功能預置設計在橡塑注壓機研發中的應用

陸久迪

（上海迪勝橡塑機械有限公司，上海 201407）

功能預置設計在橡塑注壓機研發中的應用

陸久迪

（上海迪勝橡塑機械有限公司，上海 201407）

為了避免裝備研發陷入不斷改動的泥潭，在設計中進行功能預置設計是一個很有效的方法。介紹了功能預置設計的思路、重點，并通過對注壓機研發過程中的功能預置設計進行了很好的闡述。

功能預置；注壓機；研發

當今很多裝備企業的新產品是源于客戶新型工藝、新型材料、新型制品的技術構想而去研發的，這類研發不同于企業可自定參數的產品改造、技術升級，有相當風險也頗具挑戰性。由于在技術上面臨很多不確定和未知的因素，這類裝備的研發對供、需雙方來講同樣缺少底氣，需方提供的技術工藝參數往往是個變量，相當部分的需方對原料的性能也是一知半解，所以供方在此基礎上的裝備研發往往會被拖入泥潭，陷于不斷修改變動之中。為了避免出現這樣不利的局面，供方的設計人員要有新的思路來事先化解問題：從我們的實踐經驗來看，開發新產品關鍵在于設計環節如何設想周全、夯實根基，總體構造上犯錯往往是致命的，不要指望后道的工藝、制造、制品環節能填平設計留下的坑。裝備研發是為制品服務的，制品能按時按質試出來，符合需方的預期才是硬道理，孰是孰非并不重要，重要的是供、需雙方都認可項目成功，預案完善沒留下諸多擔心。要達到這個目標不容易，對供方的研發人員來講：關鍵是避免走彎路、走錯路、走死路，浪費了時間，失去需方的信任。因此動手伊始就應注重以下幾點：

（1）要避開自己不熟悉的技術作為攻關方向，不要在不懂的技術上死磕，延誤時間。

（2）要主動融入需方的角色，先把材料性能、工藝過程中可能發生的問題搞清楚，并時時與需方探討、溝通。有交流就會有信任，就會有謙讓，往往裝備上難于解決的問題有時候通過工藝改動很容易解決，反之也一樣，將來可能互有所求，現在不要你、我界線分明。

（3）要對裝備總體方案能夠應對解決問題的概率有充分的估計，尚有較多問題沒把握，說明方案有缺陷。對可能發生的問題應事先進行功能預置，留退路以彌補突發問題。要盡力完善方案，使自已處于“不變應萬變”的位置，你可能變的方面我都想好辦法了，就不會窮于應付了，千萬不要沒想好先動手。

（4）要尋找成熟的、合適的技術平臺作借鑒，其部分結構構造、功能特性要與研發的產品類似，也要有可擴展的空間和余地。有此作為基礎，工作量可大大減少，成功概率可大幅提高。

（5）開發新產品首先要力求簡單，你在短短的時間內不可能同時攻克多個難題，有些可以在以后換代時逐步提升，眼前先要解決避不開繞不過“攔路”的難題，盡快使圖紙成為產品動起來，如能與制品工藝基本磨合，達到相匹配、相適應，滿足需方的生產技術指標，供方己是可以成功交付?；境晒Φ绞滞晟剖莻€逐步跨越的技術過程，需要時間。特別是第一代產品，切記不要過度自動化。

（6）要有長遠眼光，要清楚你要開發的裝備現在要做什么，將來還能做什么，在泛目標制品工藝范疇內有無遺漏需備用的功能。把一個目標點與今后的幾個目標點、十幾個目標點串起來一同考慮。先設想好哪些功能要插入，結構上怎樣預置，將來怎么擴展，以后可通過低成本、簡單的改變，就可把現在的專門機型演變成適應多種材料加工的通用機型。想到了沒用上是你的幸福，沒想到而要用就惹上麻煩了，花點時間爭取做前者！

以上幾點在我們新產品的研發過程中收到很好的效果。越是價值高、體型大、拆裝不易的設備越是值得細細籌劃，因為改一改傷筋動骨，損失不小，而且費力、費時、費心，應當力求避免這種情況發生。舉一個比較典型也有價值的范例——大型橡塑注壓機，這在橡塑機械中不算冷門的類別，橡塑注壓機（以下簡稱注壓機）是適用注壓加工工藝的一種裝備：注壓工藝是介于模壓和注塑中間的加工工藝，我們早期也稱之為傳遞模塑、壓注法。注壓工藝成型周期短、重復性好、產品質量均一、附價值也高。尤其對其它加工工藝較頭痛的超高溫、薄壁、大型、厚壁嵌件，形狀復雜制品的成型、定型加工，具有獨特的優勢。因其同時具備與多種材料成型相適應的要素，只要在某種條件下具有可流動性質的材料都能用注壓工藝來實現，因此注壓工藝應用前景是廣闊的。

通過國內相關企業多年的研究、探索和開發，注壓機的技術檔次得到了明顯提升。近年來大型、超大型、高端的注壓機相繼問世，為高壓電防護手套、套鞋，耐腐蝕泵、閥，內襯耐磨管，大直徑下水道塑料發藍，電機、變壓器模塑零件，汽車、航空粉未冶金零件等制品行業提供了高質高效的裝備。

注壓過程裝備的發展方向是大型、精密，目前國外也是這個趨向，因為注塑機越大越有局限性，一套大型注塑模的價格比同規格注壓機加注壓模的價格還高，所以注壓機就有了市場空間。大型的注壓機以立式結構為主，占地面積小、力系封閉、對中性好、流道簡單、模具成本低。一般大型注壓機鎖模力在4.0 MN（400 t）以上，高度5～7 m左右，凈重至少十幾噸，該類機型體型高大，拆裝較麻煩，所以要步步為營，想好才可動手。因為這樣高大的設備要新增功能、要更換零件是件望而生畏的事，其丟棄的零部件不但需昂貴的成本，還要較長的加工、拆裝周期，還可能沒有改動的空間位置而導致某些部套推到重來。由于每個客戶要解決的難題不同：材料方向、工藝方式、制品要求等都不盡相同，要一個個從頭到底按程序來熟悉摸索一圈也是不現實的。怎樣把這些難題在一個較大范圍內圈起來，放到一個面上來考慮？我們總結了一個大方向——高分子材料，其都是在壓力、溫度（500 ℃以下）作用時間等要素條件下具有可流動性質的材料，常用的高分子材料有上百種是個大類，如果我們的裝備能夠注壓全部的高分子材料和部分復合材料，那么己經可以把我們在這范疇內的客戶難題基本化解了，這就有了研發的大方向。接下來是尋找技術平臺：研發新的裝備，首先要尋找功能和形式相差不多的機型作為技術平臺，專業范圍內單純具備壓力、溫度、時間控制三大功能的常規機型不少，如注塑機、擠出機、平板硫化機等，但注塑機、擠出機是內室融熔，螺桿傳遞壓力，材料以紊流方式流動。注壓機是外室熱煉加料、外室融溶加料靠柱塞傳遞壓力，靜壓迫使材料以層流方式流動，這對有些勻混要求很高的材料，如航空、汽車的電阻、電磁材料不會因為其中的功能材料分布改變而引起性能改變。顯然，只有平板硫化機和注壓機的運行方式類似，雖然平板硫化機相對簡單些，但有較多可參照、可借鑒的地方，因此無論從結構、功能和外形上都是一個較理想的技術平臺。值得一提的是，平板硫化機經過我們多年的技術開發和功能擴展，己積累了較多經驗，制造加工工藝的難題基本攻克了，是一個技術上己經非常成熟的品種。從最初的橡膠硫化的專用設備，發展成涵蓋高分子材料、非金屬、金屬、復合材料加工、試驗的通用設備，在橡塑機械中算是“百搭”類的機型，應變性較強。由于平板硫化機的某些部套圖紙可直接為注壓機所用，大大節約了注壓機開發設計的時間，這樣我們就可以把時間和精力關注在關鍵的與注壓相關的功能上。注壓部套關聯的零件多，設計難度和制造難度較大：以注壓板、傳遞缸、注料筒等部套的設計為例，可以清楚地看到功能預置對應用面擴展的影響。

1 注壓板

注壓板是與模具、制品直接接觸的、承擔傳遞壓力、傳導熱量及注壓導向等功能的零件。

1.1 注壓板加熱基本形式

①電加熱；②蒸汽加熱；③油載體加熱。

1.2 注壓板常用溫度范圍

①200 ℃以下；②350 ℃以下；③500 ℃以下。

1.3 注壓板基本功能及可擴展的功能

（1）基本功能：加熱

主要用于普通橡膠硫化和熱固性塑料和改性材料成型等，這些工藝加工注壓板往往只需要200℃以下的加熱功能，如圖1所示注壓板結構即可滿足。

圖1 片狀加熱板

（2）擴展功能：加熱+逸氣

逸氣功能主要用于薄型橡膠制品、精密橡膠制品、深孔橡膠制品等。橡膠和塑料在混煉和混合過程中會混入空氣和水分，某些添加劑也含有水分。成型中，這些物料內部的水分在高溫下會汽化，產生氣泡和夾層。這在要求較高的制品中是不允許的，如抗高壓電流的安全手套、套鞋等。特種注壓機的制品工藝己注定無法象平板硫化機那樣可以失壓放氣、脫開放氣，只能通過加裝傳遞模板來逸氣，這樣可以減少制品的缺陷。逸氣的原理是物料中被壓縮的空氣破裂后集聚在有壓力的注壓腔內，縫隙內外形成壓力差，而空氣沒有黏度流動性能極好能從微小縫隙跑出，而物料本身在注壓腔內是黏彈體，黏度大、流動性差，很難通過這么微小的縫隙，（如縫隙做大了加上物料感溫時間長黏度降低，一旦物料穿過縫隙致逸氣板彈性變形，逸氣的效果就會降低和失效，所以逸氣板測量及加工精度較難控制，精度決定效果。）如圖2所示注壓板結構即可滿足。

圖2 電加熱+逸氣板

（3）擴展功能：加熱+均溫

主要用于高分子材料試驗、精密橡塑制品、熱敏感材料的成型等。普通電熱管加熱熱板溫差±（7～10）℃、油載體、蒸汽加熱熱板溫差±（3～4）℃、均溫板溫差±（1～2）℃。象融熔寬度窄的某型氯化聚氯乙烯（CPVC）融熔溫度183 ℃，192 ℃就有表面分解現象，直觀有色差，允許溫差只有9 ℃以下。而較差的普通管式電加熱板溫差近20 ℃，肯定不能用于上述制品。均溫板對某些高分子材料試驗、高端制品、淺色制品的色差不均、形態不一、局部分解的缺陷改善較明顯，但均溫板很難加工且有一定的危險性。如圖3所示注壓板結構即可滿足。

（4）擴展功能：加熱+冷卻

主要用于熱塑性塑料、非金屬材料的生產、這一類材料成型溫度較高，在成型后開模會粘模、會變形、會開裂，即使取出自然冷卻，內部殘余應力很大，變形嚴重，外觀質量差。所以形狀復雜、外觀要求高的熱塑性制品一般在鎖模力下進行模內冷卻，至40～60 ℃開模，有效地消除殘余應力和粘性，表面光亮度好，不變形尺寸精準。此謂定型工藝，是不可缺少的關鍵工序。如圖4所示注壓板結構即可滿足。

圖3 電加熱+均溫板

圖4 電加熱+冷卻板

（5）擴展功能：超高溫+冷卻+隔溫

主要用于350～500 ℃溫度范圍內成型的特殊高分子材料、復合材料的生產、試驗。超高溫熱板為縮短溫升時間，提高生產效益，一般均采用大功率加熱器具，成型后在鎖模狀態下快速冷卻。因石棉禁用，市場上絕大部分隔溫板難以對付300 ℃左右高溫。大功率加熱的幅射波加上散熱不佳的機型結構，往往造成受力架構基準皆失，變形超過承受力時甚至無法運行，油封密封件壽命也大大降低，行業內己有不少實例。補救的措施是在上蓋和上平板之間、在平臺和下平板之間，增設隔溫板保護上蓋和平臺，為節水一般在上蓋、平臺超過65 ℃通水，冷卻至室溫以上5 ℃停水，可手控也可自動控制。如圖5所示隔熱板結構即可滿足。

圖5 電加熱+隔溫板

（6）擴展功能：超高溫+同層冷卻

350～500 ℃加熱時間長，冷卻時間同樣也長，無論生產和試驗都無法忍受，采用同層布局，2板變1板，縮小了體積，節電、節水、省時間。此類結構宜采用電熱管：一塊熱板中電熱管孔數一般為單數，多以3的倍數為主。而冷水通道數多為雙數，這樣進水、出水為同側，排管路美觀也方便。這樣的二種功能在同層布局中也正好一單一雙，但注壓機熱板中間有孔，通路較難設計，要在兩管孔之間“搭橋”，橋涵截面積要大于管孔截面積。管路要經過20 kg/cm2試壓24 h基本不跌壓。如圖6、圖7所示平板結構即可滿足。

（7）擴展功能：耐高溫、耐腐蝕、抗變形、高硬度、不粘板

這些功能的改變主要借助于材料改變和噴涂、熱處理等技術，結構變化不大，加工較困難。但對某些高分子材料加工是必要的，如氟塑料注壓機平板，最初用中碳鋼調質板材鍍硬鉻，耐不住氫氟酸和氟氣腐蝕，表面銹蝕剝落成“大麻臉”雖能尚能使用但不改會污染制品。但耐腐蝕板加上淬硬處理成本較高，如要采用，應事先設計插裝板式電熱片的二片式熱板（韌、硬材料都忌打深孔），萬一改動可更換較薄的面板或拆下表面處理即可。

圖6 管狀電加熱+同層冷卻

圖7 油加熱+同層冷卻

2 傳遞缸

傳遞缸是承擔注壓功能的部套，普通的方式為人工投料頂柱壓料（主要用于橡膠），也有模內預加料（傳遞模塑）、柱塞喂料、螺桿喂料等。傳遞缸的功能預置，設計上首先要統一傳遞缸的尺寸，并在可能的范圍內留有余地，如行程適當放長，即可預防投料口尺寸改變放高，也可預防加料量改變增加。凡是今后要增加的功能都不波及加工周期最長的缸體，事情就簡化了。

傳遞缸基本功能及可擴展的功能：

2.1 基本功能：注壓

人工上口投料，活塞桿與頂柱相接，由頂柱與物料接觸，形體高、自然冷卻效果差。但現場膠料秤重計量、熱煉軟化工序簡單快速、實用性強、制品均一、耗材少、節能。如圖8所示為上口投料的橡膠注壓機。

圖8 橡膠注壓機

2.2 擴展功能：注壓+防轉

活塞桿直頂式頂物料，由于活塞桿無前置4柱導向，失去了防轉功能，因此對中性稍差，要在缸側設計防轉結構。

2.3 擴展功能：注壓+防轉+中心冷卻

活塞桿直頂式頂物料，高溫作業時間長的制品，特別是超高溫，活塞桿冷卻措施不到位會有嚴重后果活塞桿頭部熱量上傳，密封件損壞，液壓油下泄，制品成廢品。如圖9所示為活塞桿中心冷卻氟塑料注壓機。

2.4 擴展功能：注壓+防轉+中心調溫

圖9 氟塑料注壓機

活塞桿直頂式頂物料，對有些融溶寬度窄、、注壓時間長、待注時間也長的制品，會產生活塞桿中心冷卻后溫度低，與之接觸的最后一些物料會變硬，注壓時流動困難，影響制品質量的問題，用模溫機控制冷卻溫度是個辦法。

3 注壓筒

注壓筒是承擔物料預存和注壓時承壓的封閉腔，也是活塞桿、頂柱導向的部套。注壓筒基本功能及可擴展的功能有：

3.1 基本功能：料腔、導向

注壓筒是形位公差和硬度要求較高的部套，上蓋與注壓板的積累誤差要靠其調隙?；钊麠U、頂柱對中導向偏差小，而且要在高壓壓注時不能松動，如圖8上蓋中心部所示為用于橡膠注壓的直筒式注壓筒。

3.2 擴展功能：導向+排煙

用于氟塑料注壓時有毒氟氣煙霧的有向排出。

3.3 擴展功能：導向+抗蝕

接觸面材料單純耐高溫、耐腐蝕的可以用316奧氏體不銹鋼。接觸面需要硬度的只能用鐵素體不銹鋼4Cr13，有較好耐磨性能，但抗腐蝕效果稍差，表面會變色但不影響使用。

3.4 擴展功能：導向+自潔

有些制品要求很高，筒壁不允許有殘留物，那里又高又深人工清潔很困難。自潔式注壓筒是通過硬鉻鍍層鏡面拋光來達到自潔功能，但對活塞桿、頂柱的對中偏差要嚴格控制形位公差。

通過注壓機的部份功能預置案例，我們己經把一種對象單一的專用機型擴展成多元應用，面向整個高分子行業的通用機型。由于在最初設計中己逐一備好各種功能模板，并對這些模板今后如何疊加、擴展也同時作了結構上的預置措施，對這些功能模板的制造工藝事先都有了成熟的預案。那么以后的突發事件，我們就有足夠的方案去應對，也不用擔心在高分子材料注壓加工范疇內的機型會一次次重復設計。通過技術借鑒的觸類旁通，今天的注壓機，或者明天就可能成為其它加工工藝的技術平臺，應用到相關的開發中。

當今企業面臨的市場，各有各的困難，關鍵是通過自己的方式去改變、適應這種困局，研發多元化的新產品，進入更多行業，也就有了更多打破困局的出路。在研發新產品過程中，功能預置設計是一種兼顧前后、提升成功率、避免失誤的設計思路。希望這種省時、省力、省心的實用經驗在今后的實踐中能得到更進一步的提升和發展。

（XS-04）

我國煤制聚丙烯裝置概況

截止2014年12月底，我國已經建成7套煤制備聚丙烯生產裝置，總生產能力達到326萬t，具體為神華包頭（生產能力為30.0萬t/a）、神華寧煤（生產能力為100.0萬t/a）、大唐多倫（生產能力為46.0萬t/a）、寧波禾元（生產能力為30.0萬t/a）、陜西延長中煤榆林能源化工（生產能力為60.0萬t/a），中煤陜西榆林能源化工（生產能力為30.0萬t/a）以及寧夏寶豐（生產能力為30.0萬t/a）。

Kraton公司推出新的氫化苯乙烯系嵌段共聚物產品

Kraton高性能聚合物公司推出兩款全新氫化苯乙烯嵌段共聚物（HSBC）-Kraton MD6951和MDl648。MD6951保持了KratonA產品系列的穩定性和標志性特征（如柔軟性、易用性和相容性），其增強的極性使其能與熱塑性聚氨酯、聚苯乙烯和聚苯醚等產品兼容。主要用于生產手機保護膜和電工工具把套、保護性薄膜和良好的聲音阻尼材料等。MDl648是一款增強橡膠段（ERS）苯乙烯系嵌段共聚物。由于其具有極強的彈性和強度以及突出的低粘度，能用于現有的熔噴加工設備中，有助于丌發更具彈性、更加柔軟的產品，還能生產消音紡織結構產品。此外，MDl648還可用于聚丙烯改良型家用產品、汽車零件、膠帶、噴膠和氣霧劑粘結劑等熱熔膠和工業材料。

燕豐供稿

Application of function preset design in rubber and plastic injection machine development

Application of function preset design in rubber and plastic injection machine development

Lu Jiudi
(Shanghai Disheng Rubber & Plastic Machinery Co., Ltd., Shanghai, 201407, China)

To avoid constant changes in equipment research and development, function preset design in the design is a very effective method. This article introduces ideas and focuses of the function preset design, and describes function preset design through the development of injection press.

function preset; injection press; R & D

TQ320.662

1009-797X（2015）06-0028-07

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.06.004

陸久迪（1949-），男，高級經濟師，長期主持并參加新產品的開發研制工作，歷年來填補了國內橡塑領域多項空白，90年代中期開始致力于橡塑新材料、實用新制品成型工藝和裝備的研制，成功開發了多種新產品，已發表多篇論文。

2015-02-06