大型橡膠圓環(huán)筒制品成型及模具設(shè)計

1、橡塑技術(shù)與裝備CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT ·50·第 36卷 第 2期大型橡膠圓環(huán)筒制品成型及模具設(shè)計胡海明,張浩(青島科技大學機電工程學院,山東 青島 266061摘 要 :通 過 對 大 型 橡 膠 圓 環(huán) 筒 狀 制 品 的 模 壓 法 、 壓 注 法 、 注 射 法 成 型 過 程 原 理 、 模 具 結(jié) 構(gòu) 、 成 型 制 品 特 點 等 進 行 了 詳 細 的 分析,驗證了大型橡膠圓環(huán)筒狀制品采用注射法成型的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:橡膠;圓環(huán)制品;成型工藝;模具設(shè)計作 者 簡 介 :胡 海 明 (1964

2、- , 男 , 青 島 科 技 大 學 教 授,主要從事模具CAD的教學與科研工作。收稿日期:2009-03-01橡 膠 圓 環(huán) 筒 制 品 如 圖 1所 示 , 該 制 品 所 用 材 料 為 具 有 透 氣 率 低 、 熱 穩(wěn) 定 性 好 、 減 震 性 能 好 等 優(yōu) 點 的 丁 基 橡 膠 , 制 品 厚 度 為 2. 5 m m , 最 大 外 徑 為 880 m m , 最 小 內(nèi) 徑 為 480 m m , 高 度 為 60 m m , 重 量 大 約 8 k g 。 制 品 成 分 由 丁 基 橡 膠 100, 氧 化 劑 (活 性 4. 05. 0、 硫 磺 1. 22. 0

3、, 炭 黑 (H A F 1020, 炭 黑 (S R F 3545, 促 進 劑 (M 0. 71. 2, 超 促 進 劑 (E Z 0. 71. 4, 促 進 劑 (T T 0. 71. 4, 液 體 石 蠟 3. 05. 0, 固 體 古 馬 龍 4. 06. 0, 硬 脂 酸 0. 51. 2組 成 。 按 照 丁 基 橡 膠 煉 膠 工 藝 進 行 。 該 制 品 常 用 于 橡 膠 類 產(chǎn) 品 的 內(nèi) 支 撐 , 要 求 具 有 一 定 的 密 封 性 、 伸 縮 性 , 同 時 外 觀 要 求 無 氣 泡 、 硫痕、缺料、裂口等缺陷。由 于 制 品 形 狀 比 較 復(fù) 雜 , 制

4、 品 上 下 均 有 圓環(huán) 狀 部 分 , 采 用 何 種 成 型 工 藝 是 成 型 該 制 品 的 關(guān) 鍵 。 下 面 就 幾 種 成 型 工 藝 方 法 進 行 分 析 比 較。1 模壓成型模 壓 法 是 橡 膠 制 品 生 產(chǎn) 中 最 常 見 的 成 型 方 法 , 針 對 于 此 橡 膠 圓 環(huán) 筒 制 品 , 設(shè) 計 模 具 如 圖 2所 示 。 由 于 沿 模 具 開 模 方 向 上 制 品 上 下 有 圓 環(huán) 形 狀 , 所 以 采 用 模 壓 成 型 工 藝 時 需 要 將 模 具 分 為幾部分來完成半成品膠料的填充。圖 1制品圖 圖 2模壓成型模具胡海明等·大型橡

5、膠圓環(huán)筒制品成型及模具設(shè)計 ·51·2010年 第 36卷機械與模具首 先 將 壓 片 好 的 預(yù) 成 型 膠 料 放 在 下 模 板 上 面 , 下 模 向 下 運 動 逐 漸 壓 緊 膠 料 , 再 將 預(yù) 成 型 膠 料 放 在 下 模 的 內(nèi) 側(cè) , 此 時 , 將 芯 模 移 至 模 具 中 , 并 與 下 模 板 配 合 好 。 再 將 膠 料 貼 合 在 芯 模 上 面 , 上 模 再 移 至 模 具 中 , 最 后 將 制 品 中 的 最 后 一 片 膠 片 放 在 上 模 上 。 膠 片 放 置 完 成 后 , 把 模具放入硫化機中加熱、加壓硫化成型制品。

6、開 模 過 程 , 上 模 板 先 開 啟 , 然 后 下 模 板 開 啟 。 上 模 板 開 啟 過 程 中 上 模 板 上 的 制 品 圓 片 向 內(nèi) 翻 轉(zhuǎn) , 脫 離 上 模 板 。 此 時 下 模 向 上 移 動 , 從 而 帶 動 芯 模 向 上 移 動 , 當 移 動 一 定 距 離 以 后 停 止 芯 模 向 上 頂 出 , 此 時 整 個 制 品 包 裹 在 芯 模 上 , 然 后 可 采 用 氣 頂 的 方 式 把 制 品 脫 離 芯 模 完 成制品成型過程。從 上 面 制 品 成 型 過 程 可 以 看 出 采 用 模 壓 法 成 型 , 操 作 復(fù) 雜 , 工 人 勞

7、動 強 度 大 , 制 品 成 型 會 在 貼 片 處 產(chǎn) 生 結(jié) 合 縫 等 缺 陷 。 另 外 對 模 具 溫 度 、 成 型 時 間 等 方 面 的 控 制 都 存 在 不 確 定 因 素 , 因 此 成 型 制 品 質(zhì) 量 差 。 目 前 國 內(nèi) 此 類 產(chǎn) 品 使用該方法成型較多,制品質(zhì)量得不到保證。2 壓注成型壓 注 成 型 法 就 是 膠 料 在 壓 力 的 作 用 下 被 注 入 模 具 型 腔 , 經(jīng) 過 加 熱 硫 化 而 得 到 制 品 零 件 的 生 產(chǎn) 方 法 。 壓 注 成 型 法 所 使 用 的 模 具 就 是 在 模 壓 成 型 法 中 所 使 用 的 模 具

8、(即 普 通 壓 膠 模 的 基 礎(chǔ) 上 增 加 傳 遞 壓 力 的 機 構(gòu) (容 納 成 型 制 品 零 件 所 需 要 的 膠 料 和 推 進 膠 料 進 入 模 具 型 腔 的 料 斗 和柱塞 , 同時在模具的相應(yīng)部位開設(shè)膠料進入模 具 型 腔 的 澆 道 。 壓 注 成 型 法 加 料 前 模 具 處 于 閉 合 狀 態(tài) , 可 以 成 型 深 孔 , 形 狀 復(fù) 雜 帶 有 精 細 或 易碎嵌件的制品。針 對 此 制 品 較 薄 而 且 高 度 和 徑 向 尺 寸 較 大 的 特 點 , 這 使 得 膠 料 在 型 腔 中 流 動 阻 力 較 大 , 因 此 采 用 移 動 式 壓

9、注 模 , 并 且 從 上 模 板 和 下 模 板 同 時 壓 注 , 上 模 板 和 下 模 板 上 分 別 設(shè) 有 四 個 相 同 的 加 料 腔 , 并 且 這 八 個 加 料 腔 沿 圓 周 方 向 均 勻 分 布 , (即 下 模 板 上 的 四 個 加 料 腔 的 中 心 線 并 非 與 上 模 板 加 料 腔 的 軸 線 重 合 而 是 相 差 45° 從 而 保 證 澆 注 系 統(tǒng) 的 平 衡 。 模 具 整 體 結(jié) 構(gòu)如圖 3所示。圖 3壓注成型模具采 用 壓 注 成 型 模 具 開 模 可 在 壓 機 內(nèi) 完 成 , 也 可 采 用 移 出 壓 機 外 完 成 ,

10、 其 開 模 動 作 過 程 過 程 類 似 于 模 壓 法 模 具 開 模 過 程 。 模 具 開 模 動 作 過 程 考 慮 的 關(guān) 鍵 問 題 就 是 , 制 品 中 上 下 兩 圓 片 的 脫 出 。 設(shè) 置 好 成 型 該 處 的 模 板 順 序 動 作 即 可。制 品 采 用 壓 注 成 型 制 品 高 度 方 向 的 尺 寸 精 度 較 高 , 分 型 面 處 飛 邊 很 薄 , 便 于 去 除 。 壓 注 時 膠 料 以 高 速 擠 入 型 腔 , 并 經(jīng) 分 澆 道 及 狹 窄 進 料 口 時 , 由 于 摩 擦 作 用 膠 料 能 很 快 均 勻 地 熱 透 和 硬 化 ,

11、 并 且 此 壓 注 模 具 中 加 料 腔 的 布 置 方 式 也 充 分 保 證 了 澆 料 的 充 分 填 充 , 因 此 制 品 性 能 均 勻 、 質(zhì) 量 較 高 。 由 于 熔 料 經(jīng) 過 澆 注 系 統(tǒng) 進 入 型 腔 會 產(chǎn) 生 一 定 的 壓 力 損 失 使 得 所 需 成 型 壓 力 較 大 , 膠 料 在 模 腔 內(nèi) 快 速 充 滿 型 腔 有 時 可 能 導 致 氣 體 排 出 困 難 , 需 要 在 模 具 上 開 設(shè) 排 氣 槽 ; 耗料比模壓成型多。3 注射成型注 射 成 型 是 一 種 設(shè) 定 硫 化 溫 度 后 , 把 已 塑 化 預(yù) 熱 過 的 混 煉 膠

12、快 速 注 入 模 具 內(nèi) , 在 短 時 間 內(nèi) 使 橡 膠 制 品 成 型 的 硫 化 方 法 。 注 射 成 型 的 成 型 周 期 短 , 成 型 制 品 質(zhì) 量 可 由 幾 克 到 幾 十 千 克 , 能 一 次 成 型 外 形 復(fù) 雜 、 尺 寸 精 確 的 模 塑 品 。 成 型 方 法 適 應(yīng) 性 強 , 生 產(chǎn) 效 率 高 。 近 年 來 在 許 多 橡 膠 加 工 方 法 中 , 通 過 注 射 成 型 制 造 各 種 制 品 正 在 不斷增加,制品質(zhì)量一致性好。橡塑技術(shù)與裝備CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT &#

13、183;52·第 36卷 第 2期該 制 品 模 具 結(jié) 構(gòu) 可 采 用 幾 種 形 式 , 其 中 之 一 如 圖 4所 示 。 模 具 采 用 圓 環(huán) 形 澆 口 成 型 , 澆 口 厚度 1.5 mm,主流道直徑 20mm 。氣頂脫模。 模 具 的 開 模 順 序 如 前 所 述 。 注 射 成 型 參 數(shù) :注 射 壓 力 120160 M P a ; 硫 化 溫 度 190º 硫 化 時 間 70 min。設(shè)備鎖模力 500 t。支 撐 塊 向 下 運 動 與 制 品 分 離 , 此 時 便 可 以 取 出 制品。合模過程與開模過程相反。該 制 品 采 用 注 射

14、 成 型 , 由 于 膠 料 在 喂 料 時 經(jīng) 過 螺 桿 的 充 分 混 合 , 又 在 注 射 機 內(nèi) 高 溫 高 壓 下 注 入 模 腔 , 制 品 內(nèi) 部 質(zhì) 地 均 勻 密 實 , 分 子 網(wǎng) 狀 交 聯(lián) 比 模 壓 法 充 分 , 所 以 制 品 的 使 用 壽 命 相 對 較 長 。 濾 膠 后 不 再 需 要 預(yù) 成 型 、 稱 量 , 這 樣 減少了人工操作。4 結(jié)語綜 上 所 述 , 模 壓 成 型 和 壓 注 成 型 都 是 常 用 的 成 型 方 法 。 模 壓 成 型 和 壓 注 成 型 的 最 大 區(qū) 別 在 于 前 者 設(shè) 有 單 獨 的 加 料 室 , 但 橡

15、 膠 制 品 的 模 壓 成 型 法 或 壓 注 成 型 , 離 不 開 膠 料 的 混 煉 、 半 成 品 預(yù) 制 、 膠 料 的 切 割 分 塊 稱 重 、 裝 模 、 加 壓加 熱 、 硫 化 、 啟 模 取 件 和 修 除 飛 邊 等 工 藝 過 程 。 實 踐 證 明 此 類 制 品 選 擇 注 射 成 型 法 成 型 , 膠 料 是 以 帶 狀 的 形 式 供 給 的 , 不 用 進 行 復(fù) 雜 的 準 備 和 繁 瑣 的 稱 量 , 能 夠 均 勻 硫 化 厚 壁 橡 膠 制 品 , 能 得 到 質(zhì) 量 上 乘 , 尺 寸 精 確 度 高 的 產(chǎn) 品 , 注 射 成 型 法 生

16、產(chǎn) 過 程 中 , 由 于 膠 料 得 到 了 預(yù) 熱 和 受 擠 壓 流 動 所 產(chǎn) 生 的 摩 擦 熱 的 共 同 作 用 而 塑 化 , 塑 性 化 了 的 膠 料 又 有 利 于 自 身 的 流 動 , 并 加 速 了 硫 化 , 因 而 縮 短 了 硫 化 所 需 要 的 時 間 。 最 終 經(jīng) 注 射 成 型 得 到 的 制 品 質(zhì) 量 優(yōu) 于 模 壓 法 成 型。參考文獻:1蔡玲 . 橡膠加工技術(shù)之進展 J. 世界橡膠工業(yè), 2007, 34(8:3136.2 王薇,陳樹新 . 橡膠制品成型技術(shù)的新進展 J. 橡塑技術(shù) 與裝備, 2002, 28(5:15.3 丁曉暉 . 球頭防塵罩橡膠模具設(shè)計與制造工藝 J. Dieand Mould Technology, 2007,(2 2627.(XS