一種涂層輥模具的分析與設(shè)計(jì)

湯恒，武黎明

（南京金三力橡塑有限公司，江蘇　南京　210061）

一種涂層輥模具的分析與設(shè)計(jì)

湯恒，武黎明

（南京金三力橡塑有限公司，江蘇南京210061）

本文針對(duì)冷模斑和大小頭偏移問題，對(duì)生產(chǎn)用模具進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的模具在實(shí)際生產(chǎn)中，消除了涂層輥因模具原因造成的產(chǎn)品缺陷問題，從而提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

涂層輥模具；法蘭設(shè)計(jì)；凹凸筋；凹凸圈；加強(qiáng)筋

目前，以聚氨酯為代表的液體澆注型膠輥已廣泛應(yīng)用于全國(guó)各大鋼廠［1］。其中，低硬度涂層輥（硬度邵爾A35～65度）扮演著板材表面處理的重要角色（鈍化液、油漆等涂層處理）。板材的防腐性、耐久性、抗老化性等主要取決于涂層的性能，涂層的性能除與涂料本身具有的特性有關(guān)外，板材的清洗工藝、涂層的厚度、烘干工藝等因素都與之有很大關(guān)系，而這些因素主要取決于生產(chǎn)線的工藝與設(shè)備性能，所以良好的生產(chǎn)線設(shè)備是優(yōu)良產(chǎn)品的基本保證［2］。因此，涂層輥在鋼廠板材生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起著主要工作部件的作用。

對(duì)于涂層輥的生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，目前推薦的是國(guó)標(biāo)《金屬薄板用涂覆膠輥》，綜合了蘇州寶蘇、浙江德清、鞍山宏圖等相關(guān)單位的意見，該標(biāo)準(zhǔn)是由我公司負(fù)責(zé)起草完成。適用于冶金行業(yè)和其他行業(yè)金屬薄板涂覆生產(chǎn)線用涂覆膠輥。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂層輥表面要求規(guī)定：不允許有氣泡、雜質(zhì)、氣孔、暗泡、色差、印痕等任何缺陷，表面不允許修補(bǔ)； 表面須精磨加工，Ra值在0.4～1.6 μm等 。

為了提高涂層輥的生產(chǎn)速度及質(zhì)量，涂層輥生產(chǎn)中所用到的模具起著重要的作用，在一定程度上影響著涂層輥的質(zhì)量。

1　涂層輥生產(chǎn)工藝

（1）將輥芯、工裝法蘭及模體組裝為一個(gè)整體的模具在設(shè)定溫度下預(yù)熱。

（2）將特制預(yù)聚物料（A組分）與專用交聯(lián)劑（B組分）在設(shè)定溫度下預(yù)熱。

（3）A組分投料后，需進(jìn)行充分的真空脫泡，隨后A、B組分在達(dá)到澆注工藝要求溫度條件時(shí)分別計(jì)量，調(diào)校至規(guī)定吐出量，以達(dá)到在一定時(shí)間內(nèi)完成澆注的要求。

（4）以無泡方式澆滿已預(yù)熱的組裝模具。

（5）膠輥交聯(lián)固化一定時(shí)間后再進(jìn)行后硫化。

（6）后硫化后進(jìn)行后期精加工。

2　實(shí)際生產(chǎn)中模具易出現(xiàn)的問題分析

2.1問題及分析

我單位為鋼廠生產(chǎn)的涂層輥，規(guī)格Ф外305×Ф內(nèi)254× 1 800。一般情況下，在生產(chǎn)過程中由模具出現(xiàn)的不良現(xiàn)象可以歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：

2.1.1冷模斑

涂層輥長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為滿足生產(chǎn)需要及成本問題，生產(chǎn)涂層輥用的模具為拼接模具。在生產(chǎn)工藝中，半模與半模的接縫處因合并不完全導(dǎo)致的受熱不均勻，容易出現(xiàn)冷模斑。該問題會(huì)導(dǎo)致涂層輥在直徑方向膠層厚度不足，影響后續(xù)加工。嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致生產(chǎn)失敗，需重新制作。

圖1　涂層輥產(chǎn)品圖

2.1.2輥芯定位偏移導(dǎo)致的直徑大小頭現(xiàn)象

生產(chǎn)過程中，模具澆注需要對(duì)涂層輥的輥芯進(jìn)行定位，我們采用上下法蘭定位軸頭，及模體內(nèi)壁的方法，如果涂層輥輥芯與模具裝配及運(yùn)送模具至生產(chǎn)場(chǎng)地，還有澆注過程中，出現(xiàn)輥芯歪斜偏移，澆注出來的涂層輥就會(huì)出現(xiàn)我們常說的“大小頭現(xiàn)象”，即徑向包膠厚度不均，在后期加工過程中出現(xiàn)尺寸不夠，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致尺寸不滿足客戶要求，需重新制作。

3　模具的設(shè)計(jì)措施

為解決以上兩點(diǎn)問題，我們對(duì)涂層輥模具進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

3.1對(duì)于冷模斑問題的設(shè)計(jì)

圖2　凸筋

圖3　凹筋

圖4　凸圈

圖5　凹圈

實(shí)際生產(chǎn)中的模體為6片半圓半模，軸向由3片半圓半模組成半模體，徑向通過哈呋組合將兩個(gè)半模體組成一個(gè)完整模體。按照?qǐng)D2～圖5，將模體徑向沿軸線的接縫處兩側(cè)分別焊接凸筋與凹筋，設(shè)計(jì)為凹凸筋結(jié)合（圖2與圖3配合），模具軸向沿徑線的接縫處兩側(cè)分別焊接凹圈與凸圈，設(shè)計(jì)為凹凸圈結(jié)合（圖4與圖5配合）。模具拼接時(shí)，凹凸的配合可以更準(zhǔn)確更快的完成裝配，防止上下模具的錯(cuò)位現(xiàn)象，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在接縫處再以螺栓螺母配合加以鎖緊，使模體基本做到無縫結(jié)合，形成一個(gè)整體模具，更易讓模具在生產(chǎn)過程中受熱均勻，所生產(chǎn)出的膠輥不易出現(xiàn)冷模斑現(xiàn)象。

3.2對(duì)于輥芯定位偏移導(dǎo)致的大小頭問題的設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)中，上、下法蘭及模體相互配合共同起到防止偏移的作用，上法蘭與模體組合需要留出一定澆注空間。

以往上法蘭只是通過輥芯與模具間的有效實(shí)際距離，通過金屬本身重量相互支撐定位。而下法蘭只是定位軸頭根部（即圖2軸頭與筒體交接處），定位于澆注面端面。為更好的防止輥芯偏移，現(xiàn)將上法蘭按圖6所示，加大橫截面，并在正中開輥芯軸頭直徑孔，固定上軸頭，在兩邊開螺紋孔，通過螺栓螺孔配合固定上法蘭與模體。下法蘭按照?qǐng)D7的設(shè)計(jì)方式，焊套加長(zhǎng)，延長(zhǎng)軸向定位距離，加大下法蘭與輥芯的接觸面，使下法蘭與輥芯軸頭定位在圓周上，這樣不僅可以支撐定位澆注面端面，還依附于軸頭端面，使模具下法蘭與輥芯形成一個(gè)定位下整體，這樣輥芯、上、下法蘭及模體兩兩相互配合，形成一個(gè)整體定位的效果，以防止生產(chǎn)準(zhǔn)備及澆注階段產(chǎn)生的輥芯偏移，從而杜絕生產(chǎn)大小頭問題。

圖6　上法蘭

圖7　下法蘭

3.3其他相關(guān)的問題設(shè)計(jì)。

（1）此外，為了防止該涂層輥在生產(chǎn)過程中發(fā)生端面脫層現(xiàn)象，對(duì)于下法蘭接觸面處，我們根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)模具下法蘭進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)：

如圖8所示，左半邊為模具外觀圖，右半邊為模體與輥芯裝配的剖視圖。將下法蘭與軸頭根部接觸面加工出兩道梯形臺(tái)，讓開軸頭推拔處，保持輥芯端面與下法蘭無縫貼合，同時(shí)在輥芯外徑單邊收縮5 mm對(duì)應(yīng)的下法蘭直徑處加工一道深度為5 mm的臺(tái)，這樣澆注時(shí)液體聚氨酯流至法蘭加工臺(tái)處，形成軸頭端面包膠，使輥面與膠層更好的結(jié)合，加工時(shí)只需直接劈掉輥芯端面多余的膠層，既避免了生產(chǎn)中及后期膠料因收縮導(dǎo)致的包膠端面不平，又防止了后期加工中出現(xiàn)的脫層現(xiàn)象。

圖8　下法蘭定位輥芯

（2）模具的使用，不僅要考慮生產(chǎn)中的產(chǎn)品要求，還要考慮到模具本身的耐使用性，這樣才能節(jié)約生產(chǎn)成本。除了材質(zhì)選擇上的問題，還要在強(qiáng)度使用設(shè)計(jì)上加以考慮：

如圖9所示，在模具軸向3個(gè)半模具上，與兩片半模合縫面的90。垂直直角處，分別焊上加強(qiáng)筋，并打上吊裝孔。因?yàn)橥繉虞伾a(chǎn)中需要反復(fù)加熱模具，這樣設(shè)計(jì)不僅可以防止長(zhǎng)期使用造成的熱變形，還能經(jīng)受的住使用過程中碰撞造成的生產(chǎn)影響，有效保證了模具的強(qiáng)度。

圖9　加強(qiáng)筋整體圖

4　設(shè)計(jì)效果

設(shè)計(jì)的模具如圖11，經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)使用證明：通過凹凸筋與凹凸圈的作用，大大縮短了涂層輥模具的生產(chǎn)裝配操作時(shí)間，上下法蘭的配合使生產(chǎn)出來的毛坯膠輥產(chǎn)品的冷模斑及輥芯偏移引起的軸向包膠大小頭誤差明顯縮小，控制在后期精加工的有效范圍之內(nèi)，大大的提高了產(chǎn)品的一次成功率。

圖10　加強(qiáng)筋

圖11　涂層輥模具整體圖

［1］葛衛(wèi)東.彩涂鋼板及其涂輥進(jìn)展［C］.中國(guó)聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)彈性體專業(yè)委員會(huì).中國(guó)聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)彈性體專業(yè)委員會(huì)年會(huì)論文集. 2013：48.

［2］ 張若飛，于宏林.寶鋼2#、3#彩涂線鋼卷輥式涂層機(jī)的構(gòu)造分析［J］.江蘇冶金，2006，34（3）:19.

（R-03）

Analysis and design of a kind of coating material mold

TQ336.41

1009-797X（2016）20-0075-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.023

湯恒（1986-）男，從事膠輥生產(chǎn)合同圖紙?jiān)O(shè)計(jì)相關(guān)工作。

2016-08-25