《模具概论》第三节 橡胶模具

第四章其他模具第三节橡胶模具橡胶一词来源于印第安语cau-uchu，意为“流泪的树”。天然橡胶就是由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后而制得。1770年，英国化学家J.普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹，当时将这种用途的材料称为rubber，此词一直沿用至今。橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。一、橡胶概述1.橡胶的特性及用途橡胶工业在国民经济中占有及其重要的地位，发挥着十分重要的作用。在工程应用中，材料大致可分为两大类：一类是结构材料（主要用其强度、弹性等力学性能），另一类是功能材料（主要用其声、光、电、磁等功能）。橡胶既是重要的结构材料，又具有一定的功能，因而是一种非常重要的工程材料。橡胶具有独特的高弹性，优异的抗疲劳强度，极好的电绝缘性能，良好的耐磨耗性和耐热性；还有良好的防振性、不透水性、不透气性和化学稳定性等，因而应用范围十分广泛。2.常用橡胶分类:（1）按来源分：天然橡胶（NR）和合成橡胶（SR）。（2）按用途分：通用橡胶、特种橡胶、专用橡胶。（3）按形态分：板块固态橡胶、粉末橡胶、液体橡胶、热塑性橡胶。（4）按物理状态分：生橡胶、熟橡胶、硬橡胶、混炼胶、再生胶。3.常用橡胶的性能与用途橡胶种类主要性能缺点用途天然橡胶(NR)有很好的耐磨性、弹性和力学性能，滞后损失小。在空气中易老化，遇热变粘，易溶于汽油和某些非极性溶剂、耐油性差。用于生产轮胎、胶管（带）、胶鞋、日用品、体育用品等。丁腈橡胶(NBR)国产NBR中含丙烯腈的质量分数在18％～48％。分三级：丁腈-40，丁腈-30，丁腈-20。极性很强，有良好的耐油和耐非极性溶剂。丙烯腈含量越高，耐油、耐热性能越好，但耐低温性差。耐低温性和耐臭氧差。用于制造各种耐油制品，丁腈-40用于直接与油类接触及耐油性能要求较高的制品（油封），丁腈-30用于普通耐油制品（油箱、印刷胶辊、耐油胶管）丁腈-20用于耐油性较低的制品。丁基橡胶（IIR）气密性优良，是所有橡胶中最好的，化学稳定性好，耐热、耐臭氧不易老化、耐强酸、碱腐蚀。加工温度要求高，硫化速度慢，粘着性和耐油性差，永久变形大，滞后损失大，弹性小。用于生产内胎、硫化胶囊、电缆。化工容器衬里，耐热、耐水的密封垫片等。丙烯酸酯橡胶(ACM)机械强度高、耐热性能、耐高温性能、耐候老化性能及耐臭氧老化性能、气密性能等都很良好。尤其是其耐热油性能特别突出。耐水性能和耐水蒸气性能差、电绝缘性能低、耐寒性能不佳。耐热耐油的制品零件，如各种发动机中的耐热元器件、高温油的密封件等.使用温度范围是－10~180℃。聚氨酯(PU)具有优良的耐磨性、强力和弹性，并具有良好的耐油、耐低温及耐臭氧老化性。易水解。耐水性、耐热性差，生热大。用于生产各种密封件（油封），胶辊、胶带、胶鞋、实心轮胎。硅橡胶(Q)具有耐热、耐寒、耐臭氧、耐大气老化及良好的电绝缘性，并且无任何毒性。扯断强度、扯断伸长率小、压缩变形大、不耐强酸、强碱，但价格昂贵。耐高、低温橡胶制品如垫圈、衬垫。密封件、耐高温电缆，也可用于食品、医疗行业的制品。氟橡胶(FPM)具有良好的耐高温、耐油、耐强酸和强氧化剂，耐各种溶剂，并具有良好的物理机械性能。自粘性差，加工工艺性不好，耐寒性差。用于石油、化工、航天、火箭、导弹等领域（最初是作为喷气式飞机所用的耐高温橡胶而研制的，使用温度-30℃～250℃。二、橡胶模具设计概述橡胶模具设计的基本要求是满足制品零件的设计和使用，模具设计得是否合理，将直接影响到制品零件的尺寸精度、物理性能、表面质量、劳动强度、生产成本和生产效率，因此在橡胶制品生产中模具的设计是一项非常重要的技术。（一）橡胶制品1.橡胶模制品通常是指胶料在其模具型腔中成型并硫化所得到的制品。橡胶模制品是橡胶制品中品种最多，应用最广的SHAPE一类特殊制品，如图4-X所示。图4-X橡胶制品2.橡胶模制品特点制造容易、外形准确、尺寸精度高、表面光洁、质地致密、工艺简单、易于机械化和半自动化生产，生产效率高，成本低。3.橡胶模制品生产分类模压成型方法和注射成型方法。（1）模压成型法：是将胶料或预成型半成品直接装入模具型腔，然后上机进行压制，同时加热硫化，从而得到制品零件的工艺方法。其生产流程：胶料→剪切称量或其它预成型→装入模具型腔→加压、硫化→启模取件→修除飞边→成品质量检查。（2）注射成型法：是将胶料通过橡胶注射机直接注入模具型腔而硫化，从而得到制品零件的工艺方法。其生产流程：胶料预热塑化→注射入模→硫化→启模取件→修除飞边→成品质量检查。（二）橡胶模具的分类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、压注成型模具、注射成型模具、挤出成型模具四大常用模具，以及一些生产特种橡胶制品的特种橡胶模具，如充气模具、浸胶模具等。(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。压制成型模具可分为开放式、半封闭式和封闭式三种结构，如图4-X所示。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）（a）开放式(b)半封闭式(c)封闭式图4-X压制成型模具结构(2)压铸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，通过规定的液压机压力，再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，但压铸模造价稍高，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，如图4-X所示。1-柱塞2-上模3、4-中模5-下模6-上模套7-下模套8-定位销9-侧孔芯10-模芯11-卡环图4-X中小规格压铸成型模具1-柱塞2-料腔模3-分流道模4-上模板5-下模镶芯6-模芯7-下模镶芯8-下模板9-背板10-骨架11-定位销12-紧固螺钉图4-X有主胶道和分胶道压铸成型模具1-工作台2-下热板3-上热板4-压铸塞5-料腔6-料道7-制品8-压机活塞图4-X压铸成型模具结构及工作示意图(3)注射成型模具是指注射机上（注压机）专用的模具。利用注射机的压力，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，如图4-X所示。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。1-定位环2-定模背板3-定模板4-动模板5--动模背板6-垫板7-动模镶芯8-定模镶芯9-合模导向图4-X注射成型模具(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，如图4-X所示。1-管道2-定径管3-口模4-芯棒5-调节螺钉6-分流器7-分流器支架8-机头体9-过滤板10、11-电加热图（加热器）图4-X挤出成型模具结构及工作示意图(三)橡胶制品的工艺性（1）橡胶制品的形状力求简单。为了减少制品的内应力和收缩变形，橡胶制品的壁厚应尽量设计成等厚或厚度相差不大，不同厚度的变化应缓和过渡。（2）为避免制品在受负荷后产生应力集中，以及改善胶料在模具中的流动，制品的内圆角半径应不小于1毫米，外圆角半径应不小于2毫米。但有时考虑模具分型面的需要，也可以为尖角。（3）模压制品不宜制出小直径的孔，一般孔的直径大于深度的1/2～1/5为宜。（4）当橡胶制品有适当的凹凸部分时，由于橡胶制品有弹性，压制后脱模和抽芯均较方便，一般无需脱模和抽芯装置。（5）橡胶-金属嵌件由于二者的膨胀系数不同，常会因收缩不一致而产生内应力，使金属嵌件变形，因此在设计金属嵌件时，其厚度应适当增加。一般平板金属嵌件的厚度不小于1毫米，而空心嵌件的壁厚不应小于1.2毫米。嵌件与成型模具有关的表面，应适当考虑间隙配合，一般为H8,H9/f9或H8,H9/b11(c10-11),以避免嵌件放不进型腔以及嵌件与模具被压损现象发生。（6）模压硬橡胶制品时，为便于脱模，应考虑脱模斜度。一般软橡胶由于具有弹性，不必考虑脱模斜度。（7）橡胶制品的粗糙度应由模具来保证。（四）橡胶模具设计原则1.掌握和了解橡胶制品选用的橡胶材料（牌号）、硬度和收缩率。2.模具结构合理，定位可靠，操作方便，易于清洗和制品修边。3.模具结构中开设模腔数量应适当，便于机加工和使用。4.在保证足够强度和刚度下，力求减轻模具。5.模具设计应符合系列化、标准化、能通用。（五）典型橡胶模具结构1.矩形圈模具（如图4-X（a）、（b）所示）图4-X（a）薄片状矩形圈制品图1-上模2-下模图4-X（b）薄片状矩形圈制品图2.皮碗模具（如图4-X（a）、（b）所示）图4-X（a）碗形皮碗模具制品1-上模2-下模图4-X（b）碗形皮碗模具3.筒式减震器模具（如图4-X（a）、（b）所示）1-压铸塞2-上模3-中模4、5-金属骨架6-下模图4-X（a）筒式减震器模具制品图4-X（b）筒式减震器模具制品4.碟状膜片模具（如图4-X（a）、（b）所示）