制鞋注射成型系统--材料、模具与设备

作者：Sergio DULIO    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... RP/PRM系统（Rapid Prototyping & Manufacturing）是使用计算机辅助设计的产品数据或其他数字数据藉由快速高度自动化的制程而可直接制作三维的立体对象，因此突破了传统加工观念。而RP技术经过十多年的发展，至今已有数十种的RP 机型相继上市，成型的方式也由原本的光聚合树脂的激光照射硬化的液态树脂成型方式，发展为激光照射粉末与各种光照射成型方式，及将材料藉由喷嘴喷射成型的动能加工方式。 不管材料的性质如何，制作鞋面的加工步骤基本相同：都是经过裁切各种部件并将这些部件缝在一起，以将其装配起来这些过程。但是，如果我们考虑鞋类特别是其鞋底的其它相关部件（如外底和其它部件）时，则不存在如此明显的相似之处。传统上，是将大底与帮面通过胶水粘合或线缝在一起，如皮革大底与皮革帮面的组合，采用所谓的布莱克缝合法或固特异沿条工艺。但塑胶大底则完全是一个独立的世界：外观不同，生产方式也完全不同，采用的是相当复杂的工艺，要求具备特殊的技能，采用专用机器以及具有专业的技术操作指导。 本文的目的是突出注射成型工艺的最重要技术方面之一，可以展示被认为是一流技术的东西以及提供目前和未来趋势的一些一般迹象。因此，向读者提供极其复杂的注射成型世界及其相关工艺技术的全面介绍并不在本文的讨论范围之列。 本文将聚焦若干特定主题开展这一项工作。我们可以在此作出一种总结评述作为下列处理的一种描述：注射成型处于三种技术领域（3M或M3）的交叉区域，这三种领域是：材料（Materials）、模具制作（Mold making）和机器（Machinery）。涉及这种特定制造领域的公司或多或少具有所有这三种领域的大量知识，以便成功掌握整个工艺。 M1：材料 塑胶外底可以展示的材料、颜色和两者组合的选择极为宽广且具多样性，十分明显，外底对鞋类的整体外观和款式作出了重要的贡献。如果我们想想传统橡胶底运动鞋或高性能运动鞋的最新精品，则容易断定整个鞋类的款式是由外底及其部件确定的，外底在美观方面以及更重要的是在功能方面是鞋类的最明显元素。这种“创造性”在材料和元件的成型工艺方面提出了严重挑战。 “塑胶”是一种涵义十分广泛的术语，指的是一系列广泛的不同化合物，诸如各种缩略名称：TPR、TPU、PU、EVA和橡胶等等。每种塑胶在注射成型的历史进程中均扮演着一种重要角色，其命运随着其传播性和实用性随时间而变化。如果我们观察其在今天的所处情况，可以说主宰塑胶鞋底市场的材料主要有三种类别：各种配方的聚氨酯(PU)、EVA和橡胶。要从整体消耗方面评估这些材料中每种材料占据多大的市场份额十分困难，但是，我们可以说，它们合在一起覆盖了主要的市场应用。PU、EVA和橡胶具有不同的成分和化学特性，必须采用不同规格与不同功能的注射成型设备进行加工，以满足这些不同性能材料的加工实际要求。特别是EVA会在模注成型加工之后展示出一种十分特别的体积爆炸性膨胀的性能，其参数不容易预测，质量很难控制。这种材料广泛用于运动鞋和传统橡胶底运动鞋的主要原因是其重量较轻，因此成为中底的理想选择，通常与其它更为耐用（和更重）的材料制造的外底组合起来。在此值得一提的是，最近有一种趋势正在采用更容易模注和加工更为精确的其它类型材料替代这种“不可预测”的化合物；除此之外，轻质PU配方也正在越来越多地成为EVA的有效替代选择。 最后我们想提醒的是，所谓的塑胶鞋底只由一种材料（或一种颜色）制成是十分少见的；采用不同材料密度、不同种类材料、不同颜色、各种性能的插入件以及相似措施的复杂外底设计，对于机器方面的要求越来越变得具挑战性，系统必须能够处理多级（/多色/多物料共注）注射成型工艺，处理特性不同但是必须粘接到一起的材料，以便质量优越和提供美观程度及功能。因此，制鞋厂可以见到注射机中有最复杂和最昂贵的机器也并不足为奇。 M2：模具 各种类型的单个大底、中底或注射元件要求采用一种模具，至少形成塑胶部件的工艺将依赖于使液态的化学组分发生反应，以在最终确定其形状的封闭空间（模腔）变为固态。这是多年来，一直使用而且还在继续使用的一种加工方式。 但最近，一种仍然处于早期的，但是对于整个制造业具有震憾影响的全新加工技术（一本重要的经济杂志将其描述为第三次工业革命的催化剂）正在显示出其潜在应用价值。这些新工艺技术或说快速成型系统的名称是“层制造”或“无模成型”技术，能够通过某种方式选择性固化或沉淀需要的工艺材料，从而层层制作以获得预先电脑上设计好的成型产品。与任何其它相似技术相比，这种全新的技术不需要模具，工艺直观，更为简单和灵活。但是，必须说明的是，这种材料可以加工的东西仍然存在极大的限制，特别是挠性方面与传统注射成型达到的效果差异太大；然而，这一领域的研究速度很快，过去多年的进展巨大，因此必须密切关注这些技术，可以断言，肯定会对制鞋以及其它制造领域产生革命性的影响。 再次回到模具，无论如何，如今，一种支持和加速这些工具的专业制造商已拥有一流的模具制作技术；所有注射成型专家和从业者都知道，模具的精确制造和耐用性是何等的重要，这也是考虑到了此类工具对于鞋类制造商和鞋底制造商来说其投资的效果与回报。使用现代CAD/CAM技术，可以达到双倍功效。一方面，可以采用CAD精确模注模具的几何形状并使用数控3轴或5轴加工中心开展精确的数控加工，可以采用专用CAM软件对工具路径直接编程。 M3：机器 注射成型设备是加工配置中的第三个组成部分。所有现代系统可以分为两种主要类别：作为独立部件模注外底和中底的系统以及直接将鞋底喷注到装有鞋楦的鞋面上的连帮系统。专注于制造此类部件的供应商一般使用第一种系统，但是，也发现许多制鞋厂使用另一种系统。第二种分类标准参照机器的架构，提供两种可能布置：线性的和有旋转合模装置的多工位注射成型机旋转合模方式，是特别适合用于大量生产设置的布置。旋转合模注射配置可能一直是制鞋厂可以安装的最复杂机器。最新一代系统的自动化程度极高，大多数功能采用监控机器各种功能的一流电子控制单元控制。 如果我们考虑带有两个注射单元（处理不同密度/颜色组合）的全功能多工位工作站（具有36至48个工位或者更多）的旋转合模布置且采用各种需要的储存罐、混合机和材料控制单元在液态预混合PU组分时，就容易理解控制和确保这些机器正常操作这种任务具有何种挑战。需要说明的是：注射成型（特别是直接连帮注射成型）要求的自动化程度极高，工艺流程中操作人员大多执行次级或监控任务。 在这些领域中，机器人/机械手对于这些系统的流水线操作以及降低劳动力对工艺流程的影响起到十分重要的作用；以往，操作人员围绕旋转合模多工位成型机所执行的任务通常是：在注射步骤之前打粗鞋面的底部或侧面（取决于使用的鞋面材料类型和外底的几何形状），将脱模剂喷入模具内，注射工艺之后修整残余材料，以及从鞋楦和机器上取下成品鞋类。机器人/机械手可以而且可一直执行所有这些任务，它们与注射机本身的集成程度各不相同。在一些高级情况下，我们可以看到整条鞋类生产线由一名操作人员负责，将鞋面置于鞋楦上，然后由机器及其附属机器人/机械手开展所有其它操作，这种设置精简，可能是自动化制鞋的最完美标志之一。 在此提供德士马（DESMA）推出的一个典型示例，可将创新性PU和橡胶组合（其中PU替代EVA作为中底的一种轻型材料）和高度自动化机器设置组合起来。这家德国公司已经采用能够生产高度复杂的运动鞋的全自动系统将橡胶外底和PU中底组合。安装鞋楦的鞋面通过加热硫化风道，确保密切配合鞋楦，然后由机器人打粗。将粘接剂涂抹到经过打粗的边缘（再次采用机器人操作）并自动传送到注射机。已经预先准备和粘接的板鞋橡胶底经过加热活化，以确保其与置于模具之内的PU中底之间的粘接优良，然后自动混合喷头将低密度PU喷入其内。这种特别开发的模具可以在聚合物膨胀和粘接各种东西时将橡胶底固定到位。当PU的反应周期完成时，即对制成品鞋脱楦、修饰并包装。这种模具与该领域的领先公司（例如最近成为阿通（ATOM）集团的一员的意大利公司满誉（Main Group）开发的其它系统已经对不断向前推进这些机器的技术水平作出了绝对贡献，并以某些方式从工艺流程和公司理念方面改变传统制鞋。(end)

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