由OPC-UA接口连接的注射机、计量设备和机械手助力LSR液态硅胶产品自动化生产

图 配有全新SAM-C机械手的先进的弹性体注射成型系统 

在Fakuma 2021展会中，位于德国Schwaig的住友德马格塑料机械有限公司（以下简称住友德马格）推出了先进的弹性体注射成型系统。作为首次亮相于国际性展会的lsr液态硅胶加工技术组合，该系统的主要特点是，将完全自动化的Nexus计量系统集成到了一台全电动的 IntElect 130/520-450注射机上，所有这些，都与该公司新推出的自主品牌的SAM-C直角坐标机械手无缝集成，满足了针对LSR液态硅胶计量系统提出的新的2021 OPC-UA 40082-3 标准要求，通过最佳控制，确保了汽车应用的加工稳定性。

在此LSR液态硅胶展品上，住友德马格演示生产了一种复杂的自由形状的汽车轴向密封，该密封的设计，允许采用直接浇口注射成型。为了描述加工这种高精密部件所具有的挑战性，住友德马格汽车及电子业务部门总监Henrik Langwald解释说：“密封唇必须完全打开，才能提供全面的功能。为确保模具的成型具有可重复性，我们设定了新的基准，要求所有的16个型腔必须满足严格的公差要求。”

图 住友德马格演示生产的复杂的自由形状汽车轴向密封

生产中，采用了一副Nexus的两板模具，保持器使得密封部件在顶出端能保持稳定。由住友德马格内部开发并全新推出的SAM-C“操作与放置”直角坐标机械手负责部件的取出和存放，这包括与冷流道针阀系统和直接注射系统的配合。该模具概念涵盖了采用可互换镶件来确保最高的生产灵活性。由于加工精度高，因此生产稳定，满足了对汽车安全至关重要的最佳密封要求。

效率与加工稳定性

在此创新的生产解决方案中，一个重要的组成部分是由Nexus公司提供的ServoMix Z200计量系统。“该系统没有支撑，料筒可以在不到5min的时间内，快速而又安全地从104°的高角度发生变化。”Langwald介绍说，这样，就可以方便而又快捷地进行清洁和维护, 同时有助于消除人为错误。

此外，该新一代的计量系统还拥有众多界面，包括可确保精确计量色素添加剂的TrueFlow Nano颜色控制，以及一个校准功能。针对主要组分的料流，是以微升为单位进行计量的；对于添加剂，则以纳米升为单位进行计量。

OPC-UA贮备就绪的流量计量的设计特点是可快速更换泵体，其计量单元直接位于泵体上。“这样，就不再需要额外的软管连接。”Langwald特意强调了这与医疗应用的相关性。这种设计的另一大优点是，可以快速清洁注射螺杆。此外，所有新的计量设备都采用了新推出的OPC-UA接口，从而可以直接将计量数据与IntElect 130/520-450注射机的加工数据联系起来，确保了完全可追溯的和稳定的生产过程。

与液压系统相比，最新的ServoMix 机型能耗低，运行更具可持续性，且浪费和材料消耗都大大减少。用户可以根据实际需要来调节流量，这样，最多可节省70%的能源，因材料残留在料筒中而导致的材料损耗不到0.3%。“总之，该系统更具环境友好性。”Langwald说道。

IntElect确保实现最可持续的组合

Nexus装备为IntElect 130/520-450注射机实现高效经济的运行提供了完美的补充，它专为加工LSR液态硅胶而配置。为获得最高动力，住友德马格内部开发的IntElect驱动系统与变频器和全伺服电机控制相结合，使IntElect成为目前市场上最高效的注射机之一。

“与传统的全电动系统相比，IntElect减少了20%的能耗。”Langwald介绍说，大约高出2%的使用率，再加上高动力性、高精密性和平行的运动，使得产出提高了10%。此外，高精度和加工的可重复性还减少了缺陷和废品率，从而进一步提高了产出，同时降低了成本。

据Langwald介绍，当采用适合厚壁密封生产所需的最大锁模力时，生产这种轴向密封所需的循环时间大约在30～35s之间。IntElect的刚性模板设计为模具提供了最佳支撑，通过锁模力，确保了压力的分布更加均匀。该机器的其他特点是，所有的轴都实现了高度动态的运动，注射精度高，闭合轴为排气提供了支持。而适用广泛的序列编程，确保了灵活适应机器的加工要求。不仅如此，IntElect LSR液态硅胶加工单元所配备的过程控制技术也得到了扩展，包括进料压力监测和真空建立时间。

为了添加工业4.0控制、监测等一体化能力，IntElect的OPC-UA接口还包括Euromap针对LSR液态硅胶计量系统于2021年6月1日推出的新的40082-3标准。“当然，也可集成Nexus ServoMix 系统，这样，通过一个平台，就能实现成型机与计量混合系统的无缝连接。”Langwald解释道。他还提到了住友德马格团队内部开发的基于网络的myConnect软件解决方案，该中央平台允许客户直接访问广泛的完全联网的支持服务，帮助他们更好地管理生产，改善生产效率低下问题，降低成本，减少故障和停机时间。

为了演示这项密封应用，选用了瓦克化学公司提供的Elastosil LR3003/50硅橡胶，该材料具有-55～210℃的耐受温度及50邵氏A的硬度，这使其非常适合制造这种自由形状的密封。至于为什么选择这种材料，Langwald解释说：“除汽车行业外，自由形状的密封还被用于消费品及电子产品中的电子元件。硅橡胶具有耐热性，遇冷时能保持柔韧性，当暴露在紫外线和空气中时不易老化。此外，该材料易于加工，具有良好的机械性能，且能在较宽泛的温度范围内保持稳定。不仅如此，这种材料没有味道，且具有生物惰性。”

新的SAM-C 机械手完美胜任高精密的LSR液态硅胶成型

整合到该演示展品中的另一亮点是住友德马格首个自有品牌的、内部开发的SAM-C机械手系列。该系列机械手专为锁模力50～500 t的注射机而设计，适合循环时间≥10s的标准应用。该LSR液态硅胶展品证明了使用机械手来避免部件污染从而避免导致部件受损的重要性。

“利用SAM-C，我们成功地开发出含机械手和材料处理技术在内的最小的自动化注射成型生产单元。”住友德马格自动化部门总监Jürgen Schulze介绍了这种“操作与放置”解决方案的突出优势，他说: “凭借住友德马格自有的伺服电机技术和低维护的驱动导向技术，我们最大程度地减少了对系统的维修和保养，确保了系统的高使用率。采用相应的真空技术，该系统的能耗也显著降低。”

这种来自单独一家供应商的工艺系统技术令客户受益匪浅：机械手的硬件和控制软件可以集成到注射成型单元中，不仅如此，得到优化的机械手的机械部分完全为住友德马格的机器而订制。“主要优势是，含注射成型和自动化在内的整个系统提供了更具吸引力的性价比，且符合CE标准要求。”Schulze表示。

利用IO-Link通信系统，可以将智能传感器和执行器连接到自动化系统中，这意味着SAM系列机械手完全满足了未来的工业4.0 和智能制造应用需求。