聚氨酯橡膠成形模在氣動軸承上的運用

摘 要：文章針對某型燃機的氣動軸承用傳統(tǒng)的鋼制模具不易加工的問題，在沖壓原理上進(jìn)行分析，采用聚氨酯橡膠成形模進(jìn)行零件加工，解決薄壁高精度零件不易成型的技術(shù)關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：斷裂；聚氨酯成型；硬度；通用

1 緒論

聚氨酯橡膠是一種以亞氨基甲酸酯鏈為重復(fù)單元組成的一類高分子彈性體，它具有強度高（為丁晴橡膠的1-4倍）、彈性好、耐磨、耐油、耐老化、以及抗撕裂性能好等優(yōu)點。耐磨性為天然橡膠的5-10倍，耐油為天然橡膠的5-6倍，故其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然橡膠。聚氨酯彎曲是用聚氨酯橡膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼制的凸模、凹模進(jìn)行的彎曲，彎曲時用聚氨酯橡膠作凹模，凸模使用鋼制金屬材料，在壓力機的作用下，通過聚氨酯橡膠的變形擠壓來完成產(chǎn)品零件材料的塑性流動進(jìn)而成型的塑性變形過程。不同的零件產(chǎn)品所用的聚氨酯橡膠的性能也不一樣：彎曲零件要求聚氨酯橡膠有較高的硬度，硬度大于邵氏60A以上，聚氨酯才能產(chǎn)生足夠大的擠壓應(yīng)力。

氣動軸承為厚度為0.08mm的高溫合金薄壁高精度成形零件，傳統(tǒng)工藝為采用鋼質(zhì)彎曲模進(jìn)行彎曲，薄壁零件對模具精度要求較高，需要沖模的凸模、凹模有很好的配合條件，并且只能在零件精度要求不高（IT14）的情況下加工，而此零件要求的精度非常高（IT5）所以無論從模具制造還是裝配都十分困難，很難保證模具的精度和使用壽命，并且主要的是難以保證所加工產(chǎn)品的型面要求及質(zhì)量，經(jīng)常造成產(chǎn)品的型面超差，又由于受零件結(jié)構(gòu)限制，加工時材料無法正常流入模具內(nèi)，造成零件的報廢，不僅降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且增加了成本。如果采用聚氨酯沖模來加工產(chǎn)品，則可以避免上述情況的出現(xiàn)，由于聚氨酯彎曲特別適宜彎曲薄件，并且彎曲時材料容易塑性流動，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時又降低了產(chǎn)品的成本。

2 分析零件的結(jié)構(gòu)，確定成型方案及模具結(jié)構(gòu)圖

圖1所示零件為某型燃機的氣動軸承，材料是高溫合金鋼板，厚0.08mm，該零件要求精度高，精度等級為IT5，采用全鋼制模具加工該零件，無法滿足零件精度要求，決定采用聚氨酯彎曲模加工該零件。

該產(chǎn)品的技術(shù)要求為平滑、無毛刺，表面不允許有劃傷、壓痕，壓坑， 材料的表面金屬光澤不得破壞，由于零件厚度僅為0.08mm，并且結(jié)構(gòu)所限制，無法一次加工出產(chǎn)品，多工序加工由于重復(fù)定位造成零件的表面壓坑、毛刺以及局部出現(xiàn)拉深變形造成尺寸超差現(xiàn)象，導(dǎo)致零件精度降低和產(chǎn)品報廢，因此決定采用聚氨酯沖模加工該零件。

聚氨酯橡膠彎曲的原理是：聚氨酯橡膠在封閉的狀態(tài)下處于三向等壓力，且受均勻壓縮，如同在封閉容器的靜止液體一樣，受到三向靜水壓力。據(jù)此聚氨酯復(fù)合沖模工作時隨著壓力機滑塊的下行，上模開始壓緊零件的薄板，緊接著聚氨酯橡膠受到壓力，迫使被沖材料在凸模產(chǎn)生變形，當(dāng)被沖材料所受橡膠壓力超過零件材料本身屈服強度時，材料便在凸模上沿型面產(chǎn)生塑性變形。這便完成了一次彎曲和成型。根據(jù)分析，在彎曲時必須遵守這樣一個原則，即設(shè)法使聚氨酯橡膠的變形應(yīng)變所產(chǎn)生足夠的擠壓力。氣動軸承模具采用聚氨酯橡膠的硬度為邵氏75，厚度取15mm，容框材料為45鋼，HRC33-38，凸模用Cr12MoV，硬度HRC53-58，上端面的粗糙度為0.8。圖2是加工氣動軸承的模具原理圖：

3 零件加工問題及解決方案

由于聚氨酯橡膠的硬度要靠經(jīng)驗來確定，首先選用了邵氏硬度為75A聚氨酯橡膠，由于對凸模壓邊部分的形狀和尺寸重要參數(shù)作用的估計不足，開始試加工過程出現(xiàn)了不少問題，氣動軸承彎邊部位出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并且聚氨酯橡膠模具由于受到壓力導(dǎo)致本身出現(xiàn)斷裂和掉渣現(xiàn)象，并且所掉的渣子是模具在閉合后產(chǎn)生的，造成了壓傷零件的故障。改換了邵氏65A的聚氨酯橡膠，聚氨酯橡膠的厚度增加20mm后，聚氨酯橡膠本身的斷裂和零件的壓傷得到避免，但零件斷裂現(xiàn)象依然存在，并且由于聚氨酯橡膠的硬度降低導(dǎo)致零件的型面不好，達(dá)不到設(shè)計圖紙要求。這時我們又更換了硬度為邵氏70的聚氨酯橡膠，這樣一來零件的形面質(zhì)量就獲得了較好的效果。現(xiàn)在剩下零件彎曲部位斷裂的問題，由于產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象是由于材料在流動時受到的摩擦阻力太大的緣故，我們在模具的凸模上涂上一層潤滑油來增加零件材料的流動性，這樣一來零件的斷裂問題改善不少，但仍然存在少許裂紋，這仍然是摩擦阻力大造成，這時我們將凸模的壓邊部位倒角，結(jié)構(gòu)如圖3。這樣，由于倒角部位的材料不受壓力，其流動性增強，從根本上避免了斷裂現(xiàn)象。

4 設(shè)計制造模具技術(shù)關(guān)鍵

聚氨酯彎曲模主要的工作部件是聚氨酯橡膠，正確選擇聚氨酯橡膠的硬度十分重要。對于0.08mm厚度的薄鋼板，取邵氏硬度為70A的聚氨酯橡膠最為適宜。聚氨酯橡膠的表面質(zhì)量要求也很嚴(yán)格，如果聚氨酯橡膠有缺陷，比如有裂紋，那么一定要磨去，否則會在沖壓中，隨著壓力的增加，聚氨酯橡膠本身壓縮則會造成裂紋的擴(kuò)大，直接影響零件的質(zhì)量。聚氨酯橡膠的厚度取18～21mm為宜，本氣動軸承的聚氨酯橡膠取20mm，并且在使用次數(shù)比較多之后，要經(jīng)常修復(fù)聚氨酯橡膠的表面，即相當(dāng)于剛性模具的磨刃口，其修磨后的表面粗糙度要達(dá)到0.6-0.7。聚氨酯橡膠的墊板形面為弧形，這樣結(jié)構(gòu)的墊板有助于保護(hù)聚氨酯橡膠，另外凸模幾何參數(shù)的確定非常重要，本氣動軸承的凸模端頭倒角為2×0.8，有利于零件材料的流動。

通過對氣動軸承的聚氨酯沖模的分析和設(shè)計、制造，并在氣動軸承到上面成功的運用，解決了薄壁高精度復(fù)雜形面零件加工質(zhì)量問題，為運用聚氨酯沖模在其他的薄板零件成形方面運用奠定了基礎(chǔ)。通用聚氨酯沖模設(shè)計和制造都很簡單，生產(chǎn)效率高，聚氨酯通用沖模除鋼制的凸模外，其他部件都是可以通用的因此具有成本低，生產(chǎn)周期短的優(yōu)勢。

由于聚氨酯橡膠的工作性質(zhì)決定了其在工作時不斷的被擠壓和恢復(fù)，彈性壓縮和恢復(fù)是有一定次數(shù)的，在這種情況下通過采取一定的方式，進(jìn)一步改進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)和工藝形式，來達(dá)到提高模具即聚氨酯橡膠的使用壽命，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和降低成本。

5 結(jié)論

聚氨酯沖模能夠彎曲薄板料，并且能夠保證很好的表面質(zhì)量要求，同時聚氨酯橡膠沖模模具結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，生產(chǎn)效率高，在薄壁高精度零件成形工藝上面有一定推廣價值。