橡胶加工设备与模具

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1、橡胶加工设备与模具 横压力 一、横压力的概念 胶料通过辊隙时，胶料对辊筒产生径向作 用力和切向作用力（接触应力）。如图所 示。 径向作用力：Qf（y），它力图使两辊筒 分离，其方向垂直于辊面，其大小从 y4y4y1y1截面渐增，从y1y1y1y1截面 又平滑下降，在y1y1截面为最大值，在y4y4 和y1y1截面为零。径向作用力的分布如 图中的虚线所示。 切向作用力：f1（y），它力图使胶料拉入辊隙中，其方向 取决于胶料的运动速度，其大小从y4y4y1y1截面由零经最大到 零，从y1y1y1y1截面又由零经最大到零，由于在y1y1截面 上、下胶料与辊面的相对运动方 向不同，故二 次出现的峰值

2、相反。切向作 用力的分布如 图中的实线所 示。 1.定义：胶料在辊隙间对辊筒产生的径向径向 作用力作用力亦即横压力，又称分离力。 横压力是机械专业进行强度计算的原 始数据，也是分析胶料所受压力作用和剪 切作用的原始数据，通过分析它，使我们 可以合理的制定操作工艺，合理地利用机 台，提高经济效益。 2、分布与效应 横压力是开炼机的主要参数，在炼胶 过程中，胶料在整个夹持弧上都产生对辊筒的 径向作用力，而分布是不均匀的，随楔形断面 的不断减小，横压力也在不断增大。 由实验知，横压力的最大值在夹持弧 的36 上，径向作用力的合力作用点要根 据实验来确定，合力作用线与水平线的夹角一 般在510范围内，

3、推荐采用10。 横压力有使二辊筒分开的趋势，使辊筒产 生弯曲变形。辊筒对胶料的径向作用力与 胶料对辊筒的径向作用力大小相等，方向 相反。如图所示。 二、影响横压力的因素 横压力是开炼机的主要参数之一， 它也受到许多因素的影响，因此我们必须了解 其影响因素，对我们将来进行设计和分析设备 机能很重要，辊筒横压力的大小，主要取决于 胶料的性质、加工温度、辊距和辊筒线速度 等。用函数式表示出来，即 P=F(T,V,DL,e，t ) 要从理论上定量的讨论是很困难的，使用时 ，只能从现有机台中确定几个参数后，由实验 得来 在这里只能定性的分析： （1）横压力P与辊温T的关系，当T增大，P减 小；当T减小，

4、P增大。 （2）横压力P与辊筒规格DL，当DL增大，P 增大；当DL减小，P减小。 （3）横压力P与炼胶时间t的关系,t越长；P越 小。 （4）堆积胶的多少与横压力的关系，（实际 用接触角也可）越大，P越大；当越小，P 越小。 （5）胶料性质与横压力的关系，当胶硬度越大 ，P越大；当胶硬度越小，P越小。如图所示， 例如硬胶料的混炼与热炼比天然胶塑炼的横压 力要大。 （6）胶料温度与横压力的关系：温 度越低，横压力越大。如图所示，例 如冷破胶比预热70后再破胶，横压 力大1015。 （7）横压力P与辊距e的关系,对于 混炼胶来讲，当e增大，P减小；当e 减小，P增大。 （8）辊筒工作线速度与速比

5、对横压 力的影响比较复杂 从流变学观点分析辊速越高，橡胶 在短时间内变形量大，横压力应增 加，但与此同时，如胶料温度亦升 高，使横压力相对下降，二者相互 抵消的作用，故横压力增加不大。 在660mm开炼机上混炼实心轮胎胶料时P 1100kg/cm。 但同是胎面胶，在305mm开炼机上测得的 横压力P380kg/cm。 因此，一般地可以认为：同一规格开炼机 ，加工不同胶料时横压力是不同的；同种 胶料，在不同规格开炼机上加工时横压力 也不同。开炼机规格越大，胶料硬度越高 ，横压力越大。 三、横压力的分析 如下图所示，总横压力PP可分解为水平 分力PPX和垂直分力PPY。 横压力水平分力PPX：PP

6、XPPcos kg 横压力垂直分力PPY：PPYPPsin kg 式中横压力的合力角。 若把辊筒工作部分纵长1厘米上的横压力称为单位 横压力，并以P（kg/cm）表示，则总横压力PP为： PPPL kg （23） 式中 P单位横压力，kg/cm； L辊筒工作部分长度，cm。 辊筒上的总横压力，被辊筒两端的两个轴承承担， 这样一个轴承的横压力，即为总横压力，即为总横 压力的一半。 PPPP/2 kg （24） 式中 PP一个轴承上的横压力，kg。 在实际炼胶过程中最大横压力数值上是变 化的。例如5501500mm炼胶机塑炼天然 胶时一个轴承上横压力的变化如图所示。 可见，在开始几分钟压力达到最大

7、值。其 后由于胶温提高，胶料变软。横压力很快 的下降，当胶料可塑度均匀后，横压力的 变化也就不大了。 四、横压力的计算 从理论上计算横压力，较早的方法是借助于 辊压金属的理论来计算的，但它没有考虑胶料 性质对横压力的影响，故计算结果与实际相差 很远。后来曾采用相似论和因次分析的方法建 立横压力计算公式。但若将实验研究机台所得 结果应用到其他规格炼胶机上去，必须借助于 转换系数。要准确的确定这个系数也是困难 的。此外也曾采用建立在流体力学捏炼理论基 础上的横压力计算法。由于它考虑了胶料的流 变性能，较前述各种方法前进了一步。但因在 计算中涉及流变系数，公式又很复杂，实际上 应用仍有一定的困难。总

8、之，由于橡胶本身所 具有的性质所决定，要从理论上准确的计算横 压力在目前来说还是困难的，有待进一步研 究。这里介绍几种方法，以供参考。 1、经验统计基础上的横压力计算 在实验统计的基础上，苏联A.H.库兹涅佐夫推荐用 下列公式计算总横压力的最大值： kg （25） 式中 PP总横压力，kg； K计算系数； 速比； v后辊线速度，m/s； I后辊指数，其值为D0/e； D0两辊平均直径，cm； 辊距，cm； L辊筒工作部分长度，cm。 计算系数K，库兹涅佐夫原推荐采用1.5，根据 国内设计实践，可采用如下数值： 6502100开炼机 K1.11.3 5501500开炼机 K1.21.4 4501

9、200开炼机 K1.31.5 4001000开炼机 K1.41.7 360900开炼机 K1.72.5 上列计算系数是统计数据，供在计算时参考， 可根据炼胶机用途具体分析选用。 三、开炼机容量 定义： 炼胶容量是指开炼机一次炼胶的数量，用q 表示，单位：dm3。 q=KDL K为经验系数一般为0.00650.0085升/厘米2 L为辊筒直径，cm。 四。生产能力概念及计算 生产能力 1、定义：单位时间内开炼机的产量称为开炼机的 生产能力。以公斤/小时表示。 2、开炼机生产能力计算： 1）常用开炼机的生产能力可按下式计算： Q 公斤/小时 式中 Q生产能力，公斤/小时； q一次加胶量，升； 胶料

10、的重度，公斤/升； t一次炼胶时间，分。 在进行机台选择计算时，还应乘以设备时间利用系 数a，一般a0.850.90。 五、开炼机功率消耗 一、功率消耗的特点 1、在炼胶过程中，传动电动机的功率消耗是 不均匀的。 在炼胶开始很短时间内达到最大值。其值常为 工作数分钟后电动机负荷的23倍。这是由于 炼胶开始时胶料为块状，弹性与硬度都较高， 故必然消耗较大功率，随着炼胶时间的加长、 胶料升温变软，功率消耗下降。如下图所示。 6502100毫米开炼机，进行胎面胶混炼时 ，功率峰值达210千瓦，但其平均值还不足140 千瓦。 六、电机选择 1、基本要求 开炼机工作时负荷变动较大，又考虑到有时需 要负载

11、启动。混炼与压片时粉状配合剂飞扬易 引起电动机短路，故对开炼机用电动机的要求 是： （1）启动扭矩要大； （2）具有超负荷特性，要求Mmax/M额定为2 2.5倍以上； （3）能够正反转动； （4）转速要恒定； （5）制动性能要好； （6）混炼、压片机电动机应采用封闭型 七、安全操作与维护保养 P34 安全操作注意事项 开车前必须穿戴好劳动保护用品。 检查各机台紧固件有无松动、损坏。 检查刹车装置是否完好、有效、灵敏；正常停车严禁使用刹车装置。 检查发现的问题消除后，方能开车。 辊筒的加热和冷却必须在辊筒转动条件下缓慢进行，以防止因局部温 度突变使辊筒产生温度应力而产生裂纹甚至断裂。 调节辊距

12、左右要一致，以免损伤辊筒和轴承。减小辊距时应注意防止 两辊筒因相碰而擦伤辊面。 炼胶过程中，炼胶工具、杂物不准乱放在机器上，以避免工具掉入机 器中损坏机器。机器运行时，如发现积胶在辊缝处停滞不下时，不得 用手按塞，用手推胶时，只能用拳头推，以防手扎入辊筒。 刹车或突然停电后，必须将辊缝中的胶料取出后方能开车，严禁带负 荷启动。 严禁机器长时间超载或安全保护装置失灵情况下使用。 检查导胶装置是否良好，电气开关是否灵敏可靠。 1.冬季炼胶为什么要烘胶和预热辊筒？ 2.辊筒断裂是橡胶加工行业的恶性事故， 请谈谈断裂的主要原因和预防措施。 3.如何实现炼胶工艺的高效节能？ 冬季炼胶为什么要烘胶和预热辊

13、筒 在冬季，生胶特别是天然橡胶和氯丁胶会硬化 和结晶。所以，在切胶和塑炼之前，往往都要 在专门的烘胶设备中预先对胶包进行加温，这 就是烘胶。烘胶不仅可使生胶软化，便于切割 ，还能解除结晶。否则会增加塑炼时间，消耗 大量电能，甚至会导致机器设备损坏。 辊温低，塑炼效果好。辊温过低容易造成设备 超负荷而受到损害。塑炼温度与生胶胶种有关 ，NR通常控制前辊温度在4555，后辊温度 在4050为宜。 辊筒断裂主要原因 一：按装不正位所致； 二：材料选用不当所致； 三：热处理工艺不当所致； 四：超负荷承受力所致； 五：轴承破坏所致； 六：设计台阶不合理所致； 七：临时人为所致； 八：自然断裂;已到时效所

14、致。 预防措施 建议在今后的使用中除对辊筒本身的质量 要严格要求外,还要注意控制内外温差及精 心维护、正确使用。 如何实现炼胶工艺的高效节能？ 开炼机塑炼就是要在低温下利用机械力将 橡胶分子链扯断以获得可塑性，降低炼胶 温度和增加机械作用力是提高开炼机塑炼 效果的关键。 辊温和塑炼时间 开炼机属于低温机械塑炼 ，塑炼温度一般在55以下。温度愈低，塑炼 效果愈大。在塑炼过程中必须尽可能加强对辊 筒的冷却，使辊筒温度控制在天然橡胶45 55以下，合成橡胶3045以下。 辊距和速比 当辊筒的速比一定时，辊距愈 小，胶料在辊筒之间受到的摩擦剪切作用愈大 ，同时由于胶片较薄易于冷却，又进一步加强 了机械塑炼作用，因而塑炼效果也越大。 装胶容量 开炼机装胶容量大小依机台大小 及胶种而定，一般凭经验公式来确定。为提高 产量，可适当增加装胶量。 化学塑解剂 使用化学塑解剂塑炼能提高塑 炼效果，缩短塑炼时间，减少弹性复原现象。