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橡胶注射成型技术的发展及其应用 |
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作者：北京化工大学 林武 江波 黄娜斌 来源：雅式工业专网 |
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橡胶注射成型硫化机简称橡胶注射机或注压机，为工业橡胶模制品中三大成型硫化机种之一。在数量上，仅次於橡胶平板硫化机（热压成型机）而远多於橡胶递压成型机（注模机），占据了总量1/4以上的份额。
尽管橡胶注射机本身和其模具的价格费用比橡胶平板硫化机高，但由於注射机对大批量生产特别有利，生产效率和产品质量都大幅提高，材料损耗和热能消耗也相应降低，并由此最终导致总成本的下降，因而得到大型橡胶厂的青睐和普遍采用。近些年来，由於又出现了机动灵活、适於中小批量生产的橡胶注射机，因此，不少专业化的中小橡胶厂也开始选择使用。
主要装置结构和性能特点
注射机预塑注射装置
预塑注射装置由塑化和注射部件组成，它的作用是均匀地加热和塑化胶料，通过喷嘴将塑化好的胶料注入模腔，注射完毕进行保压，使模腔内的胶料在设定的压力下保持一定时间，以防止胶料逆流而造成制品组织疏松和表面不平整。保压的压力一般为80-120MPa，高者可达60%-80%的实际注射压力。根据经验，保压压力为实际注射压力的80%左右时，所获的制品质量比较高。因此，对注射装置的要求是：有较强的塑化能力、足够的注射压力、注射速度，以及能准确计量供料。表1 各类注射装置的比较
 预塑注射装置通常分为螺杆挤出式、柱塞式、往复螺杆式和带预塑螺杆的柱塞式数种。
近年来，随着现代高科技的快速发展，对橡胶制品质量提出了更高的要求。而市场对大型橡胶制品的需求也大量增加，螺杆往复式注射机暴露出其注射制品的容量和压力有一定限制的缺点，螺杆柱塞式注射成型机得到新的发展和应用。新型带预塑装置的柱塞式注射装置将液压驱动塑化螺杆装於注射活塞中，采用“先进先出”（FIFO）的注射方式来实现，其结构如图1所示。胶料仍利用螺杆-机筒进行塑化，这种装置通常将注射油缸设在对称於螺杆的两侧。注射时，螺杆与机筒的轴向相对位置不变，位於柱塞头部的止逆阀封闭螺槽，螺杆随同注射柱塞将胶料注入模腔。
图1 螺杆-柱塞同轴式注射装置
直接注射的“FIFO”（先进先出）系统按照物料先进先出原理工作，因此确保了高精度配料和高度重现性及过程安全性，内置止逆阀，适用於橡胶制品冷流道技术。注射喷嘴非常短，直接到达模具，这使压力损失极低。高塑化性能和低能量消耗使极其经济的作业成为可能。喷嘴区域冷却段能可靠地防止注射胶料早期硫化。由於螺杆与机筒的轴向相对位置不变，因此螺杆的加料段可不必额外加长；在相同的螺杆直径情况下，其注射量却可增大许多。该装置适用於大型和高精度橡胶制品的成型硫化。
注射机合模装置
合模装置是注射机的主要部件之一，它对保证制品质量起着重要的作用。一个比较完善的合模装置应能满足下列三项基本要求：
（1）足够而稳定的锁模力
在注射过程中，为了使胶料能充满整个模腔，必须有较高的注射压力；在硫化过程中，随着胶温的上升会产生很大的膨胀力，这两个力都力图使模具张开。因此，为了保证制品质量和几何尺寸的准确性，尽可能地减少飞边，必须在模具分型面的垂直方向上给以足够大的、稳定的锁模力，以防止模具被胶料顶开。
（2）一定的开模行程和变换的动模板移动速度
为了便於从模腔内取出硫化以後的制品，合模装置的动模板必须有一定的开模行程。此外，为了提高机器的生产效率，应使动模板有较快的移动速度，但该速度在整个开闭模的过程中应该是连续变换的。为了防止制品和模具由於冲击而损坏，一般都希望动模板的移动速度在开、闭模的初期和终期慢一些，在其余行程中应快一些。
（3）一定的模板面积和模板间距
为了适应不同形状制品的要求，模板面积和模板间距必须适当。此外，合模装置还应具有必要的附属装置，如制品顶出装置。模具起吊设备、润滑装置以及安全保护装置等。
能够满足上述三项基本要求的合模装置的结构型式是很多的，下面选取三种具有代表性的结构进行分析。各类合模装置的性能比较参见表2。表2 各类合模装置的性能比较
 对於大中型橡胶注射机，为适应其制品结构复杂、尺寸偏大的特点一般采用液压式合模装置，新型的合模装置综合了各种液压式合模装置的特点，采用内藏自吸式合模装置与增压油缸式合模装置相结合的型式，因此它兼有两种合模装置型式的优点：第一，可以通过自吸式合模装置来完成在高速合模过程中的液压补给；第二，通过增压油缸产生的高压油作用在合模油缸活塞上来实现大的锁模力，即采用较低的油路系统压力就可以实现大的锁模力，对油路系统密封要求相对较低。
液压驱动及控制系统
注射机的驱动，即指机器的注射装置和合模装置的驱动。其主要特点为：动作过程的参数（压力、速度等）随工艺过程的要求而变化，例如低压高速合模、高速高压注射，高压下的压力保持等。根据发展，要求参数控制程序化；机器的驱动负荷非恒定值，在注射机全周期消耗功率记录中，注射时的负载为最大。
以下从注射机的液压驱动部分和电气控制系统部分进行介绍。
1. 注射机液压驱动装置
注射机的驱动基本类型主要有机械传动（电动机与齿减速轮箱）；液压传动（油泵及其元件）；混合传动（注射装置为液动、而合模装置用机械传动）三种。
液压传动与机械传动相比，一般具有下列优点：速度和压力以及行程可随意调定，其调定的方式也比较方便，压力数值易於直读；容易实现压力和速度的程序控制和机器集中控制；动作平稳，具有自润滑、防 的特性；容易实现超载保护。
其缺点主要是：气温和油温的变化会影响到系统的速度和压力；速度和位置的精度没有机械传动精确；元件多、效率比较低（电耗、水耗、油耗比较大）；维修技术要求高；噪音、油的污染。
随着液压元件制造以及维护水平的不断提高，使上述缺点在不同程度上得到克服。同时注射机在控制技术方面，要求愈来愈高。因此目前液压传动式的注射机为最多。
注射机采用液压传动技术的优势包括：由於与系统相关的原因，液压传动也具备电动机所没有的一些优势。液压传动直接产生一种线性移动，不需要任何机械转化，而且力度和速度比值的范围很宽。相对於负载来说，液压系统传动超载能力强，存储的能量也能够即刻使用。
2. 注射机电气控制系统
世界上先进的注射机一般都采用微电脑处理的全闭环控制系统，此系统包括：键盘输入、屏幕显示、系统运行、系统检测、信号反馈及校正等。操作人员可根据屏幕上显示的问题输入指令或数据，如：机筒温度、开合模距离、注射压力、注射速度等。输入完毕後，系统便会按照输入的数据或指令运行，同时微电脑处理系统开始监视和检测系统实际数据和设定数据是否一致，如发现两者有差异则反馈给处理系统予以及时纠正。这样既保证制品的再现性及重复精度，又可实现快速调机。同时机床上备有存储系统，可将当前生产数据储存，以便下次生产时再用。
近年来，一种更先进的注射机已开始进入市场，那就是全电动式注射机。这种注射机相对於传统液压式注射机有许多优点，包括：节能、整洁、安静、精度高及可重复性高等。所以，对於要求高精密的注射制品，它比传统液压式注射机有更好的性能。试验表明，电动式注射机的可重复性比液压式注射机高出50%，这对於保证制品稳定大有好处。因此，有数家公司都推出了自己最新研制的电动式注射机，如日本的NISSEI公司、奥地利ENGEL公司的设备，颇受欢迎。
电驱动和控制技术的主要优势是更佳的可控制度和工艺稳定性，可重复性（位置、周期时间）约能增加两倍。液压传动技术的缺点可以总结为：渗漏、噪音大、性能欠佳。相比之下，电动传动技术不存在渗漏的问题，而且噪音也低（小於60dB）。与不停运转的液压泵相比较，它能减少50%的能量消耗。另外，因为不存在废油处理的问题，所以对环境更有益。因此，生产优质薄壁技术部件如外壳或联结器时，电动注射机是理想的选择，驱动系统的这种较高可重复性有益於试图提高过程能力的加工者。
橡胶注射成型硫化机应用前景
总体来说，橡胶注射机代表着橡胶模制品生产的发展方向，对发展循环经济，建立资源节约型工业具有重要的意义。目前中国绝大多数非轮胎橡胶制品生产企业还是使用传统的平板硫化机，对注射机的用量非常小，估计最多不过5%-10%，同发达国家的25%-35% 相比有很大差距。2005年中国塑料注塑机生产量已上10万台，有百家大小企业，而橡胶注射机只有10余家工厂，产量估计不过1000-1500台，发展潜力十分巨大。从橡胶工业的具体情况来看，橡胶注射机的发展主要会呈现出下述几种趋势：
(1) 橡胶注射机将继续向小型化发展。即小型化、少个数、无人化，可能成为一股新的潮流。这是因为此类机型的购入价格低，易於集中管理，而且生产效率也比较高。
(2) 橡胶注射的多工位机将进一步得到扩充。多工位机对於硫化时间长、大型橡胶制品更为优越，利於提高生产效率，不仅在密封件、减震垫等模制品，对模压注射鞋、鞋底和胶泵、实心胎等也是一种较理想的生产方式。
(3) 橡胶注射的专用机与通用机将向两极化发展。专用机由於可以省掉多余功能，设备简化，使设备价格大幅降低，颇具竞争力。通用机因为容易操作，易於更换模具，可使成型硫化的橡胶制品范围更为广阔，一机多用，伸缩性更大。这对於以小批量多品种为主的中小企业，更为经济适合，是替代平板硫化机的一种选择。
(4) 橡胶注射机的性能将会不断提高。虽然现行的结构和原理不会有大的改变，但电动式注射机今後将更加普及，电控技术水平继续提升，合模压力、模具温度、计量精度等都更为精确化。 (end)
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(1/13/2009) |
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