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世界橡胶工业
2006
表 1-4 胶种与模具用金属材料及表面处理
金属材料 表面处理
普通结构 用轧制钢
硬质铬 镀层
NR、NBR 、 CR、EPDM、 Q、ACM 、NRBR
氟树脂 涂层
NR、CR
机械结构 用碳素钢
合金工 具钢
NR、SBR、 NBR、CR、 IIR、Q 、FKM、 N BR、Q ACM、 CSM、
第 1 章 模具工业动向
1. 1 前言 大部分橡胶都通过模具加工成型为各类制
品和零部件, 如果没有模具就不能制造橡胶制 品和部件, 模具是橡胶制品加工业不可缺少的 工具。橡胶硫化成型就是将混炼胶通过成型加 工机械, 用模具硫化成型为制品的工序, 可分为 平板模压硫化成型、注射成型、挤出成型、浇注 成型等各种成型方法。橡胶一般是在成型的同 时进行硫化( 交联) 的, 但也有在另外工序里进 行硫化的情况。近年来, 在用注射成型等工艺 的高温短时间硫化工序中, 模具也成为重要的 环节。
S45~ 55C、PSL
三元乙丙橡胶 ( EPDM )
S45C、S55C、NAK、SS41、SKD11、 SCM 钢
氯丁橡胶( CR)
S45~ 55C、SS41
硅橡胶( Q)
铝合金、S55C
氟橡胶( FKM )
S45~ 50C、不锈钢
丙烯酸酯橡胶( ACM)
SUS420
氯醚橡胶( ECO)
S45~ 50C、不锈钢
从模具的主要研究课题看, 在制造和改进 方面需要重视和有待解决的问题如下:
第 33 卷第 6 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术( 一)
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表 1- 2 与不同橡胶相对应的模具用金属材质
胶种
制造模具用金属材质
天然橡胶( NR)
S45~ 55C
顺丁橡胶( BR)
S45C、SUS303、DDV
丁腈橡胶( NBR )
橡胶制品多半是在比玻璃化温度高的温度 条件下使用的, 硫化成型工序以橡胶的固体状 态于 150~ 210 下进行, 所以理论计算少, 实 际上多数是根据以往的经验和直觉 进行设计 的。因此, 对于橡胶模具和塑料模具来说, 由于
所用材料的特性不同, 所以模具的设计和结构 也不同。
橡胶需要硫化, 胶料在模具中其粘度会 产生微妙的变化;
在成型硫化工序中, 橡胶的粘性、流动性、 硫化特性等橡胶的基本物理性能对橡胶制品特 性均有影响。因此, 需要弄清楚对材料特性的 管理、设备的研究、成型硫化加工技术、模具等 诸问题。将胶料成型硫化为具有一定形状的金 属模具, 它在成型硫化过程中的问题包括模具 的强度、刚性、导热系数、热膨胀系数、结构( 排 气孔、合模面) 、电镀、边缘部的 R 等, 而这些问 题与成型硫化尺寸、耐久性、硫化时间、开模缩 裂、脱模性、模具污染等加工性能休戚相关。
2
氟树脂( 埋入式) 处理
1
其它处理方法( 淬火、氧化膜原 样) 保持 1
金属氧化膜
硬质铬镀层的耐久性、改善模具耐污染 和脱模性及清洗保管方法;
耐久性好的非电解镀层; 镀层处理后各部件间的配合性; 用氟树脂涂层的模具寿命短暂及其清 洗保管方法。 关于模具的表面处理问题, 不进行表面处 理便直接使用的企业占 10% , 只进行硬质铬镀 层处理便使用的企业占 34% , 其余的企业是先 进行如表 1- 3 所示的表面处 理, 而后再进行硫 化成型。在目前使用的模具中, 胶种与模具用 金属材料和 表面处 理的组 合情 况如表 1- 4 所 示。 就表面处理而言, 硬质铬镀层处理可应用 于所有胶种的硫化模具, 其次氟树脂涂层可有 效地用于 7 种橡胶的硫化模具, 其它的非电解 镍镀层处理、氮化处理、陶瓷涂层、氮化铬处理、 含有聚四氟乙烯的复合型镀层处理、氧化铝膜 处理等可用于 少量胶种的硫化模具的表面处 理。 就模具而言, 可直接使用金属模具或者经 表面处理后再使用, 该文作者对模具行业提出 了以下研究课题, 即: 模具技术整体系统化; 无胶边模具和高精度模具的设计; 模具表面处理技术的进步; 针对硫化事故采取相应措施的模具设
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用金属模具制造。 至于模具有平板硫化机用模压模具、注射
成型用模具、挤出成型用模具; 96% 的橡胶企业 使用平板硫化机用模压模具, 其次是注射成型 用模具( 67% ) 及挤出成型用模 具( 42% ) , 除此 之外有 12% 的企业使用磁力加压模具、RIM 反 应注射成型用模具、卷蒸成型模具、浇注模具和 吹塑成型模具。
的硫化方法及其进步、模具内橡胶流动和硫化行 为与模具设计的关系、配炼与配方设 计、模具 设计、橡胶 制品模具、模具制作、脱模与防止污染、硫化事故与对策。
关键词: 橡胶( 弹性体) ; 硫化与成型; 模具设计与制作; 问题与对策 中图分类号:TQ 330. 4,TQ 330.6,TQ 332,TQ 333,TQ 334 文献标识码: E 文章编号:1671- 8232(2006) 06-0059- 05
ECO BR 、 EPDM、
T PE
铬钼钢 ( 镍钼钢)
不锈钢
铝合金
EPDM ( Q )
NBR 、 CR、 Q
FKM 、CSM
BR
NR、NR- SBR
非电解 镍镀层
EPDM、IIR
碳素工具钢 EPDM
氮化处理
CR
EPDM、CR
陶瓷涂层
NR
复合镀层
IIR
氮化铬处理
IIR 、FKM
计; 快速硫化模具; 自动化、省力化硫化模具。
第 33 卷第 6 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术( 一)
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新书连载
橡胶的硫化与成型技术( 一)
王作龄 编译
摘要: 该书系 编译自由日本橡胶协 会模具研究分会编 写、日本工 业调查会于 2004 年 11 月出 版的 ! ∀一用 金型技术 一书。全书 共分 10 章: 模 具工业 动向、橡胶与 弹性体、橡胶 与弹性 体
在模具的设计和制造方面, 橡胶企业外加 工模具的情况分为以下三种:
全部模具设计由橡胶厂自己完成, 只要 求模具制造厂作金加工。
橡胶厂提供试制中试模的收 缩率等条 件, 要求模具制造企业进行设计和制造。
将橡胶制品的设计图纸和所 要求的内 容附在设计说明书上, 按图定制。
72% 的企业自行设计模具, 关于模具制造, 完全依靠模具制造企业加工的占 65% , 公司自 行制造的占 3% , 由模具制造企业和橡胶企业 协作制造的占 20% , 属于上述第一种情况的企 业居多数, 即由具有专业技术的企业制造模具 这是目前的现状。
无胶边压模的设计和耐久性; 降低成本, 缩短交货期; 根据收缩率、填充率、制品形 状不同考 虑橡胶收缩问题; 多模腔化与快速更换的平衡; 考虑排气设计; 大型制品的开模缩裂问题; 各种橡胶金属复合制品的金 属附件与 模具收缩之间的关系( 尺寸和伤痕) ; 溢流部的挡块和流胶槽的设定; 模腔数量的设定; 胶料在模腔内的流动特性; 橡胶模具的部件减量; 通过计算设计注胶口和流胶道的方法; 流痕部位容易产生撕裂的问题; 缩短注射成型的注胶时间。 1. 3 模具表面处理 为使硫化胶从模具中顺利脱模和防止模具 污染可用多种方法对模具表面进行处理, 一般 多采用硬质铬镀层处理方法, 其次还有如表 1- 3 所示的研磨、抛光、喷砂处理、氮化处理、氟树脂 涂层、各种镀层处理( 电解镀层、非电解镀层) 等 方法。陶瓷涂层处理方法应用较少, 这是因为 存在着成本和耐久性方面的问题。 从模具的基本研究课题看, 在表面处理和 有待改善方面存在的问题如下: 能改善耐久性、模具耐污染性及脱模性 的表面处理方法; 由强碱、喷砂等清洗方法引起的镀层剥 离和镀层的耐久性;
表 1- 3 模具表面处理方法
模具用金属材料的表面处理 硬质铬镀层处理 研磨、抛光加工 喷砂处理 氮化处理 氟树脂涂层 各种镀层处理( 电解镀层、非电解镀层)
采用企业, % 34 18 15 8 7 6
陶瓷 涂层 ( SiC、SiN 、TiN、TiC、CrN 、DLC、
氧化铝等)
4
复合镀层处理
3
氧化铝膜处理( 铝合金)
切削、硬度低、热膨胀系数大等特征, 因而在近 几年得到大量应用。另外, 导热系数是钢材 2 ~ 3 倍、切削性 和拉深加工性都很优异的铜合 金( 如 HIT 75 等) 也已开始被采用。
实际上, 制造橡胶模具采用的金属材料与 表 1-1 所示 的塑料 模具所 采用的 金属 材料一 样, 正如所预料的那样, 系使用一般结构用轧制 钢、机械结构用碳钢、碳素工具钢、合金工具钢、 不锈钢、铝合金等。但是, 关于铜合金等新的金 属材料的规格尚不明确。轮胎等模具的金属材 料可采用铝合金, 由于量轻和切削加工性好, 今 后有望获得较大的发展。在表面处理方面, 光 有氧化铝膜处理技术还不够, 氮化铬等处理方 法也受到了业内人士的关注。
从模具制造的基本状况看, 在金属原材料 和需要改进的方面还存在以下问题:
模具污染; 腐蚀、生锈、发霉; 磨耗及磨耗引起的废胶边产生; 耐久性; 切削等加工性能; 模具廉价; 由压力和温度引起的变形较小的材质。 关于制造模具的金属原材料, 不论采用哪 一种一般都不公开, 据说是普通软钢( 一般结构 用轧制钢 SS41~ SS50) 、半硬钢( 机械结构用碳 钢 S45C) 、铸钢、特种铝合金、不锈钢等。制造 模具 用 的 金 属 原 材 料 虽 然 主 要 使 用 S50C、 NAK55、HPM、不锈钢等, 但就试制而言, 因加工 速度的原因, 采用铝合金为金属原材料的企业 也很多。一般 性模具, 多采 用 NAK 和 HPM 的 预硬化钢制造。制造模具的金属材料很多, 可 从软钢到特 种钢 材中 选择, 但 橡 胶模 具使 用 S50C 和 NAK 最多。 由于铝合金具有导热性高、机械加工时易
不锈钢
SUS420、STAVAX 、PSL、Z50、SU S304、 H PM- 38、SUS303