O形橡胶密封圈注射成型.pdf

河南科技2012 07上 工业技术 industry technology 橡胶成型技术发展经历了模压成型 注压成型和注射成型3 个阶段 目前3种成型工艺都在使用 但o形橡胶密封圈生产采 用较多的仍为模压成型工艺 注压成型和注射成型工艺相对较 少 注射o形橡胶密封圈适用于橡胶硬度不高 流动性较好的 橡胶材料 但大直径o形橡胶密封圈采用注射成型工艺却很少 尤其直径超过500 mm的o形橡胶密封圈 o形橡胶密封圈采用 注射成型工艺具有生产效率高 制品性能稳定 劳动强度低等优 点 本文 笔者利用橡胶注射成型机注射o形橡胶密封圈 通过 试验不同的硫化参数 调整硫化时间 硫化温度和注射机的注射 参数 使其各项性能指标满足要求 生产效率大幅提高 一 o形橡胶密封圈的尺寸 性能要求 以一种大直径o形橡胶密封圈为例 规格尺寸如图1所示 此种o形橡胶密封圈主要用于电力系统高压 特高压开关 设备全封闭组合电器 gis 中 用于密封sf6气体 开关设备运 行压力0 40 mpa 密封圈材质采用三元乙丙橡胶 具有极佳的 抗水性 抗化学物 耐高温性和对气体良好的不渗透性 传统的 模压成型工艺由于生产效率低 劳动强度大等原因 已不能满足 市场需求 因此 需要采用注射成型工艺以满足其生产的高效且 质量稳定的要求 二 橡胶注射机的主要参数 生产o形橡胶密封圈的设备为国产全自动橡胶注射机 由 锁模单元 注射塑化单元 液压系统 电气控制系统4部分组成 全自动橡胶注射机具有以下特点 采用西门子的plc电气控制 系统 能够实现模具自动移出和开模 塑化胶料和注射胶料温度 分开控制 采用高强度的冷流道 保证胶料在注射前的温度要 求 故障的自诊断 报警等 注射机采用 先进先出 注射塑化方式 工作过程为注射塑 化装置在注射升降油缸推动下 沿4根导柱上下移动 使喷嘴压 紧模具的注胶口 油马达带动螺杆旋转 将胶料塑化 并挤入注 射料筒下端 胶料推动柱塞上升 达到注射容积 注射时胶料在 注射柱塞作用下到达喷嘴迅速注射入模腔内 经过保压 硫化成 型o形橡胶密封圈 设备主要技术指标如表1所示 三 橡胶注射硫化成型特点 橡胶注射工艺流程为 喂料 塑化 注射 保压 排气 硫化 脱模 在注射过程中 橡胶主要经历了塑化注射和热压 硫化两个阶段 对注射与硫化过程的分析表明 当胶料注射通 过较小的喷嘴时 其注射剪切速率增大 胶料激烈摩擦生热 产 生高温 此时胶料温度已接近硫化温度 再继续加热到所需硫化 温度 就可以在很短的时间内完成硫化 因此 注射硫化的最大 特点是内层胶料和外层胶料的温度差别较小 比较均一 从而为 高温快速硫化提供了必要的前提 因此 用注射成型工艺生产 的制品质量良好 生产效率也较高 注射成型是一种连续自动成型的加工工艺 其主要特点在 于胶料是带状自动供给 容易实现自动化生产 硫化时间短 劳 动强度低等 由于注射的工艺特点 使用注射成型的橡胶材质必 须具有以下几点特征 胶料易于流动 必须具有足够长的焦烧时 间 胶料注入模腔后能迅速硫化 硫化平坦性良好 胶料中不含水 分 易挥发及热分解组分 胶料对模腔无污染性或黏附性等 四 o形橡胶密封圈注射成型硫化条件的选定 o形橡胶密封圈注射成型硫化工艺参数包括注射硫化温 度 硫化时间 硫化压力和注射机塑化温度 注射速度 注射压力 等 各项参数决定了o形橡胶密封圈的性能指标和成型的效果 其中注射硫化温度 硫化时间和硫化压力最为关键 1 橡胶注射硫化工艺参数的选定 o形橡胶密封圈注射成 型材料为三元乙丙橡胶 通过无转子橡胶硫化仪测出某种三元 乙丙橡胶在170 的硫化曲线如图2所示 其纵坐标是硫化过程 中转子的扭矩 间接反映胶料的交联程度 硬度或拉伸强度 其 横坐标是硫化时间 根据检测结果 此种胶料的t10为54 s t90为 59 s 8 min以后 胶料硫化曲线呈平坦硫化状态 一直到30 min 性能未呈现下降趋势 从硫化曲线上反映此种胶料适宜采用注 射成型工艺 为了获得最佳的硫化参数 根据多种温度下硫化曲线 笔者 选择了不同的硫化温度和硫化时间来测试胶料各项性能指标能 平高集团有限公司徐卫星祁万斌王彩君 mm 554 3 2 8 6 0 16 图 1o形橡胶密封圈规格尺寸 表 1全自动橡胶注射机主要参数 序号 1 2 3 4 5 项目 锁模力 开模行程 热板间距 注射压力 注射容积 参数 200 kn 480 mm 560 mm 2300 bar 1500 cm3 2 2 4 4 6 6 8 8 11 13 2 18 0 16 0 14 0 12 0 10 0 8 0 6 0 4 0 2 0 扭矩 kg cm 硫化时间 min 图 2三元乙丙橡胶硫化曲线 66 doi cnki 41 1081 t 20120925 0951 021 网络出版时间 2012 09 25 09 51 网络出版地址 河南科技2012 07上 否达到使用要求 如表2所示 在不同的硫化参数下 注射成型标准样片和样柱 检测胶料 的各项性能指标数值 绘制成曲线 通过对比就可以得出最佳的 硫化参数 其中部分性能曲线如图3至图5所示 从图3可看出 不同硫化条件下 橡胶的拉伸强度变化不大 当硫化温度为170 硫化时间不低于8 min时 橡胶的分子链 交联比较完全 拉伸强度相对较大 从图4可看出 不同硫化条件下 压力一定时 温度越高 硫 化时间越长 分子链形成的交联键密度越大 分子链间的相对滑 动越困难 橡胶的扯断伸长率越低 硫化性能越好 从不同硫化条件下的胶料硬度曲线可以看出 温度越高 硫 化时间越长 橡胶交联密度越完全 硬度越高 从图5可以看出 在硫化工艺为170 9 min时 橡胶的扯 断永久变形最小 性能最为突出 从不同硫化条件下的胶料压缩永久变形曲线可以看出 橡 胶的压缩永久变形随温度和硫化时间的增加而减小 压缩永久 变形越小 橡胶的硫化性能越优异 从不同硫化条件下的胶料压缩耐寒系数曲线可以看出 橡 胶的压缩耐寒性能在硫化温度为170 硫化时间为8 min或9 min时较为突出 综合以上分析结果 选定硫化温度170 硫化时间9 min 试验序号5 为最佳硫化工艺参数 选定原因是硫化条件为 170 9 min与三元乙丙胶170 正硫化时间中的t90比较吻合 在该工艺参数下 三元乙丙胶的硫化已处于平坦硫化阶段 交联 已经完全 各项综合性能指标突出 再增加硫化时间 橡胶的交 联度变化不大 反而可能下降 另需说明的是硫化压力 橡胶注 射机的硫化压力一般为设备最大锁模压力的80 100 以上 试验均采用最大硫化压力 2 注射机注射过程参数的选定 注射机注射过程参数包括 塑化温度和压力 注射压力和速度 排气时间和模板距离等 注 射过程参数影响产品的成型状态和外观尺寸 需要根据o形橡 胶密封圈成型情况 选定了注射机塑化 注射参数 试验研究得 出影响注射成型的因素有3条 一是胶料的塑化温度 在一定 条件下 提高塑化温度 有助于降低胶料的黏度 提高三元乙丙 橡胶的流动性 提高注射效率 降低注射难度 二是注射过程的 压力与速度 由于三元乙丙橡胶黏度较大 流动性差 且模具进 胶口尺寸较小 同时橡胶注射过程为低温塑化 高温注射 胶料 受热后膨胀 如注射速度过快 胶料不能及时进入型腔 而在型腔 外部形成飞边 因此注射压力及速度不宜太大 三是注射时间 如果胶料的注射时间大于焦烧时间 胶料未充满型腔已形成局部 网状结构 造成整体交联不完全 胶料对接处出现老化现象 因 此 胶料的注射时间不能大于焦烧时间 五 o形橡胶密封圈注射模具的设计 o形橡胶密封圈的注射模具设计在材质 加工工艺等方面 无特殊要求 配合设备自动移出 开模 按橡压模设计即可 通 常选用45号优质碳素钢 调质处理 模腔表面镀硬铬 镀铬前模 腔表面粗糙度应在0 8以上 镀铬后抛光等 注射模具最关键的 是流道 进胶口和排气槽的设计和加工 注射模具流道应设计尽量短而粗 断面为半圆形以促进流 动 宽度要逐渐减小 以便压降减小 流道的粗糙度要与型腔一 致 以保证胶料流动性 进胶口应浅宽 深度不超过0 15 mm 宽 度在15 mm左右 同时 进胶口不宜过多 否则浪费胶料 一般在 2 4个为宜 排气槽的设计也很关键 如 554 3 mm 8 6 mm 尺寸的胶圈 原有模具结构的排气槽设计与型腔直接相连 硫化 过程中由于排气槽部位与其他压力不一致 导致成型的密封圈 冷却收缩后该部位形成一个凹陷 影响密封圈的密封性能 经 过设计改进 密封圈排气槽与溢料槽相连 而不与型腔直接相 连 保证了型腔的完整性 避免了密封圈硫痕等缺陷的发生 六 结论 通过不同硫化参数的试验对比 生产出满足使用性能要求 的o形橡胶密封圈 尺寸规格从直径 30 mm到 554 3 mm 线 径从 3 1 mm到 10 mm 模具型腔数从单腔到36腔 实现了多 种规格尺寸密封圈的 注射成型 生产效率提高了3倍 但对于 直径超过 400 mm的o形橡胶密封圈采用注射成型 由于流道 较长 材料利用率没有小直径密封圈利用率高 有待以后改 进 h k 表 2测试不同的硫化温度和硫化参数 序号 1 2 3 4 5 6 实测温度 165 165 165 170 170 170 硫化时间 min 8 9 10 8 9 10 14 12 10 8 6 4 2 0 拉伸强度 mp