橡膠擠出模具設計淺析

劉立海 山東美晨工業(yè)集團有限公司

在橡膠制品行業(yè)，其生產(chǎn)的橡膠制品應用于汽車和其他行業(yè)。橡膠擠出模具設計是影響擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵。橡膠擠出模具橡膠材料在模具型腔的保護和約束下硫化成型。目前，橡膠擠出模具可分為單體橡膠擠出和復合橡膠擠出兩大類。

一、橡膠模具類型

（一）壓制成型模具

壓制成型模具將某種形狀的橡膠稱量到開放的空腔中，用壓力機關閉該模型，在加熱和加壓下用塑料流填充空腔。一定時間后，硫化完成，拆除并去除毛邊，得到所需產(chǎn)品。壓制成型模具結構簡單，通用性強，操作方便。

（二）注塑模具

注塑模具在特殊的外裝室或一般充填塑化橡膠，使用液壓機。在規(guī)定的壓力下，將材料擠入成型模具的預閉型腔中，并保持規(guī)定的溫度和時間，使產(chǎn)品成型。注塑模具特點是先封閉型腔，再引入膠料，減少了膠邊，并且產(chǎn)品密封性好，但注塑成本稍高。適用于形狀比較復雜、嵌件多和較難直接安裝的產(chǎn)品。

（三）擠出成型模具

擠出成型模具通過旋轉(zhuǎn)螺桿，使橡膠材料獲得較大的壓縮力并不斷運動，在模具中通過擠壓出各種截面形狀。擠出成型模具有的特點是成本低、工作效率高和產(chǎn)品密封性好。

二、橡膠擠出模具設計要求

在橡膠擠出模具設計過程中，首先需要了解產(chǎn)品和工作臺面的用途。確定橡膠材料的收縮率和硬度。確定模具的結構和模具凹槽的數(shù)量，保證模具具有一定的使用強度。在高剛性的情況下，盡量減輕重量，保證橡膠擠出模具的結構合理，并且要確保操作方便。設計必須具有通用性的設計原則，并符合橡膠擠出模具技術應用標準化和系列化。開放式模具使用頂模和底模，將型腔內(nèi)的橡膠材料結合成型，并將多余的股線從之間的間隙中取出。模具制造容易，結構簡單，這是最常見的模具。適用于橡膠硬度和流動性較好的膠料。封閉式模具在模板的空腔上方有一定的設計高度。模具閉合時，型腔閉合。橡膠不易灌注，能填充型腔，產(chǎn)品密封性好。適用于高硬度和低流動性的產(chǎn)品。半封閉形式結合了開放和封閉的優(yōu)點。在模具型腔的一端裝有接合面。其優(yōu)點是不易劃傷型腔，并且實際定位對準準確，使用中的拆卸方便。適用于上下模腔和對中要求高的一些模具。結合橡膠圈模具開發(fā)的實際，大多采用雙組份開模設計?？筛鶕?jù)實際情況選擇。對于一些結構復雜的零件，根據(jù)模板的流動性、結構、模板的插入和使用等多種因素選擇合適的結構。在確定模具結構時，要考慮零件的切割面。對于橡膠模具，零件有一個單獨的表面。設計橡膠擠出模具時，應根據(jù)零件的形狀、要求和質(zhì)量等考慮模具的切削面。無論分離面是否合理，將影響膠料的填充、制品的外觀、模具的加工以及制品的毛刺去除難度。所以橡膠擠出模具設計需要確保產(chǎn)品可以順利取出。分型面應避開零件的工作面，分離面必須在圓弧的突出位置，圓弧與相交線不得引起小于30°的傾斜角。因此，一般采用型腔鑲件，并具有高度。一般情況下，可以根據(jù)零件的形狀、尺寸和用途選擇隔斷面。形式越復雜，鑲件越多。分型面的選擇就顯得尤為重要。選擇合適的分離面將為生產(chǎn)帶來極大的便利，提高零件的生產(chǎn)效率和通過速度。有些零件結構復雜，設計橡膠擠出模具時要考慮脫模、形狀、鑲件裝配、模具加工、機械加工等，因此插入物的設計必須巧妙。同時，尺寸精度和公差必須準確。使用刀片越小越好，增加刀片必然會增加復雜度，同時誤差也會發(fā)生變化。導柱導套定位適用于定位多縫形狀，尤其是二組分多縫形狀。圓柱面定位通用性強，加工方便，并且實際定位可靠。適用于長形狀和產(chǎn)品的單槽。錐體的定位具有特性可靠、精度高、操作方便和使用壽命長等特點，但加工復雜。其他的定位形式如嵌件和導流板的定位、螺釘?shù)亩ㄎ坏?，但不具有通用性。橡膠在硫化后隨著分子鏈的交聯(lián)，不可避免地會出現(xiàn)收縮。因此，在設計零件的型腔時，與零件有一定程度的壓縮尺寸比。零件的結構、截面厚度、框架、硫化溫度和橡膠都是影響收縮率的因素。硫化橡膠的收縮率會隨著橡膠的增加而增加，當硬度從75 度增加到85 度時，橡膠材料的收縮率最小。橡膠材料的收縮率隨著溫度的升高而增加，通常每升高10℃，收縮率增加0.1%～0.2%。膠料流動方向的收縮率大于垂直收縮率，因此可以發(fā)現(xiàn)，膠料的塑性越大，收縮率越低。填充量越大，收縮率越低。具體情況可根據(jù)實際進行調(diào)整，還要考慮到模具在加工中可能出現(xiàn)的公差，以及硫化過程中模具的熱膨脹引起的調(diào)整。在實際情況下，可以根據(jù)零件的形狀以及硫化機的類型進行改進，例如U 形槽和墊片設計等。注壓模適用于一些常規(guī)鑄造不易成型的零件，其生產(chǎn)的產(chǎn)品密封性好，品質(zhì)優(yōu)良?；疽笮枰_保模具必須有足夠的強度和剛度，以防止在硫化過程中受影響而變形，避免最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。選擇澆注塑面的位置時，需要避開工作面或重要的特殊區(qū)域面，滑流膠道盡量短，有利于快速填滿型腔，進一步減少硫化的時間。在模具結構上，合模高度應盡量短，以利于模具的壓注和拆卸。如果條件有限，必須配備結構合理的脫模裝置。如果條件有限，配備設計簡單和操作方便的裝置。其他條件需根據(jù)情況制定，可根據(jù)零件的結構和生產(chǎn)情況選擇設計思路。

三、橡膠模具通用件設計參數(shù)

在制造橡膠擠出模具中，模具型腔中裝入的橡膠材料會稍多一些。多余的膠料儲存在殘膠槽或邊中，或被擠出，各個分割面的硫化變成毛邊。如果殘膠槽體積過大，很容易造成零件漏膠。如果體積過小，分型面上形成的飛邊會變厚，影響封口尺寸的精度和質(zhì)量，也增加了維修的負擔。通槽和連接槽的尺寸在允許范圍內(nèi)要大不能小。如果尺寸太小，多余的橡膠不光滑，分型光澤容易變稠。在成型橡膠制品以保證零件的質(zhì)量時，在成型零件時，插入型腔的橡膠材料始終高于成型合格產(chǎn)品零件必需的材料的質(zhì)量。模具型腔周圍有凹槽，可以容納或引導多余的橡膠流出，稱為殘膠槽。橡膠模具常用的殘膠槽以半圓形和三角形為宜。無飛邊形式的殘留膠稱為斷邊槽，特點是非常接近型腔的尺寸，目的是簡化毛刺的去除和清除零件上的毛刺。斷邊的形狀有三角形和分裂三角形，也有矩形和半梯形的。在橡膠成型中，可以使用多個形狀的撕裂凹槽。定位機構橡膠模具定位機構有圓柱面定位、圓錐面定位和分離面定位等[1]。

四、復合橡膠擠出模具的設計

復合橡膠擠出操作參數(shù)要控制擠出速度，使不同橡膠和框架結構的擠出速度恒定，從根本上保證混合物擠出的穩(wěn)定性和完整性，并且確保不會被整合成一個整體。造成擠壓操作中出現(xiàn)不規(guī)范起皺和變薄的問題，可避免打滑和溢出問題。在設計中，設計人員必須控制不同的粘合劑和流動的粘合劑通道，以確保在修復中錯誤，確?？梢詧?zhí)行有效的修復過程。為控制生產(chǎn)擠壓工藝參數(shù)，采用速度振蕩來平衡擠壓調(diào)節(jié)。在用帶骨架控制復合擠壓基體中，重要的結構要素是保證骨架引入模具和擠壓孔，阻止復合材料的結構位置。為了有效完成，還需要利用澆注到模型中的結構和間隙的距離來調(diào)整參數(shù)，控制粘合結構復合層的厚度。在復合腔體中，如果壓力增加，系統(tǒng)會鎖住框架，甚至導致設備運行中發(fā)生停機。壓力過低，內(nèi)部復合粘合劑不足，粘合劑此時會暴露在框架部分，這會降低牽引力和速度，設備間隙會控制在1-1.5 毫米。在復合擠壓控制和操作過程中，將入口基體的傾角與擠壓基體結合起來。如果傾角超過范圍，復合型腔內(nèi)壓力會分布不均，這會減少擠壓的推力。阻力增大，擠壓速度降低，可能造成骨架因壓力而移動。如果復合材料腔體中材料的密度較低，這將導致骨架和膠體在擠出基體中，直到完全融合，產(chǎn)品不符合標準。因此，在橡膠擠出模具設計傾角時，參數(shù)控制在20～30°。設計必須對帶金屬框架的復合產(chǎn)品進行分析，特別是控制其質(zhì)量和使用參數(shù)，以保證復合材料的尺寸和材料的強度標準，確保硬度滿足產(chǎn)品的設計要求，使骨架表面不會發(fā)生生銹和出現(xiàn)油脂。在金屬線編織結構的操作設計中，應特別注意結構的有序處理，以提高周圍結構的完整性[2]。

五、單體橡膠擠出模具設計

在橡膠擠出模具設計過程中，要保證成本的有效體現(xiàn)，必須有效的保證鋼筋的尺寸和截面。區(qū)分橡膠擠出模具的膨脹率，保證橡膠的硬度可以按從小到大的順序確定，膨脹率是從大到小增加的順序。隨著溫度參數(shù)的增加，擠出的膨脹率增大，不同橡膠和不同橡膠混合物的膨脹率，導致結構變化的差異。在設計過程中，擠出模腔厚度必須滿足擠出規(guī)格要求。在近年來廣泛使用的擠出機中，有效厚度控制在8mm 以下，但擠出尺寸穩(wěn)定性低，導致表面不規(guī)則，因此在擠出分析過程中還必須保證擠出模腔的厚度相近，并且需要與擠出機頭架的尺寸相對應，由單體橡膠制成的基體型腔的實際厚度控制在10-15 厘米之間，確保符合橡膠擠出模具設計標準和要求，在參數(shù)范圍內(nèi)改善修復位置和移除量，對預期問題進行修復，確保設計的數(shù)量在可視范圍內(nèi)。通過修改和查看拋光面參數(shù)，提高擠壓基體的質(zhì)量。需要特別注意的是，在工作流程中，對于修模操作通常檢查約1-2 次，更復雜的形式需要3-4次達到標準。通過提高技術人員的專業(yè)能力，管理人員必須確保具有相對豐富的橡膠擠出模具實踐經(jīng)驗，堅持最短的維修周期，減少維修所需的相關原材料和人工成本。必須形成簡單的擠壓模具，修正表面以避免出現(xiàn)裂紋。需要通過參數(shù)來控制擠壓段的間隙，可以有效保證擠壓段邊緣沒有裂紋。在倒角控制中要注意保證角度控制在5～15°左右[3]。

六、制品零件飛邊的修除

在橡膠零件的生產(chǎn)中，毛邊修復是保證零件的使用功能性、尺寸精度和外觀的非常重要的過程。飛邊的修復有手動修復和機械修復，手工修邊的通常是用剪刀或刀片，或者是應用這兩種方法的組合從產(chǎn)品的上剪下或刮掉飛璉來修整，也可以使用小砂輪用于打磨和修理。手工修復毛邊不易保證零件的表面質(zhì)量和尺寸精度，并且對于一些技術應用性能低下，甚至可能損壞橡膠產(chǎn)品。出于這個原因，在專業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用機械來去除毛邊。機械修補法適用于橡膠的大批量生產(chǎn)，該方法具使用有效率高、修復質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短和復雜度低等使用優(yōu)點，這是一種值得推廣的方法。

七、解決硫化變形的措施

產(chǎn)品從模具中擠出后，經(jīng)過微波硫化線后會發(fā)生變形。因此，在橡膠擠出模具的初始設計中，考慮易變形部位的變形趨勢和次數(shù)。在設計中，最薄的粘合劑片設計成倒角，使變形在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。在爐硫化線上的適當位置安裝保持形狀的裝置，以便在產(chǎn)品通過中及時糾正，使硫化后的產(chǎn)品變形控制在公差內(nèi)。對于極易變形的制品，可以在硫化時降低微波爐功率。當產(chǎn)品通過高溫箱時，會逐漸硫化成型，使變形控制在允許范圍內(nèi)。

八、結語

綜上所述，在橡膠擠出模具設計中，需要對結構進行集中控制，保證各相關要素的完整性，提高橡膠擠出的結構平滑度，確?？蚣芙Y構滿足橡膠擠出模具設計要求，確保產(chǎn)品符合時代的發(fā)展需要。必須充分控制設計的參數(shù)和相關的設計程序，進一步完善橡膠擠出模具工藝質(zhì)量控制框架，促進橡膠擠出模具技術的可持續(xù)發(fā)展。