橡膠注射成型設(shè)備發(fā)展動(dòng)向

    橡膠注射機(jī)概念在20世紀(jì)40年代中期被提出；70年代初，橡膠冷喂料注射開(kāi)始在工業(yè)中得到實(shí)際應(yīng)用。由于它能實(shí)現(xiàn)高溫快速硫化、膠料進(jìn)入模腔前經(jīng)過(guò)預(yù)熱和塑化，制品在密封高壓的模腔內(nèi)成型硫化，產(chǎn)品質(zhì)量均勻穩(wěn)定，尺寸準(zhǔn)確、可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，與傳統(tǒng)的模壓法相比生產(chǎn)效率可提高十倍以上，因此用橡膠冷喂料注射機(jī)生產(chǎn)模壓制品的技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用。

　　橡膠注射成型機(jī)主要應(yīng)用于生產(chǎn)汽車(chē)配件、工業(yè)配件、電氣絕緣零件、連接器插座、密封件、減震墊、防震罩、鞋、瓶塞、吸塵軟管、護(hù)套、氣門(mén)嘴墊、玩具和健身器具等。隨著汽車(chē)工業(yè)發(fā)展，對(duì)密封件、電氣連接器、減震器等的質(zhì)量要求越來(lái)越高，橡膠注射只平的需求量增加了1.2萬(wàn)倍以上，強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求為橡膠注射機(jī)的發(fā)展提供了契機(jī)。

　　目前，在國(guó)際上生產(chǎn)橡膠注射機(jī)的主要廠家有：法國(guó)的REP公司、奧地利MAPLAN公司、德國(guó)WP公司、STEINL公司和DESMA、日本松田制作所、神戶(hù)機(jī)械株式會(huì)社、三友株式會(huì)社、日本制鋼所，意大利RUTIL公司等。

　　20世紀(jì)70年代初期，北京化工大學(xué)與上海某廠合作，開(kāi)發(fā)研制成功XZL-200螺桿預(yù)塑一線式橡膠注射成型硫化機(jī)。中國(guó)從歐美日等國(guó)大批引進(jìn)橡膠注射機(jī)，在此基礎(chǔ)上國(guó)內(nèi)廠家，如華泰、華誠(chéng)、華液（現(xiàn)名千普）等也開(kāi)始研制、生產(chǎn)橡膠注射機(jī)。

　　橡膠注射成型機(jī)結(jié)構(gòu)種類(lèi)

　　橡膠注射成型機(jī)的種類(lèi)繁多，到目前為止，橡膠注射成型已經(jīng)歷了3個(gè)階段：柱塞式注射、螺桿往復(fù)式注射和螺桿—柱塞式注射。

　　柱塞式注射成型機(jī)

　　最早的橡膠注射成型使用的是柱塞式注射成型機(jī)、注射成型方法是：將膠料從喂料口喂入料筒后，由料筒外部的加熱器對(duì)膠料進(jìn)行加熱、塑化，使膠料達(dá)到易于注射而又不會(huì)焦燒的溫度為止。最后由柱塞將已塑化膠料高壓注入模具中。實(shí)際上，這種注射方法料筒主要起注射作用，輔以加熱塑化作用。因?yàn)橄鹉z為熱的不良導(dǎo)體，傳熱效率低，如果僅僅通過(guò)熱傳導(dǎo)來(lái)加熱膠料，膠料溫度上升太慢，而且塑化的不均勻。因此需要將膠料先在熱煉機(jī)中熱煉，熱煉到一定程度后再喂入注射機(jī)中。因此這種注射成型法雖然注射機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但是需要配置熱煉機(jī)和煉膠工人，從而增加了設(shè)備成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是這種注射成型方法生產(chǎn)效率低，塑化不均勻，從而影響到制品的質(zhì)量。

　　螺桿式注射成型機(jī)

　　為了提高產(chǎn)品效率和制品質(zhì)量，人們又發(fā)明了另一種橡膠注射成型設(shè)備。即在擠出機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，將螺桿的純轉(zhuǎn)動(dòng)改成既能轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行膠料的塑化，又可以進(jìn)行軸向移動(dòng)以將膠料注入到模腔中。這就是往復(fù)式螺桿注射成型機(jī)。

　　注射成型方法是：膠料從喂料口進(jìn)入注射機(jī)后，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下受到強(qiáng)烈的剪切，膠溫很快升高。當(dāng)膠料沿螺桿移動(dòng)到螺桿的前端時(shí)，已得到充分而均勻的塑化。螺桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊向后移動(dòng)，當(dāng)螺桿前端積聚的膠料達(dá)到所需要的注射量時(shí)，軸向動(dòng)力機(jī)構(gòu)以強(qiáng)大的推力推動(dòng)螺桿向前移動(dòng)，從而將膠料注入模腔。這種往復(fù)式注射成型方法，膠料的塑化是通過(guò)機(jī)械剪切獲得，因而膠料升溫快，塑化均勻，這樣一來(lái)生產(chǎn)效率和制品質(zhì)量都得到提高。另外由于這種注射成型方法可以直接將冷膠料喂入注射機(jī)中，從而省去了熱煉工序，減少了設(shè)備投資和設(shè)備占地面積，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。然而在生產(chǎn)大型制品時(shí)，螺桿后移量過(guò)大，膠料的塑化受到限制，另外這種機(jī)器的螺桿棱峰與機(jī)筒內(nèi)壁之間間隙較大，注射時(shí)易導(dǎo)致逆流和漏流現(xiàn)象，致使部分膠料反覆停留，易產(chǎn)生焦燒，從而注射壓力也受到限制，所以往復(fù)式螺桿注射機(jī)只能用于低粘度膠料，小體積制品的生產(chǎn)中。

　　螺桿—柱塞式注射成型機(jī)

　　為了解決以上兩種注射機(jī)的不足，人們將這兩種注射機(jī)結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，這就是目前應(yīng)用較多的螺桿—柱塞式注射成型機(jī)。這種機(jī)器的注射部分主要由螺桿塑化系統(tǒng)和柱塞注射系統(tǒng)組成，注射成型工藝過(guò)程為：首先將冷膠料喂入螺桿塑化系統(tǒng)，膠料經(jīng)螺桿塑化后，擠入到柱塞注射系統(tǒng)中，最后由柱塞將膠料注射到模腔中。為了使膠料按照一定的順序流動(dòng)，在螺桿擠出機(jī)的端部安裝一個(gè)止逆閥，膠料塑化后通過(guò)止逆閥進(jìn)入注射系統(tǒng)中并將柱塞頂起，這時(shí)膠料不會(huì)從噴嘴出去，因?yàn)閲娮焱ǖ廓M窄，阻力大。當(dāng)柱塞將膠料以高壓從噴嘴注入模腔時(shí)，因?yàn)橹鼓骈y的作用，膠料不會(huì)倒流進(jìn)入注射機(jī)中。由于這種注射成型方法結(jié)合了柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，因此它可以生產(chǎn)大型、高質(zhì)量的橡膠制品。

　　塑化系統(tǒng)與注射系統(tǒng)安裝方式，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，因?yàn)樽钕茸⑷胱⑸涫业哪z料最后注射到模腔中，這樣可能會(huì)使與柱塞端面接觸的膠料停留時(shí)間太長(zhǎng)而導(dǎo)致硫化，從而出現(xiàn)廢品等問(wèn)題。大型設(shè)備更容易出現(xiàn)這種情況。工作順序?yàn)橄冗M(jìn)先出的注射機(jī)可以解決這一問(wèn)題。

　　先進(jìn)先出注射機(jī)雖然也分成螺桿塑化和柱塞注射兩部分，但這兩部分是安裝在一條直線上的，工作開(kāi)始時(shí)，柱塞位于前面位置上，當(dāng)已塑化的膠料從螺桿前端，通過(guò)柱塞進(jìn)入注射室后，柱塞在膠料壓力作用下開(kāi)始向后退，一直到注射室充滿(mǎn)所需注射量為止，柱塞停止向后移動(dòng)。接著動(dòng)力部分驅(qū)動(dòng)柱塞向前移動(dòng)，進(jìn)行高壓注射，另外，膠料在進(jìn)入模具之前通過(guò)一個(gè)球型分流梭時(shí)，得到進(jìn)一步塑化，膠料溫度更加均勻一致。

　　橡膠注射成型設(shè)備的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　從德國(guó)DESMA公司、LWB公司生產(chǎn)的橡膠注射成型機(jī)來(lái)看，其在機(jī)械和控制系統(tǒng)方面均有新的進(jìn)展。

　　機(jī)械方面

　　主要是注射系統(tǒng)的改進(jìn)，將液壓驅(qū)動(dòng)塑化螺桿裝于注射活塞中，采用“先進(jìn)先出”（FIFO）的注射方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，合模系統(tǒng)主要采用全液壓合模裝置。

　�。�1）塑化注射裝置

　　塑化注射裝置有兩個(gè)主要的作用，即使物料均勻熔觸塑化（擠出）和儲(chǔ)存物料并將其注入模具（注射）。注射成型機(jī)用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿，塑化能力強(qiáng)，適應(yīng)不同粘度的橡膠。塑化過(guò)程采用自動(dòng)溫度控制，使膠料在理想溫度下注入模腔。塑化部分和注射部分分開(kāi)，可檢測(cè)儲(chǔ)膠量，計(jì)量準(zhǔn)確精密，使制品質(zhì)量一致。

　　近年來(lái)隨著現(xiàn)代高科技的快速發(fā)展，對(duì)橡膠制品質(zhì)量提出了更高的要求，而市場(chǎng)對(duì)大型橡膠制品的需求也大量增加，螺桿往復(fù)式注射機(jī)暴露出其注射制品的容量和壓力有一定限制和缺點(diǎn)：1、在塑化過(guò)程中落剛是不斷地向后移動(dòng)的，被塑化的膠料向機(jī)頭方向前進(jìn)，并不斷地積聚在機(jī)頭的料筒中，制品越大機(jī)筒螺桿向后移動(dòng)量就越大。當(dāng)螺桿向后移動(dòng)量過(guò)大時(shí)，膠料的塑化就受到影響，因此容量受到限制。2、由于膠料的流動(dòng)性差，為了將容量大的膠料注入模腔就必須采用巨大推力的注射裝置以產(chǎn)生足夠的注射壓力。但螺桿與機(jī)筒存在著較大的間隙，過(guò)大的壓力會(huì)導(dǎo)致逆流和漏流，反過(guò)來(lái)會(huì)影響壓力的提高，對(duì)注射大型橡膠制品就受到限制。為了解決這些問(wèn)題，螺桿柱塞式注射成型機(jī)又得到新的發(fā)展和應(yīng)用，目前大中型的橡膠制品一般采用螺桿柱塞式注射成型機(jī)，而覺(jué)小型的則可采用螺桿往復(fù)式注射成型機(jī)。

　　塑化注射裝置是用于將混煉膠自動(dòng)吸入并塑化注入模具內(nèi)。需要注射的膠料由螺桿引入并塑化，然后由注射活塞輸入注射筒，活塞內(nèi)的止回裝置防止膠料在注射過(guò)程中回流，塑化注壓時(shí)所需的動(dòng)力由液壓系統(tǒng)提供。直接注射的“FIFO”系統(tǒng)按照物料先進(jìn)先出原理工作，確保高精度配料和高度重現(xiàn)性及過(guò)程的安全性。內(nèi)置止回閥，適用于熱流道技術(shù)。注射噴嘴非常短，直接到達(dá)模具，這使壓力損失較低，先進(jìn)的螺桿啟動(dòng)方式以及其特殊的供膠機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置保證膠料能整片可靠地輸入。高塑化性能和低能量消耗使極其經(jīng)濟(jì)的作業(yè)成為可能。噴嘴區(qū)域冷卻段能可靠地防止注射膠料早期硫化。另外，可退縮式注射嘴提供了更高的機(jī)器穩(wěn)定性。

　　止逆閥使關(guān)閉路徑非常短，從而使快速機(jī)器作業(yè)周期成為可能。密封形狀上的技巧可使材料在注射室的流動(dòng)形成漩渦作用，從而保證注射量恒定一致和均勻。專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的止逆閥也有利于機(jī)器清潔和注射膠種的變更。

　�。�2）合模裝置

　　合模系統(tǒng)的主要作用是保證成型模具系統(tǒng)的鎖緊，開(kāi)啟和閉合，取出制品，并確保以準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)動(dòng)作，她主要由固定模板、活動(dòng)模板、拉桿、油缸及模具調(diào)整結(jié)構(gòu)，制品頂出機(jī)構(gòu)等組成全液壓合模裝置以最大面積高鎖模輸入壓力均勻地進(jìn)行合模工作，鎖模力是由四柱和少量運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的，合模時(shí)間短，模具高度自動(dòng)適調(diào)。無(wú)四柱合模裝置適用于小型橡膠制品以及門(mén)窗封條轉(zhuǎn)角接頭和異型件的生產(chǎn)。C型框架意味著注射模具可很容易地從三側(cè)出入。 采用內(nèi)裝增壓缸的自吸閥式合模裝置

　　a）工作原理：合模時(shí)，壓力油從快速移模缸柱塞的中心管進(jìn)入，由于快速移模油缸的內(nèi)徑較小，能實(shí)現(xiàn)快速移模。與此同時(shí)，主油缸出現(xiàn)負(fù)壓，輔油箱中的壓力油通過(guò)自吸口向主油缸充油。當(dāng)快速油缸給油結(jié)束時(shí)，動(dòng)模板停止移動(dòng)，充油停止，自吸閥前移，切斷自吸口通道。繼而進(jìn)行增壓鎖模。

　　b)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由于快速移模缸、增壓缸、自吸閥、鎖模缸、頂出缸等均埋藏在鎖模缸內(nèi)，因此結(jié)構(gòu)非常緊湊。高壓系統(tǒng)僅局限在鎖模缸內(nèi)，對(duì)油路系統(tǒng)密封要求相對(duì)較低，僅采用中壓即可，能節(jié)省能耗，可以實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠地鎖模，無(wú)需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的調(diào)模裝置，鎖模力大小可以直接顯示和貯存，這對(duì)降低制造成本，方便操作是十分有利的。它可以克服曲肘式鎖模裝置由于制造和安裝的原因產(chǎn)生的鎖模角不易調(diào)節(jié)、鎖模力大小不能顯示等缺陷。

　　已推出兩種安全設(shè)施：一種是氣動(dòng)保護(hù)網(wǎng)柵，另一種是光障。

　　控制系統(tǒng)方面

　　控制系統(tǒng)主要作用是保證注射機(jī)按工藝過(guò)程預(yù)定的要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間）和順序準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行工作。

　　在橡膠注射機(jī)中，工業(yè)化國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)和翕動(dòng)化程度的競(jìng)爭(zhēng)，從而使設(shè)備的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化得到迅速的發(fā)展。在注射機(jī)發(fā)展的初期，其運(yùn)動(dòng)的控制，如螺桿的行程和注射機(jī)的行程主要使用行程開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而控制相應(yīng)部件中的運(yùn)動(dòng)或停止；其參數(shù)的檢測(cè)，如：壓力、溫度等參數(shù)使用壓力表和溫度計(jì)。隨著可編程控制器（PLC）的出現(xiàn)和發(fā)展，橡膠注射機(jī)也迅速應(yīng)用可編程控制器，其用脈沖量或時(shí)間量來(lái)控制過(guò)程，使控制水平前進(jìn)了一大步。近年來(lái)，可編程控制器有了很大的發(fā)展，并賦予微機(jī)的功能，出現(xiàn)了諸如執(zhí)行聯(lián)機(jī)的統(tǒng)計(jì)工程控制（SPC），計(jì)算機(jī)集成管理生產(chǎn)控制（CIM）、分級(jí)數(shù)據(jù)收集和處理控制（MIR）以及信息控制管理系統(tǒng)（MCS2）等等。這些控制器具有數(shù)據(jù)采集功能強(qiáng)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)（如運(yùn)算、變換、查找、比較等等）、存儲(chǔ)量大，運(yùn)算速度快，精度高以及傳遞通訊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使橡膠注射機(jī)的控制水平得到突破性進(jìn)展。

　　工業(yè)化國(guó)家已在注射機(jī)控制系統(tǒng)配備了各種微處理的控制器和軟件包。它能方便地對(duì)每臺(tái)注射機(jī)的硫化時(shí)間、硫化溫度和硫化壓力實(shí)行檢測(cè)和控制，同時(shí)控制系統(tǒng)與設(shè)備相匹配，并有中央計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，然后綜合工廠生產(chǎn)管理信息進(jìn)一步處理和SPC評(píng)估，大多數(shù)注射機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都具有“分級(jí)數(shù)據(jù)收集和處理”功能，其功能可分為實(shí)時(shí)過(guò)程的檢測(cè)、過(guò)程的控制、注射機(jī)監(jiān)控以及管理控制。如果注射機(jī)有相關(guān)的控制器，即可定期的監(jiān)測(cè)注射機(jī)的變量，并可將注射程序只送到注射機(jī)上；還可設(shè)置警報(bào)器，以及發(fā)出故障或臨界參數(shù)偏差的警告；同時(shí)還有故障自診，原材料計(jì)劃，選擇最佳使用條件以及記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)等功能。目前橡膠注射機(jī)的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化程度已可使用機(jī)器人以及進(jìn)行全過(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　（1）液壓控制系統(tǒng)

　　液壓系統(tǒng)用于給機(jī)器提供動(dòng)力，是注射機(jī)的“血液”循環(huán)系統(tǒng)，是為注射機(jī)的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（工作油缸）提供壓力和速度的回路。液壓回路一般由控制系統(tǒng)壓力與流量的主回路和各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分回路組成。采用比例控制閥和電子伺服系統(tǒng)實(shí)行對(duì)注射機(jī)的控制系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制，使控制精度進(jìn)一步提高，并且具有良好的人機(jī)界面。

　�。�2）電器控制系統(tǒng)

　　電器控制系統(tǒng)是注射機(jī)的“中樞神經(jīng)”系統(tǒng)，它控制著注射機(jī)的各種程序及其動(dòng)作，對(duì)時(shí)間、位置、壓力、速度和轉(zhuǎn)數(shù)等驚醒控制和調(diào)節(jié)，主要由電子元件，檢測(cè)元件及自動(dòng)化儀表組成。

　　采用微信息吃力系統(tǒng)，智能控制通過(guò)工業(yè)用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)門(mén)軟件來(lái)完成，達(dá)到高級(jí)過(guò)程控制，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　a）主要技術(shù)參數(shù)：時(shí)間、壓力、行程、速度和溫度的設(shè)定、存貯和執(zhí)行，采用數(shù)字化后非常精確，且重現(xiàn)性大大改善，一旦設(shè)定值生成即被鎖定，操作者在生產(chǎn)期間不可變動(dòng)任意一個(gè)參數(shù)。

　　b）全部參數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，使控制主要參數(shù)更接近結(jié)果，在臨界區(qū)無(wú)焦燒，可得到的速度不會(huì)引起飛邊，保持所得到的壓力不會(huì)超出。

　　c）具有對(duì)錯(cuò)誤診斷的功能，有利于及時(shí)排除故障。

　　d）使用微信息處理可使加工達(dá)到自適應(yīng)，可使多臺(tái)橡膠注射機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)中央管理。

　�。�3）溫度控制

　　溫控系統(tǒng)主要包括喂料區(qū)、螺桿筒、注射筒、冷流道、加熱板等。以上各系統(tǒng)溫度都由專(zhuān)門(mén)的溫度調(diào)節(jié)電路來(lái)控制。其中螺桿筒，注射筒和冷流道的溫度控制由專(zhuān)用溫控單元控制，加熱冷卻介質(zhì)有熱油和水兩種。

　　在橡膠注射成型工藝過(guò)程中，溫度是主要控制參數(shù)之一。早期溫度采用“開(kāi)/關(guān)”調(diào)節(jié)，比例微分（PD）調(diào)節(jié)，目前發(fā)展到精確的溫度比例積分（PID）調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既能像比例調(diào)節(jié)那樣快速進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，又能像積分那樣消除溫度殘余偏差，還能像微分調(diào)節(jié)那樣根據(jù)溫度偏差變化情況超前動(dòng)作，以抑制偏差的擴(kuò)大，使溫度調(diào)節(jié)的精確度和穩(wěn)定性得以大大提高，更好地滿(mǎn)足橡膠注射成型工藝條件的要求。

　　近幾十年的發(fā)展中，橡膠注射成型機(jī)及注射成型工藝得到不斷的完善和提高，使其在橡膠行業(yè)中的熒熒日益廣泛。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，橡膠注射成型機(jī)的控制系統(tǒng)也達(dá)到了不斷的發(fā)展和完善。對(duì)于汽車(chē)零部件、電氣電子設(shè)備配件等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，橡膠注射成型機(jī)能夠充分發(fā)揮注射成型的優(yōu)勢(shì)。用注射成型技術(shù)來(lái)革新目前生產(chǎn)中所沿用的生產(chǎn)技術(shù)將是橡膠工業(yè)以后的研究課題之一。隨著中國(guó)橡膠加工業(yè)的發(fā)展，借助更先進(jìn)的橡膠注射成型機(jī)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高效率，產(chǎn)品高質(zhì)量，創(chuàng)造出高的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)辟出更加廣闊的前景。