現(xiàn)代制造技術(shù)在橡膠注射成型設(shè)備的應(yīng)用

賈 超 徐 甜 方 菊

（長園電力技術(shù)有限公司，珠海 519085）

橡膠注射成型具有成型制品質(zhì)地密實、尺寸精確以及物理化學(xué)性能好等優(yōu)點。在最近的十幾年中，橡膠注射成型技術(shù)得到了迅速發(fā)展。新的注射成型技術(shù)廣泛用于注橡設(shè)備中，使得其性能得到了迅速提高，同時橡膠制品的質(zhì)量也有了可靠保證。

1 橡膠注射成型設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

相對于國外橡膠注射成型技術(shù)而言，我國的橡膠注射成型技術(shù)仍處于較低層次。雖然很多廠商已使用注射機生產(chǎn)橡膠制品，然而更多的只是模仿而非細(xì)致研究。最為明顯的實例就是在生產(chǎn)過程中經(jīng)常忽略保壓，而是用注射壓力充滿模腔。這樣的操作會引發(fā)流道中形成“大餅”，以致于制品出現(xiàn)飛邊等現(xiàn)象。目前來看，制造商、模具供應(yīng)商以及制品廠三方的合作對于橡膠注射成型至關(guān)重要，它們之間的協(xié)作促進(jìn)了注射成型技術(shù)向前發(fā)展。然而，我國現(xiàn)狀是上述三環(huán)節(jié)各自獨立，缺乏融合[1]。

我國市場上的橡膠注射機大致有20多種，究其起源，很多是由中國臺灣相關(guān)設(shè)備演變過來的。一般是注射機廠家通過一定渠道獲取了其他公司注射機圖紙，或者在原有機器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造生產(chǎn)。此種發(fā)展方式生產(chǎn)的注射機雖然大幅降低了研發(fā)成本和人員費用，但市場競爭力差，缺少創(chuàng)新，設(shè)備技術(shù)革新滯后，不能滿足市場需求。

2 常用注射機結(jié)構(gòu)

2.1 注射機的分類

注射機有很多種類，按結(jié)構(gòu)形式可以分為直壓式、曲肘式和二次動作式注射機。根據(jù)機器部件匹配形式，目前有立式、臥式、角式以及多工位注射機四種。按機器的加工能力，注射機可分為表1所示的幾種類型[2]。

表1 注射機根據(jù)加工能力的分類

2.2 注射機注射裝置結(jié)構(gòu)

注射裝置由塑化部件和注射部件組成。按照結(jié)構(gòu)來看，其可以分為螺桿擠出式、柱塞式和帶預(yù)塑螺桿的柱塞式[3]。

2.2.1 螺桿擠出式注射裝置

螺桿擠出式注射裝置原理就是使用螺桿的擠出壓力向模腔內(nèi)注膠。但這種裝置在膠料快填滿模腔時，由于模腔內(nèi)膠料壓力增高，一些膠料會隨著螺槽、螺桿及機筒之間縫隙發(fā)生溢流。同時，膠料在螺桿內(nèi)會出現(xiàn)過硫，停留的時間越長，發(fā)生過硫的情況越突出，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。這種注射裝置常用于塑料及橡膠鞋的生產(chǎn)中[4]。

圖1 螺桿擠出式注射裝置示意圖

2.2.2 柱塞式注射裝置

柱塞式注射裝置的結(jié)構(gòu)較為簡單，裝置生產(chǎn)方便，成本低。需要注意的是，此裝置的膠料對外部熱源有依賴，加之熱傳導(dǎo)效率不高，容易發(fā)生不均勻塑化，因此需要對膠料預(yù)加熱。柱塞式注射裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。使用的膠料放入料筒5，通過計量裝置4所需劑量的膠料在注射柱塞6的推動下進(jìn)入加熱室2，然后經(jīng)分流梭3和噴嘴1注進(jìn)模腔，采用這類裝置的注射機制造及工藝操作都較簡單，廣泛用于制造小型橡膠、塑料制品。

圖2 柱塞式注射裝置結(jié)構(gòu)

2.2.3 帶預(yù)塑螺桿的柱塞式注射裝置

帶預(yù)塑螺桿的柱塞式注射裝置如圖3所示，其主要特點是采用一個螺桿預(yù)塑裝置進(jìn)行膠料的塑化，而后送入注射設(shè)備，再經(jīng)注射柱塞將膠料注進(jìn)模腔。此裝置完成的膠料預(yù)塑和注射在不同的部件中進(jìn)行。鑒于螺桿預(yù)塑裝置可以將膠料完全的剪切、混合及塑化，螺桿預(yù)塑能力較強，柱塞注射壓力較高，可以實現(xiàn)精確控制注射量，同時對預(yù)塑過程和注射過程可以實現(xiàn)完美控制。這類裝置對于改良制品質(zhì)量、消除制品早期的硫化等效果十分明顯，適用于大型和高精度制品的成型硫化。因此，這種注射裝置發(fā)展很快，國內(nèi)外大部分比較先進(jìn)的橡膠注射機的注射裝置都采用此種形式[5]。

圖3 帶預(yù)塑螺桿的柱塞式注射裝置結(jié)構(gòu)

3 橡膠注射成型設(shè)備中新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 自動化彈性體加工設(shè)備

阿博格（ARBURG）公司在2015年推出一套結(jié)構(gòu)緊湊的生產(chǎn)單元，用該生產(chǎn)單元制造帶黃銅襯套的移除吸盤。其采用了一臺立式Allrounder 275V注射機復(fù)合注塑黃銅嵌件與EPDM彈性體。該生產(chǎn)單元配有彈性體加工設(shè)備，鎖模力為250kN，注塑單元規(guī)格為7。此單元首先將一個帶螺紋的黃銅軸套插入EDEGs公司制造的單腔模具中，之后由集成在selogica機器控制系統(tǒng)中的一個抽真空系統(tǒng)抽真空。嵌件與EPDM復(fù)合模塑成型周期時間為60s。由一個集成到模具上、配有針型關(guān)斷注嘴的氣動冷流道系統(tǒng)注塑。由Regloplas公司生產(chǎn)的兩個P160s溫度控制系統(tǒng)（完全集成到selogica控制系統(tǒng)中）調(diào)節(jié)模具冷流道和注塑缸模塊的溫度。

用Agilus 6軸機械手取出成品模塑件，并將其送入相機檢查工位，之后合格件落入輸送帶上。接著，機械手取出下一個螺紋軸套（由一個螺旋輸送機輸送），將其插入模具中。模具由自適溫度控制管路加熱，可通過機器的selogica控制系統(tǒng)直接程控、調(diào)節(jié)。此外，通過接口，控制系統(tǒng)可直接操控多達(dá)6個溫度控制裝置，且可輸入硫化時間和預(yù)塑延遲時間，并對排氣、注射、模壓過程進(jìn)行控制。彈性體產(chǎn)品通常用刷子或脫模裝置推出。這些裝置也是通過靈活的接口集成到selogica控制系統(tǒng)中。因此，機器操作人員可以方便進(jìn)行常見的彈性體加工程序修改，不需要昂貴的特殊程序。

3.2 液體硅橡膠微型零件加工設(shè)備

威猛巴頓菲爾（WITTMANN BATTENFELD）公司推出了液體硅橡膠領(lǐng)域的一種產(chǎn)品加工，所用設(shè)備來自其專為注塑微小零件設(shè)計的MicroPower系列。通過展示生產(chǎn)液體硅橡膠微型零件，該公司向人們說明在該行業(yè)加工LsR的可能性，且LsR加工愈來愈重要。這臺MicroPower 15/10機器采用了德國Awetis公司生產(chǎn)的模具、德國Momentive公司供應(yīng)的雙組分液體硅橡膠制造透鏡，加工材料由德國一家公司的計量泵輸送。從1L的儲料罐輸送到注塑單元所用的機器是一種成熟的無塵室生產(chǎn)單元，配備有旋轉(zhuǎn)盤、產(chǎn)品取出裝置。無塵室可產(chǎn)生符合《潔凈室及相關(guān)控制環(huán)境國際標(biāo)準(zhǔn)》（IsO 14644-1）的6級潔凈空氣。同時，該設(shè)備集成了通過圖像處理進(jìn)行質(zhì)量檢查的系統(tǒng)。產(chǎn)品的注塑、質(zhì)量檢查以及堆放等過程都在無塵室中完成。

3.3 東毓橡膠注射機

2015年，東毓油壓工業(yè)有限公司推出了自主開發(fā)的立式橡膠注射機，最大射出量2000mL，射出壓力1900kg/cm2，適合連續(xù)性生產(chǎn)方式。該設(shè)備采用整機節(jié)能的設(shè)計，優(yōu)化整體零配件布局，采用低量化和新技術(shù)，保證在設(shè)備動作流程基礎(chǔ)上減少能源消耗。東毓油壓綜合使用人體工學(xué)并應(yīng)用自主專利的技術(shù)設(shè)計方案。其特點是備料簡單容易，不需秤重或考慮產(chǎn)品外形。膠料經(jīng)螺桿入料筒進(jìn)入，并完成預(yù)熱過程，有效縮短成品硫化時間，提高生產(chǎn)效率。該注射機采用流道充填模頭方式，針對形狀復(fù)雜產(chǎn)品亦能輕易成型。搭配模具設(shè)計及定量射出控制，可大幅改善無效毛邊、節(jié)省工時成本。立式夾模結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于骨架較大的工件放置。

此外，東毓油壓工業(yè)有限公司還推出了大型注射機，鎖模力達(dá)到1200t，射出量15000mL。其結(jié)構(gòu)特點是主機上升下降及射出單元使用高精密度光學(xué)尺控制，精確地控制合模位置與計算射出量大小。采用高效率模具真空系統(tǒng)，下熱盤出模機構(gòu)，模具保溫效果佳；采用特殊油路控制系統(tǒng)，偵測到合模壓力異常時，會自動開模，防止模具損壞；采用橫式射出單元，機臺高度有效降低，有利于廠房有限高度的使用。生產(chǎn)的產(chǎn)品壁厚均勻穩(wěn)定，可增長產(chǎn)品使用壽命并減少膠料浪費。

4 結(jié)語

用注射成型技術(shù)來革新目前生產(chǎn)中所沿用的模壓生產(chǎn)技術(shù)，將是橡膠工業(yè)今后的研究課題之一。橡膠注射成型設(shè)備及其相關(guān)的工藝經(jīng)過幾十年的實踐和研究已經(jīng)比較成熟，但是目前其用途還是停留在一些傳統(tǒng)的常規(guī)橡膠制品上。也就是說，許多橡膠制品仍然采用平板硫化的模壓方法，這是對一種具有高質(zhì)、高效和先進(jìn)的橡膠注射成型技術(shù)的浪費。注射成型技術(shù)是橡膠制品越來越多采用的技術(shù)方法。在汽車零部件、電氣電子設(shè)備配件等大批量產(chǎn)品生產(chǎn)方面，橡膠注射機能夠充分發(fā)揮注射成型的優(yōu)勢。隨著新技術(shù)和新材料的不斷應(yīng)用，更先進(jìn)的橡膠注射機可實現(xiàn)生產(chǎn)高效率、產(chǎn)品高質(zhì)量的技術(shù)價值，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益，開辟出更加廣闊的前景。