由于我国引进注射法生产的时间较晚，目前用于模压法生产的胶囊硫化机存量很大，如果采用注射法生产需要引进大量的胶囊注射硫化机，需要大量资金支持。原有的胶囊硫化机将会逐步淘汰，造成了资源浪费，为解决这一矛盾，对现有的胶囊硫化机进行改造，使之成为具有注射功能的硫化机，是解决目前以少量投资改造旧设备，利用新技术提高设备性能的优选途径，也是胶囊硫化机注射法改造的主要目的。高密三维数控机械有限公司为上海双钱载重轮胎公司的1000吨胶囊硫化机注射化改造和为山东西水永一橡胶有限公司（专业轮胎硫化胶囊生产厂）的500吨胶囊硫化机注射化改造，从使用情况看完全达到了专业胶囊注射硫化机的各项指标。而设备造价仅为购买整机的50%。

二、胶囊硫化机注射法改造：

 1、注射装置：

胶囊注射硫化机为立式结构，上部为注射和塑化机构下部为锁模机构，从塑化注射系统构成来看，其主要包括塑化和注射二个部分。作为胶囊注射硫化机这种中大型橡胶注射机一般为塑化螺杆＋柱塞式注射机构是由塑化螺杆将定量胶料挤入料筒内，再由注射柱塞将胶料注入模腔内。螺杆＋柱塞式注射装置其柱塞与料筒的间隙很小，胶料不易产生回流，可进行高压注射，另外对塑化过程和注射过程可分别控制，因而对提高塑化能力和注射压力都有明显的效果。目前这种注射方式为通用结构。

塑化螺杆＋注射柱塞式机构由注射油缸、注射柱塞、料筒和流道筒及注射咀组成。塑化螺杆与注射机构呈90°连接。

注射油缸的活塞杆由连接装置与柱塞相联接，柱塞在料筒中可以上下活动，料筒由于要承受注射时的高压（作用在胶料上的压力为110Mpa-170Mpa），对材料要求较高，既要求抗爆裂性能好，也要求耐磨，一般采用38CrMoAL合金钢制造。料筒和流道筒外部有热媒循环水套用以控制料筒的温度。

塑化螺杆为冷喂料塑化螺杆，由液压马达驱动，长径比一般为12：1，具有一定的压缩比，为等距不等深结构，采用38CrMoAL合金钢制造并经氮化处理。螺杆套外部有热媒循环水套用于控制螺杆温度。

注射机构中的注射咀是胶囊注射硫化机的重要组成部分，是注射机与模具相联通的部件，对注射成型的胶囊质量有重要作用，料筒中的胶料，在相当大的压力下快速通过注射咀时受到剪切力的作用，使胶料升温，并进一步塑化，变为黏流态。有助于提高胶料在模腔内的流动性，缩短硫化时间，相对于注射速率直径小的注射咀会产生高的胶料温度，对于大容量胶囊注射机，注射速率一般为300—500ML/S，

注射咀出口孔径一般为Φ10—25MM。出口的斜度为1.5度。

在注射系统中对于料筒和螺杆的温度控制采用的是分别控制的热媒循环温控装置，一般采用四区温控或二区温控，四区温控指螺杆、螺杆机筒、注射料筒、注射流道筒。二区温控有螺杆机筒、注射料筒和注射流道筒。每1个温控区为1个独立温控单元，每个单元由加热元件、热交换器、热媒介质循环泵、温度传感器、压力传感器、温控仪及管路组成。

温控系统导热介质一般采用导热油或水,用油导热性差，冷却性能差但对系统内部来说不会生锈及产生水垢，使用水作传热介质导热性好但易产生水垢。每个温控单元内的传热介质由循环泵驱动在加热器、热交换器、工作部件之间通过管路循环流动，根据温度传感器测量信号和设定值之间进行加热或冷却，使工作部件工作于恒定的温度，控制精度一般≤±1.5℃。 

该机的改造采用直立式注射结构，由注射油缸，注射滑座、料筒、柱塞流道筒及包覆在料筒和流道筒外的热媒温控包，四立柱，入料塑化螺杆，螺杆筒和包覆在螺杆筒外的温控包，入料马达螺杆止推轴承及连接座等组成，整套注射装置安装于上横梁的上平面。

2.模压式胶囊硫化机的结构及改造：

胶囊硫化机一般采用侧板式结构，由左右侧板，上下横梁，主油缸，活动平台，上下芯模油缸组成。以下以福建三明生产的500-1000T胶囊硫化机为例详述改造过程。

（1）500T胶囊硫化机改造

该机最大开模距离为1250mm，主油缸直径600mm。主油缸为双作用油缸。

该机上横梁上表面是半圆结构，不适合安装注射机构，因此需要将上横梁更换。更换后的上横梁带有上平面结构，以便于安装注射部分。普通模压法胶囊硫化机具备了胶囊注射硫化机的重要组成部分，即锁模机构，作为胶囊注射硫化机的锁模机构，一是上横梁上部有足够的空间和可以形成的一个平面结构，用来安装注射系统；二是上横梁中心部位即原来上芯模吊杆部分经过加工可以用来作为注射的中心孔，三是有足够的高度提供给胶囊芯模上升和脱模的空间。上下工作台面积为900*900mm，其中下工作台中心部位有中心顶出装置，并增加一块300mm厚的垫板，以便于芯模的管道通过。注射部分最大注射量为6000ml。改造后整机高度为4.56米。

（2）1000T胶囊硫化机改造

该机最大开模行程为2400㎜，主油缸直径800㎜，采用双作用油缸，活塞杆直径600㎜。

上海双钱载重轮胎公司的1000T胶囊硫化机是福建三明生产的，经过对其上横梁上部平面结构和整个上横梁部位的观察测量，其上部平面尺寸为1510㎜*1200㎜，中间左右方向有一经过加工的平面原来用于安装上芯模油缸，尺寸为1510㎜*300㎜，注射系统的安装尺寸为850㎜*850㎜，利用上述的加工平面为基准延伸出足以安装注射系统的平面，上横梁的上下平面平行误差为≤±0.1㎜，中心注射孔利用原来的上芯模吊杆的中心孔，经过现场加工使尺寸能够满足注射系统注射流道筒的尺寸一般大于Φ160㎜，也可以采用重新铸造的方法更换上横梁，但须对设备整体吊装、拆解，工作量大。通过以上对其上横梁部分的改造即能满足安装注射系统的要求。注射模具需要有一套中心顶出装置，在原下芯模油缸的位置，重新安装一套顶出油缸及顶出装置。下工作台因为顶出装置及芯模加热管路，需要有一个安装空间，因此需要将下工作台加高300mm，即在下工作台隔热板下面加一块垫板。改造后工作台面积为1200*1200mm。注射部分的最大注射量为18000ml，如胶料的比重为1，18g/ml则最大注射重量为21.24kg。注射系统安装后，整机高度7.73米—7.0米；现有的胶囊注射硫化机，为满足原来的生产工艺要求合模行程较大，1000T胶囊硫化机的开模行程有2400㎜高，500T胶囊硫化机的开模行程有1250mm，有足够的高度用于顶芯模和脱模动作。

囊硫化机合模行程长，合模时间也长，为克服此缺点，在液压系统中采用低压大流量泵和插装阀的方法提高其合模速度，由原来的1000㎜/min提高到1800㎜--2000㎜/min。原有的液压系统已不能满足注射化改造的要求，全部拆除。芯模的中心顶出机构可以在原来下芯模油缸位置上安装，由于芯模中心有蒸汽管路，抽真空管路和吹气管路，这些管路的引出需要在下热板下部增加一块垫板并加工一条槽，以增加厚度，用于引出上述管道。为配合注射，模内需抽真空，并配套一套抽真空装置。

 3、主要参数的确定：在注射参数中首先需确定锁模力、注射量及注射压力，注射速率四项参数，注射量是按现有的锁模压力下所能够生产的最大胶囊规格确定的，相同的锁模力所能够生产的胶囊规格受胶料在模内压力（一定的注射压力下的充盈量）及胶料的门尼粘度胶囊的长径比和分型面上最大的投影面积的影响。

   （1）模内压力：由于锁模力一定，所以先测定模内压力，再推算胶囊的外径。注射时的注射压力变化主要有三个阶段：1）射料阶段：当塑化胶料进入注射嘴经注射流道进入到模腔时到胶料基本充满模腔，这一阶段为射料阶段。其压力为充模压力。此阶段压力在实际注射过程中在不同的模具形式中受其流道的形状及阻力大小和制品的壁厚的影响，其注射压力是按注射斜率变化的，其变化的大小取决于注射胶料的门尼粘度和所经历的阻力历程决定的，阻力越大则斜率越大。2）充盈阶段：胶料充满模腔后开始对模腔胶料进行压缩，模内压力迅速提高，由于注射胶料在模腔中产生沿程阻力，尤其是窄缝模腔，当模腔产生的总阻力等于注射压力，注射就会停止此时的压力为充盈压力，因此充盈压力受最大锁模力的影响过大的充盈压力，将使模具被胶料顶开造成飞边出现。3）保压阶段：此阶段的压力是为保证胶料在模腔中不致回流所形成的压力称为保压压力，此时胶料在射嘴处已不进行流动。进入硫化阶段后模内压力随硫化时间逐渐下降至剩余压力。

由于模腔内压力存在沿程压力差，所以通常使用平均压力来计算模腔内压力，胶囊注射模流道阻力不大，一般模腔内压力在20Mpa-25Mpa之间。

轮胎胶囊注射压力试验数据

胶囊最大投影直径的计算：

  在锁模力确定的情况下，所能进行注射生产的胶囊最大投影直径可按下式计算：

D=3.57×10^-2

  式中：D---胶囊最大投影直径m

        F---锁模力KN

        P---模腔内平均压力Mpa

        K---胶料充盈率，取1.05-1.15；

 或：

          D=

  式中：D---胶囊最大投影直径cm

         F---锁模办kg

        P---模腔内平均压力kg/cm²

        K---胶料充盈率,取1.05-1.15；

  按以上计算：取：模腔内平均压力220 kg/cm²

                  胶料充盈率1.05

                  锁模力1000000kg

D==74.26cm      D=Φ74.26cm

可按此计算直径查胶囊规格表，并选择可生产规格。

（2）注射量：按以上确定的胶囊规格中的重量数据及胶料的比重换算出胶囊的容积，注射量是胶囊的最大容积加上流道胶容积的和，一般流道胶占胶囊总重量的1/24---1/28，以此确定胶囊的总注射量。

注射量分理论注射量与实际注射量，理论注射量是注射柱塞完成一次最大注射行程后，所能达到的最大计算容量，考虑到胶料的压缩量等因素，实际注射量与注射时胶料的密度和胶料的填充系数有关。胶料密度一般为1.2---1.3g/cm³。胶料的填充系数（注射压力100Mpa时）一般0.7---0.9。

注射量的确定可按下式计算：   L=

L胶---胶囊最大容积

L---注射量

T---胶料填充系数

例：由XX.RXX胶囊查出其重量为14kg，由胶料数据查出其比重为1.088g/ml，流道胶的重量是此种胶囊的1/25。为14/25=0.56kg，胶囊总重量为14kg+0.56kg=14.56kg，容积为：14560g×1.088g/ml=15841ml，胶料填充系数取T=0.85，注射量即为=18636ml，取18000ml。

(3)注射压力的确定：注射压力实际与模腔内胶料的壁厚，流道的阻力，胶囊的长径比（大长径比胶料流动距离长），胶料的门尼粘度有关，实验证明：门尼粘度高的胶料产生较高的注射压力，门尼粘度低的胶料产生较低的注射压力，综合多种因素考虑确定注射压力最大为150Mpa，经实际测试：胶囊门尼粘度为ML74的丁基胶，模具温度为180—190℃时，注射压力为110Mpa。

(4)注射速率的确定：注射速率是胶料通过射嘴进入模腔的速度，用ml/s表示，过高的注射速率将使胶料在通射嘴及流道窄缝时产生高温焦烧，过低的注射速率将使胶料进入模腔的速度过慢，在胶料未到达预定位置时已部分进入硫化状态，这将使丁基胶更难融合，而产生裂缝。通常大容量注射机注射速率在550ml/s以下，该机确定最大注射速率为430ml/s。

(5)塑化部分：塑化部分主要是其塑化能力能否与注射容量及塑化时间匹配，塑化能力不足将直接影响整个系统的正常工作，在硫化时完毕后，如果仍未塑化完毕将延误注射开始，过大的塑化能力将提供更大的动力，一般塑化时间为硫化时间的10-30%，见表：

螺杆塑化能力测量数据

按Φ65mm塑化能力计算，18000ml的注射量其塑化时间为11min，可以满足塑化能力的要求。

4、液压及电气系统基本结构与工作原理：

胶囊注射硫化机的运动部件全部使用液压传动驱动，塑化螺杆由液压马达驱动，注射装置、机头升降、合模、开模、中心顶出均以液压油缸往复运动完成，因此整台设备液压系统工作部件为液压马达，注射油缸、机头升降油缸、中心顶出油缸和液压站的双连油泵、柱塞高压油泵、控制阀组油箱及冷却器等组成，液压系统主要参数见表：

1000T改造后液压系统主要参数

500T改造后液压系统主要参数

注射系统的压力、流量控制用PQ比例阀由电气控制系统的电信号控制，塑化马达转速压力，注射速度，注射压力等由触摸屏进行设定。

合模、开模、保压动作由双连泵和保压泵驱支，合模开模由大流量阀控制，开模时打开充液阀实现快速开模，开合模速度由双连泵不同流量控制。

电气控制系统基本组成与主要特点：

现在的胶囊注射硫化机、电气控制系统都采用PLC程序控制器加ch触摸屏组成。电脑内安装有专用控制软件。

胶囊注射硫化机的实时过程控制主要为设备的动作程序控制，生产工艺参数的设定模具信息的储存，系统监控，安全报警和功能选择等，设备动作程序控制主要有塑化螺杆液压马达的启动，注射油缸、机头升降、合模、开模、保压、顶出等动作的控制，生产工艺参数有温度，压力、时间、速度、位置可进行设定。模具信息包括生产工艺参数、模具号、胶囊规格等内容进行储存，更换模具规格时可调用储存参数进行生产、监控是对整机的温度、压力、速度、动作等进行监控。安全报警如温度超限、断料、超时、缺料、位置等进行报警，并按相关的报警说明进行处理。功能选择如抽真空方式、入料方式选择等。

温度控制分为塑化螺杆温度、料筒温度及蒸汽温度，压力设定有马达供油压力、注射压力、顶出压力、合模压力、保压压力，注射压力根据生产规格的变化，需要调整到最佳值，时间调整包括塑化时间、注射时间、注射保压时间、硫化时间、抽真空时间、吹制品时间，速度设定可分塑化螺杆速度、注射速度等，位置设定主要有入料位置设定等。

这些工艺参数设置的正确与否，对生产胶囊的质量和生产效率直接相关，上述工艺参数中，有些比较固定，如塑化温度，料筒温度，塑化马达压力等一经设定很少调整，但其它工艺参数是按不同规格的胶囊规格各有一套不同的参数。

生产时有两种工作方式选择，即“手动”模式和“自动”模式，手动模式一般在生产前对生产的准备过程，使用手动调整，如入料、射出旧料等，一旦进入正式生产则转到自动模式。注射量由注射装置上的电位尺进行测量。

5、改造的步骤、部件：

改造的过程分为两大部分：一配套系统的制造，二是现场部分改造。以下分别述叙：

（1）配套系统制造部分：

   制造部分的以下内容由制造厂家提供：

    1、上横梁            一套

    2、上下热板          一套

    3、下垫板           一套

    4、下中心顶出机构   一套

    5、塑化部分         一套

    6、注射装置         一套

    7、温控装置         一套

    8、液压系统         一套

9、电气控制系统     一套

    10、工作台及护栏    一套

    11、改造用安装材料  一套

上横梁：上横梁为中空带肋的铸钢件，其大致尺寸附合原机的上横梁尺寸，上横梁上部为一个平面结构中心孔为注射通道，其上下平面、平直度小于0.1mm。

上下热板：上下热板（工作台）是蒸汽加热式热板，尺寸为1200*1200mm（1000T），上热板中心孔是注射咀通过此孔与模具相接，下热板中心部位开槽以通过蒸汽管道等，上下热板的T型槽用以固定模具用。也有厂家的上下工作台不要求带加温功能。

工作台及护栏：人身安全防护措施包括正常操作和维护检修的安全措施。胶囊注射硫化机两侧与后方设防护栏，防护样上设有安全限位开关，当打开护栏时，确保机器工作平台没有动作，安全护栏防止人员进入此区域或接触运动部件或误动阀门造成事故或接触蒸汽管路造成烫伤或跌入地坑造成意外，设备的正前方设置光电栅装置，如果操作人员进入该区域取胶囊或清理检查模具，确保不能进行合模动作。

胶囊注射硫化机为直立设备，为了方便入料操作在入料口处设有阶梯平台，为方便塑化螺杆和注射系统的检修在横梁上部设置检修平台。

（2）现场改造部分：

1）原机的检修：

   需要改造的原胶囊硫化机经过多年的使用除主框架外，一般主油缸密封等可动部件都有不同程度的磨损及老化，密封元件需全部更换或使用复合密封及导向材料，一般可恢复原有的密封性能及锁模力，但如果主油缸缸筒及柱塞有较严重的磨损尤其有深沟状的划痕，即不可修复，需更换或局部修补，总之，在原机的改造过程中，其原有的工作状态关系改造的工作顺利与否。

2）整机改造：

   在原机装况恢复良好的情况下，需改造的部件有：（1）更换上横梁，使之能适应上位注射部分的安装。（2）增加上下热板，拆下原有工作台，下热板下面增加1块厚300mm垫板，下垫板的作用是将注射模具芯模的蒸汽加热管道和吹气压缩空气及抽真空管道造成一个进出通道，另外在下工作台中间增加一个中心顶出机构和一个可拆卸的顶出套。

蒸汽热力控制：改造后的注射或硫化机、热板及模具均采用蒸汽加温为精确控制温度，使用PLC-TDA模块控制的比例压力调节阀，上下热板条使用一套控制系统，必要时可对芯模单独控制，蒸汽压力：≤1.55Mpa。

上芯模升降油缸（或上芯模升降装置）需拆除。相应的模具中间芯模的动作方式需改为下模中心顶出。

上横梁：上横梁中间有凸起部分，这种改动较大，需要重新组焊或铸造一个带有上平面结构的上横梁，如果强度足够也可以在上横梁上部平铺钢板的形式，制造一个平面，另外上横梁中间部位即原来上芯模中间顶杆的位置需上下镗出一个通孔，使注射嘴能够通过此孔进行注射。

上热板：上热板中间与上横梁中间通孔对应的地方，也需要一个同等大小的通孔，其作用与上横梁通孔作用一样，但上热板采用蒸汽加热方式，需要重新制造。

开模及芯模顶出方式：现在注射成型硫化机的模具开模方式及芯模顶出方式是，将模打开后，推出机构将下模推出机外，由外部顶出机构将芯模顶出再吹入压缩空气，将成品吹出此种方式是在锁模机构行程较短时采用的，普通胶囊硫化机没有推模装置，所以锁模油缸行程较大,又因中心顶模装置在工作台中间部位，按原有的出模方式不加以改造即可。

在上横梁准备好的平面上安装注射机构四根立柱底座，安装时须用专用工装将注射嘴中心与上横梁中间孔对准水平偏移不能超过0.1mm，垂直偏差不大于0.6mm。

注射机构安装完毕与上横梁一起整体吊装与原机对接，对接标准按原机上横梁安装操作规程进行。

1      将锁模高压开关信号引入注射系统主控制箱。

2      将合模上限位及下限开关信号引入注射系统主控箱。

3      合模开模泄压、保压、电磁阀由注射系统配置的控制系统控制。（包括中心顶出部分）               

（3）现场安装

1）主机起吊：主机起吊的目的是为了更换上横梁，因为该机是侧板式结构，更换上横梁必须拆掉一侧的侧板，侧板与下横梁有螺栓紧固，且在地面以下，需要将主机整体起吊后才能将下横梁的紧固螺栓卸掉。起吊前，将主机基础及周围水泥地面地脚螺栓等松动拆开，起吊后，在主机下方水平插入两根工字钢，将主机放在工字钢上面，放平，且牢固，要确保设备及人员安全，大概2两个工作日。

2）更换上横梁：主机起吊后，用【＞5吨】产车将上横梁底部托起，吊车吊住要拆卸的一面侧板，开始拆卸侧板，与上下横梁的螺栓，螺栓拆掉后，吊车将一侧的侧板移开。将上横梁的另一面螺栓拆掉，用托住上横梁的产车将上横梁移走，将新的上横梁铲起后起升到原来上横梁的安装位置，吊车将侧板复位，将侧板及上横梁简单复位固定后，开始校准上横梁平衡度，校准后配钻孔，攻丝，固定上下横梁与侧板螺栓，重新起吊主机并复位，固定地脚螺栓校准整机水平，至此上横梁更换工作基本结束，用时大概3—5个工作日，包括准备时间。

安装液压站及电控部分：将液压站按原位置放置，对接所有管道，加油，电控部分按原位置布置、布线。要求将现场电力线路、压缩空气，冷却水，蒸汽管路等，动力管线等布置到台附近，以便与之对接，需时4—5个工作日，

安装上下热板及下顶出油缸：首先安装上热板，下顶出要以上热板为准对好中心，中心偏差小于5mm,安装下顶出油缸，由于下定出油缸在制作时并不知道原机的安装方式，所以安装时需根据实际情况车制好对接盘，再行安装，并接出液压管道，需时4—5个工作日，

3）安装注射系统：注射系统需整体吊装，吊装完成后安装管路，温控装置，抽真空装置，连接电路，需时5个工作日

安装上下热板蒸汽管路等：包括上下板蒸汽管路，抽真空管路，压缩空气管路，预留模具管路，由于抽真空、压缩空气、及蒸汽管路集中在下热板，所以必须能够随下热板一起上下移动需根据机台情况确定。约3—5个工作日。

4）安装工作护栏：工作护栏分为两部分，一部分是在上横梁上部，为方便注射系统调整检修，为工作平台。另部分在下部，在液压站与主机之间，操作面如要安装护栏需现场研究，约需4——5个工作日，

试车：试车分两部分，一部分为合模部分，另一部分为注射系统，将分别进行试车，目的有两个，一是试验液压系统，而是调试控制系统，液压系统由于制作厂内在没有主机的情况下无法试车，所以液压系统只能在现场调试，另外，如温控部分及蒸汽管道等也需要根据情况进行必须的调整，大概需7—10个工作日。

三、改造后的效果：以上海双钱轮胎公司的1000T胶囊硫化机注射化改造项目为例，胶囊型号11.00R20J，改造前三班生产12条，改造后三班生产22条。多生产10条。合格率为98.6%（月）。

   山东永一橡胶有限公司的500T胶囊硫化机注射化改造项目，生产胶囊型号RBKT15/16-2,改造前三班生产18条。改造后三班生产40条。合格率98.8%。

四、模具的改造：原有的模压法模具通过改造可以用来作为注射模具使用。胶囊硫化机注射化改造项目我们联合了江苏南通通轮模具有限公司进行注射模具配套和模压模具的改造工作。

硫化胶囊注射成型模具与模压成型模具不同之处：

（1）                  由于胶囊注射成型硫化机为立式结构，胶料注射口处于垂直上方。一般注射模具芯模为整体结构，胶囊注射硫化机具有芯模下顶出机构，芯模与顶出机构相连。而模压法的模具一般把芯模分成上下两部分。

（2）                  注射模具具有流道、浇口。而模压法模具有放置胶料的环型槽。

（3）                  模压法模具上下外模有芯模定位锥孔，注射法模具的上模没有芯模定位孔，上模中心部位有注射流道，下模同样有芯模定位孔。

模压法模具改造成注射模具，需要更换芯模，把上模定位孔堵死重新开流道孔。这样可以节省模具费。