余曉明,朱飛雷,黃小偉,羅唐暢

(桂林特邦新材料有限公司,廣西桂林 541004)

繩鋸橡膠成型模具設計及應用

余曉明,朱飛雷,黃小偉,羅唐暢

(桂林特邦新材料有限公司,廣西桂林 541004)

介紹了橡膠成型模具的類型,各種橡膠模具的特點及適用范圍。闡述了如何選取橡膠模具的分型面、模具的定位、模腔布局、模具材質和橡膠收縮率的問題。最后介紹了金剛石繩鋸固定橡膠注壓成型模具結構,并根據制品檢測數據對模具結構進行優(yōu)化設計。

橡膠模具;注壓成型;結構優(yōu)化;金剛石繩鋸

1 引 言

橡膠模具是橡膠制品生產的專用工作部件,是膠料或半成品在一定溫度、壓力、時間條件下、借助模具完成制品的硫化,即可獲得所需形狀的橡膠模制品。隨著我國橡膠制品工業(yè)的發(fā)展,橡膠制品的種類日益增多,產量日益擴大,促使著橡膠模具設計與制造由傳統(tǒng)的經驗設計到理論計算設計,尤其是橡膠生產設備的不斷提高與生產工藝的不斷改進,橡膠模具越來越多,模具的制造水平與模具的復雜程度也越來越高。高效率、自動化、精密、長壽命已經成為橡膠模具發(fā)展的趨勢。模具設計是否合理會直接影響制品的外形尺寸,物理性能和外觀質量。

2 橡膠模具類型

橡膠模具根據模具結構和制品生產工藝的不同分為壓制成型模具、注壓成型模具、注射成型模具、擠出成型模具四大常用類型。

(1)壓制成型模具

是指將一定形狀的膠料,經稱量加入敞開的型腔內,用壓機閉模加壓,然后膠料在受熱受壓條件下呈現塑性流動充滿整個模腔,經過一定時間后完成硫化,再脫模和清除飛邊得到所需制品的方法。

特點:結構簡單,通用性強,適用面廣,操作方便。如:平板硫化機上用的模具(該類模具在生產中占較大的比例)

(2)注壓成型模具

是指將塑煉過的膠料裝入模具專用或通用外加料室中,通過液壓機規(guī)定的壓力,將膠料由模具的澆注系統(tǒng)擠入預先閉合好的模具型腔內,保持規(guī)定的硫化溫度及時間以成型制品的方法。

特點:型腔先閉合,再注入膠料,膠邊少,制品致密性好,質量高,但注壓模造價稍高,操作勞動強度大。適用于一些形狀較復雜、細長、薄壁、多嵌件、以及直接裝膠有困難的制品。

(3)注射成型模具

在注射機上(注壓機)專用的模具,利用注射機的螺桿或柱塞,將膠料直接由機筒注入模腔,完成成型并進行硫化的生產方法。

特點:先閉模,再注膠,膠邊少,質量高,且生產和自動化程度高,但造價高,結構上比壓鑄模復雜。適于大型成批生產的厚、薄壁以及幾何形狀復雜的制品。

(4)擠出成型模具

通過螺桿的旋轉,使膠料在螺桿和機筒之間受到強大的擠壓力并不斷被向前移送,通過機頭上的口型模而擠出各種截面形狀的橡膠半成品。

特點:成本低、效率高,制品致密性好。

3 橡膠模具結構設計

橡膠模具是生產橡膠制品硫化的主要設備之一,而模具設計要根據制品形狀、特性和使用要求來進行合理設計。針對上述要點,模具設計應遵循下列原則:

(1)了解橡膠制品的材料種類、材料硬度、收縮率;

(2)橡膠制品分型面、撕邊槽、余料槽的合理選定;

(3)模具結構合理、定位可靠、模腔數量適當、便于加工和使用;

(4)模具材料應有足夠的強度和剛度,力求外形小、重量輕。

3.1 模具分型面的設計

模具的設計必須考慮制品工作面、制品高度、脫模、制品外觀要求等因素。設計時模具的分型面應盡量避開制品工作面。凡制品高度超過3mm或帶有骨架的產品,在設計模具時都應該考慮制品排氣和取出方便,否則產品易產生氣泡、缺料。另外,模具分型面的選取必須考慮到產品易脫模。

3.2 模具的定位

模具一般由多塊模板拼合而成,要確保制品在模腔中獲得準確的形狀和位置,必須采用不同的方式定位,常用的有圓柱面、圓錐面、斜邊、導柱導套等定位方式。

3.3 模具型腔布局和模具材質

確定模具外形尺寸時,首先必須考慮制品的幾何形狀、模腔的數量、硫化設備和模具加工設備、年需求量等因素。為了合理掌握模具模腔數,應注意以下幾點:

(1)對需求量很少的,可采用一模一腔,這樣既滿足了需求量,又縮短了加工周期;

(2)對需求量很大的,形狀簡單的可采用一模多腔,這樣既提高了生產效率,又降低了單件成本,同時具有一定的市場竟爭力;

(3)對于形狀復雜或帶有骨架的制品,模腔不宜過多。

3.4 橡膠收縮率

熱硫化時,膠料內部發(fā)生形變和交聯(lián),由此而產生的應力被硫化過程所固定。在硫化膠料冷卻過程中應力趨于消除,制品的線性尺寸成比例縮小。橡膠硫化后收縮率(相對模腔尺寸而言)一般為1.5%～3.0%。因此,在設計模具時尺寸需相應加大,加大的比例即為模壓制品的橡膠收縮率。影響橡膠收縮率的因素很多,如橡膠熱膨脹、產品壁厚、有無骨架、含膠量、膠料致密度及硫化工藝等因素。

4 設計實例

本文以圖1所示金剛石繩鋸橡膠檢測試樣的硫化成型為例,探討了注壓成型模具結構設計,并根據試模制品的性能檢測與分析后對模具結構進行優(yōu)化設計。

圖1 金剛石繩鋸結構示意圖Fig.1 Structure diagram of diamond wire saw

圖1所示產品為金剛石繩鋸橡膠檢測試樣,金剛石繩鋸主要由鋼絲繩、金剛石串珠(7粒)、橡膠固定材料三部分組成,該產品具有以下特點:

(1)串珠通過橡膠與鍍銅鋼絲繩結合在一起,串珠基體與橡膠必須具有很好的結合性,橡膠與鍍銅鋼絲繩也必須具有很好的結合性;

(2)繩鋸結構特殊,串珠間由橡膠隔開,每節(jié)橡膠都要設置獨立澆口;

(3)串珠基體內孔和鋼絲繩間隙較小(最大只有0.3mm),且橡膠必須充滿該間隙;

(4)繩鋸具有繩索的柔性,橡膠固定材料要具有良好的耐曲撓龜裂性能;

(5)金剛石繩鋸工作時切割速度較快,串珠摩擦升溫較高,因此橡膠固定材料要具有良好的耐熱老化性能。

4.1 模具結構設計

根據金剛石繩鋸橡膠檢測試樣外形結構特點,結合公司實驗室現有設備,選擇50t平板硫化設備,為了橡膠檢測試樣生產的方便和高效,設計注壓成型模具,模具共分3層,模具結構見圖2。

圖2 繩鋸注壓模結構示意圖Fig.2 Structure diagram of wire saw injection molding die

4.2 模具使用

(1)模具清理干凈后,將組合的3塊模具分開平鋪于平板硫化機上預熱;

(2)裁剪長120～130mm、厚度6～10mm一定重量的橡膠條備用;

(3)裁剪400～500mm干凈的鍍銅鋼絲繩,每根鋼絲繩上穿7顆串珠;

(4)模具預熱達到設定溫度后,將鋼絲繩和串珠放于下模板型腔內;

(5)將中模板對齊合在下模板上,把裁剪好的橡膠條放在中模板的料槽里;

(6)將注塞對齊中模板的料槽后合上上模板,接著把三個模板一起放到平板機加熱板上加壓加熱硫化。

4.3 橡膠檢測試樣的檢測

金剛石繩鋸橡膠檢測試樣只要是檢測串珠基體與鍍銅鋼絲繩間的固定強度。測試時選取試樣中間的5粒串珠并把串珠兩端的橡膠去除,將試樣鋼絲繩一端固定在試驗機上夾具上,另一端待測串珠固定在試驗機下夾具上,勻速移動上夾具,記錄串珠剝離時的剪切力。

模具首次試模的試樣檢測數據見表1。

表1 串珠基體與鋼絲繩固定強度測試-首次試模的數據(N)Table 1 Fixation strength test of bead matrix and wire rope-data of the initial test mold(N)

從試模的試樣檢測數據可以看到不同串珠與鋼絲繩固定強度差異較大,試樣橡膠硫化后的外觀很好(沒有氣泡或注不滿的現象)。經過分析認為是串珠基體與鋼絲繩間存在氣泡是造成串珠與鋼絲繩固定強度差異較大的主要原因。從模具結構可以看到橡膠是在注塞作用下從澆口同時壓進硫化型腔的,串珠基體兩端的橡膠也是同時填充基體與鋼絲繩間的間隙,這樣就會導致串珠與鋼絲繩間存在氣泡。于是確定從改變排氣槽位置和不同位置澆口的形狀來改變串珠基體兩端橡膠的填充順序,從而避免串珠基體與鋼絲繩間產生氣泡。

模具結構優(yōu)化后試模的試樣檢測數據見表2。

表2 串珠基體與鋼絲繩固定強度測試-結構優(yōu)化后試模的數據(N)Table 2 Fixation strength test of bead matrix and wire rope-data of the test mold after structure optimization(N)

經過模具結構優(yōu)化后,繩鋸橡膠試樣不同串珠與鋼絲繩固定強度波動降低很多,滿足了串珠與鋼絲繩固定強度檢測試驗條件要求。后續(xù)制作的多條繩鋸橡膠試樣測試的串珠與鋼絲繩固定強度波動幅度都較小,因此結構優(yōu)化后的橡膠硫化模具可以用于橡膠原材料串珠固定強度檢測。

5 結束語

隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展,各種形狀復雜、外形尺寸精度高、質量好的橡膠制品日益增多。橡膠模具設計要根據制品形狀、特性和使用要求來進行合理考慮模具分型面、模腔排氣、型腔結構、橡膠收縮率、模具材質等。

[1] 虞福榮.橡膠模具實用手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1996.

[2] 馮炳堯.模具設計與制造簡明手冊[M].上海:上海科學出版社, 1985.

[3] 張敬之.橡膠通用物理和化學試驗方法標準綜述(下)[J].化工標準化與質量監(jiān)督,1998(12):9-13.

[4] 張新熳.橡膠的粘接試驗方法[J].橡膠譯叢,1994(1): 56-63.

Design and Application of Rubber Molding Die of Wire Saw

YU Xiao-ming,ZHU Fei-lei,HUANG Xiao-wei,LUO Tang-chang
(Guilin Tebon Superhard Material Co.,Ltd,Guilin,Guangxi 541004)

Different types of rubber molding dies and their characteristics and range of application have been introduced in this article.And the mold joint selection,mold positioning,cavity layout,mold material and rubber shrinkage are expounded.In the end of the article,the structure of fixed rubber injection molding die for diamond wire saw has been introduced and the mold structure has been optimally designed based on the test data of the product.

rubber mold;injection molding;structure optimization;diamond wire saw

TQ164

A

1673-1433(2017)01-0015-04

2016-10-18

余曉明(1985-),男,助理工程師。E-mail:yxm053412@163.com。

余曉明,朱飛雷,黃小偉,等.繩鋸橡膠成型模具設計及應用[J].超硬材料工程,2017,29(1):15-18.