)中和中臺(tái)精機(jī)等，也是全電機(jī)不可忽視的力量。

二、中國與日歐美的主要差距點(diǎn)

盡管我國在全電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用上已取得長足的進(jìn)步，但與日本、歐美比起來，仍然存在著巨大

差距，筆者認(rèn)為主要體現(xiàn)在如下幾方面：

1、關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口

圖一中的諸如皮帶/輪、重負(fù)荷絲桿、負(fù)荷單元LoadCell、高性能伺服驅(qū)動(dòng)器、高響應(yīng)伺服電機(jī)等物料，仍然高度依賴進(jìn)口。普通絲桿、線軌一部分可由臺(tái)灣或國產(chǎn)件替代，但在較高速度和負(fù)載的應(yīng)用場合，日本及歐美零部件的質(zhì)量、穩(wěn)定性優(yōu)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(xù)一個(gè)月生產(chǎn)制品，臺(tái)灣某品牌的皮帶已被拉長變形甚至出現(xiàn)帶輪跳齒現(xiàn)象，而日本品牌的皮帶則變形很小，表明我們技術(shù)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(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚砉に?、超高精密的加工水平，是零部件質(zhì)量和使用壽命的根本保障，這方面是國內(nèi)制造業(yè)的短板，舉例說明：

圖二是曾經(jīng)看到的某品牌日本全電機(jī)，尾板竟然用螺絲固定在機(jī)架上（筆者注：很可能是機(jī)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(shí)，注塑機(jī)尾板是浮動(dòng)的不能用螺絲固定，因?yàn)闄C(jī)器在高壓鎖模時(shí)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(jī)為什么沒有發(fā)生這種情況？經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)即使在最大鎖模力下，日本機(jī)格林柱的變形肉眼幾乎看不出來，與國內(nèi)0.6-1.5mm的變形量，顯然材料的差距不是一點(diǎn)點(diǎn)。

圖三是抱閘結(jié)構(gòu)中的左右螺母，與移模絲桿對(duì)齒后抱合再起高壓。日本Sodick全電機(jī)一次加工成型公差匹配充分保證，而國內(nèi)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(diào)整，由此產(chǎn)生的人為誤差在所難免，實(shí)際公差與理論公差的不符導(dǎo)致實(shí)際控制效果的差異以及使用、維護(hù)的復(fù)雜化，對(duì)齒故障率也相對(duì)較高。

還有一些獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖四中注射電機(jī)轉(zhuǎn)子直接嵌入絲桿或螺母、熔膠電機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)連鑄等，優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、慣量降低，可極大提高加速響應(yīng)，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度要求高，且要求長時(shí)間穩(wěn)定不損壞，否則因某零部件故障而需將整個(gè)射臺(tái)拆回廠家檢修那是得不償失。藝高才能膽大，對(duì)類似結(jié)構(gòu)國內(nèi)曾做過嘗試，但效果并不理想。

3、基礎(chǔ)性研究薄弱

圖五是某日本機(jī)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(shù)值范圍？ 另外某些功能可在畫面上直接選擇PC、TPU、PP等生產(chǎn)材料類型，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)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(fā)泡工藝等等……，所有這些，如果沒有大量的理論和實(shí)際研究過程，是很難達(dá)成如此極致應(yīng)用的，目前比較熱門的智能調(diào)整工藝參數(shù)，也需要我們對(duì)機(jī)器、模具、原料、工藝等作深入的基礎(chǔ)性研究。

4、共性技術(shù)開發(fā)缺乏

同一行業(yè)會(huì)遇到諸多共性問題，所謂共性技術(shù)開發(fā)就是針對(duì)這些疑難問題同行企業(yè)聯(lián)合投入、共同開發(fā)、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(guān)系。所以在很多日本品牌的全電機(jī)中，你可以看到使用三菱的PLC和OP、法蘭克的伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)、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(dāng)普遍，這與國內(nèi)同行之間過度競爭的狀況形成鮮明對(duì)比。諾干年前臺(tái)灣的幾家注塑機(jī)生產(chǎn)廠家曾嘗試聯(lián)合開發(fā)伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及控制技術(shù)，但最后無疾而終，也一定程度地說明缺乏共性開發(fā)的合作精神。

差距并不止于以上所列四點(diǎn)，只是通過這些例子讓我們看到差距，知不足而后動(dòng)，當(dāng)今的精密機(jī)器、電子、航空航天設(shè)備等，無不體現(xiàn)材料、工藝、基礎(chǔ)研究以及精誠合作的極端重要性。

三、對(duì)全電機(jī)未來方向的一些思考

關(guān)于注塑機(jī)的發(fā)展方向，行業(yè)普遍認(rèn)同“大機(jī)兩板化、中小型機(jī)全電化”的理念，而且隨著對(duì)

制品質(zhì)量、機(jī)器穩(wěn)定性、環(huán)保等的要求越來越高、以及伺服電機(jī)及控制技術(shù)的高速發(fā)展，全電機(jī)的需求將出現(xiàn)顯著增長。面對(duì)與日本歐美國家的差距，我們應(yīng)該做些什么？

1、重視技術(shù)研發(fā)，崇尚匠心精神

筆者曾多次參加塑機(jī)行業(yè)的項(xiàng)目申報(bào)、評(píng)審以及行業(yè)研討會(huì)，某些所謂專家“注塑機(jī)技術(shù)含量不高”的怪論時(shí)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(guān)，凡是非熱門技術(shù)概念皆不上其法眼，還好這樣的人是極少數(shù)。作為塑料加工的工業(yè)母機(jī)，國家重點(diǎn)支持的高新領(lǐng)域產(chǎn)品，注塑機(jī)的重要性毋容置疑，它涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、材料、工藝、應(yīng)用等等方面。上文列出的一些主要差距只是以點(diǎn)概面，需要我們持續(xù)的技術(shù)投入、重基重本，發(fā)揚(yáng)匠心精神研究探索，才能不斷彌補(bǔ)差距。

2、另辟新徑分步走，拓展適用市場

目前在超薄、微型產(chǎn)品等高速高壓成型市場，日本和歐美品牌全電機(jī)占絕對(duì)份額，雖然國內(nèi)也偶爾制造，但受機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件、材料、加工工藝等諸多條件局限，故障率偏高穩(wěn)定性較低，因此可優(yōu)先考慮重點(diǎn)放在中低速中低壓配置，追求精密和穩(wěn)定性;或針對(duì)某些特定行業(yè)及產(chǎn)品，定制專用機(jī)，拓展適用市場，而高速高壓全電機(jī)則暫時(shí)只進(jìn)行一些試點(diǎn)，作為技術(shù)儲(chǔ)備。

另外，在一些特殊的應(yīng)用場合比如需要使用抽插芯或鉸牙功能，全電機(jī)受機(jī)械布局和環(huán)境防護(hù)要求，往往改動(dòng)并不容易，且成本較高，這時(shí)可發(fā)揮我們配置靈活、快速響應(yīng)的優(yōu)勢，推出差異化的“油電混合”機(jī)型，典型模式如下表：

上表中“+”表示該軸使用“電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)”，“*”表示根據(jù)需要而定。

注塑機(jī)六個(gè)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(shí)實(shí)現(xiàn)同步熔膠功能，提高生產(chǎn)效率;模式2除了電熔膠外，還可以實(shí)現(xiàn)精密注射成型;模式3則因?yàn)橐颇］S由伺服電動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)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(jī)的定位精度更高，使用液壓則是發(fā)揮其沖擊力大便于多腔制品脫落的優(yōu)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?yàn)椤坝碗娀旌稀睓C(jī)型額外配置了液壓泵動(dòng)力系統(tǒng)，均可方便增加抽插芯或鉸牙功能，但需要注意：因?yàn)椤耙簤骸钡拇嬖?，已不在?yán)格的“全電機(jī)”范疇，對(duì)一些環(huán)境要求極高的如醫(yī)療、食品包裝等生產(chǎn)場合，需防止油污染、增加環(huán)保防護(hù)措施。

3、攻克關(guān)鍵零部件制造，提升控制技術(shù)

國家的“強(qiáng)基”政策，將有力促進(jìn)關(guān)鍵零部件的研發(fā)和制造，比如前面提到的絲桿、軸承、LoadCell以及驅(qū)動(dòng)和電機(jī)等，目前已取得很大的發(fā)展;控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、同步電機(jī)的自主研發(fā)，Profile曲線規(guī)劃、高響應(yīng)柔性化、V-P切換、安全啟停等關(guān)鍵控制技術(shù)逐漸沖破技術(shù)壁壘;多伺服電機(jī)同步控制，為我們用多軸替代單軸、多電機(jī)替代大電機(jī)，以規(guī)避大電機(jī)大絲桿材料、制造上的技術(shù)難題提供了可行方案;另外，《中國制造2025》助推物聯(lián)化智能化技術(shù)的集成和深化應(yīng)用已現(xiàn)成效……，讓我們對(duì)未來全電機(jī)的發(fā)展持樂觀態(tài)度。

4、專業(yè)化個(gè)性化的銷售和技術(shù)支持

全電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)、適用范圍與傳統(tǒng)液壓機(jī)有著巨大的差異，電動(dòng)機(jī)-機(jī)械傳動(dòng)鏈方式對(duì)速度壓力更為敏感，如何結(jié)合用戶的制品屬性，評(píng)估瞬間響應(yīng)速度與較長時(shí)間過載能力之間的平衡點(diǎn)，甄選合適的配置和適合的市場定位等等，這些對(duì)銷售人員的技術(shù)素質(zhì)提出了更高的要求。目前不少廠家采用技術(shù)協(xié)同銷售的方式是一個(gè)不錯(cuò)的方法;此外，需要注意機(jī)器售后的操作培訓(xùn)、及時(shí)收集并迅速解決現(xiàn)場問題，完善設(shè)計(jì)。專業(yè)化個(gè)性化的銷售和積極的技術(shù)支持，打破常規(guī)的銷售和考核方式，體現(xiàn)全電機(jī)的綜合優(yōu)勢，幫助客戶高效生產(chǎn)提高客戶認(rèn)同度，更快地實(shí)現(xiàn)試用→小批量使用→完全接受的過程。

按全電機(jī)的推出時(shí)間計(jì)算，中國與日歐美相差近20年;10年前，同行普遍認(rèn)為差距是全方位的;隨著這幾年國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)以及相關(guān)控制技術(shù)的長足發(fā)展，而且中國越來越重視基礎(chǔ)技術(shù)的研究，加上本來就擅長的應(yīng)用技術(shù)，差距已逐漸縮小，國內(nèi)塑機(jī)企業(yè)如海天、東華、伊之密、震雄等品牌全電機(jī)已強(qiáng)勢崛起。日歐美仍在穩(wěn)步向前，我們一直策馬追趕，什么時(shí)候兩條軌跡相交并實(shí)現(xiàn)超越，需要我們的共同奮進(jìn)和不懈努力，未來可期！