橡膠注射成型設(shè)備發(fā)展動向

    橡膠注射機概念在20世紀40年代中期被提出；70年代初，橡膠冷喂料注射開始在工業(yè)中得到實際應用。由于它能實現(xiàn)高溫快速硫化、膠料進入模腔前經(jīng)過預熱和塑化，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，尺寸準確、可以實現(xiàn)全自動操作，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生產(chǎn)模壓制品的技術(shù)得到日益廣泛的應用。

　　橡膠注射成型機主要應用于生產(chǎn)汽車配件、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、護套、氣門嘴墊、玩具和健身器具等。隨著汽車工業(yè)發(fā)展，對密封件、電氣連接器、減震器等的質(zhì)量要求越來越高，橡膠注射只平的需求量增加了1.2萬倍以上，強勁的市場需求為橡膠注射機的發(fā)展提供了契機。

　　目前，在國際上生產(chǎn)橡膠注射機的主要廠家有：法國的REP公司、奧地利MAPLAN公司、德國WP公司、STEINL公司和DESMA、日本松田制作所、神戶機械株式會社、三友株式會社、日本制鋼所，意大利RUTIL公司等。

　　20世紀70年代初期，北京化工大學與上海某廠合作，開發(fā)研制成功XZL-200螺桿預塑一線式橡膠注射成型硫化機。中國從歐美日等國大批引進橡膠注射機，在此基礎(chǔ)上國內(nèi)廠家，如華泰、華誠、華液（現(xiàn)名千普）等也開始研制、生產(chǎn)橡膠注射機。

　　橡膠注射成型機結(jié)構(gòu)種類

　　橡膠注射成型機的種類繁多，到目前為止，橡膠注射成型已經(jīng)歷了3個階段：柱塞式注射、螺桿往復式注射和螺桿—柱塞式注射。

　　柱塞式注射成型機

　　最早的橡膠注射成型使用的是柱塞式注射成型機、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膠料進行加熱、塑化，使膠料達到易于注射而又不會焦燒的溫度為止。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。因為橡膠為熱的不良導體，傳熱效率低，如果僅僅通過熱傳導來加熱膠料，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中熱煉，熱煉到一定程度后再喂入注射機中。因此這種注射成型法雖然注射機本身結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但是需要配置熱煉機和煉膠工人，從而增加了設(shè)備成本和工人勞動強度，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

　　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。即在擠出機的基礎(chǔ)上加以改進，將螺桿的純轉(zhuǎn)動改成既能轉(zhuǎn)動以進行膠料的塑化，又可以進行軸向移動以將膠料注入到模腔中。這就是往復式螺桿注射成型機。

　　注射成型方法是：膠料從喂料口進入注射機后，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下受到強烈的剪切，膠溫很快升高。當膠料沿螺桿移動到螺桿的前端時，已得到充分而均勻的塑化。螺桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊向后移動，當螺桿前端積聚的膠料達到所需要的注射量時，軸向動力機構(gòu)以強大的推力推動螺桿向前移動，從而將膠料注入模腔。這種往復式注射成型方法，膠料的塑化是通過機械剪切獲得，因而膠料升溫快，塑化均勻，這樣一來生產(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，同時提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。然而在生產(chǎn)大型制品時，螺桿后移量過大，膠料的塑化受到限制，另外這種機器的螺桿棱峰與機筒內(nèi)壁之間間隙較大，注射時易導致逆流和漏流現(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，所以往復式螺桿注射機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

　　為了解決以上兩種注射機的不足，人們將這兩種注射機結(jié)合起來，取長補短，這就是目前應用較多的螺桿—柱塞式注射成型機。這種機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，在螺桿擠出機的端部安裝一個止逆閥，膠料塑化后通過止逆閥進入注射系統(tǒng)中并將柱塞頂起，這時膠料不會從噴嘴出去，因為噴嘴通道狹窄，阻力大。當柱塞將膠料以高壓從噴嘴注入模腔時，因為止逆閥的作用，膠料不會倒流進入注射機中。由于這種注射成型方法結(jié)合了柱塞式注射機和螺桿式注射機的優(yōu)點，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，有時可能會出現(xiàn)一些缺陷，因為最先注入注射室的膠料最后注射到模腔中，這樣可能會使與柱塞端面接觸的膠料停留時間太長而導致硫化，從而出現(xiàn)廢品等問題。大型設(shè)備更容易出現(xiàn)這種情況。工作順序為先進先出的注射機可以解決這一問題。

　　先進先出注射機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，工作開始時，柱塞位于前面位置上，當已塑化的膠料從螺桿前端，通過柱塞進入注射室后，柱塞在膠料壓力作用下開始向后退，一直到注射室充滿所需注射量為止，柱塞停止向后移動。接著動力部分驅(qū)動柱塞向前移動，進行高壓注射，另外，膠料在進入模具之前通過一個球型分流梭時，得到進一步塑化，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DESMA公司、LWB公司生產(chǎn)的橡膠注射成型機來看，其在機械和控制系統(tǒng)方面均有新的進展。

　　機械方面

　　主要是注射系統(tǒng)的改進，將液壓驅(qū)動塑化螺桿裝于注射活塞中，采用“先進先出”（FIFO）的注射方式來實現(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主要的作用，即使物料均勻熔觸塑化（擠出）和儲存物料并將其注入模具（注射）。注射成型機用低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動螺桿，塑化能力強，適應不同粘度的橡膠。塑化過程采用自動溫度控制，使膠料在理想溫度下注入模腔。塑化部分和注射部分分開，可檢測儲膠量，計量準確精密，使制品質(zhì)量一致。

　　近年來隨著現(xiàn)代高科技的快速發(fā)展，對橡膠制品質(zhì)量提出了更高的要求，而市場對大型橡膠制品的需求也大量增加，螺桿往復式注射機暴露出其注射制品的容量和壓力有一定限制和缺點：1、在塑化過程中落剛是不斷地向后移動的，被塑化的膠料向機頭方向前進，并不斷地積聚在機頭的料筒中，制品越大機筒螺桿向后移動量就越大。當螺桿向后移動量過大時，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。但螺桿與機筒存在著較大的間隙，過大的壓力會導致逆流和漏流，反過來會影響壓力的提高，對注射大型橡膠制品就受到限制。為了解決這些問題，螺桿柱塞式注射成型機又得到新的發(fā)展和應用，目前大中型的橡膠制品一般采用螺桿柱塞式注射成型機，而覺小型的則可采用螺桿往復式注射成型機。

　　塑化注射裝置是用于將混煉膠自動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程中回流，塑化注壓時所需的動力由液壓系統(tǒng)提供。直接注射的“FIFO”系統(tǒng)按照物料先進先出原理工作，確保高精度配料和高度重現(xiàn)性及過程的安全性。內(nèi)置止回閥，適用于熱流道技術(shù)。注射噴嘴非常短，直接到達模具，這使壓力損失較低，先進的螺桿啟動方式以及其特殊的供膠機轉(zhuǎn)動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器穩(wěn)定性。

　　止逆閥使關(guān)閉路徑非常短，從而使快速機器作業(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形成漩渦作用，從而保證注射量恒定一致和均勻。專門開發(fā)的止逆閥也有利于機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，開啟和閉合，取出制品，并確保以準確的數(shù)據(jù)動作，她主要由固定模板、活動模板、拉桿、油缸及模具調(diào)整結(jié)構(gòu)，制品頂出機構(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行合模工作，鎖模力是由四柱和少量運動件產(chǎn)生的，合模時間短，模具高度自動適調(diào)。無四柱合模裝置適用于小型橡膠制品以及門窗封條轉(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，壓力油從快速移模缸柱塞的中心管進入，由于快速移模油缸的內(nèi)徑較小，能實現(xiàn)快速移模。與此同時，主油缸出現(xiàn)負壓，輔油箱中的壓力油通過自吸口向主油缸充油。當快速油缸給油結(jié)束時，動模板停止移動，充油停止，自吸閥前移，切斷自吸口通道。繼而進行增壓鎖模。

　　b)結(jié)構(gòu)特點：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)，對油路系統(tǒng)密封要求相對較低，僅采用中壓即可，能節(jié)省能耗，可以實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠地鎖模，無需設(shè)置專門的調(diào)模裝置，鎖模力大小可以直接顯示和貯存，這對降低制造成本，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：一種是氣動保護網(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按工藝過程預定的要求（壓力、速度、溫度、時間）和順序準確無誤地進行工作。

　　在橡膠注射機中，工業(yè)化國家的競爭主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)和翕動化程度的競爭，從而使設(shè)備的控制系統(tǒng)和自動化得到迅速的發(fā)展。在注射機發(fā)展的初期，其運動的控制，如螺桿的行程和注射機的行程主要使用行程開關(guān)或接近開關(guān)實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而控制相應部件中的運動或停止；其參數(shù)的檢測，如：壓力、溫度等參數(shù)使用壓力表和溫度計。隨著可編程控制器（PLC）的出現(xiàn)和發(fā)展，橡膠注射機也迅速應用可編程控制器，其用脈沖量或時間量來控制過程，使控制水平前進了一大步。近年來，可編程控制器有了很大的發(fā)展，并賦予微機的功能，出現(xiàn)了諸如執(zhí)行聯(lián)機的統(tǒng)計工程控制（SPC），計算機集成管理生產(chǎn)控制（CIM）、分級數(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，數(shù)據(jù)處理能力強（如運算、變換、查找、比較等等）、存儲量大，運算速度快，精度高以及傳遞通訊能力強等優(yōu)點，使橡膠注射機的控制水平得到突破性進展。

　　工業(yè)化國家已在注射機控制系統(tǒng)配備了各種微處理的控制器和軟件包。它能方便地對每臺注射機的硫化時間、硫化溫度和硫化壓力實行檢測和控制，同時控制系統(tǒng)與設(shè)備相匹配，并有中央計算機輸入數(shù)據(jù)，然后綜合工廠生產(chǎn)管理信息進一步處理和SPC評估，大多數(shù)注射機的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都具有“分級數(shù)據(jù)收集和處理”功能，其功能可分為實時過程的檢測、過程的控制、注射機監(jiān)控以及管理控制。如果注射機有相關(guān)的控制器，即可定期的監(jiān)測注射機的變量，并可將注射程序只送到注射機上；還可設(shè)置警報器，以及發(fā)出故障或臨界參數(shù)偏差的警告；同時還有故障自診，原材料計劃，選擇最佳使用條件以及記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)等功能。目前橡膠注射機的控制系統(tǒng)和自動化程度已可使用機器人以及進行全過程的自動化生產(chǎn)。

　　（1）液壓控制系統(tǒng)

　　液壓系統(tǒng)用于給機器提供動力，是注射機的“血液”循環(huán)系統(tǒng)，是為注射機的各種執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)的分回路組成。采用比例控制閥和電子伺服系統(tǒng)實行對注射機的控制系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制，使控制精度進一步提高，并且具有良好的人機界面。

　�。�2）電器控制系統(tǒng)

　　電器控制系統(tǒng)是注射機的“中樞神經(jīng)”系統(tǒng)，它控制著注射機的各種程序及其動作，對時間、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，檢測元件及自動化儀表組成。

　　采用微信息吃力系統(tǒng)，智能控制通過工業(yè)用計算機和專門軟件來完成，達到高級過程控制，主要表現(xiàn)在以下幾點：

　　a）主要技術(shù)參數(shù)：時間、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)期間不可變動任意一個參數(shù)。

　　b）全部參數(shù)實現(xiàn)計算機閉環(huán)控制，使控制主要參數(shù)更接近結(jié)果，在臨界區(qū)無焦燒，可得到的速度不會引起飛邊，保持所得到的壓力不會超出。

　　c）具有對錯誤診斷的功能，有利于及時排除故障。

　　d）使用微信息處理可使加工達到自適應，可使多臺橡膠注射機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實現(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)溫度都由專門的溫度調(diào)節(jié)電路來控制。其中螺桿筒，注射筒和冷流道的溫度控制由專用溫控單元控制，加熱冷卻介質(zhì)有熱油和水兩種。

　　在橡膠注射成型工藝過程中，溫度是主要控制參數(shù)之一。早期溫度采用“開/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作，以抑制偏差的擴大，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)和計算機技術(shù)的發(fā)展，橡膠注射成型機的控制系統(tǒng)也達到了不斷的發(fā)展和完善。對于汽車零部件、電氣電子設(shè)備配件等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，橡膠注射成型機能夠充分發(fā)揮注射成型的優(yōu)勢。用注射成型技術(shù)來革新目前生產(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。隨著中國橡膠加工業(yè)的發(fā)展，借助更先進的橡膠注射成型機可實現(xiàn)生產(chǎn)高效率，產(chǎn)品高質(zhì)量，創(chuàng)造出高的經(jīng)濟效益，開辟出更加廣闊的前景。