王 浩，楊 梅，孫晶海，黃鑫山

（上海市高級(jí)技工學(xué)校，上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院，上海 200437）

1 引言

橡膠是具有可逆變形的高彈性聚合物材料，具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于輪胎、膠管、密封圈、襯套、電纜等各種橡膠制品。

橡膠制品模壓成型是將混煉過的經(jīng)加工成一定形狀和具有一定可塑性的半成品膠料放入敞開的模具型腔中，閉合模具，送入平板硫化機(jī)中加壓、加熱并保持一定的時(shí)間，膠料在熱和壓力的作用下成型。與其它成型工藝相比，具有模具結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)，操作方便等特點(diǎn)，在橡膠制品生產(chǎn)中使用較為廣泛。

橡膠模結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠塑件質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有顯著影響，橡膠壓制成型模具結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是在模具設(shè)計(jì)時(shí)也需要考慮到多種因素，如橡膠材料種類、材料硬度、收縮率、制品的分型面、撕邊槽、溢料槽，模具結(jié)構(gòu)和定位可靠性、模腔數(shù)量合理性、模具材料性能等，都是影響橡膠制品質(zhì)量的重要因素。

本文針對(duì)某企業(yè)的橡膠襯套塑件，研制了一副結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作方便、生產(chǎn)質(zhì)量和效率較高的橡膠模。

2 橡膠襯套成型工藝分析

橡膠保護(hù)襯套塑件如圖1 所示，塑件材料為軟氯丁橡膠，黑色，要求生產(chǎn)5 種不同內(nèi)孔規(guī)格的橡膠襯套，塑件有一切口。塑件要求表面平整、光滑，無缺料、飛邊、裂紋和氣穴等工藝缺陷。5種規(guī)格襯套外形尺寸均相同，內(nèi)孔直徑分別為?31.6mm、?24.6mm、?15.6mm、?12.6mm、?5.4mm，每種規(guī)格批量在400 件左右，屬于小批量生產(chǎn)，比較適合采用模壓成型工藝，壓制成型冷卻后再切口。

圖1 橡膠襯套塑件

在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到以下因素：

（1）氯丁橡膠材料硬度55～80（Shore A），密度1.25g/cm3，收縮率1.9‰～2.2‰。

（2）模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、定位可靠。

（3）根據(jù)生產(chǎn)批量合理確定模具中模腔的數(shù)量。

（4）在保證模具強(qiáng)度和剛度基礎(chǔ)上力求輕便、安全。

大部分小批量生產(chǎn)的橡膠模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，橡膠模具內(nèi)表面不夠光滑使得橡膠模具內(nèi)產(chǎn)生空穴。在考慮上述多種因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)要求，本文擬通過改進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)比較簡單、操作較方便、成本低廉、定位可靠、制品質(zhì)量較好、生產(chǎn)效率較高的橡膠壓制成型模具。

3 模具研制

3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

本文設(shè)計(jì)的橡膠模具結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由5 塊主板將主要成型部分分為3 部分，頂板1、底座5 和3 塊型腔。型芯部分結(jié)構(gòu)在底座上，型腔分為上型腔2、中間型腔3和下型腔4。圖3所示為模具二維裝配圖，在中間型腔和底座型芯結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)有撕邊槽、溢料槽、排氣槽等結(jié)構(gòu)。橡膠模型腔有4腔、9腔、16腔等多種選擇，根據(jù)不同的生產(chǎn)批量可以采用不同數(shù)量的型腔排布。綜合考慮生產(chǎn)效率及操作方便性，本文采用圖3 所示的1 模9 腔布局。底座根據(jù)塑件不同內(nèi)孔尺寸設(shè)計(jì)了5種不同規(guī)格，成型不同規(guī)格橡膠制品時(shí)，只需更換相應(yīng)尺寸的底座即可。

圖2 橡膠模三維結(jié)構(gòu)

圖3 橡膠模裝配圖

5塊主板之間的定位采用錐度銷連接。為了保證每塊模板在安裝時(shí)位置正確，在頂板的Y方向和底座的X方向中心線上各布置了兩個(gè)錐度銷，它們分別與上型腔和下型腔進(jìn)行定位配合。另外在上型腔45°和下型腔135°對(duì)角部位分別布置了兩個(gè)錐度銷，保證上、下型腔與中間型腔的定位連接，保證了各板之間的準(zhǔn)確定位，同時(shí)保證了在取出橡膠制件和拆裝模具時(shí)的方便操作，保證了橡膠模具在機(jī)械壓力作用下運(yùn)動(dòng)的流暢性和安全性。

為了保證橡膠制件的塑件質(zhì)量，模具材料選用P20 預(yù)硬鋼，具有較好的切削性能和尺寸穩(wěn)定性。加工設(shè)備有數(shù)控銑床，磨床，鉆床。各塊板的加工工藝大致為備料?粗銑6 面?磨基準(zhǔn)?鉆孔?數(shù)銑粗加工?數(shù)銑精加工?除毛刺?拋光。實(shí)際加工后的型腔板如圖4、圖5所示。

圖4 中間型腔

圖5 底座和下型腔

3.2 模具工作過程

將裝配完成的橡膠模具放置于100t 的硫化機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行硫化機(jī)預(yù)熱，預(yù)熱溫度設(shè)置為125°。預(yù)熱完成后，在模具和硫化機(jī)上均勻噴涂耐高溫脫模劑。將混煉過的、經(jīng)加工成一定形狀的半成品橡膠材料放入模具型腔中，而后送入平板硫化機(jī)中加熱加壓，使橡膠材料在壓力和加熱作用下硫化成型。啟動(dòng)硫化機(jī)進(jìn)行第一次合模，使橡膠壓入模具內(nèi)，壓力設(shè)定為150N，經(jīng)擠壓后，推出模具進(jìn)行清料，把殘留于模具工作面的殘余料放置于模腔，再次合模閉模。重復(fù)以上過程，再次把模具推入硫化機(jī)進(jìn)行成品定型，保壓15min。再推出排氣，30s 后再次推入進(jìn)行最后定型。最后取出模具，打開頂板，拆分模具型腔板，取出成品。

試驗(yàn)表明，一個(gè)成型周期中需經(jīng)歷兩次合模，第二次合模時(shí)需要進(jìn)行保壓和排氣，否則塑件內(nèi)部會(huì)有氣穴，帶有氣穴缺陷的橡膠制件在后續(xù)切口后明顯不同，如圖6所示。圖6a中左邊為經(jīng)過一段時(shí)間保壓和排氣后得到的成品，切口處完全貼合；而圖6a 右邊所示為圖6b 所對(duì)應(yīng)的帶氣穴的殘次品，切口處縫隙非常明顯，且塑件彈性不足。

圖6 成型后的橡膠制品

采用橡膠模生產(chǎn)的不同規(guī)格橡膠襯套塑件如圖7所示，塑件尺寸精度、表面質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全滿足企業(yè)要求。本文設(shè)計(jì)制造的橡膠模結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)操作安全方便，保證了生產(chǎn)效率和塑件質(zhì)量。相較于市場上的橡膠模具有成本低廉、定位可靠、制品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

圖7 橡膠襯套塑件

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，根據(jù)企業(yè)塑件要求設(shè)計(jì)的可替換型芯橡膠壓制成型模具，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、互換性好、成本低廉，成型出的橡膠襯套尺寸精度高、表面平整光滑，無缺料、飛邊、裂紋和氣穴等工藝缺陷，符合塑件需求，效果較好。