大型橡胶圆环筒制品成型及模具设计

1、橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT ·50·第 36卷 第 2期大型橡胶圆环筒制品成型及模具设计胡海明,张浩(青岛科技大学机电工程学院,山东 青岛 266061摘 要 :通 过 对 大 型 橡 胶 圆 环 筒 状 制 品 的 模 压 法 、 压 注 法 、 注 射 法 成 型 过 程 原 理 、 模 具 结 构 、 成 型 制 品 特 点 等 进 行 了 详 细 的 分析,验证了大型橡胶圆环筒状制品采用注射法成型的优越性。关键词:橡胶;圆环制品;成型工艺;模具设计作 者 简 介 :胡 海 明 (1964

2、- , 男 , 青 岛 科 技 大 学 教 授,主要从事模具CAD的教学与科研工作。收稿日期:2009-03-01橡 胶 圆 环 筒 制 品 如 图 1所 示 , 该 制 品 所 用 材 料 为 具 有 透 气 率 低 、 热 稳 定 性 好 、 减 震 性 能 好 等 优 点 的 丁 基 橡 胶 , 制 品 厚 度 为 2. 5 m m , 最 大 外 径 为 880 m m , 最 小 内 径 为 480 m m , 高 度 为 60 m m , 重 量 大 约 8 k g 。 制 品 成 分 由 丁 基 橡 胶 100, 氧 化 剂 (活 性 4. 05. 0、 硫 磺 1. 22. 0

3、, 炭 黑 (H A F 1020, 炭 黑 (S R F 3545, 促 进 剂 (M 0. 71. 2, 超 促 进 剂 (E Z 0. 71. 4, 促 进 剂 (T T 0. 71. 4, 液 体 石 蜡 3. 05. 0, 固 体 古 马 龙 4. 06. 0, 硬 脂 酸 0. 51. 2组 成 。 按 照 丁 基 橡 胶 炼 胶 工 艺 进 行 。 该 制 品 常 用 于 橡 胶 类 产 品 的 内 支 撑 , 要 求 具 有 一 定 的 密 封 性 、 伸 缩 性 , 同 时 外 观 要 求 无 气 泡 、 硫痕、缺料、裂口等缺陷。由 于 制 品 形 状 比 较 复 杂 , 制

4、 品 上 下 均 有 圆环 状 部 分 , 采 用 何 种 成 型 工 艺 是 成 型 该 制 品 的 关 键 。 下 面 就 几 种 成 型 工 艺 方 法 进 行 分 析 比 较。1 模压成型模 压 法 是 橡 胶 制 品 生 产 中 最 常 见 的 成 型 方 法 , 针 对 于 此 橡 胶 圆 环 筒 制 品 , 设 计 模 具 如 图 2所 示 。 由 于 沿 模 具 开 模 方 向 上 制 品 上 下 有 圆 环 形 状 , 所 以 采 用 模 压 成 型 工 艺 时 需 要 将 模 具 分 为几部分来完成半成品胶料的填充。图 1制品图 图 2模压成型模具胡海明等·大型橡

5、胶圆环筒制品成型及模具设计 ·51·2010年 第 36卷机械与模具首 先 将 压 片 好 的 预 成 型 胶 料 放 在 下 模 板 上 面 , 下 模 向 下 运 动 逐 渐 压 紧 胶 料 , 再 将 预 成 型 胶 料 放 在 下 模 的 内 侧 , 此 时 , 将 芯 模 移 至 模 具 中 , 并 与 下 模 板 配 合 好 。 再 将 胶 料 贴 合 在 芯 模 上 面 , 上 模 再 移 至 模 具 中 , 最 后 将 制 品 中 的 最 后 一 片 胶 片 放 在 上 模 上 。 胶 片 放 置 完 成 后 , 把 模具放入硫化机中加热、加压硫化成型制品。

6、开 模 过 程 , 上 模 板 先 开 启 , 然 后 下 模 板 开 启 。 上 模 板 开 启 过 程 中 上 模 板 上 的 制 品 圆 片 向 内 翻 转 , 脱 离 上 模 板 。 此 时 下 模 向 上 移 动 , 从 而 带 动 芯 模 向 上 移 动 , 当 移 动 一 定 距 离 以 后 停 止 芯 模 向 上 顶 出 , 此 时 整 个 制 品 包 裹 在 芯 模 上 , 然 后 可 采 用 气 顶 的 方 式 把 制 品 脱 离 芯 模 完 成制品成型过程。从 上 面 制 品 成 型 过 程 可 以 看 出 采 用 模 压 法 成 型 , 操 作 复 杂 , 工 人 劳

7、动 强 度 大 , 制 品 成 型 会 在 贴 片 处 产 生 结 合 缝 等 缺 陷 。 另 外 对 模 具 温 度 、 成 型 时 间 等 方 面 的 控 制 都 存 在 不 确 定 因 素 , 因 此 成 型 制 品 质 量 差 。 目 前 国 内 此 类 产 品 使用该方法成型较多,制品质量得不到保证。2 压注成型压 注 成 型 法 就 是 胶 料 在 压 力 的 作 用 下 被 注 入 模 具 型 腔 , 经 过 加 热 硫 化 而 得 到 制 品 零 件 的 生 产 方 法 。 压 注 成 型 法 所 使 用 的 模 具 就 是 在 模 压 成 型 法 中 所 使 用 的 模 具

8、(即 普 通 压 胶 模 的 基 础 上 增 加 传 递 压 力 的 机 构 (容 纳 成 型 制 品 零 件 所 需 要 的 胶 料 和 推 进 胶 料 进 入 模 具 型 腔 的 料 斗 和柱塞 , 同时在模具的相应部位开设胶料进入模 具 型 腔 的 浇 道 。 压 注 成 型 法 加 料 前 模 具 处 于 闭 合 状 态 , 可 以 成 型 深 孔 , 形 状 复 杂 带 有 精 细 或 易碎嵌件的制品。针 对 此 制 品 较 薄 而 且 高 度 和 径 向 尺 寸 较 大 的 特 点 , 这 使 得 胶 料 在 型 腔 中 流 动 阻 力 较 大 , 因 此 采 用 移 动 式 压

9、注 模 , 并 且 从 上 模 板 和 下 模 板 同 时 压 注 , 上 模 板 和 下 模 板 上 分 别 设 有 四 个 相 同 的 加 料 腔 , 并 且 这 八 个 加 料 腔 沿 圆 周 方 向 均 匀 分 布 , (即 下 模 板 上 的 四 个 加 料 腔 的 中 心 线 并 非 与 上 模 板 加 料 腔 的 轴 线 重 合 而 是 相 差 45° 从 而 保 证 浇 注 系 统 的 平 衡 。 模 具 整 体 结 构如图 3所示。图 3压注成型模具采 用 压 注 成 型 模 具 开 模 可 在 压 机 内 完 成 , 也 可 采 用 移 出 压 机 外 完 成 ,

10、 其 开 模 动 作 过 程 过 程 类 似 于 模 压 法 模 具 开 模 过 程 。 模 具 开 模 动 作 过 程 考 虑 的 关 键 问 题 就 是 , 制 品 中 上 下 两 圆 片 的 脱 出 。 设 置 好 成 型 该 处 的 模 板 顺 序 动 作 即 可。制 品 采 用 压 注 成 型 制 品 高 度 方 向 的 尺 寸 精 度 较 高 , 分 型 面 处 飞 边 很 薄 , 便 于 去 除 。 压 注 时 胶 料 以 高 速 挤 入 型 腔 , 并 经 分 浇 道 及 狭 窄 进 料 口 时 , 由 于 摩 擦 作 用 胶 料 能 很 快 均 匀 地 热 透 和 硬 化 ,

11、 并 且 此 压 注 模 具 中 加 料 腔 的 布 置 方 式 也 充 分 保 证 了 浇 料 的 充 分 填 充 , 因 此 制 品 性 能 均 匀 、 质 量 较 高 。 由 于 熔 料 经 过 浇 注 系 统 进 入 型 腔 会 产 生 一 定 的 压 力 损 失 使 得 所 需 成 型 压 力 较 大 , 胶 料 在 模 腔 内 快 速 充 满 型 腔 有 时 可 能 导 致 气 体 排 出 困 难 , 需 要 在 模 具 上 开 设 排 气 槽 ; 耗料比模压成型多。3 注射成型注 射 成 型 是 一 种 设 定 硫 化 温 度 后 , 把 已 塑 化 预 热 过 的 混 炼 胶

12、快 速 注 入 模 具 内 , 在 短 时 间 内 使 橡 胶 制 品 成 型 的 硫 化 方 法 。 注 射 成 型 的 成 型 周 期 短 , 成 型 制 品 质 量 可 由 几 克 到 几 十 千 克 , 能 一 次 成 型 外 形 复 杂 、 尺 寸 精 确 的 模 塑 品 。 成 型 方 法 适 应 性 强 , 生 产 效 率 高 。 近 年 来 在 许 多 橡 胶 加 工 方 法 中 , 通 过 注 射 成 型 制 造 各 种 制 品 正 在 不断增加,制品质量一致性好。橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT &#

13、183;52·第 36卷 第 2期该 制 品 模 具 结 构 可 采 用 几 种 形 式 , 其 中 之 一 如 图 4所 示 。 模 具 采 用 圆 环 形 浇 口 成 型 , 浇 口 厚度 1.5 mm,主流道直径 20mm 。气顶脱模。 模 具 的 开 模 顺 序 如 前 所 述 。 注 射 成 型 参 数 :注 射 压 力 120160 M P a ; 硫 化 温 度 190º 硫 化 时 间 70 min。设备锁模力 500 t。支 撑 块 向 下 运 动 与 制 品 分 离 , 此 时 便 可 以 取 出 制品。合模过程与开模过程相反。该 制 品 采 用 注 射

14、 成 型 , 由 于 胶 料 在 喂 料 时 经 过 螺 杆 的 充 分 混 合 , 又 在 注 射 机 内 高 温 高 压 下 注 入 模 腔 , 制 品 内 部 质 地 均 匀 密 实 , 分 子 网 状 交 联 比 模 压 法 充 分 , 所 以 制 品 的 使 用 寿 命 相 对 较 长 。 滤 胶 后 不 再 需 要 预 成 型 、 称 量 , 这 样 减少了人工操作。4 结语综 上 所 述 , 模 压 成 型 和 压 注 成 型 都 是 常 用 的 成 型 方 法 。 模 压 成 型 和 压 注 成 型 的 最 大 区 别 在 于 前 者 设 有 单 独 的 加 料 室 , 但 橡

15、 胶 制 品 的 模 压 成 型 法 或 压 注 成 型 , 离 不 开 胶 料 的 混 炼 、 半 成 品 预 制 、 胶 料 的 切 割 分 块 称 重 、 装 模 、 加 压加 热 、 硫 化 、 启 模 取 件 和 修 除 飞 边 等 工 艺 过 程 。 实 践 证 明 此 类 制 品 选 择 注 射 成 型 法 成 型 , 胶 料 是 以 带 状 的 形 式 供 给 的 , 不 用 进 行 复 杂 的 准 备 和 繁 琐 的 称 量 , 能 够 均 匀 硫 化 厚 壁 橡 胶 制 品 , 能 得 到 质 量 上 乘 , 尺 寸 精 确 度 高 的 产 品 , 注 射 成 型 法 生

16、产 过 程 中 , 由 于 胶 料 得 到 了 预 热 和 受 挤 压 流 动 所 产 生 的 摩 擦 热 的 共 同 作 用 而 塑 化 , 塑 性 化 了 的 胶 料 又 有 利 于 自 身 的 流 动 , 并 加 速 了 硫 化 , 因 而 缩 短 了 硫 化 所 需 要 的 时 间 。 最 终 经 注 射 成 型 得 到 的 制 品 质 量 优 于 模 压 法 成 型。参考文献:1蔡玲 . 橡胶加工技术之进展 J. 世界橡胶工业, 2007, 34(8:3136.2 王薇,陈树新 . 橡胶制品成型技术的新进展 J. 橡塑技术 与装备, 2002, 28(5:15.3 丁晓晖 . 球头防尘罩橡胶模具设计与制造工艺 J. Dieand Mould Technology, 2007,(2 2627.(XS