功能预置设计在橡塑注压机研发中的应用

陆久迪

（上海迪胜橡塑机械有限公司，上海 201407）

功能预置设计在橡塑注压机研发中的应用

陆久迪

（上海迪胜橡塑机械有限公司，上海 201407）

为了避免装备研发陷入不断改动的泥潭，在设计中进行功能预置设计是一个很有效的方法。介绍了功能预置设计的思路、重点，并通过对注压机研发过程中的功能预置设计进行了很好的阐述。

功能预置；注压机；研发

当今很多装备企业的新产品是源于客户新型工艺、新型材料、新型制品的技术构想而去研发的，这类研发不同于企业可自定参数的产品改造、技术升级，有相当风险也颇具挑战性。由于在技术上面临很多不确定和未知的因素，这类装备的研发对供、需双方来讲同样缺少底气，需方提供的技术工艺参数往往是个变量，相当部分的需方对原料的性能也是一知半解，所以供方在此基础上的装备研发往往会被拖入泥潭，陷于不断修改变动之中。为了避免出现这样不利的局面，供方的设计人员要有新的思路来事先化解问题：从我们的实践经验来看，开发新产品关键在于设计环节如何设想周全、夯实根基，总体构造上犯错往往是致命的，不要指望后道的工艺、制造、制品环节能填平设计留下的坑。装备研发是为制品服务的，制品能按时按质试出来，符合需方的预期才是硬道理，孰是孰非并不重要，重要的是供、需双方都认可项目成功，预案完善没留下诸多担心。要达到这个目标不容易，对供方的研发人员来讲：关键是避免走弯路、走错路、走死路，浪费了时间，失去需方的信任。因此动手伊始就应注重以下几点：

（1）要避开自己不熟悉的技术作为攻关方向，不要在不懂的技术上死磕，延误时间。

（2）要主动融入需方的角色，先把材料性能、工艺过程中可能发生的问题搞清楚，并时时与需方探讨、沟通。有交流就会有信任，就会有谦让，往往装备上难于解决的问题有时候通过工艺改动很容易解决，反之也一样，将来可能互有所求，现在不要你、我界线分明。

（3）要对装备总体方案能够应对解决问题的概率有充分的估计，尚有较多问题没把握，说明方案有缺陷。对可能发生的问题应事先进行功能预置，留退路以弥补突发问题。要尽力完善方案，使自已处于“不变应万变”的位置，你可能变的方面我都想好办法了，就不会穷于应付了，千万不要没想好先动手。

（4）要寻找成熟的、合适的技术平台作借鉴，其部分结构构造、功能特性要与研发的产品类似，也要有可扩展的空间和余地。有此作为基础，工作量可大大减少，成功概率可大幅提高。

（5）开发新产品首先要力求简单，你在短短的时间内不可能同时攻克多个难题，有些可以在以后换代时逐步提升，眼前先要解决避不开绕不过“拦路”的难题，尽快使图纸成为产品动起来，如能与制品工艺基本磨合，达到相匹配、相适应，满足需方的生产技术指标，供方己是可以成功交付。基本成功到十分完善是个逐步跨越的技术过程，需要时间。特别是第一代产品，切记不要过度自动化。

（6）要有长远眼光，要清楚你要开发的装备现在要做什么，将来还能做什么，在泛目标制品工艺范畴内有无遗漏需备用的功能。把一个目标点与今后的几个目标点、十几个目标点串起来一同考虑。先设想好哪些功能要插入，结构上怎样预置，将来怎么扩展，以后可通过低成本、简单的改变，就可把现在的专门机型演变成适应多种材料加工的通用机型。想到了没用上是你的幸福，没想到而要用就惹上麻烦了，花点时间争取做前者！

以上几点在我们新产品的研发过程中收到很好的效果。越是价值高、体型大、拆装不易的设备越是值得细细筹划，因为改一改伤筋动骨，损失不小，而且费力、费时、费心，应当力求避免这种情况发生。举一个比较典型也有价值的范例——大型橡塑注压机，这在橡塑机械中不算冷门的类别，橡塑注压机（以下简称注压机）是适用注压加工工艺的一种装备：注压工艺是介于模压和注塑中间的加工工艺，我们早期也称之为传递模塑、压注法。注压工艺成型周期短、重复性好、产品质量均一、附价值也高。尤其对其它加工工艺较头痛的超高温、薄壁、大型、厚壁嵌件，形状复杂制品的成型、定型加工，具有独特的优势。因其同时具备与多种材料成型相适应的要素，只要在某种条件下具有可流动性质的材料都能用注压工艺来实现，因此注压工艺应用前景是广阔的。

通过国内相关企业多年的研究、探索和开发，注压机的技术档次得到了明显提升。近年来大型、超大型、高端的注压机相继问世，为高压电防护手套、套鞋，耐腐蚀泵、阀，内衬耐磨管，大直径下水道塑料发蓝，电机、变压器模塑零件，汽车、航空粉未冶金零件等制品行业提供了高质高效的装备。

注压过程装备的发展方向是大型、精密，目前国外也是这个趋向，因为注塑机越大越有局限性，一套大型注塑模的价格比同规格注压机加注压模的价格还高，所以注压机就有了市场空间。大型的注压机以立式结构为主，占地面积小、力系封闭、对中性好、流道简单、模具成本低。一般大型注压机锁模力在4.0 MN（400 t）以上，高度5～7 m左右，净重至少十几吨，该类机型体型高大，拆装较麻烦，所以要步步为营，想好才可动手。因为这样高大的设备要新增功能、要更换零件是件望而生畏的事，其丢弃的零部件不但需昂贵的成本，还要较长的加工、拆装周期，还可能没有改动的空间位置而导致某些部套推到重来。由于每个客户要解决的难题不同：材料方向、工艺方式、制品要求等都不尽相同，要一个个从头到底按程序来熟悉摸索一圈也是不现实的。怎样把这些难题在一个较大范围内圈起来，放到一个面上来考虑？我们总结了一个大方向——高分子材料，其都是在压力、温度（500 ℃以下）作用时间等要素条件下具有可流动性质的材料，常用的高分子材料有上百种是个大类，如果我们的装备能够注压全部的高分子材料和部分复合材料，那么己经可以把我们在这范畴内的客户难题基本化解了，这就有了研发的大方向。接下来是寻找技术平台：研发新的装备，首先要寻找功能和形式相差不多的机型作为技术平台，专业范围内单纯具备压力、温度、时间控制三大功能的常规机型不少，如注塑机、挤出机、平板硫化机等，但注塑机、挤出机是内室融熔，螺杆传递压力，材料以紊流方式流动。注压机是外室热炼加料、外室融溶加料靠柱塞传递压力，静压迫使材料以层流方式流动，这对有些匀混要求很高的材料，如航空、汽车的电阻、电磁材料不会因为其中的功能材料分布改变而引起性能改变。显然，只有平板硫化机和注压机的运行方式类似，虽然平板硫化机相对简单些，但有较多可参照、可借鉴的地方，因此无论从结构、功能和外形上都是一个较理想的技术平台。值得一提的是，平板硫化机经过我们多年的技术开发和功能扩展，己积累了较多经验，制造加工工艺的难题基本攻克了，是一个技术上己经非常成熟的品种。从最初的橡胶硫化的专用设备，发展成涵盖高分子材料、非金属、金属、复合材料加工、试验的通用设备，在橡塑机械中算是“百搭”类的机型，应变性较强。由于平板硫化机的某些部套图纸可直接为注压机所用，大大节约了注压机开发设计的时间，这样我们就可以把时间和精力关注在关键的与注压相关的功能上。注压部套关联的零件多，设计难度和制造难度较大：以注压板、传递缸、注料筒等部套的设计为例，可以清楚地看到功能预置对应用面扩展的影响。

1 注压板

注压板是与模具、制品直接接触的、承担传递压力、传导热量及注压导向等功能的零件。

1.1 注压板加热基本形式

①电加热；②蒸汽加热；③油载体加热。

1.2 注压板常用温度范围

①200 ℃以下；②350 ℃以下；③500 ℃以下。

1.3 注压板基本功能及可扩展的功能

（1）基本功能：加热

主要用于普通橡胶硫化和热固性塑料和改性材料成型等，这些工艺加工注压板往往只需要200℃以下的加热功能，如图1所示注压板结构即可满足。

图1 片状加热板

（2）扩展功能：加热+逸气

逸气功能主要用于薄型橡胶制品、精密橡胶制品、深孔橡胶制品等。橡胶和塑料在混炼和混合过程中会混入空气和水分，某些添加剂也含有水分。成型中，这些物料内部的水分在高温下会汽化，产生气泡和夹层。这在要求较高的制品中是不允许的，如抗高压电流的安全手套、套鞋等。特种注压机的制品工艺己注定无法象平板硫化机那样可以失压放气、脱开放气，只能通过加装传递模板来逸气，这样可以减少制品的缺陷。逸气的原理是物料中被压缩的空气破裂后集聚在有压力的注压腔内，缝隙内外形成压力差，而空气没有黏度流动性能极好能从微小缝隙跑出，而物料本身在注压腔内是黏弹体，黏度大、流动性差，很难通过这么微小的缝隙，（如缝隙做大了加上物料感温时间长黏度降低，一旦物料穿过缝隙致逸气板弹性变形，逸气的效果就会降低和失效，所以逸气板测量及加工精度较难控制，精度决定效果。）如图2所示注压板结构即可满足。

图2 电加热+逸气板

（3）扩展功能：加热+均温

主要用于高分子材料试验、精密橡塑制品、热敏感材料的成型等。普通电热管加热热板温差±（7～10）℃、油载体、蒸汽加热热板温差±（3～4）℃、均温板温差±（1～2）℃。象融熔宽度窄的某型氯化聚氯乙烯（CPVC）融熔温度183 ℃，192 ℃就有表面分解现象，直观有色差，允许温差只有9 ℃以下。而较差的普通管式电加热板温差近20 ℃，肯定不能用于上述制品。均温板对某些高分子材料试验、高端制品、浅色制品的色差不均、形态不一、局部分解的缺陷改善较明显，但均温板很难加工且有一定的危险性。如图3所示注压板结构即可满足。

（4）扩展功能：加热+冷却

主要用于热塑性塑料、非金属材料的生产、这一类材料成型温度较高，在成型后开模会粘模、会变形、会开裂，即使取出自然冷却，内部残余应力很大，变形严重，外观质量差。所以形状复杂、外观要求高的热塑性制品一般在锁模力下进行模内冷却，至40～60 ℃开模，有效地消除残余应力和粘性，表面光亮度好，不变形尺寸精准。此谓定型工艺，是不可缺少的关键工序。如图4所示注压板结构即可满足。

图3 电加热+均温板

图4 电加热+冷却板

（5）扩展功能：超高温+冷却+隔温

主要用于350～500 ℃温度范围内成型的特殊高分子材料、复合材料的生产、试验。超高温热板为缩短温升时间，提高生产效益，一般均采用大功率加热器具，成型后在锁模状态下快速冷却。因石棉禁用，市场上绝大部分隔温板难以对付300 ℃左右高温。大功率加热的幅射波加上散热不佳的机型结构，往往造成受力架构基准皆失，变形超过承受力时甚至无法运行，油封密封件寿命也大大降低，行业内己有不少实例。补救的措施是在上盖和上平板之间、在平台和下平板之间，增设隔温板保护上盖和平台，为节水一般在上盖、平台超过65 ℃通水，冷却至室温以上5 ℃停水，可手控也可自动控制。如图5所示隔热板结构即可满足。

图5 电加热+隔温板

（6）扩展功能：超高温+同层冷却

350～500 ℃加热时间长，冷却时间同样也长，无论生产和试验都无法忍受，采用同层布局，2板变1板，缩小了体积，节电、节水、省时间。此类结构宜采用电热管：一块热板中电热管孔数一般为单数，多以3的倍数为主。而冷水通道数多为双数，这样进水、出水为同侧，排管路美观也方便。这样的二种功能在同层布局中也正好一单一双，但注压机热板中间有孔，通路较难设计，要在两管孔之间“搭桥”，桥涵截面积要大于管孔截面积。管路要经过20 kg/cm2试压24 h基本不跌压。如图6、图7所示平板结构即可满足。

（7）扩展功能：耐高温、耐腐蚀、抗变形、高硬度、不粘板

这些功能的改变主要借助于材料改变和喷涂、热处理等技术，结构变化不大，加工较困难。但对某些高分子材料加工是必要的，如氟塑料注压机平板，最初用中碳钢调质板材镀硬铬，耐不住氢氟酸和氟气腐蚀，表面锈蚀剥落成“大麻脸”虽能尚能使用但不改会污染制品。但耐腐蚀板加上淬硬处理成本较高，如要采用，应事先设计插装板式电热片的二片式热板（韧、硬材料都忌打深孔），万一改动可更换较薄的面板或拆下表面处理即可。

图6 管状电加热+同层冷却

图7 油加热+同层冷却

2 传递缸

传递缸是承担注压功能的部套，普通的方式为人工投料顶柱压料（主要用于橡胶），也有模内预加料（传递模塑）、柱塞喂料、螺杆喂料等。传递缸的功能预置，设计上首先要统一传递缸的尺寸，并在可能的范围内留有余地，如行程适当放长，即可预防投料口尺寸改变放高，也可预防加料量改变增加。凡是今后要增加的功能都不波及加工周期最长的缸体，事情就简化了。

传递缸基本功能及可扩展的功能：

2.1 基本功能：注压

人工上口投料，活塞杆与顶柱相接，由顶柱与物料接触，形体高、自然冷却效果差。但现场胶料秤重计量、热炼软化工序简单快速、实用性强、制品均一、耗材少、节能。如图8所示为上口投料的橡胶注压机。

图8 橡胶注压机

2.2 扩展功能：注压+防转

活塞杆直顶式顶物料，由于活塞杆无前置4柱导向，失去了防转功能，因此对中性稍差，要在缸侧设计防转结构。

2.3 扩展功能：注压+防转+中心冷却

活塞杆直顶式顶物料，高温作业时间长的制品，特别是超高温，活塞杆冷却措施不到位会有严重后果活塞杆头部热量上传，密封件损坏，液压油下泄，制品成废品。如图9所示为活塞杆中心冷却氟塑料注压机。

2.4 扩展功能：注压+防转+中心调温

图9 氟塑料注压机

活塞杆直顶式顶物料，对有些融溶宽度窄、、注压时间长、待注时间也长的制品，会产生活塞杆中心冷却后温度低，与之接触的最后一些物料会变硬，注压时流动困难，影响制品质量的问题，用模温机控制冷却温度是个办法。

3 注压筒

注压筒是承担物料预存和注压时承压的封闭腔，也是活塞杆、顶柱导向的部套。注压筒基本功能及可扩展的功能有：

3.1 基本功能：料腔、导向

注压筒是形位公差和硬度要求较高的部套，上盖与注压板的积累误差要靠其调隙。活塞杆、顶柱对中导向偏差小，而且要在高压压注时不能松动，如图8上盖中心部所示为用于橡胶注压的直筒式注压筒。

3.2 扩展功能：导向+排烟

用于氟塑料注压时有毒氟气烟雾的有向排出。

3.3 扩展功能：导向+抗蚀

接触面材料单纯耐高温、耐腐蚀的可以用316奥氏体不锈钢。接触面需要硬度的只能用铁素体不锈钢4Cr13，有较好耐磨性能，但抗腐蚀效果稍差，表面会变色但不影响使用。

3.4 扩展功能：导向+自洁

有些制品要求很高，筒壁不允许有残留物，那里又高又深人工清洁很困难。自洁式注压筒是通过硬铬镀层镜面抛光来达到自洁功能，但对活塞杆、顶柱的对中偏差要严格控制形位公差。

通过注压机的部份功能预置案例，我们己经把一种对象单一的专用机型扩展成多元应用，面向整个高分子行业的通用机型。由于在最初设计中己逐一备好各种功能模板，并对这些模板今后如何叠加、扩展也同时作了结构上的预置措施，对这些功能模板的制造工艺事先都有了成熟的预案。那么以后的突发事件，我们就有足够的方案去应对，也不用担心在高分子材料注压加工范畴内的机型会一次次重复设计。通过技术借鉴的触类旁通，今天的注压机，或者明天就可能成为其它加工工艺的技术平台，应用到相关的开发中。

当今企业面临的市场，各有各的困难，关键是通过自己的方式去改变、适应这种困局，研发多元化的新产品，进入更多行业，也就有了更多打破困局的出路。在研发新产品过程中，功能预置设计是一种兼顾前后、提升成功率、避免失误的设计思路。希望这种省时、省力、省心的实用经验在今后的实践中能得到更进一步的提升和发展。

（XS-04）

我国煤制聚丙烯装置概况

截止2014年12月底，我国已经建成7套煤制备聚丙烯生产装置，总生产能力达到326万t，具体为神华包头（生产能力为30.0万t/a）、神华宁煤（生产能力为100.0万t/a）、大唐多伦（生产能力为46.0万t/a）、宁波禾元（生产能力为30.0万t/a）、陕西延长中煤榆林能源化工（生产能力为60.0万t/a），中煤陕西榆林能源化工（生产能力为30.0万t/a）以及宁夏宝丰（生产能力为30.0万t/a）。

Kraton公司推出新的氢化苯乙烯系嵌段共聚物产品

Kraton高性能聚合物公司推出两款全新氢化苯乙烯嵌段共聚物（HSBC）-Kraton MD6951和MDl648。MD6951保持了KratonA产品系列的稳定性和标志性特征（如柔软性、易用性和相容性），其增强的极性使其能与热塑性聚氨酯、聚苯乙烯和聚苯醚等产品兼容。主要用于生产手机保护膜和电工工具把套、保护性薄膜和良好的声音阻尼材料等。MDl648是一款增强橡胶段（ERS）苯乙烯系嵌段共聚物。由于其具有极强的弹性和强度以及突出的低粘度，能用于现有的熔喷加工设备中，有助于丌发更具弹性、更加柔软的产品，还能生产消音纺织结构产品。此外，MDl648还可用于聚丙烯改良型家用产品、汽车零件、胶带、喷胶和气雾剂粘结剂等热熔胶和工业材料。

燕丰供稿

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

陆久迪（1949-），男，高级经济师，长期主持并参加新产品的开发研制工作，历年来填补了国内橡塑领域多项空白，90年代中期开始致力于橡塑新材料、实用新制品成型工艺和装备的研制，成功开发了多种新产品，已发表多篇论文。

2015-02-06