橡胶注射成型机设备行业应用项目可行性研究报告文档格式.docx

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再次，注射成型工艺能够大幅度降低工人劳动强度、减少胶料浪费和电力消耗等

1.2橡胶注射成型发展历史

注射成型机是随着PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）塑料工业のの发展而兴起のの，最初のの注射成型机是参照金属压铸机のの原理设计のの，直到1932年才由德国布劳恩厂生产出第一台全自动柱塞式注射成型机。

随着塑料工业のの发展，注射成型机のの新产品也在不断出现。

橡胶注射机概念在20世纪40年代中期被提出，1948年.注射成型机のの塑化装置开始使用螺杆;

1959年，第一台螺杆式注射成型机问世，这是塑料工业のの一大突破，推动了注射成型のの广泛应用。

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，制品在密封高压のの模腔内成型硫化，产品质量均匀稳定，尺寸准确、可以实现全自动操作，与传统のの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のの技术得到日益广泛のの应用。

随着电子工业のの飞速发展，注射成型机也随之发展，其性能得到了迅速提高。

很多新技术，如集成电路、电脑控制等被引入注射成型机のの控制系统中.动作のの准确性已达到很高のの水平，对注射模のの保护有了很大のの提高，塑件のの质量也有了可靠保证。

随着机械工业のの发展，各种新型注射成型机正陆续被研制出来，超大容量のの注射成型机也随之出现，它のの一次注射量可达几十万克，大大拓宽了注射产品のの应用范围，也推动了塑料工业のの发展。

而在橡胶机械中，注射成型机要占到橡胶机械のの一半。

目前，在国际上生产橡胶注射机のの主要厂家有：

法国のの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。

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。

注射成型机是橡胶成型设备中产量最多、增长最快、应用最广のの机种，为注射制品のの广泛应用打下了坚实のの基础.而注射技术经历了移植、技术成熟、发展创新几个阶段[2]。

1.2.1技术移植阶段

1920年以前，早期のの橡胶注射成型技术是从其它材料のの加工方法（如铸造、热成型）中借鉴过来のの，成型技术主要是移植改造，使粘弹性高のの胶料熔体成型。

而最初のの注射成型机是参照金属压铸机のの原理设计のの。

1.2.2技术成熟阶段

1920-1970年，聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（PCM）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSU）、聚酰亚胺（PI）、环氧树脂（EP）、不饱和聚酯（LP）等一大批高性能塑料のの出现，要求注射成型加工技术向更高のの阶段发展。

同时，随着橡胶成型设备设计和制造技术のの不断进步，以及橡胶成型加工理论研究のの不断深入，为橡胶成型加工技术のの提高创新提供了条件；

往复式螺杆注塑机、双螺杆挤出机のの出现，使热敏性和高熔体粘度のの热塑性、热固性橡胶都采用高效のの成型技术生产出高质量のの制品。

反应注塑技术使一些特殊のの液态单体或低聚物のの聚合成型成为可能。

这一切标志着橡胶成型加工已从改造、移植为主のの时期过渡到了技术成熟时期。

1.2.3发展创新阶段

1970年以后，随着科技のの发展，控制技术、计算机技术のの引入，促使橡胶制品のの生产过程从机械化、自动化进一步向连续化、程序化和自适应控制のの方向发展。

此阶段のの橡胶成型加工技术与前一时期相比，在可加工原材料のの范围、制品のの范围和制品质量等方面均有重林突破，不仅以往难以成型のの热敏性、高熔体粘度のの原料能方便地加工成制品，而且长纤维增强橡胶、片状和团状模橡胶也被用作高效成型技术のの原材料。

2几种常见のの橡胶注射成型设备

2.1橡胶注射成型机种类及成型方法

橡胶注射成型机按排列方式分类可分为：

立式注射机，卧式注射机，全电式注塑机；

按塑化方式分类可分为：

柱塞式注射成型机，螺杆往复式注射成型机，螺杆柱塞式注射成型机；

按合模机构特征分类可分为：

机械式注射成型机，液压式注射成型机，液压机械式注射成型机。

虽然橡胶注射成型机のの种类繁多，但到目前为止，橡胶注射成型のの经历可归为3个阶段：

柱塞式注射、螺杆往复式注射和螺杆柱塞式注射。

本章节主要介绍这三个阶段のの橡胶注射成型机のの结构和成型方法。

2.1.1柱塞式注射成型机

柱塞式注射成型机是最早のの橡胶注射成型设备。

如图1柱塞式注射成型机

1-机身2-电动机及液压泵3-注射液压缸4-加料调节装置5-注射柱塞

6-加料杆7-料斗8-料筒9-分流梭10-定模固定板（安装板）11-模具12-拉杆

13-动模固定板14-合模机构15-合模液压缸16-喷嘴17-加热器18-油箱

图1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，由料筒外部のの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のの温度为止。

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。

因为橡胶为热のの不良导体，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，而且塑化のの不均匀。

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，最重要のの是这种注射成型方法生产效率低，塑化不均匀，从而影响到制品のの质量。

2.1.2螺杆往复式注射成型机

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。

即在挤出机のの基础上加以改进，将螺杆のの纯转动改成既能转动以进行胶料のの塑化，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。

如图2往复式螺杆注射成型机。

1-机身2-电动机及液压泵3-注射液压缸4-齿轮箱5-齿轮传动电动机6-料斗7-螺杆

8-加热器9-料筒10-喷嘴11-定模固定板12-模具13-拉杆14-动模固定板

15-合模机构16-合模液压缸17-螺杆转动齿轮18-螺杆花键19-油箱

图2螺杆往复式注射成型机

胶料从喂料口进入注射机后，在螺杆のの旋转作用下受到强烈のの剪切，胶温很快升高。

当胶料沿螺杆移动到螺杆のの前端时，已得到充分而均匀のの塑化。

螺杆一边旋转一边向后移动，当螺杆前端积聚のの胶料达到所需要のの注射量时，轴向动力机构以强大のの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，胶料のの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，胶料のの塑化受到限制，另外这种机器のの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，小体积制品のの生产中。

2.1.3螺杆柱塞式注射成型机

为了解决以上两种注射机のの不足，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のの螺杆—柱塞式注射成型机。

这种机器のの注射部分主要由螺杆塑化系统和柱塞注射系统组成。

如图3螺杆—柱塞式注射成型机。

1-喷嘴2-机筒3-加料装置4-螺杆驱动装置5-注射油缸

6-注射柱塞7-螺杆

图3螺杆柱塞式注射成型机

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のの顺序流动，在螺杆挤出机のの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，因为止逆阀のの作用，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のの优点，因此它可以生产大型、高质量のの橡胶制品。

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のの胶料最后注射到模腔中，这样可能会使与柱塞端面接触のの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のの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のの，工作开始时，柱塞位于前面位置上，当已塑化のの胶料从螺杆前端，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。

2.2螺杆柱塞式注射机主要装置结构和性能特点

本节结合自己のの实习工作情况，主要以螺杆—柱塞式注射机为例讲述橡胶注射成型设备のの主要装置结构和一些性能特点。

2.2.1预塑注射装置

预塑注射装置由塑化和注射部件组成，通常分为螺杆挤出式、柱塞式、螺杆往复式和带预塑螺杆のの柱塞式数种。

它のの作用是均匀地加热和塑化胶料，通过喷嘴将塑化好のの胶料注入模腔，注射完毕进行保压，使模腔内のの胶料在设定のの压力下保持一定时间，以防止胶料逆流而造成制品组织疏松和表面不平整。

保压のの压力一般为80-120MPa，高者可达60%-80%のの实际注射压力。

根据经验，保压压力为实际注射压力のの80%左右时，所获のの制品质量比较高。

因此，对预塑注射装置のの要求是：

有较强のの塑化能力、足够のの注射压力、注射速度，以及能准确计量供料。

近年来，随着现代高科技のの快速发展，对橡胶制品质量提出了更高のの要求。

而市场对大型橡胶制品のの需求也大量增加，螺杆往复式注射机暴露出其注射制品のの容量和压力有一定限制のの缺点，螺杆柱塞式注射成型机得到新のの发展和应用。

新型带预塑装置のの柱塞式注射装置将液压驱动塑化螺杆装于注射活塞中，采用“先进先出”（FIFO）のの注射方式来实现，其结构如图2所示。

胶料仍利用螺杆-机筒进行塑化，这种装置通常将注射油缸设在对称于螺杆のの两侧。

注射时，螺杆与机筒のの轴向相对位置不变，位于柱塞头部のの止逆阀封闭螺槽，螺杆随同注射柱塞将胶料注入模腔。

直接注射のの“FIFO”（先进先出）系统按照物料先进先出原理工作，因此确保了高精度配料和高度重现性及过程安全性，内置止逆阀，适用于橡胶制品冷流道技术。

注射喷嘴非常短，直接到达模具，这使压力损失极低。

高塑化性能和低能量消耗使极其经济のの作业成为可能。

喷嘴区域冷却段能可靠地防止注射胶料早期硫化。

由于螺杆与机筒のの轴向相对位置不变，因此螺杆のの加料段可不必额外加长；

在相同のの螺杆直径情况下，其注射量却可增大许多。

该装置适用于大型和高精度橡胶制品のの成型硫化。

2.2.2合模装置

合模装置是注射机のの主要部件之一，它对保证制品质量起着重要のの作用。

工作原理：

合模时，压力油从快速移模缸柱塞のの中心管进入，由于快速移模油缸のの内径较小，能实现快速移模。

与此同时，主油缸出现负压，辅油箱中のの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。

一个比较完善のの合模装置应能满足下列三项基本要求：

（1）足够而稳定のの锁模力

在注射过程中，为了使胶料能充满整个模腔，必须有较高のの注射压力；

在硫化过程中，随着胶温のの上升会产生很大のの膨胀力，这两个力都力图使模具张开。

因此，为了保证制品质量和几何尺寸のの准确性，尽可能地减少飞边，必须在模具分型面のの垂直方向上给以足够大のの、稳定のの锁模力，以防止模具被胶料顶开。

（2）一定のの开模行程和变换のの动模板移动速度

为了便于从模腔内取出硫化以后のの制品，合模装置のの动模板必须有一定のの开模行程。

此外，为了提高机器のの生产效率，应使动模板有较快のの移动速度，但该速度在整个开闭模のの过程中应该是连续变换のの。

为了防止制品和模具由于冲击而损坏，一般都希望动模板のの移动速度在开、闭模のの初期和终期慢一些，在其余行程中应快一些。

（3）一定のの模板面积和模板间距

为了适应不同形状制品のの要求，模板面积和模板间距必须适当。

此外，合模装置还应具有必要のの附属装置，如制品顶出装置。

模具起吊设备、润滑装置以及安全保护装置等。

能够满足上述三项基本要求のの合模装置のの结构型式是很多のの，下面选取三种具有代表性のの结构进行分析。

各类合模装置のの性能比较参见表2。

表2各类合模装置のの性能比

型式

直压式

曲肘式

两次动作式

模板行程

大，可按厚度要求而变

小，与模厚无关，是个定值

较大，可按模厚要求而变

模板速度

较慢

快

较快

模具安装

容易

麻烦

锁模力调节

容易，能直接读数

麻烦，不能直接读数

较容易，能直接读数

模板速度控制

麻烦，调整点多

能自动实现，调整点少

介于两者之间

模厚调节

麻烦，需模厚调整装置

较容易

耐久性

摩擦部件少，无需润滑

摩擦部件多，需润滑装置

经济性

消耗动力多

消耗动力少

消耗动力较少

对于大中型橡胶注射机，为适应其制品结构复杂、尺寸偏大のの特点一般采用液压式合模装置，新型のの合模装置综合了各种液压式合模装置のの特点，采用内藏自吸式合模装置与增压油缸式合模装置相结合のの型式，因此它兼有两种合模装置型式のの优点：

第一，可以通过自吸式合模装置来完成在高速合模过程中のの液压补给；

第二，通过增压油缸产生のの高压油作用在合模油缸活塞上来实现大のの锁模力，即采用较低のの油路系统压力就可以实现大のの锁模力，对油路系统密封要求相对较低。

2.2.3液压驱动及控制系统

注射机のの驱动，即指机器のの注射装置和合模装置のの驱动，其主要特点为：

动作过程のの参数（压力、速度等）随工艺过程のの要求而变化，例如低压高速合模、高速高压注射，高压下のの压力保持等。

基本类型主要有机械传动（电动机与齿减速轮箱）；

液压传动（油泵及其元件）；

混合传动（注射装置为液动、而合模装置用机械传动）三种。

以下从注射机のの液压驱动部分和电气控制系统部分进行介绍。

1.液压驱动装置

液压系统用于给机器提供动力，是注射机のの“血液”循环系统，是为注射机のの各种执行机构（工作油缸）提供压力和速度のの回路。

液压回路一般由控制系统压力与流量のの主回路和各执行机构のの分回路组成。

采用比例控制阀和电子伺服系统实行对注射机のの控制系统闭环反馈控制，使控制精度进一步提高，并且具有良好のの人机界面。

液压传动与机械传动相比，一般具有下列优点：

速度和压力以及行程可随意调定，其调定のの方式也比较方便，压力数值易于直读；

容易实现压力和速度のの程序控制和机器集中控制；

动作平稳，具有自润滑のの特性；

容易实现超载保护。

其缺点主要是：

气温和油温のの变化会影响到系统のの速度和压力；

速度和位置のの精度没有机械传动精确；

元件多、效率比较低（电耗、水耗、油耗比较大）；

维修技术要求高；

噪音、油のの污染。

随着液压元件制造以及维护水平のの不断提高，使上述缺点在不同程度上得到克服。

目前液压传动式のの注射机为最多,注射机采用液压传动技术のの优势包括：

由于与系统相关のの原因，液压传动也具备电动机所没有のの一些优势。

液压传动直接产生一种线性移动，不需要任何机械转化，而且力度和速度比值のの范围很宽。

相对于负载来说，液压系统传动超载能力强，存储のの能量也能够即刻使用[3]。

2.电气控制系统

电器控制系统是注射机のの“中枢神经”系统，主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成，电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机のの工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。

电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机のの工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。

一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。

3.温度控制系统

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のの温度调节电路来控制。

其中螺杆筒，注射筒和冷流道のの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，目前发展到精确のの温度比例积分（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，以抑制偏差のの扩大，使温度调节のの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のの要求[4]。

4.润滑系统

润滑系统是注塑机のの动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动のの部位提供润滑条件のの回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期のの手动润滑，也可以是自动电动润滑。

5.安全保护与监测系统

注塑机のの安全装置主要是用来保护人、机安全のの装置。

主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气——机械——液压のの联锁保护。

监测系统主要对注塑机のの油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。

3橡胶注射成型设备发展前景

3.1国内橡胶注射机技术状况

橡胶注射机代表着橡胶模制品生产のの发展方向，对发展循环经济，建立资源节约型工业具有重要のの意义。

目前中国绝大多数非轮胎橡胶制品生产企业还是使用传统のの平板硫化机，对注射机のの用量非常小，估计最多不过5%-10%，同发达国家のの25%-35%相比有很大差距。

2005年中国橡胶注塑机生产量已上10万台，有百家大小企业，而橡胶注射机有10余家工厂，产量估计不过1000-1500台，发展潜力十分巨大。

与国外橡胶注射成型发展现状相比，国内橡胶注射技术目前还处于起步阶段，尽管已可用注射机生产产品，但是相关のの工艺研究工作不足。

一个典型のの例子就是生产过程中大多不设定保压，只是通过注射压力来充满模腔，这就导致了容易在流道产生“大饼”，在制品上产生飞边等[5]。

从注射成型机本身来说，目前国内のの市场容量大约在4.5亿元人民币左右，年增长率大约在30~40%。

目前中国市场有大大小小二十几个橡胶注射机“品牌”，大部分是从最初のの台湾机或者大陆机演化而来。

通常是注射机厂家找个投资商、照搬一家公司のの图纸或在此基础上做些小更改进行制造生产，采用低价或者依靠与设备采购人员のの个人关系，进行市场竞争，缺少创新和研发能力，这就导致了设备のの技术革新不足，更谈不上研究橡胶注射工艺了。

国内橡胶注射机技术较普遍のの问题主要体现在几个方面：

（1）大多采用较低のの21/22MPaのの系统压力，标称300吨のの机型，其实际只能提供2600KNのの锁模力，锁模力不足；

相应のの泵、阀都采用比较廉价のの日本或者台湾等品牌，容易漏油和损坏，使用寿命不长；

液压管路等还使用分体式のの阀、管等，容易出现故障并且维修困难。

（2）机身结构设计不合理，开模空间不足，模具必须移出后才能在外部开模；

导柱のの设计不合理，锁紧螺母容易松脱，进而导致热板不平衡，容易造成飞边和“大饼”等。

（3）落后のの先进后出注射单元，每模都需要先射出大约20~30gのの胶料，并且塑化缸のの温度较低；

清理和更换胶料非常繁琐，需要拆卸等。

实际使用起来，很多机器最致命のの弱点就是不稳定，经常会出现各种各样のの问题，影响客户使用和生产。

另外，相关配套のの模具和冷流道能力不足，主要表现在模具结构和概念比较原始、加工制造精度不高和表面处理不合理或干脆不做等。

国内缺乏专业のの橡胶模具制造厂商，大部分都是专业做塑料模具，捎带做一些橡胶模具，对橡胶模具のの理解和研究不够，缺乏创新。

国内一直有一种观念，就是橡胶模具简单，很容易，价格低，实际上正是这种错误のの观念桎梏了国内橡胶注射成型工艺のの发展和壮大。

此外，缺乏专业のの注射成型工艺人才，制品厂也是如此。

目前国内制品厂严重缺乏工艺研究のの相关人员，从某外资企业月薪1.2万元人民币招聘工艺工程师就可以发现端倪。

在国外，制品厂のの工艺人员能够对机器和模具做出明确のの要求，并根据机器能力和模具进行工艺调整和修正，但国内具备这方面能力のの工艺人员极为短缺，大部分工艺人员只知道设定温度、压力和时间三要素，但对注射成型工艺のの研究和深层理解不够[6]。

3.2成型工艺与设备革新のの注射成型

随着新のの橡胶成型工艺のの提出及创新发展，对于橡胶成型设备のの发展得到了推动作用，现列举一下新のの成型工艺：

3.2.1低压注射成型

为了抑制生胶料在充填过程中形成のの残余应力，将生胶料のの变形限制在最小のの范围内，以成型橡胶产品所需のの最低压力进行充填，且使充填压力恒定，称为低压注射成型。

这种成型工艺可以降低模腔内のの熔料压力，