蔡国强 蔡杰锋

关于全电动注塑机[简称全电机，下同]的定义，曾有不同的解读。百度百科中，全电机是一种全部动力都由电力供给的加工注塑机，而在GB/T 36587-2018定义3.5.9中，则为合模装置与注射装置的各执行动作是由电动机-机械传动链实现的塑料注射成型机。显然后者更加明确“全电”和“电机+机械传动”的概念，换言之“电机+液压传动”并不属于全电机的范畴。

全电机因其“全伺服”属性，在制品生产中的响应时间、精密控制、节能环保、低噪音等诸

多方面具有独特的优势，虽然价格高但应用越来越广泛，同时由于机器的量能提升使物料成本大幅下降，性价比优势也逐渐显现，“大机两板化、中小型机全电化”已是行业共识，全电机成为注塑机未来发展的主要方向之一。

一、全电机的行业现状

1982年日本日精推出全球第一台全电机，经过近四十年的发展，无论是机械结构、控制技术、

精密稳定性、生产效率等方面，都发生了巨大的变化。

1、日本

日本全电机品牌一直遥遥领先于行业，其国内多年前即已全面淘汰液压机。发那科（FANUC）、住友（SUMITOMO）、东洋（TOYO）、沙迪克（SODICK）、日精（NISSEI）、日钢（JSW）、东芝（TOSHIBA） 是其杰出代表，主要特点：高速、高响应，500mm/s射速以上市场日本占比极高，TOYO加速响应时间高达15G（150m/s^2）;精密、稳定，伺服电机磁密度高、相对体积小;在800吨以上大型全电机上更是独步天下。

2、欧美

典型代表有恩格尔（ENGEL奥地利）、耐司特（Netstal瑞士）、克劳斯玛菲（Krauss-maffei，后由中国化工集团收购）、阿博格（Arburg）、德玛格（DEMAG）、米拉克龙（Milacron美国）等。主要特点：先以电液混合机开始，再开发全电机;与日本普遍采用机铰式不同，欧美全电机的机械结构种类相对较多，如机铰、直压、连铸框式等;控制上追求精密稳定，但相比日本全电机，其电机和机器的体积相对较大。

3、中国

我国从90年代末开始研制全电机，品牌代表有东华、震雄、海天、伊之密、泰瑞等，早期受技术所限，控制系统、驱动器、伺服电机、丝杆、皮带轮等均为进口，成本昂贵，技术上非常贫乏，只能视为前期测试和技术储备。但从2008年左右开始，随着伺服驱动、电机设计应用及控制技术的迅猛发展，国内全电机开始发力，各企业陆续开展全电机的研发和生产，性价比优势也开始体现。如前面提到的国内几个龙头企业，逐渐实现系列化量产，其中尤以海天长飞亚ZHAFIR为杰出代表，其2019年全年销售约3000台，销售额接近15亿人民币，成为日欧美的强劲对手，大有后来居上之势。

此外，还有韩国品牌，如LG、宇进等，台湾品牌则如富强鑫、台中和中台精机等，也是全电机不可忽视的力量。

二、中国与日欧美的主要差距点

尽管我国在全电机设计应用上已取得长足的进步，但与日本、欧美比起来，仍然存在着巨大

差距，笔者认为主要体现在如下几方面：

1、关键零部件依赖进口

图一中的诸如皮带/轮、重负荷丝杆、负荷单元LoadCell、高性能伺服驱动器、高响应伺服电机等物料，仍然高度依赖进口。普通丝杆、线轨一部分可由台湾或国产件替代，但在较高速度和负载的应用场合，日本及欧美零部件的质量、稳定性优势较明显。笔者曾做过测试，在350mm/s注射速度、300MPa注射压力下连续一个月生产制品，台湾某品牌的皮带已被拉长变形甚至出现带轮跳齿现象，而日本品牌的皮带则变形很小，表明我们技术追赶之路依然艰巨，不可松懈。

2、材料及加工处理工艺短板

特殊的材料、严谨的处理工艺、超高精密的加工水平，是零部件质量和使用寿命的根本保障，这方面是国内制造业的短板，举例说明：

图二是曾经看到的某品牌日本全电机，尾板竟然用螺丝固定在机架上（笔者注：很可能是机器安装好后用户忘记拆掉螺丝了，模具厚度又碰巧匹配），按我们的常识，注塑机尾板是浮动的不能用螺丝固定，因为机器在高压锁模时格林柱变形量甚至超过0.6-1.5mm，尾板后移的巨大剪切力势必将固定螺丝崩断，但日本机为什么没有发生这种情况？经仔细观察发现即使在最大锁模力下，日本机格林柱的变形肉眼几乎看不出来，与国内0.6-1.5mm的变形量，显然材料的差距不是一点点。

图三是抱闸结构中的左右螺母，与移模丝杆对齿后抱合再起高压。日本Sodick全电机一次加工成型公差匹配充分保证，而国内受加工条件所限，或难以保证超高精密加工，常常开U型孔以迁就安装及调整，由此产生的人为误差在所难免，实际公差与理论公差的不符导致实际控制效果的差异以及使用、维护的复杂化，对齿故障率也相对较高。

还有一些独特的机械结构，如图四中注射电机转子直接嵌入丝杆或螺母、熔胶电机与机械结构连铸等，优点是显而易见的：结构紧凑、体积小、惯量降低，可极大提高加速响应，但结构设计及加工精度要求高，且要求长时间稳定不损坏，否则因某零部件故障而需将整个射台拆回厂家检修那是得不偿失。艺高才能胆大，对类似结构国内曾做过尝试，但效果并不理想。

3、基础性研究薄弱

图五是某日本机画面之一，注射功能中”瞬速方式” 有几种选择：高感度、中感度、低感度，这是字面上的理解，但各用在什么场合？如何定义数值范围？ 另外某些功能可在畫面上直接选择PC、TPU、PP等生产材料类型，系统自动调用匹配的成型工艺和控制程序，获得最好的成型效果;还有种类繁多的低压注射、二次合模、微发泡工艺等等……，所有这些，如果没有大量的理论和实际研究过程，是很难达成如此极致应用的，目前比较热门的智能调整工艺参数，也需要我们对机器、模具、原料、工艺等作深入的基础性研究。

4、共性技术开发缺乏

同一行业会遇到诸多共性问题，所谓共性技术开发就是针对这些疑难问题同行企业联合投入、共同开发、成果共享，做到集思广益，事半功倍，彼此之间有着清晰的市场定位，既是竞争又是合作关系。所以在很多日本品牌的全电机中，你可以看到使用三菱的PLC和OP、法兰克的伺服驱动和电机、YOCOKAWA的伺服控制模块、FUJI的低压电器等彼此互用融合的情况相当普遍，这与国内同行之间过度竞争的状况形成鲜明对比。诺干年前台湾的几家注塑机生产厂家曾尝试联合开发伺服电机、驱动器及控制技术，但最后无疾而终，也一定程度地说明缺乏共性开发的合作精神。

差距并不止于以上所列四点，只是通过这些例子让我们看到差距，知不足而后动，当今的精密机器、电子、航空航天设备等，无不体现材料、工艺、基础研究以及精诚合作的极端重要性。

三、对全电机未来方向的一些思考

关于注塑机的发展方向，行业普遍认同“大机两板化、中小型机全电化”的理念，而且随着对

制品质量、机器稳定性、环保等的要求越来越高、以及伺服电机及控制技术的高速发展，全电机的需求将出现显著增长。面对与日本欧美国家的差距，我们应该做些什么？

1、重视技术研发，崇尚匠心精神

笔者曾多次参加塑机行业的项目申报、评审以及行业研讨会，某些所谓专家“注塑机技术含量不高”的怪论时有所闻，这与其终日混迹江湖、高谈阔论致使眼高手低不接地气有关，凡是非热门技术概念皆不上其法眼，还好这样的人是极少数。作为塑料加工的工业母机，国家重点支持的高新领域产品，注塑机的重要性毋容置疑，它涉及机械、液压、电气、控制、材料、工艺、应用等等方面。上文列出的一些主要差距只是以点概面，需要我们持续的技术投入、重基重本，发扬匠心精神研究探索，才能不断弥补差距。

2、另辟新径分步走，拓展适用市场

目前在超薄、微型产品等高速高压成型市场，日本和欧美品牌全电机占绝对份额，虽然国内也偶尔制造，但受机械结构、零部件、材料、加工工艺等诸多条件局限，故障率偏高稳定性较低，因此可优先考虑重点放在中低速中低压配置，追求精密和稳定性;或针对某些特定行业及产品，定制专用机，拓展适用市场，而高速高压全电机则暂时只进行一些试点，作为技术储备。

另外，在一些特殊的应用场合比如需要使用抽插芯或铰牙功能，全电机受机械布局和环境防护要求，往往改动并不容易，且成本较高，这时可发挥我们配置灵活、快速响应的优势，推出差异化的“油电混合”机型，典型模式如下表：

上表中“+”表示该轴使用“电机+机械传动”，“*”表示根据需要而定。

注塑机六个轴不同的电/液组合，可以衍生出多种配置，在此不一一罗列。比如模式1是典型的电熔胶方案，可在液压开合模时实现同步熔胶功能，提高生产效率;模式2除了电熔胶外，还可以实现精密注射成型;模式3则因为移模轴由伺服电动控制，可实现类似二次合模、二次注射、压射等特殊功能;顶针轴使用伺服电机的定位精度更高，使用液压则是發挥其冲击力大便于多腔制品脱落的优势;射移轴使用液压，可降低丝杆损坏的几率和使用成本。不管哪种模式，因为“油电混合”机型额外配置了液压泵动力系统，均可方便增加抽插芯或铰牙功能，但需要注意：因为“液压”的存在，已不在严格的“全电机”范畴，对一些环境要求极高的如医疗、食品包装等生产场合，需防止油污染、增加环保防护措施。

3、攻克关键零部件制造，提升控制技术

国家的“强基”政策，将有力促进关键零部件的研发和制造，比如前面提到的丝杆、轴承、LoadCell以及驱动和电机等，目前已取得很大的发展;控制系统、伺服驱动、同步电机的自主研发，Profile曲线规划、高响应柔性化、V-P切换、安全启停等关键控制技术逐渐冲破技术壁垒;多伺服电机同步控制，为我们用多轴替代单轴、多电机替代大电机，以规避大电机大丝杆材料、制造上的技术难题提供了可行方案;另外，《中国制造2025》助推物联化智能化技术的集成和深化应用已现成效……，让我们对未来全电机的发展持乐观态度。

4、专业化个性化的销售和技术支持

全电机的机械结构、性能特点、适用范围与传统液压机有着巨大的差异，电动机-机械传动链方式对速度压力更为敏感，如何结合用户的制品属性，评估瞬间响应速度与较长时间过载能力之间的平衡点，甄选合适的配置和适合的市场定位等等，这些对销售人员的技术素质提出了更高的要求。目前不少厂家采用技术协同销售的方式是一个不错的方法;此外，需要注意机器售后的操作培训、及时收集并迅速解决现场问题，完善设计。专业化个性化的销售和积极的技术支持，打破常规的销售和考核方式，体现全电机的综合优势，帮助客户高效生产提高客户认同度，更快地实现试用→小批量使用→完全接受的过程。

按全电机的推出时间计算，中国与日欧美相差近20年;10年前，同行普遍认为差距是全方位的;随着这几年国内设计、制造、驱动器、伺服电机、控制系统以及相关控制技术的长足发展，而且中国越来越重视基础技术的研究，加上本来就擅长的应用技术，差距已逐渐缩小，国内塑机企业如海天、东华、伊之密、震雄等品牌全电机已强势崛起。日欧美仍在稳步向前，我们一直策马追赶，什么时候两条轨迹相交并实现超越，需要我们的共同奋进和不懈努力，未来可期！