現代制造技術在橡膠注射成型設備的應用

賈 超 徐 甜 方 菊

（長園電力技術有限公司，珠海 519085）

橡膠注射成型具有成型制品質地密實、尺寸精確以及物理化學性能好等優點。在最近的十幾年中，橡膠注射成型技術得到了迅速發展。新的注射成型技術廣泛用于注橡設備中，使得其性能得到了迅速提高，同時橡膠制品的質量也有了可靠保證。

1 橡膠注射成型設備發展現狀

相對于國外橡膠注射成型技術而言，我國的橡膠注射成型技術仍處于較低層次。雖然很多廠商已使用注射機生產橡膠制品，然而更多的只是模仿而非細致研究。最為明顯的實例就是在生產過程中經常忽略保壓，而是用注射壓力充滿模腔。這樣的操作會引發流道中形成“大餅”，以致于制品出現飛邊等現象。目前來看，制造商、模具供應商以及制品廠三方的合作對于橡膠注射成型至關重要，它們之間的協作促進了注射成型技術向前發展。然而，我國現狀是上述三環節各自獨立，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設備演變過來的。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上進行改造生產。此種發展方式生產的注射機雖然大幅降低了研發成本和人員費用，但市場競爭力差，缺少創新，設備技術革新滯后，不能滿足市場需求。

2 常用注射機結構

2.1 注射機的分類

注射機有很多種類，按結構形式可以分為直壓式、曲肘式和二次動作式注射機。根據機器部件匹配形式，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 注射機根據加工能力的分類

2.2 注射機注射裝置結構

注射裝置由塑化部件和注射部件組成。按照結構來看，其可以分為螺桿擠出式、柱塞式和帶預塑螺桿的柱塞式[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注膠。但這種裝置在膠料快填滿模腔時，由于模腔內膠料壓力增高，一些膠料會隨著螺槽、螺桿及機筒之間縫隙發生溢流。同時，膠料在螺桿內會出現過硫，停留的時間越長，發生過硫的情況越突出，其結構示意圖如圖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構較為簡單，裝置生產方便，成本低。需要注意的是，此裝置的膠料對外部熱源有依賴，加之熱傳導效率不高，容易發生不均勻塑化，因此需要對膠料預加熱。柱塞式注射裝置結構如圖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的推動下進入加熱室2，然后經分流梭3和噴嘴1注進模腔，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 柱塞式注射裝置結構

2.2.3 帶預塑螺桿的柱塞式注射裝置

帶預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塑裝置進行膠料的塑化，而后送入注射設備，再經注射柱塞將膠料注進模腔。此裝置完成的膠料預塑和注射在不同的部件中進行。鑒于螺桿預塑裝置可以將膠料完全的剪切、混合及塑化，螺桿預塑能力較強，柱塞注射壓力較高，可以實現精確控制注射量，同時對預塑過程和注射過程可以實現完美控制。這類裝置對于改良制品質量、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，這種注射裝置發展很快，國內外大部分比較先進的橡膠注射機的注射裝置都采用此種形式[5]。

圖3 帶預塑螺桿的柱塞式注射裝置結構

3 橡膠注射成型設備中新技術的應用

3.1 自動化彈性體加工設備

阿博格（ARBURG）公司在2015年推出一套結構緊湊的生產單元，用該生產單元制造帶黃銅襯套的移除吸盤。其采用了一臺立式Allrounder 275V注射機復合注塑黃銅嵌件與EPDM彈性體。該生產單元配有彈性體加工設備，鎖模力為250kN，注塑單元規格為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機器控制系統中的一個抽真空系統抽真空。嵌件與EPDM復合模塑成型周期時間為60s。由一個集成到模具上、配有針型關斷注嘴的氣動冷流道系統注塑。由Regloplas公司生產的兩個P160s溫度控制系統（完全集成到selogica控制系統中）調節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控制系統直接程控、調節。此外，通過接口，控制系統可直接操控多達6個溫度控制裝置，且可輸入硫化時間和預塑延遲時間，并對排氣、注射、模壓過程進行控制。彈性體產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控制系統中。因此，機器操作人員可以方便進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備

威猛巴頓菲爾（WITTMANN BATTENFELD）公司推出了液體硅橡膠領域的一種產品加工，所用設備來自其專為注塑微小零件設計的MicroPower系列。通過展示生產液體硅橡膠微型零件，該公司向人們說明在該行業加工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公司生產的模具、德國Momentive公司供應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單元，配備有旋轉盤、產品取出裝置。無塵室可產生符合《潔凈室及相關控制環境國際標準》（IsO 14644-1）的6級潔凈空氣。同時，該設備集成了通過圖像處理進行質量檢查的系統。產品的注塑、質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，東毓油壓工業有限公司推出了自主開發的立式橡膠注射機，最大射出量2000mL，射出壓力1900kg/cm2，適合連續性生產方式。該設備采用整機節能的設計，優化整體零配件布局，采用低量化和新技術，保證在設備動作流程基礎上減少能源消耗。東毓油壓綜合使用人體工學并應用自主專利的技術設計方案。其特點是備料簡單容易，不需秤重或考慮產品外形。膠料經螺桿入料筒進入，并完成預熱過程，有效縮短成品硫化時間，提高生產效率。該注射機采用流道充填模頭方式，針對形狀復雜產品亦能輕易成型。搭配模具設計及定量射出控制，可大幅改善無效毛邊、節省工時成本。立式夾模結構設計，便于骨架較大的工件放置。

此外，東毓油壓工業有限公司還推出了大型注射機，鎖模力達到1200t，射出量15000mL。其結構特點是主機上升下降及射出單元使用高精密度光學尺控制，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，下熱盤出模機構，模具保溫效果佳；采用特殊油路控制系統，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。生產的產品壁厚均勻穩定，可增長產品使用壽命并減少膠料浪費。

4 結語

用注射成型技術來革新目前生產中所沿用的模壓生產技術，將是橡膠工業今后的研究課題之一。橡膠注射成型設備及其相關的工藝經過幾十年的實踐和研究已經比較成熟，但是目前其用途還是停留在一些傳統的常規橡膠制品上。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、高效和先進的橡膠注射成型技術的浪費。注射成型技術是橡膠制品越來越多采用的技術方法。在汽車零部件、電氣電子設備配件等大批量產品生產方面，橡膠注射機能夠充分發揮注射成型的優勢。隨著新技術和新材料的不斷應用，更先進的橡膠注射機可實現生產高效率、產品高質量的技術價值，創造出更高的經濟效益，開辟出更加廣闊的前景。