技術答詢

  動 力
 

1.
宜得世射出機應該是目前唯一完全採用油電式動力設計的射出機業者,是故意製造區隔或根據何種立論?
這和宜得世「極簡風格,極限演繹」的製機哲學有關,直探事物本質直接探索最有效的方法,在動力方面主要就是節能和精確而已,油電伺服動力絕對符合這兩項需求,更是未來產業的發展主流,而為客戶找出好的解決方案,在購機成本上油電式更是比全電式經濟得多,簡單的切入重點如此而已,並非為區隔而區隔,全力為油電式動力宣傳,更是為地球的環保盡一分心力的光榮使命感。
2.
油電式和傳統油壓動力差別在哪裡?用在射出機的節能效果大約多少?
油電式是利用一個伺服馬達配合精密泵浦以液壓油傳導動力的節能方式,十多年前就被開發出來,但直到近年才因能源逐漸枯竭被廣泛關注才大量被採用,和傳統油壓動力的比較,相同的是同樣使用液壓油作為傳導介質,不相同的是馬達不必全轉數、全扭力運轉因而能省下大量的能源,例如當電腦指令需要30%速度和70%壓力時,伺服馬達只需依指令輸出即可,傳統油壓動力則仍是全數輸出,再由比例壓力流量閥加以管制分配到終端,但多餘的能量則形成高熱的液壓油伴隨著高噪音奔流回到油箱,節能效果依不同射出條件約在60~90%之間。射出保壓若較久如射出光學鏡頭等產品的節能效果更大,大型機或需冷卻時間較長的產品,因冷卻時油電伺服動力幾乎不需使用動力,節能效果也較大。
3.
近年來日本射出機幾乎都採用全電式節能設計,對此你們有何看法?
全電式約在二十多年前由美國學界提出構想,隨後日本控制器大廠FUNAC以此構想做出他們公司的第一台射出機,這也是真正第一台量產的全電式射出機,近年來技術上也已臻於成熟,由於其節能效果引發日本各射出機廠的全面導入。但雖然其最大的優點就在於其節能效果,但最大的弱點卻是關鍵零組件昂貴以至於整機價格難以平價化,以及後續的維修費用相當高昂。

因此採用和全電式節能效果幾乎一致的油電式設計射出機已成為世界潮流,有利於射出產業的營運效益,目前全世界的全電式射出機在23~27%間已面臨推廣瓶頸,而油電式射出機的發展只有約十年,佔有率則已迅速超過全電式射出機,尤其中國近五年來的積極推動,更是值得注意的產業風潮。

4.
油電式射出機和全電式射出機的節能效果比較如何?
油電式和全電式動力的節能效果幾乎是一致的,因為都是採用伺服馬達(Servo Motor)作為動力源,伺服馬達是可以直接改變扭力和轉速的精密交流馬達,配合驅動電路控制板的設定值,可以精確的輸出所需要的扭力和轉速,在射出機就是動作的壓力和速度,由於只輸出必要的動力,不同於傳統油路雖只需要一部份能量卻需要全部輸出再由比例壓力流量閥加以節制,不用的能量被浪費掉了,依「能量不滅定律」所形成多餘的熱量需再度由冷卻水冷卻液壓油,形成第二層次的浪費,而且在射出機冷卻時馬達不必轉動,完全不必使用動力,油電式則須保持3RPM(依伺服馬達轉數2000~3000RPM計算,只約在0.1~0.15%之間)怠速以利於啟動,油電式略遜於全電式的節能效果亦僅止於此。
5.
油電式使用何種泵浦?是否能忠實傳達不同轉速的動能?
油壓泵浦一般分為柱塞式、葉片式、齒輪式,葉片式價格低廉、效率中等、故障率低,本是射出機傳統油壓動力的主力,但因採用離心力甩出葉片和弧形液壓室的壁面接觸的原理,需要至少約600~1000RPM的基本轉速才能發揮離心力,在油電式動力中因需要低至3RPM的轉速因而被迫缺席;齒輪式價格中等、效率稍低因而躍為油電式泵浦的主流,但因其在高壓時的洩漏量稍高是其小缺點,目前中國海天和日本SUMITOMO合作自製的泵浦即為齒輪式,為改進此缺點如德國Eckeler齒輪泵浦採用兩片特殊金屬作為高壓偏心填隙之用,可增進徑向壓力補償,是齒輪泵的升級方式之一,可以有效彌補齒輪泵浦的缺失;柱塞式價格高昂、效率高、噪音低是最適合油電式組合的泵浦,精密度高、對液壓油的清潔要求也較高,目前因價格高推廣上較有阻力,因而只有YUKEN等少數的廠商使用。

基本上都能忠實傳達該型泵浦原設計的動能,但不可否認的,泵浦驅動液壓油的方式,理論上是存在一定微小程度的怠速作用,這的確稍微影響射出的性能,但在射出機上可以各種方式加以克服,如柱塞式射出就是一種有效的方式,射出機和生產品質最重要的關聯是「再現性」的多寡,這點其實和升壓速度沒有關係,值間關聯的是整體的動能穩定度,機器設計良好狀態下產品達到六標準差的高標準亦是輕而易舉。

6.
油電式在射出方面的性能表現是否低於全電式?
不會,配合得好時射出性能甚至會有更好的發揮,比如日本最高等級的SODICK柱塞式射出機,雖然採用全電式動力來執行開關模、托模、貯料、射座進退等動作,但卻堅持採用油壓動力作為其射出的動力,就可作為引申和探討。射出機最主要的功能就是射出動作,射出性能的好壞也幾乎決定一部射出機的性能等級,射出需要快速的反應速度,這點油電式僅略慢於全電式,但比傳統油壓式則快太多了,而且可以不少方式加以改善之;射出保壓需要穩定的高壓,全電式因成本關係射壓大多在2400kgf/cm2,保壓相同或再遞減約10%左右,油電式則完全依設計而定幾乎沒有限制;在貯料背壓方面,油電式是以液壓油直接偵測執行,精準而低成本,全電式則需使用Load Cell偵測加以模擬,精確度部分決定於程式書寫的內容,對貯料的精確性稍有影響。
7.
射出機的油電式動力是否和汽車的Hybrid油電式的原理一樣?

不一樣,汽車的油電式主要是將電能和汽油做「轉換使用」的特殊設計,汽油被作為消耗掉的能源來看待,在高耗能的低轉速使用時如市區,因汽油反而會製造出更大的油耗和污染,Hybrid系統自動轉換成以電力供應汽車使用,可節省汽油使用和降低大量污染,電力是由鎳氫或鋰電池作為載體,透過小型發電機作電力的充填,利用汽車煞車、減速時的多餘能量加以轉化為電力,高速行駛時則轉換成汽油方式,因此時的能源效率高、污染少,所形成的節能系統,據稱可將汽油能源效率的19%提高到32%,省下大量的汽油消耗,TOYOTA PRIUS是最早將之商品化的汽車,價格高仍是最大的推廣障礙,要在一台車開二十萬公里內取回多付的購車成本目前其實是不可能的,但作為環保訴求和為地球省下能源消耗,才是其真正的意義所在。

射出機的能源消耗都是轉化成以電力計算,逃不開「作多少功就耗費多少能量」的能量不滅原理,傳統油壓式動力在生產中不管實際需求多少都耗費較多的電力,油電式動力則是針對實際需求多少才輸出多少動力的設計,所耗費電力因此能大為降低,實際運作原理也比汽車Hybrid油電式系統簡單實用得多,增加的設備成本也不高,可輕易以在運作幾年內節省的電費,抵回高出傳統油壓機的購機成本,將迅速成為射出機的動力主流。

8.
油電式和傳統油壓式、全電式的市佔率大約是多少?未來的展望如何?
目前油電式射出機的市佔率應已高於全電式和傳統油壓式,和德國塑膠權威雜誌Kunststoffe Plast Europe在2000年12月根據DELPHI預測:「到2010年油電式射出機的市場佔有率約會到達38%,傳統油壓式射出機的市場佔有率則僅剩約34%,全電式射出機的市場佔有率約28%」的結果差距應不大。

油電式射出機以其和全電式幾乎一致的節電效率,以及較全電式射出機便宜的特性,取代傳統油壓式取得射出機最大的市場佔有率,應是可以理解的發展,台灣在油電伺服馬達節能方面的推廣整整慢了國際間約五年之久,目前的占有率的確屬偏低等級,在節能減碳已蔚為風潮的國際潮流中,台灣有必要加強推廣提升油電伺服馬達射出機的佔有率,為綠色地球的環境保護多盡一份心力。

9.
油電式節能效果和變頻式相比,是否更為優越?
油電式節能效果比變頻式優越的多。作為傳統油壓式的升級來看,變頻式節能設計是有其貢獻的,但和以伺服馬達為動力源的油電式和全電式射出機相比,則是遠遠不及的。變頻式節能原理是以變動電力頻率(如中國50HZ的電力頻率輸出、6P馬達轉速為957RPM;台灣60HZ的電力頻率輸出,6P馬達轉速為1150RPM)的方式,藉以改變馬達的轉速,但在高扭力負載使用下降低轉速至一定程度是會產生馬達過載及不穩定現象的,所以使用變頻式均會加一些所謂的「電力保護程式」,其實就相對降低了射出動作的能量範圍,限制了射出性能在高領域時的發揮,加上變頻式本身也有最低約400~600RPM的轉速限制,而大多射出機均使用必須有基本轉數的葉片式泵浦,不但使用上有不少條件限制,節能效果自然更是和伺服馬達不能相比的。
10.
油電伺服式動力系統的精密度方面和閉迴路油壓系統比較,何者為優?
閉迴路油壓系統是油壓動力中較高的等級,大多專用於射出動作,又更多是用在ACC高速射出動作,原理是在液壓油進入射出油缸前先經過伺服閥,而利用伺服閥較快的反應速度(約20~40ms間)及自動偵測再行修正的精密特性,使進入射出的能量維持至最精準的程度,伺服閥必須維持約30~40kgf/cm2的底壓才能運作,因伺服閥是處在封閉的空間內獨自運作,所以才被稱為閉迴路,至於某些稱為半閉迴路的機器或系統,其實只是藉詞強調其較高的精密度而已,學理上並無所謂的半閉迴路,而閉迴路固有其優點但卻被過度的吹捧,才會形成這種不敢挑戰卻需迎合的偏頗現象,事實上閉迴路用在ACC高速射出上才具有較明顯的效果,因其較快的反應速度在高速射出時能有效提前以設定的條件進行射出作業,有利於高速射出的效果的完整呈現。閉迴路的應用面必須兼顧迴路的前後相關聯性,否則光使用高價的伺服閥卻難以呈現應有的效果就很可惜,而必須具有底壓才能運作,相對也剝奪了在較低壓領域的運用,而閉迴路難以達到節能目標也是其弱點。

油電伺服式動力則是利用伺服馬達來帶動精密泵浦,伺服馬達本身就具較快的反應速度(約40ms,相對於一般的PQS約90~100ms的反應速度已相當快)特性,也具備透過專用的AMP系統和電腦系統作回饋和修正的功能,基本上並不屬於閉迴路系統,但精密度和閉迴路是相當接近的,有人質疑泵浦到射出油缸之間的通路較長,有軟性油管可能的微膨脹差異,我們不否認所謂的「微差異」,但比較基礎是每一次都相同的微差異,環境條件都是相同的,就何來差異呢?而在低壓運用以及節能效果上則明顯的優於閉迴路,安裝技術上也相對簡單較無出錯的空間,甚至在價格上也具有些微的優勢。

11.
聽說油電式射出機的汙染比全電式射出機高,是否真的這樣?
這和動力形式沒有必然的關係,射出機的汙染源主要是來自曲肘的潤滑油,這點全電式反而是運用曲肘式鎖模的主要機種;至於有人說液壓油會汙染,其實只要把品質做好不要漏油就沒有這方面的問題,全電式若使用正時皮帶拖曳伺服馬達,皮帶的粉塵污染才真正更嚴重。事實上射出機整體的汙染反而是機件之間的摩擦耗損,只要堅持精密設計和精密製作的要求都可避免,塑料粉屑的飛揚才最嚴重,但亦可透過集中給料裝置或各種有效方案處理。宜得世射出機採用直壓式鎖模配合線性滑軌的設計,幾乎不必使用潤滑油完全無污染之虞,非但可在無塵室生產,更可在無菌室生產醫療產品。
12.
油電式射出機的噪音值和全電式相比如何?
油電式動力的噪音值是所有動力種類中最低的,平均在70~75分貝之間,因為伺服馬達可包覆在機身裡面具自然的隔音效果,甚至可再加以隔音處理,而全電式的伺服馬達都必然是裸露在機身之外的,所以噪音值幾乎都高達80分貝以上(註:80分貝的聲音是70分貝的十倍)。甚至比傳統油壓式動力更低的噪音值,其實道理也很簡單,因為油電式只輸出所需要的動力,噪音值自然較傳統油壓式較低了,非常有利於生產工廠的人員舒適度和生產效率之提升。
13.
宜得世提出油電式比全電式更環保的獨特論述,是以什麼項目作比較的?
環保是以資源的角度來探討的,全電式每一個動作都需要一個伺服馬達,一部射出機就需要五個伺服馬達,而油電式只需要一個伺服馬達,相對是節省金錢和資源的,在性能相當和節能相差極為有限的情況下,不但購機費用節省很多,使用地球資源也是較少的,況且將來在維修保養的耗費上面,油電式評估約只有全電式30%以內,畢竟地球只有一個,資源是十分寶貴而有限的,節約資源人人有責,這是我們在環保上的一貫觀點,也促成宜得世成為世界第一個全以油電式規劃製造射出機的廠商。
14.
依照經驗在低溫狀態下油壓式射出機操作較不順,射出產品也較有明顯的品質差異,你們如何克服這個問題?

理論上是正確的,但仍因機器油壓元件和控制原理而大有差異,如果你的機器是十多年前的日本機,因為使用的是簡單的比壓比流閥在20~50℃之間壓力經實測是會降到5~10%之間的,更早期的傳統壓力閥更會降到10%以上,但為何降壓反而生產較順呢?這證明油溫低確實對於精密度較低的油壓組件影響較大,才造成操作順暢度較差及產品品質較不穩定,但其實只要在30~65℃之間的油溫都是可以順暢操作的,而較精密的油壓系統受油溫影響會較少;這也附帶證明射出機的品質高低其實是在於再現性的高低,而不是油溫一定要很低。

一般克服的方法是偵測油溫,由操作人員自己配合冷卻進水量的方式控制,進一步的做法則是採取水閥控制進水與否已控制油的溫度,少數歐洲品牌的射出機更近一步採用先以泵浦加壓升溫的方式,溫度到達設定值時再轉入控制系統的積極方式,比較麻煩就是了;但是否需要這樣設計呢?我們比較傾向能維持定溫比較重要,以下作一些說明:

循環油的黏度指數是以溫度在40℃時測量的,AW是代表耐磨耗和耐擠壓等級,R是代表一般等級,例如AW32在40℃測試的黏度指數是32.7cSt,AW46在40℃測試的黏度指數是45.1cSt,AW68在40℃測試的黏度指數是68.2cSt。AW32黏度較低、較稀薄,數字越高如AW68黏度較高、較黏稠,在室內溫度15~45度的工作環境下建議採用AW46循環油,在15℃以下的低溫地區建議採用AW32循環油。 有一個說法是齒輪式泵浦較適合AW68,這是因為齒輪式泵浦對循環油的使用黏度範圍容許度較大的緣故(齒輪式泵浦25~70cSt、葉片式泵浦25~50cSt、柱塞式泵浦20~50cSt),但都建議AW46循環油即可。 但其實在實務運作上,除非油溫超過65℃以上的高溫讓循環油的黏度指數急速下降當然是不適宜(AW32在65℃黏度指數降到21.7cSt、AW46在65℃黏度指數降到29.5cSt、AW68在65℃黏度指數降到43.4cSt),室內溫度在30~65℃之間都可以讓油壓系統穩定的操作,只要溫度維持在固定,理論上射出條件都是穩定的。

以上都是根據一般的油壓系統的基礎推理的,油電伺服節能系統則是更高的等級,此系統的速度和扭力是由精密的伺服馬達和控制器偵測、輸出和微調的,泵浦只作為驅動的工具之用,油路上已不再負責壓力和流量的控制,油溫的邊際效用其實已變得更不明顯,油溫對精密度的影響也更不具直接的關聯性,在低溫的操作中也不會受到太多影響,射出產品的精密度也能維持一致的穩定度,已不須以過去傳統的概念加以過多的顧慮。