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(zhǎng)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(shí)、尺寸精確以及物理化學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(duì)于國(guó)外橡膠注射成型技術(shù)而言，我國(guó)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(jī)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(shí)例就是在生產(chǎn)過(guò)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(huì)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(lái)看，制造商、模具供應(yīng)商以及制品廠三方的合作對(duì)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(guó)現(xiàn)狀是上述三環(huán)節(jié)各自獨(dú)立，缺乏融合[1]。

我國(guó)市場(chǎng)上的橡膠注射機(jī)大致有20多種，究其起源，很多是由中國(guó)臺(tái)灣相關(guān)設(shè)備演變過(guò)來(lái)的。一般是注射機(jī)廠家通過(guò)一定渠道獲取了其他公司注射機(jī)圖紙，或者在原有機(jī)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(jī)雖然大幅降低了研發(fā)成本和人員費(fèi)用，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力差，缺少創(chuàng)新，設(shè)備技術(shù)革新滯后，不能滿足市場(chǎng)需求。

2 常用注射機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 注射機(jī)的分類

注射機(jī)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(dòng)作式注射機(jī)。根據(jù)機(jī)器部件匹配形式，目前有立式、臥式、角式以及多工位注射機(jī)四種。按機(jī)器的加工能力，注射機(jī)可分為表1所示的幾種類型[2]。

表1 注射機(jī)根據(jù)加工能力的分類

2.2 注射機(jī)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(lái)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(shí)，由于模腔內(nèi)膠料壓力增高，一些膠料會(huì)隨著螺槽、螺桿及機(jī)筒之間縫隙發(fā)生溢流。同時(shí)，膠料在螺桿內(nèi)會(huì)出現(xiàn)過(guò)硫，停留的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生過(guò)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(jiǎn)單，裝置生產(chǎn)方便，成本低。需要注意的是，此裝置的膠料對(duì)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(duì)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(guò)計(jì)量裝置4所需劑量的膠料在注射柱塞6的推動(dòng)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(jī)制造及工藝操作都較簡(jiǎn)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(diǎn)是采用一個(gè)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(qiáng)，柱塞注射壓力較高，可以實(shí)現(xiàn)精確控制注射量，同時(shí)對(duì)預(yù)塑過(guò)程和注射過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)完美控制。這類裝置對(duì)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(guó)內(nèi)外大部分比較先進(jìn)的橡膠注射機(jī)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(dòng)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(pán)。其采用了一臺(tái)立式Allrounder 275V注射機(jī)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(gè)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(jī)器控制系統(tǒng)中的一個(gè)抽真空系統(tǒng)抽真空。嵌件與EPDM復(fù)合模塑成型周期時(shí)間為60s。由一個(gè)集成到模具上、配有針型關(guān)斷注嘴的氣動(dòng)冷流道系統(tǒng)注塑。由Regloplas公司生產(chǎn)的兩個(gè)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(jī)械手取出成品模塑件，并將其送入相機(jī)檢查工位，之后合格件落入輸送帶上。接著，機(jī)械手取出下一個(gè)螺紋軸套（由一個(gè)螺旋輸送機(jī)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(guò)機(jī)器的selogica控制系統(tǒng)直接程控、調(diào)節(jié)。此外，通過(guò)接口，控制系統(tǒng)可直接操控多達(dá)6個(gè)溫度控制裝置，且可輸入硫化時(shí)間和預(yù)塑延遲時(shí)間，并對(duì)排氣、注射、模壓過(guò)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(guò)靈活的接口集成到selogica控制系統(tǒng)中。因此，機(jī)器操作人員可以方便進(jìn)行常見(jiàn)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(lái)自其專為注塑微小零件設(shè)計(jì)的MicroPower系列。通過(guò)展示生產(chǎn)液體硅橡膠微型零件，該公司向人們說(shuō)明在該行業(yè)加工LsR的可能性，且LsR加工愈來(lái)愈重要。這臺(tái)MicroPower 15/10機(jī)器采用了德國(guó)Awetis公司生產(chǎn)的模具、德國(guó)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(guó)一家公司的計(jì)量泵輸送。從1L的儲(chǔ)料罐輸送到注塑單元所用的機(jī)器是一種成熟的無(wú)塵室生產(chǎn)單元，配備有旋轉(zhuǎn)盤(pán)、產(chǎn)品取出裝置。無(wú)塵室可產(chǎn)生符合《潔凈室及相關(guān)控制環(huán)境國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》（IsO 14644-1）的6級(jí)潔凈空氣。同時(shí)，該設(shè)備集成了通過(guò)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(guò)程都在無(wú)塵室中完成。

3.3 東毓橡膠注射機(jī)

2015年，東毓油壓工業(yè)有限公司推出了自主開(kāi)發(fā)的立式橡膠注射機(jī)，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(jī)節(jié)能的設(shè)計(jì)，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(dòng)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(jì)方案。其特點(diǎn)是備料簡(jiǎn)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(guò)程，有效縮短成品硫化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。該注射機(jī)采用流道充填模頭方式，針對(duì)形狀復(fù)雜產(chǎn)品亦能輕易成型。搭配模具設(shè)計(jì)及定量射出控制，可大幅改善無(wú)效毛邊、節(jié)省工時(shí)成本。立式夾模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jī)，鎖模力達(dá)到1200t，射出量15000mL。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主機(jī)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(jì)算射出量大小。采用高效率模具真空系統(tǒng)，下熱盤(pán)出模機(jī)構(gòu)，模具保溫效果佳；采用特殊油路控制系統(tǒng)，偵測(cè)到合模壓力異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)開(kāi)模，防止模具損壞；采用橫式射出單元，機(jī)臺(tái)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(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命并減少膠料浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

用注射成型技術(shù)來(lái)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(guò)幾十年的實(shí)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(shuō)，許多橡膠制品仍然采用平板硫化的模壓方法，這是對(duì)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(fèi)。注射成型技術(shù)是橡膠制品越來(lái)越多采用的技術(shù)方法。在汽車(chē)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(jī)能夠充分發(fā)揮注射成型的優(yōu)勢(shì)。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(jī)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高效率、產(chǎn)品高質(zhì)量的技術(shù)價(jià)值，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)辟出更加廣闊的前景。