[供应商质量管理] 小唐老师:生产线你看些什么?——橡胶混炼工艺(2017.7.12)

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最开始的时候,小唐老师分享了关于审核技巧类的文章。比如《外行如何“装”内行!!!》《如何应对客户的审核》等等。

这些对于刚接触生产过程的朋友或者新审核员来说,确实有一定的帮助。但是每每想起师父提到“技巧永远是最细枝末节的”。心中总是没来由得有些后怕,生怕带跑偏了各位。
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第一天做审核员起,领导与师父都在强调两个能力,质量能力专业能力

质量能力包括各种体系(IATF 16949、VDA6.3)、质量工具(DOE、TRIZ、FMEA、SPC)等。
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专业能力的内涵就更广阔了,各行各业的生产工艺,技术,knowhow等等,可以说很多人穷其一生,也很难在某一领域有很大的建树。然而,正是这些专业能力(而不是质量工具或者技巧),实实在在的在创造价值,在推动企业与社会的进度。
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为此,小唐老师今后会定期分享汽车制造业常见的生产工艺过程控制点。关注本公众号的很多都是行业内的专家,小唐老师在此班门弄斧了,如有不到之处,还请各位前辈指正。
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今天小唐老师分享橡胶行业最常遇到的炼胶工艺
对于橡胶行业不熟悉的朋友,可以先移步《这样的女朋友是怎么生产出来的?》《橡胶行业其实也可以很牛,很美!》等文章。

炼胶类似于揉面,是通过设备,在一定的工艺条件下将生胶、填充剂、补强剂、促进剂、硫化剂、防老剂、防焦剂等成份混合在一起的过程。
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1
涉及到的产品(零件)
据统计,一辆汽车上所用的橡胶零件有100-200种,数量高达200-500种之多,重量可达60千克,占汽车总成本约6%。
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包含轮胎、橡胶冲制件、橡胶型材,橡胶模压件、编织软管,金属橡胶件、液力轴承,楔形带 / 齿形带,油封,气门杆密封件等多个产品组。

2
对原材料/外购件/半成品的要求
a. 来料检验
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b. 存储条件
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有效期:建立各类胶料的有效期清单,并对其进行监控(如看板、软件系统等)。

温湿度:尽可能地保持室温恒定,尤其是二段胶(加入硫磺体系的胶料),强制要求对库房温度进行控制(温度过高会导致胶料提前硫化而失效)。对于小料库,也需对环境温湿度进行控制。

仓库环境:胶料与各类添加剂应避免阳光直射,以防止因紫外线导致失效。

包装方式:胶料/半成品不允许直接放置在地上,且需避免包装材料(如碎木片)对其造成污染。

3
设备
涉及的主要设备有:配料系统、密炼机、开炼机。
a. 配料系统
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简介
配料系统有手动和自动之分。常见的大料,如炭黑、油料,一般采用集中输送,自动称量。

小料因为种类繁多,一般采用集合手自动结合的方法进行称量,如防老剂、活性剂、粘合剂等常采用自动称量,促进剂、硫化剂、填充剂等常采用手动称量。
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要求
最低料位:对于自动配料系统,需对小料最低料位进行控制(如总重法或料位传感器)。

小料牌号:不管采用哪种加料方式,应能避免加错料的情况发生(如采用条码扫描防错)。

有效期/先进先出:对于小料有效期与先进先出,建议采用软件系统的方法进行防错,如条码系统需关联仓库软件管理系统,增加有效期控制模块。

称量精度:称量设备需定期使用标准砝码进行校正,注意校正的方法,需使用各种重量的标准砝码,以及覆盖称量设备的四个角、中间位置。所有小料称量完成后,需复测总重量,并将所有小料重量加和,确定称量精度。

b. 密炼设备
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简介
密炼指通过密炼机及适当的加工条件,将天然橡胶、合成橡胶、炭黑、硫磺、锌白等原材料及化合剂均匀混合在一起,制成质量均一、满足后续加工的混合物的过程。可分湿润分散捏炼三个阶段。
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湿润:当生胶、炭黑等配合剂投入到密炼室时,达到最大值(a点),混炼开始,在上顶栓压力和混炼作用下胶料体积迅速缩小,功率曲线出现第一次高峰(b点);随着橡胶逐渐渗入到炭黑附聚体的内部空隙,形成炭黑橡胶团块,胶料容积继续下降,功率也下降直至最低值(c点)什,橡胶充分润湿炭黑颗粒表面

分散:随着混炼的进行,炭黑颗粒聚集体逐渐均匀分散到生胶中,由于破碎炭黑粒子消耗能量,炭黑与橡胶逐渐生成结合橡胶,使胶料弹性增加,故功率曲线上升,当功率达到最大值(d点)时,分散过程结束

捏炼:配合剂分散已基本完成,进一步混炼可增进胶料的匀化程度,但也会将致胶料力化学降解,分子量下降,黏度下降,此时功率消耗曲线缓慢下降
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在学习的道路上越走越远~
要求
软件及配套系统:应能对胶料进行称量(皮带秤),在未达重量的时候,不能进行下一动作。小料包投入时一般采用条码扫描的方式进行防错,需确认小料包装袋及标签纸是否可以一并投入。

控制系统:目前密炼设备主要通过排胶温度与炼胶时间两种方式来控制是否进行排料。设备需自动进行此操作,而不是人工进行控制(人工可以辅助)。控制系统需能显示上顶栓压力、功率、能量等参数变化情况。

稳定性:密炼设备有很多品牌与型号,关键在于工艺的稳定性,可关注多车排胶显示温度和实测温度的稳定性。

c. 开炼设备
开放式炼胶机的简称,是一种辊筒外露的炼胶机械。

要求
辊距和辊速:应能定量控制辊距和辊速。
开炼时间:应能定量控制开炼时间。

4
工艺
a. 装料容量/混炼容量
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容量过小会降低剪切作用和捏炼作用,出现胶料打滑和转子空转现象,混炼效果不良;容量过大则胶料翻转困难,使上顶拴位置不当,部分胶料在加料口颈处发生滞留,混合不均,混炼时间长,容易导致设备超负荷,能耗大

小唐老师建议
填充系数一般0.75左右
装料容量与胶料性质及设备条件有关
    —NR(天然橡胶)及含胶率高的配方,装料量应大些;
    —设备使用时间长,转子之间以及转子与混炼室壁之间间隙增大,上顶栓压力增大,装料容量也应大些

b. 混炼时间
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混炼时间增长,能改善配合剂分散状况,但过长,容易使胶料过炼。混炼时间长短与装料容量、转子转速、上顶栓压力都有关,填充量高,混炼时间长;转子转速低,混炼时间长;上顶栓压力小,混炼时间长,反之,均可缩短混炼时间

小唐老师建议
在保证混炼胶质量的前提下,应尽量缩短混炼时间,以提高生产效率

c. 上顶栓压力
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上顶栓压力过小会导致上顶栓产生浮动,使上顶栓下方、室壁上方加料口处形成死角,胶料得不到混炼;加大上顶栓压力,能增大装料容量,有利于胶料的捏合和配合剂的分散,缩短混炼时间,并能防止排料时发生散料现象

小唐老师建议
根据胶料不同有所差异,见到最多的在0.6~0.8MPa

d. 混炼温度
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密炼机混炼过程中,胶温不断升高。温度过高胶料变软,虽然有利于粉剂与生胶的混合,但不利粉粉剂团块的分散;温度太低常会造成胶料压散
e. 转子结构和类型
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密炼机转子的基本构型分剪切型和啮合型。剪切型转子密炼机的生产效率较高,可以快速加料、快速混合与快速排胶。啮合型转子密炼机具有分散效率高、生热率低等特性,适用于制造硬胶料和一段混炼

小唐老师建议
啮合型转子密炼机的分散和均化效果比剪切型转子密炼机要好,混炼时间可缩短30~50%
f. 转子速度
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提高转子转速,可使胶料受到较大的剪切力,缩短混炼时间,提高生产效率,但提高转子转速也使电机功率增大,胶温升高,使胶料黏度和剪切应力降低,不利分散混炼

小唐老师建议
    —母炼转子转速:40~70rpm
    —终炼转子转速:15~40rpm
    —再炼转速:30~50rpm
g. 冷却水温度与压力
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冷却水会影响到转子或密炼室温度,进而影响混炼升温速度,混炼时间,最终影响胶料混炼质量,冷却水温度太低,容易导致密炼室内壁和转子表面结露,造成胶料打滑,降低炼胶效率

小唐老师建议
冷却水压力一般≥0.2MPa
温度:30±10 ℃
h. 其他
加料顺序,一般生胶先加,再加炭黑,混炼至炭黑在胶料中基本分散后再加液体软化剂,这样有利于混炼,提高混炼效果,缩短混炼时间。液体软化剂过早加入或过晚加入,易造成分散不均匀,混炼时间延长,能耗增加,其加入时间可由分配系数K确定。硫黄和硫黄促进剂通常在混炼的后期加入,或排料到压片机上加,减少焦烧危险。小料(固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等)通常在生胶后,炭黑前加入。

5
产品检验
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