橡胶挤出模具设计浅析

2021-01-16刘立海山东美晨工业集团有限公司

环球市场 2021年35期

关键词：橡胶材料收缩率型腔

刘立海山东美晨工业集团有限公司

在橡胶制品行业，其生产的橡胶制品应用于汽车和其他行业。橡胶挤出模具设计是影响挤压产品质量的关键。橡胶挤出模具橡胶材料在模具型腔的保护和约束下硫化成型。目前，橡胶挤出模具可分为单体橡胶挤出和复合橡胶挤出两大类。

一、橡胶模具类型

（一）压制成型模具

压制成型模具将某种形状的橡胶称量到开放的空腔中，用压力机关闭该模型，在加热和加压下用塑料流填充空腔。一定时间后，硫化完成，拆除并去除毛边，得到所需产品。压制成型模具结构简单，通用性强，操作方便。

（二）注塑模具

注塑模具在特殊的外装室或一般充填塑化橡胶，使用液压机。在规定的压力下，将材料挤入成型模具的预闭型腔中，并保持规定的温度和时间，使产品成型。注塑模具特点是先封闭型腔，再引入胶料，减少了胶边，并且产品密封性好，但注塑成本稍高。适用于形状比较复杂、嵌件多和较难直接安装的产品。

（三）挤出成型模具

挤出成型模具通过旋转螺杆，使橡胶材料获得较大的压缩力并不断运动，在模具中通过挤压出各种截面形状。挤出成型模具有的特点是成本低、工作效率高和产品密封性好。

二、橡胶挤出模具设计要求

在橡胶挤出模具设计过程中，首先需要了解产品和工作台面的用途。确定橡胶材料的收缩率和硬度。确定模具的结构和模具凹槽的数量，保证模具具有一定的使用强度。在高刚性的情况下，尽量减轻重量，保证橡胶挤出模具的结构合理，并且要确保操作方便。设计必须具有通用性的设计原则，并符合橡胶挤出模具技术应用标准化和系列化。开放式模具使用顶模和底模，将型腔内的橡胶材料结合成型，并将多余的股线从之间的间隙中取出。模具制造容易，结构简单，这是最常见的模具。适用于橡胶硬度和流动性较好的胶料。封闭式模具在模板的空腔上方有一定的设计高度。模具闭合时，型腔闭合。橡胶不易灌注，能填充型腔，产品密封性好。适用于高硬度和低流动性的产品。半封闭形式结合了开放和封闭的优点。在模具型腔的一端装有接合面。其优点是不易划伤型腔，并且实际定位对准准确，使用中的拆卸方便。适用于上下模腔和对中要求高的一些模具。结合橡胶圈模具开发的实际，大多采用双组份开模设计。可根据实际情况选择。对于一些结构复杂的零件，根据模板的流动性、结构、模板的插入和使用等多种因素选择合适的结构。在确定模具结构时，要考虑零件的切割面。对于橡胶模具，零件有一个单独的表面。设计橡胶挤出模具时，应根据零件的形状、要求和质量等考虑模具的切削面。无论分离面是否合理，将影响胶料的填充、制品的外观、模具的加工以及制品的毛刺去除难度。所以橡胶挤出模具设计需要确保产品可以顺利取出。分型面应避开零件的工作面，分离面必须在圆弧的突出位置，圆弧与相交线不得引起小于30°的倾斜角。因此，一般采用型腔镶件，并具有高度。一般情况下，可以根据零件的形状、尺寸和用途选择隔断面。形式越复杂，镶件越多。分型面的选择就显得尤为重要。选择合适的分离面将为生产带来极大的便利，提高零件的生产效率和通过速度。有些零件结构复杂，设计橡胶挤出模具时要考虑脱模、形状、镶件装配、模具加工、机械加工等，因此插入物的设计必须巧妙。同时，尺寸精度和公差必须准确。使用刀片越小越好，增加刀片必然会增加复杂度，同时误差也会发生变化。导柱导套定位适用于定位多缝形状，尤其是二组分多缝形状。圆柱面定位通用性强，加工方便，并且实际定位可靠。适用于长形状和产品的单槽。锥体的定位具有特性可靠、精度高、操作方便和使用寿命长等特点，但加工复杂。其他的定位形式如嵌件和导流板的定位、螺钉的定位等，但不具有通用性。橡胶在硫化后随着分子链的交联，不可避免地会出现收缩。因此，在设计零件的型腔时，与零件有一定程度的压缩尺寸比。零件的结构、截面厚度、框架、硫化温度和橡胶都是影响收缩率的因素。硫化橡胶的收缩率会随着橡胶的增加而增加，当硬度从75 度增加到85 度时，橡胶材料的收缩率最小。橡胶材料的收缩率随着温度的升高而增加，通常每升高10℃，收缩率增加0.1%～0.2%。胶料流动方向的收缩率大于垂直收缩率，因此可以发现，胶料的塑性越大，收缩率越低。填充量越大，收缩率越低。具体情况可根据实际进行调整，还要考虑到模具在加工中可能出现的公差，以及硫化过程中模具的热膨胀引起的调整。在实际情况下，可以根据零件的形状以及硫化机的类型进行改进，例如U 形槽和垫片设计等。注压模适用于一些常规铸造不易成型的零件，其生产的产品密封性好，品质优良。基本要求需要确保模具必须有足够的强度和刚度，以防止在硫化过程中受影响而变形，避免最终影响产品的质量。选择浇注塑面的位置时，需要避开工作面或重要的特殊区域面，滑流胶道尽量短，有利于快速填满型腔，进一步减少硫化的时间。在模具结构上，合模高度应尽量短，以利于模具的压注和拆卸。如果条件有限，必须配备结构合理的脱模装置。如果条件有限，配备设计简单和操作方便的装置。其他条件需根据情况制定，可根据零件的结构和生产情况选择设计思路。

三、橡胶模具通用件设计参数

在制造橡胶挤出模具中，模具型腔中装入的橡胶材料会稍多一些。多余的胶料储存在残胶槽或边中，或被挤出，各个分割面的硫化变成毛边。如果残胶槽体积过大，很容易造成零件漏胶。如果体积过小，分型面上形成的飞边会变厚，影响封口尺寸的精度和质量，也增加了维修的负担。通槽和连接槽的尺寸在允许范围内要大不能小。如果尺寸太小，多余的橡胶不光滑，分型光泽容易变稠。在成型橡胶制品以保证零件的质量时，在成型零件时，插入型腔的橡胶材料始终高于成型合格产品零件必需的材料的质量。模具型腔周围有凹槽，可以容纳或引导多余的橡胶流出，称为残胶槽。橡胶模具常用的残胶槽以半圆形和三角形为宜。无飞边形式的残留胶称为断边槽，特点是非常接近型腔的尺寸，目的是简化毛刺的去除和清除零件上的毛刺。断边的形状有三角形和分裂三角形，也有矩形和半梯形的。在橡胶成型中，可以使用多个形状的撕裂凹槽。定位机构橡胶模具定位机构有圆柱面定位、圆锥面定位和分离面定位等[1]。

四、复合橡胶挤出模具的设计

复合橡胶挤出操作参数要控制挤出速度，使不同橡胶和框架结构的挤出速度恒定，从根本上保证混合物挤出的稳定性和完整性，并且确保不会被整合成一个整体。造成挤压操作中出现不规范起皱和变薄的问题，可避免打滑和溢出问题。在设计中，设计人员必须控制不同的粘合剂和流动的粘合剂通道，以确保在修复中错误，确保可以执行有效的修复过程。为控制生产挤压工艺参数，采用速度振荡来平衡挤压调节。在用带骨架控制复合挤压基体中，重要的结构要素是保证骨架引入模具和挤压孔，阻止复合材料的结构位置。为了有效完成，还需要利用浇注到模型中的结构和间隙的距离来调整参数，控制粘合结构复合层的厚度。在复合腔体中，如果压力增加，系统会锁住框架，甚至导致设备运行中发生停机。压力过低，内部复合粘合剂不足，粘合剂此时会暴露在框架部分，这会降低牵引力和速度，设备间隙会控制在1-1.5 毫米。在复合挤压控制和操作过程中，将入口基体的倾角与挤压基体结合起来。如果倾角超过范围，复合型腔内压力会分布不均，这会减少挤压的推力。阻力增大，挤压速度降低，可能造成骨架因压力而移动。如果复合材料腔体中材料的密度较低，这将导致骨架和胶体在挤出基体中，直到完全融合，产品不符合标准。因此，在橡胶挤出模具设计倾角时，参数控制在20～30°。设计必须对带金属框架的复合产品进行分析，特别是控制其质量和使用参数，以保证复合材料的尺寸和材料的强度标准，确保硬度满足产品的设计要求，使骨架表面不会发生生锈和出现油脂。在金属线编织结构的操作设计中，应特别注意结构的有序处理，以提高周围结构的完整性[2]。

五、单体橡胶挤出模具设计

在橡胶挤出模具设计过程中，要保证成本的有效体现，必须有效的保证钢筋的尺寸和截面。区分橡胶挤出模具的膨胀率，保证橡胶的硬度可以按从小到大的顺序确定，膨胀率是从大到小增加的顺序。随着温度参数的增加，挤出的膨胀率增大，不同橡胶和不同橡胶混合物的膨胀率，导致结构变化的差异。在设计过程中，挤出模腔厚度必须满足挤出规格要求。在近年来广泛使用的挤出机中，有效厚度控制在8mm 以下，但挤出尺寸稳定性低，导致表面不规则，因此在挤出分析过程中还必须保证挤出模腔的厚度相近，并且需要与挤出机头架的尺寸相对应，由单体橡胶制成的基体型腔的实际厚度控制在10-15 厘米之间，确保符合橡胶挤出模具设计标准和要求，在参数范围内改善修复位置和移除量，对预期问题进行修复，确保设计的数量在可视范围内。通过修改和查看抛光面参数，提高挤压基体的质量。需要特别注意的是，在工作流程中，对于修模操作通常检查约1-2 次，更复杂的形式需要3-4次达到标准。通过提高技术人员的专业能力，管理人员必须确保具有相对丰富的橡胶挤出模具实践经验，坚持最短的维修周期，减少维修所需的相关原材料和人工成本。必须形成简单的挤压模具，修正表面以避免出现裂纹。需要通过参数来控制挤压段的间隙，可以有效保证挤压段边缘没有裂纹。在倒角控制中要注意保证角度控制在5～15°左右[3]。

六、制品零件飞边的修除

在橡胶零件的生产中，毛边修复是保证零件的使用功能性、尺寸精度和外观的非常重要的过程。飞边的修复有手动修复和机械修复，手工修边的通常是用剪刀或刀片，或者是应用这两种方法的组合从产品的上剪下或刮掉飞琏来修整，也可以使用小砂轮用于打磨和修理。手工修复毛边不易保证零件的表面质量和尺寸精度，并且对于一些技术应用性能低下，甚至可能损坏橡胶产品。出于这个原因，在专业生产中经常使用机械来去除毛边。机械修补法适用于橡胶的大批量生产，该方法具使用有效率高、修复质量稳定、生产周期短和复杂度低等使用优点，这是一种值得推广的方法。

七、解决硫化变形的措施

产品从模具中挤出后，经过微波硫化线后会发生变形。因此，在橡胶挤出模具的初始设计中，考虑易变形部位的变形趋势和次数。在设计中，最薄的粘合剂片设计成倒角，使变形在规定的公差范围内。在炉硫化线上的适当位置安装保持形状的装置，以便在产品通过中及时纠正，使硫化后的产品变形控制在公差内。对于极易变形的制品，可以在硫化时降低微波炉功率。当产品通过高温箱时，会逐渐硫化成型，使变形控制在允许范围内。