射出成形机技术发展
王 玟
工研院 机械所 精密成形设备部
一、前言
由最近成形相关信息报导及成形设备展中，不难发现射出成形设备走向高速化、电气化、微成形化已是明显趋势。除了在现有成形技术提升技术水准外，以省料及省加工工程之新成形制程也相继实现中，未来成形将有更多元化选择。随着智能化成形及网络管理控制的发展，将引导射出成形走入E世代。本文综整国内外射出成形机发展现况及未来技术发展趋势，期能提供设备业及成形业技术发展参考。
二、国内外技术现况
近年来射出成形技术在环保省能源的电气式化、快速高产能化、精密微成形化、制品复合多样化、及制品轻量化都有相当快速及显著的进展，其它配合各式成形设备之核心技术如稳健化控制技术、油压技术、螺杆设计技术、性能检测等方面也有相对的发展。表一综合说明目前国内外在射出成形相关技术发展现况及差异。
1.全电气化成形设备
成形设备走向电气化其主要原因是电气化可以省能源、洁净、低噪音、易维护、容易控制、成形稳定以及易于自动化与网络化。日本对电气式射出机技术的运用发展最积极，其第一代全电气式射出机的射出速度都在200mm/sec左右，射出压力在2500kgf/cm2，夹模吨数在300吨以下。目前在市面上的第二代全电气式射出机，其射出速度在300mm/sec左右，有部分厂商已推出射出速度为500mm/sec 、600mm/sec的机台，以及夹模吨数达850吨的大型机台。新一代机器不但提升射出速度能力，机器应答性也相对提高，以往从0～200mm/sec加速时间约需要0.047秒，新一代技术从0～600mm/sec加速则仅需0.04秒。由于电气化的优点，已从热塑性塑料射出成形机推广到热固性塑料（或橡胶）成形应用，此外除了常见的卧式机台外JSW、 Kawaguchi、Niigata、 Nissei、 Sumitomo、 Sanjo等也有立式机推出。本期全电气式射出成形机发展趋势文中表一，列举了日本主要全电气式射出机供应厂商，可以发现全电气式射出机技术在日本普及性相当高，由于多家厂商投入研发，也造就出日本全电气式射出机的荣景。国内全电气式技术由于国外专利突破不易，加上主要组件需靠国外进口，制造成本下降不易，因此业者虽有心，投入厂家不多。
2.高速高产能化成形设备
高速高产能化在射出成形机上朝高速射出成形机发展，以缩短成形周期来达到高产能效果。一般射出成形机其射出速度约在300mm/sec以下，而射出速度在300以上者即所谓高速射出成形机，高速射出成形机利用高分子在高剪切速率下粘度下降的剪切稀薄特性(Shear Thinning)来成形薄件制品、具微结构精密制品、及超工程塑料制品。高速射出成形机所需具备特色为：高射出速度、高射出压力、高系统应答性、高机体刚性、高塑化能力及精确的射出速度-保压(V-P)切换。表二是目前在高速射出成形机技术领先厂商能力，可以说在高速射出成形机技术上日本也同样领先其它国家，Technoplas最新高速射出成形机射出速度可达2000mm/sec，射出压力在3500 kgf/cm2，从0～1600mm/sec加减速可以在0.017秒内完成的高应答性更能显现其技术。位置控制精准度上以往机器技术能力在0.1mm左右，目前则可达0.01mm。设计上塑化螺杆采用高塑化率、高塑化品质的新型螺杆设计，并采用双合金螺杆。机台结构设计以CAE分析达到高刚性最佳化，油压回路以伺服阀闭回控制达到精确位置、速度、及压力控制，控制系统以多CPU多轴复合控制降低成形周期达高产能效果。V-P切换已使用智能化控制。国内业界以一般传统射出机为主要市场，往年较少厂商投入在高速射出成形机开发上，因应国内薄件成形市场的快速发展及欧、美、日在高速射出成形机的研发趋势，近年业界已投入高速射出成形机的开发，技术上射出速度可以达到将近800mm/sec，射出压力在2500 kgf/cm2的能力，但无法两者兼顾，且油压回路设计上仅采比例阀或伺服阀的半死循环控制，加上控制器update time不够快速且控制上未能考量系统非线性及射出煞车特性，整体上可以说有成形薄件所需的射出马力但精度及应答性等性能仍有提升空间。