橡胶注射机胶料过滤装置研究

兰 林，石旭伟

（无锡德士马注射机械有限公司，江苏 无锡 214000）

橡胶注射机是橡胶模压制品生产的一项设备，在精密橡胶制品生产中得到广泛使用[1-2]。橡胶制品的质量取决于4个因素：胶料品质、模具结构、设备性能、工艺过程控制[3-4]。这4个因素相互影响，只有将其优化配合才能得到理想的产品质量。胶料品质直接影响制品质量。因此胶料过滤装置对橡胶制品的质量控制起着重要作用。

本工作对比分析橡胶注射机模腔内胶料过滤装置与注射单元胶料过滤装置的基本结构、在设计过程中出现的问题及使用优缺点，以期为橡胶注射机胶料过滤装置选择和优化设计提供参考。

1 模腔内胶料过滤装置

1.1 基本结构

模腔内胶料过滤装置安装在定模板上，其基本结构如图1所示。

图1 模腔内胶料过滤装置基本结构Fig.1 Basic structure of compound filtering in mold cavity

塑化后的胶料经过过滤装置进入型腔内，胶料流动方向如图中箭头所示，胶料由浇口套进入，过滤后注射到模具型腔内。过滤装置安装在定模板上，并在加热板与过滤装置之间增加冷流道，对流入胶料进行温度控制，防止出现胶料焦烧。橡胶注射机的注射压力在200 MPa左右，胶料的滤网上下必须增加支撑板，否则滤网很容易破裂。

1.2 设计过程中出现的问题

（1）滤网破裂。最初设计中，上下支撑板设计为通孔式结构，滤网在注射压力的作用下碎裂，胶料直接流入模具型腔内，产品报废。因此改型设计中，上支撑板增加斜面流道，避开注射压力的直接冲击，上下支撑板中间不设置胶料流动通孔。改型设计上支撑板方案如图2所示，上下支撑板设计为3°的斜面，并在斜面上开设胶料流道，两侧做通孔，胶料流动方向如箭头所示。

图2 改型设计的上支撑板Fig.2 Modified upper support plate

（2）上下支撑板弯曲变形。胶料进入模腔后，其注射背压导致上下支撑板向上弯曲变形，影响下次胶料进入的流动性。考虑到胶料焦烧问题，上下支撑板不宜设计过厚。其次，为了便于胶料流动，在上支撑板上增加凸台，不仅增大支撑板的刚性，也提高了胶料的流动性。

上支撑板最终方案如图3所示，增加4个凸台作为支撑，胶料经过斜面流道后进入两侧通孔，为便于胶料流动，在通孔上侧增加环形流道。胶料流动方向与改型方案一致，试验中该方案支撑板能达到较好的效果。

图3 上支撑板最终结构Fig.3 Final structure of upper support plate

1.3 使用优缺点

优点：模腔内胶料过滤装置的过滤能力强，过滤面积大；通用性强，无需匹配机器，只要在模具进胶口前面增加相关过滤装置即可。

缺点：滤网更换困难，需配合辅助工具将加热板等全部拆下后才能进行操作，更换工时较长，影响生产效率；模腔内过滤装置增加了冷流道板，造价高，较难得到市场的认可。

2 注射单元胶料过滤装置

2.1 FIFO-A注射单元及滤网结构

FIFO-A注射单元是一种先进先出从顶部中心注射的注射单元，主要用于垂直注射机，是公司现有机型中市场占有率最高的注射单元，其基本结构如图4所示。胶料由进料口进入一体式活塞内，螺杆不断旋转将胶料向前推送，经过一体式活塞前端单向体后进入储料缸，提升油缸驱动导向支架向下运动，使注嘴与模具的浇口紧密接触，注射大油缸动作，一体式活塞进入储料缸中，使得胶料流过注射本体及注嘴，最终进入模具中（图中箭头所示）。

图4 FIFO-A注射单元基本结构Fig.4 Basic structure of FIFO-A injection unit

整个注射单元中，一体式活塞头单向体之前承受的压力最小（约为8 MPa），而储料缸和注射本体内都承受约200 MPa的高压。考虑到滤网的承压能力，将过滤装置设置在单向体之前，其结构如图5所示。胶料流动方向如箭头所示，滤网在支撑件及保持件之间，且都安装在嵌入座内，滤网保持件通过螺纹与嵌入座固定。嵌入座为锥面式结构，上下设置溢胶槽。顶出油缸安装在定模板上，当需要更换滤网时，拆卸压板，顶出油缸动作，顶出杆将嵌入座顶出后再更换滤网。

图5 注射单元胶料过滤装置结构Fig.5 Structure of compound filtering in injection unit

2.2 设计过程中出现的问题

（1）嵌入座断裂。注射单元胶料过滤装置在设计试验中，嵌入座出现断裂现象。受一体式活塞头直径的影响，嵌入座的尺寸受到限制，为了增大过滤面积，导致嵌入座壁厚过小，氮化处理后的嵌入座受螺杆推力作用出现断裂。增大嵌入座壁厚即可解决此类问题。

（2）胶料粘连过滤器。清理及更换滤网时，由于堆积胶料粘连在过滤器上，导致嵌入座很难从一体式活塞头中拔出，因此需要顶出油缸将过滤装置顶出，且滤网保持件旋出嵌入座也需配辅助工具，以减小工人的操作难度。

2.3 使用优缺点

优点：注射单元胶料过滤装置设置在一体式活塞头单向体之前，不承受注射的高压，滤网的耐久性大幅提高；过滤装置下方设置顶出油缸，拆装及更换滤网方便，工人劳动强度低；一体式活塞头内胶料不易焦烧，滤网上的胶料清理更容易。

缺点：滤网尺寸受活塞头直径限制，过滤能力一般，且对设备规格型号有一定要求，过滤装置的通用性较低。

3 结论

（1）模腔内胶料过滤装置为传统式过滤方案，胶料过滤面积大，过滤能力强，但装置复杂，更换滤网及设备维护时拆装困难，耗费较长工时。

（2）注射单元胶料过滤装置结构简单，不承受注射高压，滤网更换便捷，工人劳动强度低，但滤网尺寸受一体式活塞头直径限制，过滤能力有限。

（3）应根据实际需求选择过滤装置。对于小型注射机，为提高性价比及操作便利性，应优先选择注射单元胶料过滤装置；对于大型注射机，应优先选择模腔内胶料过滤装置。