橡胶注射成型设备发展动向

橡胶注射机概念在20世纪40年代中期被提出；70年代初，橡胶冷喂料注射开始在工业中得到实际应用。由于它能实现高温快速硫化、胶料进入模腔前经过预热和塑化，制品在密封高压的模腔内成型硫化，产品质量均匀稳定，尺寸准确、可以实现全自动操作，与传统的模压法相比生产效率可提高十倍以上，因此用橡胶冷喂料注射机生产模压制品的技术得到日益广泛的应用。　　
　　橡胶注射成型机主要应用于生产汽车配件、工业配件、电气绝缘零件、连接器插座、密封件、减震垫、防震罩、鞋、瓶塞、吸尘软管、护套、气门嘴垫、玩具和健身器具等。随着汽车工业发展，对密封件、电气连接器、减震器等的质量要求越来越高，橡胶注射只平的需求量增加了1.2万倍以上，强劲的市场需求为橡胶注射机的发展提供了契机。　　
　　目前，在国际上生产橡胶注射机的主要厂家有：法国的REP公司、奥地利MAPLAN公司、德国WP公司、STEINL公司和DESMA、日本松田制作所、神户机械株式会社、三友株式会社、日本制钢所，意大利RUTIL公司等。　
　　20世纪70年代初期，北京化工大学与上海某厂合作，开发研制成功XZL-200螺杆预塑一线式橡胶注射成型硫化机。中国从欧美日等国大批引进橡胶注射机，在此基础上国内厂家，如华泰、华诚、华液（现名千普）等也开始研制、生产橡胶注射机。　
　　橡胶注射成型机结构种类　　
　　橡胶注射成型机的种类繁多，到目前为止，橡胶注射成型已经历了3个阶段：柱塞式注射、螺杆往复式注射和螺杆—柱塞式注射。　　
　　柱塞式注射成型机　　
　　最早的橡胶注射成型使用的是柱塞式注射成型机、注射成型方法是：将胶料从喂料口喂入料筒后，由料筒外部的加热器对胶料进行加热、塑化，使胶料达到易于注射而又不会焦烧的温度为止。最后由柱塞将已塑化胶料高压注入模具中。实际上，这种注射方法料筒主要起注射作用，辅以加热塑化作用。因为橡胶为热的不良导体，传热效率低，如果仅仅通过热传导来加热胶料，胶料温度上升太慢，而且塑化的不均匀。因此需要将胶料先在热炼机中热炼，热炼到一定程度后再喂入注射机中。因此这种注射成型法虽然注射机本身结构简单，成本低，但是需要配置热炼机和炼胶工人，从而增加了设备成本和工人劳动强度，最重要的是这种注射成型方法生产效率低，塑化不均匀，从而影响到制品的质量。　　
　　螺杆式注射成型机　　
　　为了提高产品效率和制品质量，人们又发明了另一种橡胶注射成型设备。即在挤出机的基础上加以改进，将螺杆的纯转动改成既能转动以进行胶料的塑化，又可以进行轴向移动以将胶料注入到模腔中。这就是往复式螺杆注射成型机。　　
　　注射成型方法是：胶料从喂料口进入注射机后，在螺杆的旋转作用下受到强烈的剪切，胶温很快升高。当胶料沿螺杆移动到螺杆的前端时，已得到充分而均匀的塑化。螺杆一边旋转一边向后移动，当螺杆前端积聚的胶料达到所需要的注射量时，轴向动力机构以强大的推力推动螺杆向前移动，从而将胶料注入模腔。这种往复式注射成型方法，胶料的塑化是通过机械剪切获得，因而胶料升温快，塑化均匀，这样一来生产效率和制品质量都得到提高。另外由于这种注射成型方法可以直接将冷胶料喂入注射机中，从而省去了热炼工序，减少了设备投资和设备占地面积，同时提高了生产效率，降低了劳动强度。然而在生产大型制品时，螺杆后移量过大，胶料的塑化受到限制，另外这种机器的螺杆棱峰与机筒内壁之间间隙较大，注射时易导致逆流和漏流现象，致使部分胶料反覆停留，易产生焦烧，从而注射压力也受到限制，所以往复式螺杆注射机只能用于低粘度胶料，小体积制品的生产中。　
　　螺杆—柱塞式注射成型机　　
　　为了解决以上两种注射机的不足，人们将这两种注射机结合起来，取长补短，这就是目前应用较多的螺杆—柱塞式注射成型机。这种机器的注射部分主要由螺杆塑化系统和柱塞注射系统组成，注射成型工艺过程为：首先将冷胶料喂入螺杆塑化系统，胶料经螺杆塑化后，挤入到柱塞注射系统中，最后由柱塞将胶料注射到模腔中。为了使胶料按照一定的顺序流动，在螺杆挤出机的端部安装一个止逆阀，胶料塑化后通过止逆阀进入注射系统中并将柱塞顶起，这时胶料不会从喷嘴出去，因为喷嘴通道狭窄，阻力大。当柱塞将胶料以高压从喷嘴注入模腔时，因为止逆阀的作用，胶料不会倒流进入注射机中。由于这种注射成型方法结合了柱塞式注射机和螺杆式注射机的优点，因此它可以生产大型、高质量的橡胶制品。　　
　　塑化系统与注射系统安装方式，有时可能会出现一些缺陷，因为最先注入注射室的胶料最后注射到模腔中，这样可能会使与柱塞端面接触的胶料停留时间太长而导致硫化，从而出现废品等问题。大型设备更容易出现这种情况。工作顺序为先进先出的注射机可以解决这一问题。　　
　　先进先出注射机虽然也分成螺杆塑化和柱塞注射两部分，但这两部分是安装在一条直线上的，工作开始时，柱塞位于前面位置上，当已塑化的胶料从螺杆前端，通过柱塞进入注射室后，柱塞在胶料压力作用下开始向后退，一直到注射室充满所需注射量为止，柱塞停止向后移动。接着动力部分驱动柱塞向前移动，进行高压注射，另外，胶料在进入模具之前通过一个球型分流梭时，得到进一步塑化，胶料温度更加均匀一致。　　
　　橡胶注射成型设备的技术发展现状　　
　　从德国DESMA公司、LWB公司生产的橡胶注射成型机来看，其在机械和控制系统方面均有新的进展。
　机械方面
　主要是注射系统的改进，将液压驱动塑化螺杆装于注射活塞中，采用“先进先出”（FIFO）的注射方式来实现，合模系统主要采用全液压合模装置。
　（1）塑化注射装置
　塑化注射装置有两个主要的作用，即使物料均匀熔触塑化（挤出）和储存物料并将其注入模具（注射）。注射成型机用低速大扭矩液压马达直接驱动螺杆，塑化能力强，适应不同粘度的橡胶。塑化过程采用自动温度控制，使胶料在理想温度下注入模腔。塑化部分和注射部分分开，可检测储胶量，计量准确精密，使制品质量一致。
　近年来随着现代高科技的快速发展，对橡胶制品质量提出了更高的要求，而市场对大型橡胶制品的需求也大量增加，螺杆往复式注射机暴露出其注射制品的容量和压力有一定限制和缺点：1、在塑化过程中落刚是不断地向后移动的，被塑化的胶料向机头方向前进，并不断地积聚在机头的料筒中，制品越大机筒螺杆向后移动量就越大。当螺杆向后移动量过大时，胶料的塑化就受到影响，因此容量受到限制。2、由于胶料的流动性差，为了将容量大的胶料注入模腔就必须采用巨大推力的注射装置以产生足够的注射压力。但螺杆与机筒存在着较大的间隙，过大的压力会导致逆流和漏流，反过来会影响压力的提高，对注射大型橡胶制品就受到限制。为了解决这些问题，螺杆柱塞式注射成型机又得到新的发展和应用，目前大中型的橡胶制品一般采用螺杆柱塞式注射成型机，而觉小型的则可采用螺杆往复式注射成型机。
　塑化注射装置是用于将混炼胶自动吸入并塑化注入模具内。需要注射的胶料由螺杆引入并塑化，然后由注射活塞输入注射筒，活塞内的止回装置防止胶料在注射过程中回流，塑化注压时所需的动力由液压系统提供。直接注射的“FIFO”系统按照物料先进先出原理工作，确保高精度配料和高度重现性及过程的安全性。内置止回阀，适用于热流道技术。注射喷嘴非常短，直接到达模具，这使压力损失较低，先进的螺杆启动方式以及其特殊的供胶机转动装置保证胶料能整片可靠地输入。高塑化性能和低能量消耗使极其经济的作业成为可能。喷嘴区域冷却段能可靠地防止注射胶料早期硫化。另外，可退缩式注射嘴提供了更高的机器稳定性。
　止逆阀使关闭路径非常短，从而使快速机器作业周期成为可能。密封形状上的技巧可使材料在注射室的流动形成漩涡作用，从而保证注射量恒定一致和均匀。专门开发的止逆阀也有利于机器清洁和注射胶种的变更。
　（2）合模装置
　合模系统的主要作用是保证成型模具系统的锁紧，开启和闭合，取出制品，并确保以准确的数据动作，她主要由固定模板、活动模板、拉杆、油缸及模具调整结构，制品顶出机构等组成全液压合模装置以最大面积高锁模输入压力均匀地进行合模工作，锁模力是由四柱和少量运动件产生的，合模时间短，模具高度自动适调。无四柱合模装置适用于小型橡胶制品以及门窗封条转角接头和异型件的生产。C型框架意味着注射模具可很容易地从三侧出入。 采用内装增压缸的自吸阀式合模装置
　a）工作原理：合模时，压力油从快速移模缸柱塞的中心管进入，由于快速移模油缸的内径较小，能实现快速移模。与此同时，主油缸出现负压，辅油箱中的压力油通过自吸口向主油缸充油。当快速油缸给油结束时，动模板停止移动，充油停止，自吸阀前移，切断自吸口通道。继而进行增压锁模。
　b)结构特点：由于快速移模缸、增压缸、自吸阀、锁模缸、顶出缸等均埋藏在锁模缸内，因此结构非常紧凑。高压系统仅局限在锁模缸内，对油路系统密封要求相对较低，仅采用中压即可，能节省能耗，可以实现快速、稳定、可靠地锁模，无需设置专门的调模装置，锁模力大小可以直接显示和贮存，这对降低制造成本，方便操作是十分有利的。它可以克服曲肘式锁模装置由于制造和安装的原因产生的锁模角不易调节、锁模力大小不能显示等缺陷。
　已推出两种安全设施：一种是气动保护网栅，另一种是光障。
　控制系统方面
　控制系统主要作用是保证注射机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和顺序准确无误地进行工作。
　在橡胶注射机中，工业化国家的竞争主要体现在控制系统和翕动化程度的竞争，从而使设备的控制系统和自动化得到迅速的发展。在注射机发展的初期，其运动的控制，如螺杆的行程和注射机的行程主要使用行程开关或接近开关实现执行机构的动作，从而控制相应部件中的运动或停止；其参数的检测，如：压力、温度等参数使用压力表和温度计。随着可编程控制器（PLC）的出现和发展，橡胶注射机也迅速应用可编程控制器，其用脉冲量或时间量来控制过程，使控制水平前进了一大步。近年来，可编程控制器有了很大的发展，并赋予微机的功能，出现了诸如执行联机的统计工程控制（SPC），计算机集成管理生产控制（CIM）、分级数据收集和处理控制（MIR）以及信息控制管理系统（MCS2）等等。这些控制器具有数据采集功能强，数据处理能力强（如运算、变换、查找、比较等等）、存储量大，运算速度快，精度高以及传递通讯能力强等优点，使橡胶注射机的控制水平得到突破性进展。
　工业化国家已在注射机控制系统配备了各种微处理的控制器和软件包。它能方便地对每台注射机的硫化时间、硫化温度和硫化压力实行检测和控制，同时控制系统与设备相匹配，并有中央计算机输入数据，然后综合工厂生产管理信息进一步处理和SPC评估，大多数注射机的网络系统都具有“分级数据收集和处理”功能，其功能可分为实时过程的检测、过程的控制、注射机监控以及管理控制。如果注射机有相关的控制器，即可定期的监测注射机的变量，并可将注射程序只送到注射机上；还可设置警报器，以及发出故障或临界参数偏差的警告；同时还有故障自诊，原材料计划，选择最佳使用条件以及记录生产数据等功能。目前橡胶注射机的控制系统和自动化程度已可使用机器人以及进行全过程的自动化生产。
　（1）液压控制系统
　　液压系统用于给机器提供动力，是注射机的“血液”循环系统，是为注射机的各种执行机构（工作油缸）提供压力和速度的回路。液压回路一般由控制系统压力与流量的主回路和各执行机构的分回路组成。采用比例控制阀和电子伺服系统实行对注射机的控制系统闭环反馈控制，使控制精度进一步提高，并且具有良好的人机界面。
　（2）电器控制系统
　电器控制系统是注射机的“中枢神经”系统，它控制着注射机的各种程序及其动作，对时间、位置、压力、速度和转数等惊醒控制和调节，主要由电子元件，检测元件及自动化仪表组成。
　采用微信息吃力系统，智能控制通过工业用计算机和专门软件来完成，达到高级过程控制，主要表现在以下几点：
　a）主要技术参数：时间、压力、行程、速度和温度的设定、存贮和执行，采用数字化后非常精确，且重现性大大改善，一旦设定值生成即被锁定，操作者在生产期间不可变动任意一个参数。
　b）全部参数实现计算机闭环控制，使控制主要参数更接近结果，在临界区无焦烧，可得到的速度不会引起飞边，保持所得到的压力不会超出。
　c）具有对错误诊断的功能，有利于及时排除故障。
　d）使用微信息处理可使加工达到自适应，可使多台橡胶注射机联成网络，实现中央管理。
　（3）温度控制
　温控系统主要包括喂料区、螺杆筒、注射筒、冷流道、加热板等。以上各系统温度都由专门的温度调节电路来控制。其中螺杆筒，注射筒和冷流道的温度控制由专用温控单元控制，加热冷却介质有热油和水两种。
　在橡胶注射成型工艺过程中，温度是主要控制参数之一。早期温度采用“开/关”调节，比例微分（PD）调节，目前发展到精确的温度比例积分（PID）调节，PID调节系统，既能像比例调节那样快速进行温度调节，又能像积分那样消除温度残余偏差，还能像微分调节那样根据温度偏差变化情况超前动作，以抑制偏差的扩大，使温度调节的精确度和稳定性得以大大提高，更好地满足橡胶注射成型工艺条件的要求。
　近几十年的发展中，橡胶注射成型机及注射成型工艺得到不断的完善和提高，使其在橡胶行业中的荧荧日益广泛。随着现代电子技术和计算机技术的发展，橡胶注射成型机的控制系统也达到了不断的发展和完善。对于汽车零部件、电气电子设备配件等大批量生产的产品，橡胶注射成型机能够充分发挥注射成型的优势。用注射成型技术来革新目前生产中所沿用的生产技术将是橡胶工业以后的研究课题之一。随着中国橡胶加工业的发展，借助更先进的橡胶注射成型机可实现生产高效率，产品高质量，创造出高的经济效益，开辟出更加广阔的前景。　
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