橡膠注射機(jī)膠料過濾裝置研究

蘭 林，石旭偉

（無錫德士馬注射機(jī)械有限公司，江蘇 無錫 214000）

橡膠注射機(jī)是橡膠模壓制品生產(chǎn)的一項(xiàng)設(shè)備，在精密橡膠制品生產(chǎn)中得到廣泛使用[1-2]。橡膠制品的質(zhì)量取決于4個(gè)因素：膠料品質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能、工藝過程控制[3-4]。這4個(gè)因素相互影響，只有將其優(yōu)化配合才能得到理想的產(chǎn)品質(zhì)量。膠料品質(zhì)直接影響制品質(zhì)量。因此膠料過濾裝置對(duì)橡膠制品的質(zhì)量控制起著重要作用。

本工作對(duì)比分析橡膠注射機(jī)模腔內(nèi)膠料過濾裝置與注射單元膠料過濾裝置的基本結(jié)構(gòu)、在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題及使用優(yōu)缺點(diǎn)，以期為橡膠注射機(jī)膠料過濾裝置選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 模腔內(nèi)膠料過濾裝置

1.1 基本結(jié)構(gòu)

模腔內(nèi)膠料過濾裝置安裝在定模板上，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 模腔內(nèi)膠料過濾裝置基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of compound filtering in mold cavity

塑化后的膠料經(jīng)過過濾裝置進(jìn)入型腔內(nèi)，膠料流動(dòng)方向如圖中箭頭所示，膠料由澆口套進(jìn)入，過濾后注射到模具型腔內(nèi)。過濾裝置安裝在定模板上，并在加熱板與過濾裝置之間增加冷流道，對(duì)流入膠料進(jìn)行溫度控制，防止出現(xiàn)膠料焦燒。橡膠注射機(jī)的注射壓力在200 MPa左右，膠料的濾網(wǎng)上下必須增加支撐板，否則濾網(wǎng)很容易破裂。

1.2 設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題

（1）濾網(wǎng)破裂。最初設(shè)計(jì)中，上下支撐板設(shè)計(jì)為通孔式結(jié)構(gòu)，濾網(wǎng)在注射壓力的作用下碎裂，膠料直接流入模具型腔內(nèi)，產(chǎn)品報(bào)廢。因此改型設(shè)計(jì)中，上支撐板增加斜面流道，避開注射壓力的直接沖擊，上下支撐板中間不設(shè)置膠料流動(dòng)通孔。改型設(shè)計(jì)上支撐板方案如圖2所示，上下支撐板設(shè)計(jì)為3°的斜面，并在斜面上開設(shè)膠料流道，兩側(cè)做通孔，膠料流動(dòng)方向如箭頭所示。

圖2 改型設(shè)計(jì)的上支撐板Fig.2 Modified upper support plate

（2）上下支撐板彎曲變形。膠料進(jìn)入模腔后，其注射背壓導(dǎo)致上下支撐板向上彎曲變形，影響下次膠料進(jìn)入的流動(dòng)性?？紤]到膠料焦燒問題，上下支撐板不宜設(shè)計(jì)過厚。其次，為了便于膠料流動(dòng)，在上支撐板上增加凸臺(tái)，不僅增大支撐板的剛性，也提高了膠料的流動(dòng)性。

上支撐板最終方案如圖3所示，增加4個(gè)凸臺(tái)作為支撐，膠料經(jīng)過斜面流道后進(jìn)入兩側(cè)通孔，為便于膠料流動(dòng)，在通孔上側(cè)增加環(huán)形流道。膠料流動(dòng)方向與改型方案一致，試驗(yàn)中該方案支撐板能達(dá)到較好的效果。

圖3 上支撐板最終結(jié)構(gòu)Fig.3 Final structure of upper support plate

1.3 使用優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：模腔內(nèi)膠料過濾裝置的過濾能力強(qiáng)，過濾面積大；通用性強(qiáng)，無需匹配機(jī)器，只要在模具進(jìn)膠口前面增加相關(guān)過濾裝置即可。

缺點(diǎn)：濾網(wǎng)更換困難，需配合輔助工具將加熱板等全部拆下后才能進(jìn)行操作，更換工時(shí)較長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率；模腔內(nèi)過濾裝置增加了冷流道板，造價(jià)高，較難得到市場(chǎng)的認(rèn)可。

2 注射單元膠料過濾裝置

2.1 FIFO-A注射單元及濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)

FIFO-A注射單元是一種先進(jìn)先出從頂部中心注射的注射單元，主要用于垂直注射機(jī)，是公司現(xiàn)有機(jī)型中市場(chǎng)占有率最高的注射單元，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。膠料由進(jìn)料口進(jìn)入一體式活塞內(nèi)，螺桿不斷旋轉(zhuǎn)將膠料向前推送，經(jīng)過一體式活塞前端單向體后進(jìn)入儲(chǔ)料缸，提升油缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向支架向下運(yùn)動(dòng)，使注嘴與模具的澆口緊密接觸，注射大油缸動(dòng)作，一體式活塞進(jìn)入儲(chǔ)料缸中，使得膠料流過注射本體及注嘴，最終進(jìn)入模具中（圖中箭頭所示）。

圖4 FIFO-A注射單元基本結(jié)構(gòu)Fig.4 Basic structure of FIFO-A injection unit

整個(gè)注射單元中，一體式活塞頭單向體之前承受的壓力最?。s為8 MPa），而儲(chǔ)料缸和注射本體內(nèi)都承受約200 MPa的高壓?？紤]到濾網(wǎng)的承壓能力，將過濾裝置設(shè)置在單向體之前，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。膠料流動(dòng)方向如箭頭所示，濾網(wǎng)在支撐件及保持件之間，且都安裝在嵌入座內(nèi)，濾網(wǎng)保持件通過螺紋與嵌入座固定。嵌入座為錐面式結(jié)構(gòu)，上下設(shè)置溢膠槽。頂出油缸安裝在定模板上，當(dāng)需要更換濾網(wǎng)時(shí)，拆卸壓板，頂出油缸動(dòng)作，頂出桿將嵌入座頂出后再更換濾網(wǎng)。

圖5 注射單元膠料過濾裝置結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of compound filtering in injection unit

2.2 設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題

（1）嵌入座斷裂。注射單元膠料過濾裝置在設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，嵌入座出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。受一體式活塞頭直徑的影響，嵌入座的尺寸受到限制，為了增大過濾面積，導(dǎo)致嵌入座壁厚過小，氮化處理后的嵌入座受螺桿推力作用出現(xiàn)斷裂。增大嵌入座壁厚即可解決此類問題。

（2）膠料粘連過濾器。清理及更換濾網(wǎng)時(shí)，由于堆積膠料粘連在過濾器上，導(dǎo)致嵌入座很難從一體式活塞頭中拔出，因此需要頂出油缸將過濾裝置頂出，且濾網(wǎng)保持件旋出嵌入座也需配輔助工具，以減小工人的操作難度。

2.3 使用優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：注射單元膠料過濾裝置設(shè)置在一體式活塞頭單向體之前，不承受注射的高壓，濾網(wǎng)的耐久性大幅提高；過濾裝置下方設(shè)置頂出油缸，拆裝及更換濾網(wǎng)方便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低；一體式活塞頭內(nèi)膠料不易焦燒，濾網(wǎng)上的膠料清理更容易。

缺點(diǎn)：濾網(wǎng)尺寸受活塞頭直徑限制，過濾能力一般，且對(duì)設(shè)備規(guī)格型號(hào)有一定要求，過濾裝置的通用性較低。

3 結(jié)論

（1）模腔內(nèi)膠料過濾裝置為傳統(tǒng)式過濾方案，膠料過濾面積大，過濾能力強(qiáng)，但裝置復(fù)雜，更換濾網(wǎng)及設(shè)備維護(hù)時(shí)拆裝困難，耗費(fèi)較長(zhǎng)工時(shí)。

（2）注射單元膠料過濾裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不承受注射高壓，濾網(wǎng)更換便捷，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，但濾網(wǎng)尺寸受一體式活塞頭直徑限制，過濾能力有限。

（3）應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇過濾裝置。對(duì)于小型注射機(jī)，為提高性價(jià)比及操作便利性，應(yīng)優(yōu)先選擇注射單元膠料過濾裝置；對(duì)于大型注射機(jī)，應(yīng)優(yōu)先選擇模腔內(nèi)膠料過濾裝置。