《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第十七章 橡胶成形工艺及模具》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第十七章 橡胶成形工艺及模具（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,第十七章 橡胶成形工艺及模具,第一节 橡胶的特性与分类 第二节 橡胶成形的基本工艺 第三节 橡胶成形模具的设计,橡胶有天然橡胶和合成橡胶两大类，它具有很高的弹性，但在高温时变粘，低温时发脆，在溶剂中溶解。 为了改善橡胶产品的使用性能，改进工艺和降低成本，常常以生胶为基加入增强剂(如炭黑、碳酸钙粉末等)，再配以填料、硫磺、硫化促进剂、颜料、软化剂和防老剂等其他配合剂，然后用炼胶机混炼而成混炼胶。混炼胶是制造各种橡胶制品的胶料，把它放入所需形状的模具中经过加热、加压处理(即硫化处理)后，具有很高的弹性以及耐寒、耐热、耐臭氧、耐油、耐溶剂、减震、耐磨、耐疲劳、密封和介电等重要性能。,第
2、一节 橡胶的特性与分类,第一节 橡胶的特性与分类,图17-1 橡胶的分类,第一节 橡胶的特性与分类,第一节 橡胶的特性与分类,表17-1 生胶类别及型别代号,第二节 橡胶成形的基本工艺,一、塑炼 二、混炼 三、成形 四、硫化,一、塑炼,在橡胶的加工中，首先通过机械、热、氧和加入化学试剂等方式，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态，这就是塑炼。为了便于加工，生胶塑炼前需进行如下处理：(1)烘胶 常温下生胶粘度很高，难于切割和进一步加工，尤其在冬季，生胶常呈现硬化和结晶。 (2)切胶 自烘胶室出来的生胶用切胶机切成1020kg的小块。 (3)破胶 用开炼机塑炼天然胶时，生胶胶块需先
3、破胶，以提高塑炼效率。,二、混炼,1.几种原材料及其混炼工艺特性 2.混炼方式,1.几种原材料及其混炼工艺特性,(1)生胶 生胶因分子量、粘度及润湿性不同，对各种配合剂分散效果的影响在最初阶段表现得最明显。 (2)硫磺 硫磺的熔点很低，100以上即发生液化结团，难以分散。 (3)补强填充剂 这是橡胶中用量最大的配合剂，与分散的关系也最密切。 (4)促进剂 一般用量很少，为了防止飞扬和损耗，可制成母胶或与软化剂制成膏状体使用。 (5)软化剂 软化剂的种类很多，一般说来，石油系适用于合成橡胶，松焦油系适用于天然橡胶。 (6)防老剂 一般分散较快，常在混炼初期加入。,2.混炼方式,(1)开炼机混炼
4、在开炼机上先将橡胶压软，然后按一定顺序加入各种配合剂，经多次反复捣胶压炼，采用小辊距薄通法，使橡胶与配合剂互相混合以得到均匀的混炼胶。 (2)密炼机混炼 密炼机混炼一般要和压片机配合使用。 (3)螺杆机混炼 与前两种混炼机不同，螺杆混炼机可连续混炼，生产效率高。,三、成形,1.胶片压延 2.压型 3.纺织物的挂胶,1.胶片压延,将经过预热的胶料，用压延机压制成有一定厚度和宽度的胶片。胶片应光滑无气泡、不皱缩、厚度一致。压片工艺分中、下辊间不积胶和积胶两种方法，如图17-2所示。,图17-2 胶片压延示意图 a)中、下辊间无积胶 b)中、下辊间有积胶 1进料 2压片出料 3积胶,1.胶片压延,2
5、.压型,将胶料压制成具有一定断面形状或表面有某种花纹的胶片。此种胶片可用作鞋底、车胎胎面等的坯胶。压型用的压延机至少有一个辊筒上刻有一定的花纹图案。压型后要急冷却，以使花纹定型。,3.纺织物的挂胶,纺织物的挂胶是使纺织物通过压延机辊筒间隙，使其表面挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶帆布，作为橡胶制品的骨架层。挂胶方法可分为贴胶、压力贴胶和擦胶三种。,四、硫化,1.硫化方法 2.交联反应过程 3.硫化条件对橡胶制品质量的影响,1.硫化方法,(1)平板硫化 它是将装有半成品或胶料的模型置于能够加压的上下两个平板间进行硫化的。 (2)注压硫化 它的工艺过程包括胶料的预热塑化、注射、硫化、出模及修边等。
6、 (3)硫化罐硫化 它包括立式硫化罐硫化(主要用于硫化轮胎)和卧式硫化罐硫化(一般用于硫化胶布、胶鞋、胶管和球类等制品)。 (4)个体硫化机硫化 个体硫化机带有固定模型的特殊结构，其上半部(或下半部)模型是安装在不动的外壳上；另一半模型则可用压缩空气、水压或立杆活动机构作上下活动，两半模型均由蒸汽加热腔。,1.硫化方法,(5)共熔盐硫化 共熔盐由53%硝酸钾、40%亚硝酸钠、7%硝酸钠组成，其熔点为142，沸点为500。,加有硫化剂的橡胶，在加热过程中逐渐成为三维空间的网络结构。其交联程度的大小，可通过测定交联密度来判断，宏观上可由聚合物在硫化仪中的转矩随时间的变化来反映(见图17-3b)，习
7、惯上也可用硫化胶的定伸强度来表示。生产中把硫化过程分为诱导、欠硫、正硫化和过硫几个阶段(见图17-3a)，其物理力学性能的变化如图17-4所示。,2.交联反应过程,2.交联反应过程,图17-3 硫化历程图 最大转矩 最小转矩,2.交联反应过程,图17-4 硫化过程中胶料性能变化 1扯断强度 2定伸强度 3回弹性 4扯断伸长率 5硬度 6永久 变形 7交联密度,3.硫化条件对橡胶制品质量的影响,(1)硫化温度 硫化温度是橡胶硫化反应的基本条件，它直接影响硫化速度和产品质量。 (2)硫化时间 它是完成硫化反应过程的条件，并由胶料的配方、硫化温度等来决定。 (3)硫化压力 目前，大多数橡胶制品是在一
8、定压力下进行硫化的。 (4)硫化介质 在加热硫化过程中，凡是借以传递热能的物质通称硫化介质。,第三节 橡胶成形模具的设计,一、橡胶模具的分类 二、橡胶压制成形模具设计 三、橡胶压铸成形模具设计 四、橡胶注压成形模具设计 五、橡胶压出成形模具设计,一、橡胶模具的分类,1.压制成形模具 2.压铸成形模具 3.注压成形模具 4.压出成形模具,1.压制成形模具,压制成形模具又称普通压模。它是将混炼过的、经加工成一定形状和称量过的半成品胶料直接放入敞开的模具型腔中，而后将模具闭合，送入平板硫化机中加压、加热，胶料在加热和压力作用下硫化成形。压制成形模具由于结构简单、通用性强、适用面广、操作方便，故在整个
9、橡胶模压制品的生产中占有较大的比例。,2.压铸成形模具,压铸成形模具又称传递式模具。它是将混炼过的、形状简单的、限量的胶条或胶块半成品放入压铸模料腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型。 压铸成形模具结构比普通压模复杂，它适用于制作用普通压模所不能压制或勉强压制的薄壁、细长易弯的制品以及形状复杂难于加料的橡胶制品。采用这种结构的模具所生产的制品致密性好、质量优越。,3.注压成形模具,注压成形模具又称注射法模具。它是利用注压机的压力，将胶料直接由机筒注入模型，完成成形并进行硫化的生产方法。 注压模具成形是在模压法和移模法基础上发展起来的一种新型硫化方法。其优点
10、是硫化周期短，废边少，生产效率高，并把成形和硫化过程合为一体。这种方法工序简单，提高了机械化自动化程度，减轻了劳动强度并大大提高了产品质量。目前，注压模具已广泛用于生产橡胶密封圈、橡胶-金属复合制品、减震制品及胶鞋等。,4.压出成形模具,压出成形模具又称压出口型模。压出工艺是橡胶工业的基本工艺之一，它是利用压出机使胶料在螺杆推动下连续不断地向前运动，然后借助于口型模压出各种所需形状半成品，以完成造型或其他作业的过程，它具有连续、高效、不用金属模型即能成形制造多种橡胶制品等特点。因此，目前广泛用来制造胎面、内胎、胶管、电线电缆和各种复杂断面形状的(空心的或实心的)半成品以达到初步造型的目的，而后
11、经过冷却定型，输送到硫化罐内进行硫化或用作模压法所需的预成形半成品胶料。压出成形模具在橡胶工业中的应用很广，主要是操作简单、经济、半成品质地均匀、致密、容易变换规格和断面形状、能连续操作、生产能力大。,4.压出成形模具,除了上述列举的四大类橡胶模具外，还有蒸缸硫化模具、充气模具以及与专机配套的橡胶模具等。它们适用于轮胎、蓄电池胶壳、玩具、胶鞋、乳胶制品等橡胶制品生产。因为这些制品专业性较强，本书不作介绍。下面将简要介绍上述主要的四大类橡胶模具的设计。,二、橡胶压制成形模具设计,1.压制成形模具的结构设计 2.压制成形模具典型结构,1.压制成形模具的结构设计,(1)分型面 把模具型腔分成两个或两
12、个以上的分割面叫做分型面，它一般是平面，也可能是曲面或折面。 (2)镶块及型芯 在实用中，很多橡胶制品几何形状复杂，因此在模具结构设计时，为了便于模具的机械加工，节约贵重的优质钢和合金钢，便于产品的装胶和制品的脱模，便于排气和型芯的安装以及修理方便，一般在模具中多采用镶块结构。 (3)嵌件 在橡胶制品中，放进模具中与胶料一起成形的零件称为嵌件。 (4)余料槽(又称流胶槽、溢胶槽) 填入型腔的胶料，为保证充满压实应稍微过量，特别是开放式压模，余胶量就更多些。,1.压制成形模具的结构设计,(5)排气孔 硫化模具型腔中空气和胶料硫化过程中产生的一些挥发性气体，要在硫化过程中予以排除，因此需设排气孔。
13、,2.压制成形模具典型结构,表17-2 典型压制成形模的结构及其特点,2.压制成形模具典型结构,表17-2 典型压制成形模的结构及其特点,三、橡胶压铸成形模具设计,1.压铸模设计 2.压铸模典型结构,1.压铸模设计,(1)压铸料腔(加料室)的尺寸计算 在设计和计算压铸料腔具体尺寸时，应首先考虑到当料腔一次加料后，压料柱塞进入压铸料腔能将胶料一次性铸(注)入型腔内进行硫化，而后考虑压料柱塞进入料腔时的定位高度与半成品胶料所占料腔中有效容积。 (2)压柱 在压铸料腔中的压料柱塞简称压柱。,(1)压铸料腔(加料室)的尺寸计算,1)压铸料腔与压料柱塞定位高度的计算。常用的是按压铸料腔外径大小或断面宽度
14、的变化来选择适宜的定位高度，压铸料腔直径与定位高度之比约为21。 2)压铸料腔尺寸的计算。在生产中为了得到致密性好、消耗胶料少的橡胶制品，除合理选取模具结构外，还应合理设计压铸料腔尺寸。例如：料腔容积设计过大，特别是料腔断面底面积过宽，则压铸时阻力大，进胶慢；若料腔容积过小，则使压料柱塞与料腔配合高度相应提高和加深，从而给模具操作、加工带来一定困难。在实际应用中料腔的容积与深度尺寸，一般根据经验选用。,在压铸料腔中的压料柱塞简称压柱。压柱的结构应与料腔相适应，其高度应稍大于料腔高度，保证压柱能压到底，以免料腔内残留余胶。为使压柱易拔出，其外圆中部有时车上几道环形槽，以减少压柱与料腔之间的摩擦。
15、柱与料腔之间的配合为动配合H7f6，上段间隙可稍大些，以免压柱卡紧在料腔中；但间隙过大了容易溢胶，使料腔内压力损失大。,(2)压柱,图17-5 薄壁制品压铸模典型结构 1上顶杆 2上模板 3中模 4下模板 5下顶杆,2.压铸模典型结构,图17-6 细长套管压铸模具结构 1、7上、下顶杆 2压料柱塞 3料腔板 4中模 5型芯 6下模,2.压铸模典型结构,四、橡胶注压成形模具设计,1.注压成形模具 2.注压成形模具典型结构,1.注压成形模具,图17-7 注压用硫化模具的结构示意图 1定模 2加热孔 3橡胶制件 4定板 5动模 6动板 7顶出机构 8绝热板,2.注压成形模具典型结构,图17-8 无浇
16、口型注压模 1注射机喷嘴 2浇注套 3上垫板 4上模板 5下模板 6下垫板,2.注压成形模具典型结构,图17-9 异型、薄壁、筒形制品注压模结构 1导柱 2进料板 3中模 4大型芯 5小型芯 6圆柱销 7定位板 8底板,五、橡胶压出成形模具设计,1.压出膨胀 2.压出成形(口型)模具的设计,1.压出膨胀,胶料压出后(即离开口型后)一般都会膨胀变形，如图17-10所示。胶料是粘弹性体，当它流过口型时，同时经历着两个过程：粘性流动和弹性变形。当胶料由机头进入口型时，一般是直径变小，流速增大，在流动方向形成速度梯度，这种速度梯度使胶料产生拉伸弹性变形。当口型流道较短时，胶料拉伸变形来不及恢复，压出后产生膨胀现象。这种变形的原因产生于“入口效应”。当口型流道较长时，胶料的拉伸变形可在流道中恢复；但是，胶料剪切流动中法向应力也会使压出后呈现膨胀现象。其实，入口效应和法向应力两者对压出变形都有影响。在口型的长径比较小时，以入口效应为主；当长径比较大时，以法向应力为主。,图17-10 胶料压出后
