劉 瑩

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

橡膠制品具有較高的回彈性，飛機(jī)結(jié)構(gòu)間的減振、密封通常會(huì)采用橡膠墊、橡膠圈等橡膠制品，溫度要求不高的區(qū)域通常采用天然橡膠，高溫區(qū)域的密封減振則采用硅橡膠制品。相比于天然橡膠制品，硅橡膠制品具有更好的耐高低溫、耐磨、耐老化性能，被廣泛應(yīng)用在飛機(jī)的關(guān)鍵部位。飛機(jī)上密封不嚴(yán)或密封失效極大地影響著飛行安全，因此，對(duì)密封起到關(guān)鍵作用的橡膠制品的表面質(zhì)量及內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)飛機(jī)密封的效果至關(guān)重要。

1 大尺寸異形橡膠密封件模壓成型的研制過(guò)程

1.1 現(xiàn)狀

某項(xiàng)目飛機(jī)機(jī)頭側(cè)風(fēng)擋使用的是回字形的雙曲面密封圈，材料為6144 硅橡膠，尺寸為814 mm×744 mm，由于尺寸較大，傳統(tǒng)加工工藝方法是以未校正展開(kāi)樣板作為制造依據(jù)在硅橡膠板上進(jìn)行劃切。由于零件形狀為雙曲面、展開(kāi)精度較低，用未校正的展開(kāi)樣板進(jìn)行劃切難以滿足飛機(jī)密封圈產(chǎn)品的高精度要求。受硅橡膠膠板原材料尺寸限制，無(wú)法直接整體劃切，只能分段劃切后采用膠粘粘接組合成整體，對(duì)接處抗拉強(qiáng)度比較低，無(wú)法保證飛機(jī)組件的氣密性。利用傳統(tǒng)的平板硫化機(jī)采用模壓法生產(chǎn)橡膠制品時(shí)，在高溫受壓的狀態(tài)下混煉膠內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)重新融合，分子間往往會(huì)產(chǎn)生細(xì)小間隙，模壓成型后的制品不僅外觀上存在孔隙缺陷，內(nèi)部也容易產(chǎn)生氣泡，成為制約產(chǎn)品性能的質(zhì)量隱患。

1.2 工藝流程

1.2.1 典型的工藝流程

橡膠模壓的典型工藝流程：首先準(zhǔn)備混煉膠，去除隔離劑、返煉、出片、下料，然后準(zhǔn)備工裝及真空液壓機(jī)，最后進(jìn)行壓制硫化、出模、修邊、二段硫化等。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)備與主要參數(shù)

在制品成型的過(guò)程中，真空罩式油壓成型機(jī)能夠提供穩(wěn)定的額外真空壓力，這會(huì)增大混煉膠在橡膠壓模中的流動(dòng)性，同時(shí)混煉膠內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)在重新融合的過(guò)程中會(huì)增加相鄰分子間的結(jié)合力，從而減少成型后制品外表面質(zhì)量差、內(nèi)部存在氣泡的情況。

試驗(yàn)設(shè)備為雙座真空罩式油壓成型機(jī)，型號(hào)為T(mén)YC-V-24-3RT-2-S-PCD（圖1）。與平板硫化機(jī)相比，該機(jī)具有以下6 個(gè)特點(diǎn)：①下加熱板可以升降，可更換不同厚度的橡膠壓模；②真空罩內(nèi)給橡膠壓模施加的恒定真空壓力，使加熱板的溫度均勻性更加平穩(wěn)；③真空罩的閉合表面設(shè)有密封條，密封條安裝在真空罩的外部，在工作過(guò)程中不易被磨損，使真空罩內(nèi)壓力恒定、密封嚴(yán)密；④具備可靠的在真空環(huán)境下硫化和自動(dòng)開(kāi)模、自動(dòng)出模、自動(dòng)托模、自動(dòng)放氣、自動(dòng)補(bǔ)壓等多項(xiàng)功能，同時(shí)具備獨(dú)立、可靠、方便的PLC 控制功能；⑤成型機(jī)的配套產(chǎn)品和功能元器件具有國(guó)際先進(jìn)水平，能夠適應(yīng)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的生產(chǎn)需求；⑥節(jié)能效果好。

圖1 真空罩式油壓成型機(jī)

1.2.3 模具設(shè)計(jì)與制造

依據(jù)零件工程數(shù)模利用CATIA 三維建模軟件進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，能夠有效保證零件尺寸精度，同時(shí)根據(jù)傳統(tǒng)6144 硅橡膠的收縮率設(shè)計(jì)工裝結(jié)構(gòu)（圖2、圖3）。

圖2 側(cè)風(fēng)擋內(nèi)密封圈橡膠壓模二維圖

圖3 側(cè)風(fēng)擋內(nèi)密封圈橡膠壓模三維圖

1.2.4 真空罩式油壓成型機(jī)操作參數(shù)

（1）加熱板規(guī)格為1000 mm×1000 mm。

（2）鎖模力600 t。

（3）四柱下油缸式。

（4）系統(tǒng)壓力21 MPa。

（5）熱板間距400 mm。

（6）允許模具厚度0～300 mm，熱板平行度為±0.05 mm。

（7）常用工作溫度為100～200 ℃，最高使用溫度為300 ℃。

（8）極限真空度不大于-712 mm/汞柱（加熱狀態(tài)），極限真空時(shí)間不大于12 s（模具上下模板間型腔體積不少于1/2）。

（9）加熱方式為油加熱。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程控制

試驗(yàn)材料為6144 硅橡膠，試驗(yàn)設(shè)備有煉膠機(jī)G50×360、壓片機(jī)、真空罩式油壓成型機(jī)（TYC-V-24-3RT-2-S-PCD）、烘箱（TH-06-250B）。

1.3.1 混煉膠的返煉

混煉的目的是將生膠及各種添加劑混合成均勻、性能較為一致的膠料，混煉操作方法也是影響混煉膠質(zhì)量的重要因素。本次試驗(yàn)使用的是6144 硅橡膠，煉膠時(shí)取出表面隔離劑，取混煉膠至少50 g，通常煉膠前需將輥溫升至規(guī)定溫度再進(jìn)行煉膠。本次試驗(yàn)采用冷輥熱煉，常溫下將膠料從驅(qū)動(dòng)輥筒一端加入兩輥筒之間，輥筒逐步升溫（不得超過(guò)40 ℃），翻煉后卷膠4 次、包膠3 次，調(diào)整輥距由大到小，煉至表面光滑平整薄通后，調(diào)整至要求輥距1.2 mm 下片。

1.3.2 模壓硫化

橡膠制品的好壞，取決于硫化過(guò)程中的3 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，分別是溫度、壓力和時(shí)間。為避免硫化后的橡膠制品出現(xiàn)外部及內(nèi)部的缺陷，橡膠模壓過(guò)程中對(duì)3 項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的控制尤為重要。

1.3.2.1 硫化參數(shù)的確定

（1）一段硫化參數(shù)。側(cè)風(fēng)擋內(nèi)密封圈厚度為3 mm，按照工藝規(guī)范要求，確定硫化溫度為160 ℃±5 ℃、硫化時(shí)間25 min，硫化壓力由式P=P1×S/S1確定。其中，P1為硫化零件單位面積上的壓力，S 為模具面積，S1為液壓機(jī)活塞面積。則P=10×8280/3.14×30×30=29.3 MPa，確定實(shí)際壓力為28～30 MPa，真空壓力設(shè)定為1 MPa。

（2）二段硫化參數(shù)。室溫下經(jīng)過(guò)60 min 升至150 ℃，保溫1 h，再經(jīng)過(guò)60 min 升至250 ℃，保溫4 h。

1.3.2.2 硫化過(guò)程

硫化過(guò)程共分為3 個(gè)階段。

（1）一段硫化。開(kāi)機(jī)，將模具加熱到規(guī)定的硫化溫度（160 ℃），溫度穩(wěn)定后將準(zhǔn)備好的坯料裝入模腔中，自動(dòng)合模，罩上真空罩，壓制。此過(guò)程中應(yīng)緩慢加壓，避免膠料快速流動(dòng)而沖出型腔造成零件缺料。由于設(shè)備為真空罩式油壓成型機(jī)，在硫化過(guò)程中提供了1 MPa 的真空壓力，有利于膠料填滿整個(gè)型腔。為避免橡膠零件粘模，本次試驗(yàn)還采用肥皂液作為脫模劑：用棉紗蘸少量肥皂液脫模劑，在模腔表面涂一薄層，等水分完全蒸發(fā)后再用干布輕擦模腔表面。

（2）啟模：硫化時(shí)間結(jié)束，卸壓并取出模具。

（3）二段硫化。硅橡膠應(yīng)在烘箱中進(jìn)行二段硫化，硫化過(guò)程：室溫下經(jīng)過(guò)60 min 升至150 ℃，保溫1 h，再經(jīng)過(guò)60 min 升至250 ℃，保溫4 h。零件二段硫化后用手術(shù)刀片進(jìn)行修邊，至此試驗(yàn)件制造完成。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大尺寸（或變截面）異形橡膠密封件真空模壓成型零件的制造，驗(yàn)證了工裝設(shè)計(jì)橡膠件收縮率的計(jì)算方法，并研究了真空模壓成型硅橡膠零件的成型工藝參數(shù)及設(shè)備操作參數(shù)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)的利用展開(kāi)樣板劃切零件尺寸精度不高、受原材料尺寸限制而無(wú)法整體制造零件、普通平板硫化機(jī)平臺(tái)小無(wú)法生產(chǎn)大型橡膠件等技術(shù)難題，提高零件制造精度、性能、材料利用率和生產(chǎn)能力。