O形圈分模线的去除工艺及其制程能力分析

蒋履良, 王 灿, 赵 菲

[1.青岛科技大学高分子科学与工程学院, 山东 青岛 266042; 2.锐科(无锡)科技有限公司, 江苏 无锡 214028]

O形圈分模线的去除工艺及其制程能力分析

蒋履良1,2, 王 灿2, 赵 菲1

[1.青岛科技大学高分子科学与工程学院, 山东 青岛 266042; 2.锐科(无锡)科技有限公司, 江苏 无锡 214028]

通过改变O形圈研磨工艺的参数，考察了液位的高低、产品的装填量、大小石子的比例、研磨机的转速对产品分模线去除效果的影响，并对其制程能力进行了评估。结果表明：合适的液位、石子比例，较少的产品数量以及较高的转速对O形圈分模线的去除效果最佳，且其制程能力较好。

O形圈；分模线；研磨工艺；制程能力

0 前 言

很多O形圈完成硫化工序后,由于橡胶工艺要求的限制或橡胶模具的制造偏差或磨损,不可避免会在产品上留下毛刺、飞边、分模线等外观缺陷。如果采用手工去毛边、除飞边、打磨分模线,需要耗费大量的人力和时间,成本高,而且易造成质量不稳定。因此,如何高质高效地去毛边、除飞边、去除分模线,是各个O形圈企业亟待解决的问题。

对于O形圈而言,目前除手工修边外,还有冷冻修边和机械修边[1]、研磨修边等。其中,橡胶研磨去飞边和分模线是一种较为优异的方法。利用高能量涡流旋转研磨抛光工作原理,研磨材料与橡胶产品在涡流旋转的同时,相互摩擦,能迅速去除橡胶工件的分模线、飞边、毛刺等外观缺陷,大幅提升产能、改善品质、节约人力,大大降低单位工件的加工成本。

以下通过对O形圈研磨工艺的研究,探讨各个工艺条件对O形圈分模线去除情况的影响,并对

其制程能力进行分析,为O形圈的高效生产积累经验,为类似产品的开发起到一定的借鉴作用。

1 实 验

1.1 主要原材料

氟橡胶（FKM）,美国3M公司；MgO,协和工业株式会社；硅酸钙,德国Quarzwerke公司；Ca（OH）2,日本井上石灰公司；加工助剂 Aflux 54（季戊四醇硬脂酸酯）,莱茵化学；染料,皓辉公司；石子（直径大的6 mm,小的3 mm）,德国罗斯勒有限公司。

1.2 配方

基本配方（单位∶份）∶FKM 100.0；MgO 3.0；Ca（OH）26.0；碳酸钙 30.0；Af ux 54 1.5；染料 2.0。

1.3 实验仪器与设备

开炼机,MI 2-3,益宗精机有限公司；真空硫化机,500 t,东毓油压机械股份有限公司；冲床,PCH-5-2-PC,磐石油压工业有限公司；研磨机,LLQ80,大连寅诚表面设备制造有限公司。

1.4 试样制备

FKM经开炼机塑炼包辊5 min后,加入硫化剂等其他助剂,混炼均匀,左右割刀各3次后下片。

下片后产品经挤出机挤出,并用切刀切成粒状,然后在175 ℃下经平板硫化机硫化3 min成型,然后用冲床将产品内外大毛边去除,备用。

2 结果与讨论

2.1 工艺参数对产品的影响

在用石子去分模线的工艺中,研磨机内液位的高低、产品的装填数量、大小石子的比例、机器的转速是影响分模线去除效果的关键因素。

2.1.1 研磨机水位的影响

O形圈装填数量为3000件、涡轮转速为190 r/min,大小石子的比例为1:1、研磨时间为15 min时,研磨机内两种水位下产品的生产状态如图1所示。

图1 水位情况

图2为在两种水位条件下的产品的研磨结果。可以看出∶在水位1的条件下,产品的内外圈合格率都较水位2的情况低,这是因为水位1的水量较多,阻碍了产品与石子的接触,大大降低了产品与石子之间的摩擦,使产品内外飞边去除效果较差。但是,适当的水量在本过程中是必要的,它能提供石子与产品之间适度的摩擦力,如果石子与产品在无水状态下摩擦,则产品表面会被石子擦伤,导致产品报废。

2.1.2 产品装填数量的影响

研磨机内采用水位2的水位,涡轮转速为190 r/min,大小石子的比例为1∶1,研磨时间为15 min,此时产品的装填数量对研磨质量的影响如图3所示。

图2 研磨机水位对产品研磨质量的影响

图3 产品装填数量的影响

由图3可以看出∶在产品装填量为2000～3000件范围内,对产品内外圈飞边处理的结果大致相同。产品数量较少时,产品能够很好地分散在石子中,使产品与石子在旋转过程中产生有效的摩擦,去除产品飞边。但随着产品数量的增多,产品的飞边处理效果越来越差,产品数量为5000件时合格率还不到80%。产品数量越多,其在石子中的分散越差。这与填料在橡胶中的分散情况类似,在加工过程中最终可能会出现石子“分散”在产品中的现象,此时产品受到的有效摩擦减少,飞边去除情况变差。

2.1.3 大小石子比例的影响

研磨机采用水位2、产品装填数量3000件、涡轮转速190 r/min、研磨时间15 min时,大小石子的比例对研磨效果的影响如图4所示。

图4 大小石子比例的影响

由图4可以看出∶在大小石子比例为0:1的条件下,内孔飞边的去除情况极不理想,但其外圈合格率最高。这主要是因为大石子尺寸较大,在旋转过程中,不能从产品内孔穿过,导致产品内圈的有效摩擦严重不足,使内圈合格率较低,但产品外圈却能更多地得到大石子的有效摩擦,所以外圈合格率较高。随着小石子比例的提升,产品内圈合格率得到了有效提高,在大小石子比例为1:1时,产品内外圈的飞边去除综合效果最佳。2.1.4 转速的影响

研磨机采用水位2、产品装填数量3000件、大小石子比例1:1、研磨时间15 min时,涡轮转速对研磨效果的影响如图5所示。

图5 不同涡轮转速对产品的影响

由图5可以看出∶随着涡轮转速的增加,内外圈的合格率均逐渐提升,在转速达到190 r/min时,达到最佳效果,继续增加转速对产品影响不大。合理的旋转速度应能使石子对产品单位时间内的有效摩擦达到最佳,继续增加转速则会浪费能耗,甚至会过度摩擦,使产品尺寸不符合要求,从而造成产品报废。

经过以上实验可以看出∶采用水位2、每次产品填充数量为3000件、大小石子比例为1:1、涡轮转速为190 r/min、时间为15 min时,对O形圈去除飞边的研磨效果最佳。因此,该工艺参数可暂定以上条件,进行制程能力验证。

2.2 制程能力验证

依靠石子对产品的摩擦来实现去除飞边、分模线等缺陷的同时,会对产品的尺寸产生一定的影响。因此,为了评价此工艺的过程稳定性,对其进行制程能力分析就显得尤为重要。

在产品生产周期内,统计技术可用来协助制造前的开发活动、量化制程变异性、分析制程变异性与产品质量要求间的关系,并协助减少制程变异,这一般称为制程能力分析（process capability analysis）。它是利用管制图、次数分配图及其他统计方法,以决定制程能力的一种系统性工作。按照现代质量控制的基本观点,只有在高水平制程能力的工艺生产线上生产的产品,才有可能具有较高的质量水平和可靠性。采用“过程能力指数（Cp,Cpk）”可以定量表征工艺水平的高低[2]。

Cpk是指产品进入量产后,为保证批量生产状态下产品的品质状况不至于下降,且保证与小批量试产具有同样的质量控制能力所进行的实际制程能力评价。A级要求1.33≤Cpk≤1.67,A+级要求Cpk≥1.67。Cp是指制程的精密度,表示制程特性的一致程度,值越大越集中,越小越分散。一般A+级要求Cp≥1.67。

为了评价本实验的制程能力,通过收集的125组数据,利用Minitab的Capability Analysis统计分析功能,得到如图6～8所示的统计图。

图6 内径过程能力分析图

图7 线径X轴方向过程能力分析

图8 线径Y轴方向过程能力分析

由图6～8可以看出∶产品的内径以及产品X、Y轴方向上的线径都在产品尺寸要求范围内（内径5.81～6.07 mm,线径3.45～3.61 mm）,而且每组数据都符合正态分布。各个尺寸的Cp值为∶内径Cp=2.50、线径X方向Cp=2.23、线径Y方向Cp=2.54； Cpk值为∶内径Cpk=1.83、线径X方向Cpk=1.96、线径Y方向Cpk=1.93,均大于1.67,达到了A+级。说明产品工序能力充足[3],产品质量稳定,关键工序工艺参数设置合理。

3 结 论

（1） 研磨工艺对O形圈飞边分模线去除效果有重要影响,适当的水位、产品装填数量、大小石子比例以及涡轮转速有助于提高产品的研磨效果和效率。

（2） 实验条件为水刚好浸没石子、每次加工产品数量为3000件,大小石子比例为1:1、涡轮转速为190 r/min时,产品的内径、线径的X和Y方向的Cp及Cpk均大于1.67,达到A+级水平,可以满足制程能力要求。

[1] 刘俊生, 贺炜. 无飞边多腔橡胶密封圈压模的设计制造[J].模具工业，2003(10)∶37-38.

[2] 窦智.过程能力分析在制造业中的实际应用[J].电源技术，2009，33（10）：896-898.

[3] 俞晨熹.过程能力指数与过程能力满足程度探讨[J].电子质量，2013（8）：45-50.

[责任编辑：朱 胤]

The Parting Line Removing Process of O-Ring and the Process Capability Analysis on it

Jiang Lüliang1,2, Wang Can2, Zhao Fei1
[1.School of Polymer Science and Technology, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266042, China;2. Rayco (Wuxi) Technologies Co., Ltd., Wuxi 214028, China]

The inf uence of rubbing parameters such as the water level, product f lling quantity, the ratio of big and small stone quantity, and the speed of the machine on the parting line removing of O-ring was investigated and the processing capability of this process was also estimated. The results showed that fewer product quantity and higher turbine speed along with the moderate water level and stone ratio lead to more effective parting line removing, and the processing capability will also be improved.

O-ring; Parting Line; Rubbing Process; Process Capability

TQ336.4+2

B

1671-8232(2015) 08-0037-04

2014-10-16

蒋履良（1971— ）,男,江苏无锡人,工程师,青岛科技大学硕士研究生,主要从事特种橡胶制品的研制和企业运营管理工作。