全自动抽真空平板硫化机的优化设计

1 全自动抽真空平板硫化机的基本构造

根据市场发展的态势和用户提出的要求,湖州双力自动化科技装备有限公司研制了一种主要用于压制成型各类橡胶模型制品及非模型制品,也可用于压制各类热固性塑料及发泡性橡胶制品的机械设备——全自动抽真空平板硫化机,其结构见图1。

图1 全自动抽真空平板硫化机构造

从图1中可以看出,该机型为四柱下压上顶式结构,主机由上横梁、下机座、活动平台、主辅油缸(柱塞结构)及立柱等组成。机器工作时,柱塞自上向下运行合模,压制成型,并具有动模块快速下降、慢速压制、保压及顶出等功能,关模由快转慢与排气由快转慢可分别进行调整,生产效率较高。本机的动力控制系统为液压式,其液压系统分为主油路和控制油路两部分,分别由两台三相异步电动机带动各自的63YCY14-1BF型液压轴向柱塞泵、CB-B10型液压齿轮泵工作;液压主、辅油缸采用了德国先进技术,其密封可靠,使用寿命长。本机具有独立的动力机构和电器系统(电器系统采用全电脑控制,控制方便、准确、可靠),其工作压力、加热温度均可在一定范围内调节,操作方式分为手动和全自动两种形式。

2 关键技术和创新

2.1 设计要求

硫化成型是橡胶加工的重要工艺,为改善橡胶制品的性能,该机器工作时除了须满足普通平板硫化机的常规要求以外,还须有一些独特的要求。

(1)胶料需在真空室内的真空状态下加压、加热硫化、排气,以确保制品质量。胶料一进入真空室,真空室必须被快速抽成真空,因此,需增加一个预先被抽成真空而容积相当于真空室数倍的真空箱(相当于真空罐),采用先使真空室与真空箱互通2 s～3 s后再独立对真空工作室抽真空的方式。同时在压制过程中,若真空度不够时,要迅速地对真空工作室进行补抽真空,以确保产品成型全过程中的真空度,保证产品质量。

(2)加热板要有均匀一致的温度。这里采用恒温平板,其特点是在电热管与工作面之间均匀分布着纵横交错的数十个通孔,其内部相互连通。然后灌入导热性能良好的液体,电热管热量通过该液体二次传递到热板工作面。由于液体可在内部实现相互连通,使吸收的电热管热量分布均匀,同时电热管发热量采用数显温控仪进行 PID调节,进一步保证了胶料硫化时的温度稳定性。

(3)模板应不受真空罩影响,可自由进出,便于装料、取料及模具的清理,同时应有相应的推出部分、多层模具的打开及顶出小油缸等装置以提高效率和保证安全。因此应设计独立的导轨机构,在导轨上安装三开模机构,并有独立的顶出油缸;能实现 PLC控制系统与之连锁,按工艺要求进行相应动作。

(4)机器液压系统效率高,油液升温、噪声小,并能为多个油缸提供多种压力和流量支持。因此采用电液比例控制技术,通过 PLC控制电液比例阀为设备提供各动作要求的压力和流量,保证设备各动作运行平稳,同时能有效地提升液压系统的工作效率及减少液压油的温升。

2.2 主要技术问题

新研制的抽真空平板硫化机的主要结构特点是:真空罩由安装在上横梁上的油缸直接驱动,能迅速与升降台形成真空工作室,并且与升降台实现液压上的联动,在排气时保证真空工作室的密封性能,确保胶料在密闭的真空环境下进行压制;在油箱的下方开设了一独立空间作为真空箱使用(相当于真空罐),实现真空工作室的快速抽真空和补抽真空。

(1)为了使胶料在较短的时间内在真空状态下反复压制,使气体不断被抽出,要求在合模后压制开始时短时间内将真空工作室快速抽真空,以及在合模时真空罩与升降平台之间迅速密封。除此之外,还必须在产品排气的时候保证真空罩与活动台的良好密封。

(2)为了使胶料能在模腔中流动,保证胶料各部分厚度均匀一致,硫化机必须具备较高的压力,以使胶料在成型时流动。因此要求液压系统在压制时能提供足够的压力,又能满足升降台按照不同的速度进行动作,并且要使真空罩抽真空时能紧贴升降台,同时还要为开模和顶出装置提供合适的压力和流量,保证在硫化结束后能迅速地开模,顶出产品。

2.3 主要技术创新

为保证硫化制品的质量,在该机型上采取了如下一些技术创新措施。

(1)增加一个独立的真空箱,其容积相当于真空工作室容积的3倍～4倍。抽真空时,先将真空工作室与真空箱互通 2 s,此时真空工作室内真空度可达0.05 MPa以上。接着关闭真空工作室与真空箱的互通电磁阀,再独立对真空工作室进行抽真空,以做备用。这种工作方式大大加快了抽真空速度,约10 s时间真空度即可达到0.096 MPa。

(2)抽真空系统在工作时,当真空工作室内真空度达到0.096 MPa时,真空度传感器立即将信号返回PLC,PLC控制真空泵停止抽真空;当真空度下降到0.06 MPa时,立刻补抽真空,这一补抽真空环节,可迅速地使系统再次达到真空度要求,几乎没有时间延时,进一步保证了硫化成型的产品质量,同时实现了按需抽真空,降低了机器的运行成本,达到节能的目的。

真空罩控制油缸实现与升降台的连动,在升降台上升时,真空罩油缸自动回油配合升降台的上升;而下降时,主动开启电磁阀进行下降,保证真空工作室的良好密封。

(3)液压系统全过程采用电液比例阀精确控制各油缸的压力和流量,保证了各动作的精度和速度,又能最大限度地降低噪声。同时,尽可能地使每个动作对应额定的压力,减少电机的工作负荷,也有效降低了液压油的发热问题。

(4)硫化机所有热板均采用恒温平板,其特点是处于发热工作面与发热元件之间的热管阵列中的每一热管单元,被一条或一条以上的通道所沟通,使整个热管阵列形成一个其内部工质能自由流通的整体导热管系,这样可大幅度提高工作面的温度均匀性,其表面温差通常可减小到±1.5℃。采用专用温度调节仪,该仪表可根据输入的硫化温度对平板温度进行 PID调节,提供 P、I、D各参数的自诊断功能以及手动调节功能。

3 技术水平和市场前景

3.1 产品技术水平

湖州双力自动化科技装备有限公司研发的全自动平板硫化机系列产品,与国内同类产品相比,在性能、外形和价格等方面都有一定的优势,具体参数对比见表 1。

表1 真空硫化机主要性能对比

3.2 市场前景

全自动抽真空平板硫化机自研制成功并经用户试用,证明其效果不错,用户满意度较高,订单逐年增加,产品供不应求,形成了一定的生产批量。这一发展态势,非常有助于该企业进一步降低生产成本,拓展市场空间,实现可持续发展。