绳锯橡胶成型模具设计及应用

余晓明,朱飞雷,黄小伟,罗唐畅

(桂林特邦新材料有限公司,广西桂林 541004)

绳锯橡胶成型模具设计及应用

余晓明,朱飞雷,黄小伟,罗唐畅

(桂林特邦新材料有限公司,广西桂林 541004)

介绍了橡胶成型模具的类型,各种橡胶模具的特点及适用范围。阐述了如何选取橡胶模具的分型面、模具的定位、模腔布局、模具材质和橡胶收缩率的问题。最后介绍了金刚石绳锯固定橡胶注压成型模具结构,并根据制品检测数据对模具结构进行优化设计。

橡胶模具;注压成型;结构优化;金刚石绳锯

1 引 言

橡胶模具是橡胶制品生产的专用工作部件,是胶料或半成品在一定温度、压力、时间条件下、借助模具完成制品的硫化,即可获得所需形状的橡胶模制品。随着我国橡胶制品工业的发展,橡胶制品的种类日益增多,产量日益扩大,促使着橡胶模具设计与制造由传统的经验设计到理论计算设计,尤其是橡胶生产设备的不断提高与生产工艺的不断改进,橡胶模具越来越多,模具的制造水平与模具的复杂程度也越来越高。高效率、自动化、精密、长寿命已经成为橡胶模具发展的趋势。模具设计是否合理会直接影响制品的外形尺寸,物理性能和外观质量。

2 橡胶模具类型

橡胶模具根据模具结构和制品生产工艺的不同分为压制成型模具、注压成型模具、注射成型模具、挤出成型模具四大常用类型。

(1)压制成型模具

是指将一定形状的胶料,经称量加入敞开的型腔内,用压机闭模加压,然后胶料在受热受压条件下呈现塑性流动充满整个模腔,经过一定时间后完成硫化,再脱模和清除飞边得到所需制品的方法。

特点:结构简单,通用性强,适用面广,操作方便。如:平板硫化机上用的模具(该类模具在生产中占较大的比例)

(2)注压成型模具

是指将塑炼过的胶料装入模具专用或通用外加料室中,通过液压机规定的压力,将胶料由模具的浇注系统挤入预先闭合好的模具型腔内,保持规定的硫化温度及时间以成型制品的方法。

特点:型腔先闭合,再注入胶料,胶边少,制品致密性好,质量高,但注压模造价稍高,操作劳动强度大。适用于一些形状较复杂、细长、薄壁、多嵌件、以及直接装胶有困难的制品。

(3)注射成型模具

在注射机上(注压机)专用的模具,利用注射机的螺杆或柱塞,将胶料直接由机筒注入模腔,完成成型并进行硫化的生产方法。

特点:先闭模,再注胶,胶边少,质量高,且生产和自动化程度高,但造价高,结构上比压铸模复杂。适于大型成批生产的厚、薄壁以及几何形状复杂的制品。

(4)挤出成型模具

通过螺杆的旋转,使胶料在螺杆和机筒之间受到强大的挤压力并不断被向前移送,通过机头上的口型模而挤出各种截面形状的橡胶半成品。

特点:成本低、效率高,制品致密性好。

3 橡胶模具结构设计

橡胶模具是生产橡胶制品硫化的主要设备之一,而模具设计要根据制品形状、特性和使用要求来进行合理设计。针对上述要点,模具设计应遵循下列原则:

(1)了解橡胶制品的材料种类、材料硬度、收缩率;

(2)橡胶制品分型面、撕边槽、余料槽的合理选定;

(3)模具结构合理、定位可靠、模腔数量适当、便于加工和使用;

(4)模具材料应有足够的强度和刚度,力求外形小、重量轻。

3.1 模具分型面的设计

模具的设计必须考虑制品工作面、制品高度、脱模、制品外观要求等因素。设计时模具的分型面应尽量避开制品工作面。凡制品高度超过3mm或带有骨架的产品,在设计模具时都应该考虑制品排气和取出方便,否则产品易产生气泡、缺料。另外,模具分型面的选取必须考虑到产品易脱模。

3.2 模具的定位

模具一般由多块模板拼合而成,要确保制品在模腔中获得准确的形状和位置,必须采用不同的方式定位,常用的有圆柱面、圆锥面、斜边、导柱导套等定位方式。

3.3 模具型腔布局和模具材质

确定模具外形尺寸时,首先必须考虑制品的几何形状、模腔的数量、硫化设备和模具加工设备、年需求量等因素。为了合理掌握模具模腔数,应注意以下几点:

(1)对需求量很少的,可采用一模一腔,这样既满足了需求量,又缩短了加工周期;

(2)对需求量很大的,形状简单的可采用一模多腔,这样既提高了生产效率,又降低了单件成本,同时具有一定的市场竟争力;

(3)对于形状复杂或带有骨架的制品,模腔不宜过多。

3.4 橡胶收缩率

热硫化时,胶料内部发生形变和交联,由此而产生的应力被硫化过程所固定。在硫化胶料冷却过程中应力趋于消除,制品的线性尺寸成比例缩小。橡胶硫化后收缩率(相对模腔尺寸而言)一般为1.5%～3.0%。因此,在设计模具时尺寸需相应加大,加大的比例即为模压制品的橡胶收缩率。影响橡胶收缩率的因素很多,如橡胶热膨胀、产品壁厚、有无骨架、含胶量、胶料致密度及硫化工艺等因素。

4 设计实例

本文以图1所示金刚石绳锯橡胶检测试样的硫化成型为例,探讨了注压成型模具结构设计,并根据试模制品的性能检测与分析后对模具结构进行优化设计。

图1 金刚石绳锯结构示意图Fig.1 Structure diagram of diamond wire saw

图1所示产品为金刚石绳锯橡胶检测试样,金刚石绳锯主要由钢丝绳、金刚石串珠(7粒)、橡胶固定材料三部分组成,该产品具有以下特点:

(1)串珠通过橡胶与镀铜钢丝绳结合在一起,串珠基体与橡胶必须具有很好的结合性,橡胶与镀铜钢丝绳也必须具有很好的结合性;

(2)绳锯结构特殊,串珠间由橡胶隔开,每节橡胶都要设置独立浇口;

(3)串珠基体内孔和钢丝绳间隙较小(最大只有0.3mm),且橡胶必须充满该间隙;

(4)绳锯具有绳索的柔性,橡胶固定材料要具有良好的耐曲挠龟裂性能;

(5)金刚石绳锯工作时切割速度较快,串珠摩擦升温较高,因此橡胶固定材料要具有良好的耐热老化性能。

4.1 模具结构设计

根据金刚石绳锯橡胶检测试样外形结构特点,结合公司实验室现有设备,选择50t平板硫化设备,为了橡胶检测试样生产的方便和高效,设计注压成型模具,模具共分3层,模具结构见图2。

图2 绳锯注压模结构示意图Fig.2 Structure diagram of wire saw injection molding die

4.2 模具使用

(1)模具清理干净后,将组合的3块模具分开平铺于平板硫化机上预热;

(2)裁剪长120～130mm、厚度6～10mm一定重量的橡胶条备用;

(3)裁剪400～500mm干净的镀铜钢丝绳,每根钢丝绳上穿7颗串珠;

(4)模具预热达到设定温度后,将钢丝绳和串珠放于下模板型腔内;

(5)将中模板对齐合在下模板上,把裁剪好的橡胶条放在中模板的料槽里;

(6)将注塞对齐中模板的料槽后合上上模板,接着把三个模板一起放到平板机加热板上加压加热硫化。

4.3 橡胶检测试样的检测

金刚石绳锯橡胶检测试样只要是检测串珠基体与镀铜钢丝绳间的固定强度。测试时选取试样中间的5粒串珠并把串珠两端的橡胶去除,将试样钢丝绳一端固定在试验机上夹具上,另一端待测串珠固定在试验机下夹具上,匀速移动上夹具,记录串珠剥离时的剪切力。

模具首次试模的试样检测数据见表1。

表1 串珠基体与钢丝绳固定强度测试-首次试模的数据(N)Table 1 Fixation strength test of bead matrix and wire rope-data of the initial test mold(N)

从试模的试样检测数据可以看到不同串珠与钢丝绳固定强度差异较大,试样橡胶硫化后的外观很好(没有气泡或注不满的现象)。经过分析认为是串珠基体与钢丝绳间存在气泡是造成串珠与钢丝绳固定强度差异较大的主要原因。从模具结构可以看到橡胶是在注塞作用下从浇口同时压进硫化型腔的,串珠基体两端的橡胶也是同时填充基体与钢丝绳间的间隙,这样就会导致串珠与钢丝绳间存在气泡。于是确定从改变排气槽位置和不同位置浇口的形状来改变串珠基体两端橡胶的填充顺序,从而避免串珠基体与钢丝绳间产生气泡。

模具结构优化后试模的试样检测数据见表2。

表2 串珠基体与钢丝绳固定强度测试-结构优化后试模的数据(N)Table 2 Fixation strength test of bead matrix and wire rope-data of the test mold after structure optimization(N)

经过模具结构优化后,绳锯橡胶试样不同串珠与钢丝绳固定强度波动降低很多,满足了串珠与钢丝绳固定强度检测试验条件要求。后续制作的多条绳锯橡胶试样测试的串珠与钢丝绳固定强度波动幅度都较小,因此结构优化后的橡胶硫化模具可以用于橡胶原材料串珠固定强度检测。

5 结束语

随着橡胶工业的发展,各种形状复杂、外形尺寸精度高、质量好的橡胶制品日益增多。橡胶模具设计要根据制品形状、特性和使用要求来进行合理考虑模具分型面、模腔排气、型腔结构、橡胶收缩率、模具材质等。

[1] 虞福荣.橡胶模具实用手册[M].北京:化学工业出版社,1996.

[2] 冯炳尧.模具设计与制造简明手册[M].上海:上海科学出版社, 1985.

[3] 张敬之.橡胶通用物理和化学试验方法标准综述(下)[J].化工标准化与质量监督,1998(12):9-13.

[4] 张新熳.橡胶的粘接试验方法[J].橡胶译丛,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

余晓明(1985-),男,助理工程师。E-mail:yxm053412@163.com。

余晓明,朱飞雷,黄小伟,等.绳锯橡胶成型模具设计及应用[J].超硬材料工程,2017,29(1):15-18.