橡胶模具结构及改造.doc

橡胶硫化模具结构的改造

摘要：按原硫化模具结构方式设计成的传统形状，能适应常规橡胶材料硫化。如果特殊橡胶材料的硫化模具其总体结构应根据特殊橡胶材料的特性而改变，那么改造后的橡胶硫化模具的总成本就显著下降，就能取得明显的经济效益。
关键词：硫化模具结构改造 橡胶材料 产品废品率
前言
图一
图二
广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司生产的汽车用双面环形制动器是一种由专利技术成功转化而成的产品，该产品经中国科学技术信息研究所重庆分所查新中心查新确定，在技术上处于国际先进水平，经专家评审被认定为1997年度国家级新产品，产品编号：974400R026，双面环形制动器是一种全新概念的制动器，其外貌如图—，结构装配示意图如图二，工作原理示意图如图三。
图四A
图三
从图一示可知，双面环型制动器总成结构分为两大部份组成；第一部份为双面制动鼓，第二部份为制动器的分组成。从图二示可知，环型制动器主要由构件1（底架），2（气囊），3（外制动块），4（回位弹簧），5（内制动块）和6（固定件）组成。从图三示可知，环形制动器的工作原理是：数量分别为16块的内制动快（4）和20块的外制动块（2）分别组成环形状，且各自与内外制动鼓全周面接触。制动时，压缩空气通过气管进入气囊（7）内，气囊发生膨胀。它推动紧贴其外圆柱面上的外制动块（2）和内圆柱面上的内制动块（4）分别作径向移动。移动结果是内外制动块分别紧压在双面制动鼓的内制动面（5）和外制动面（1）上，产生了摩擦制动力矩，其摩擦制动力矩通过立柱构件（3）经制动器安装板再传递到车桥上实现制动。解除制动时，压缩空气通过气管从气囊（7）排放到大气中，内外制动块在回位弹簧（6）作用下脱离制动鼓工作表面，制动解除。气囊构件外形如图四A所示。（气囊零件图见图四B）气囊的质量和寿命对环形制动器整体质量和寿命起到关键作用，而且气囊生产成本占汽车环形制动器总成本的25％，因此如何降低气囊生产成本和保证质量是降低环形制动器成本和提高产品质量及扩大产品销售市场的关键所在。
图四B

一．原气囊生产工艺
1、 原气囊橡胶材料
图五
4 7
3
2
1
6
5

主要原材料是聚氯丁橡胶加上一定比例的碳黑及其硫化剂等材料按操作规程混合炼成，这种混合物的特性是：硬度较高，成形性较好。
2、 原硫化模具的结构
广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司原来生产的气囊袋的橡胶材料是聚氯丁橡胶，硫化模具采用了传统的内胎硫化模具结构，其结构如图五所示。从图中可知，气囊袋的型腔由构件2和构件4组合而成。该套模具所有构件都是采用45号钢经锻造毛坯后，经过调质处理机加工而成的。
3、 生产工序
（1）、气囊袋成形
用混合好的橡胶材料按一定的操作规程通过挤压设备挤压并联接成图四A形状，再接上硫化气管送下一道工序。
（2）、气囊袋硫化装模工序
按顺序把图五所示构件1至构件7装配在一起，装配后的形状如图六、图七所示，接上高压蒸汽，放入硫化炉就可以进行橡胶硫化。
图六
图七

二．新气囊橡胶材料以及带来的生产问题
1．问题的出现
由于经济发展，交通道路改善，汽车行驶平均速度大幅度提高，带来的是汽车制动强度提高，制动器的制动温度也随着提高。原气囊袋的橡胶材料已经不能满足于使用要求，广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公
司为适应市场需要，研发出气囊袋新的橡胶材料——硅橡胶的生产工艺。硅橡胶与原橡胶比较，其硫化前硬度低，成形难，虽然其它生产工艺都能获得成功解决，但是硫化装模这一工序生产却出现了严重的质量等问题，它给生产成本带来了严重影响。
下表是新材料与原材料装模情况和产品质量统计资料：
项目

材料
同时装
模人数
装 模
时 间
气囊表面质量
不合格率
气囊表面折叠
不合格率
气囊表面折边
不合格率
气囊气嘴漏气率
原材料
二人
10分钟
0.5%
0
1%
0.5%
新材料
三人
20分钟
0.5%
10%
5%
5%
从上表可知，新材料气囊袋的生产废品率高，硅橡胶是一种贵重材料，加上昂贵的硫化剂后每条气囊袋材料费高达120元，因此气囊袋的生产成本成了广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司发展生产必须解决的问题。
2． 问题产生的原因分析
通过观察生产过程分析研究可知，造成气囊袋废品率高的原因是：一是硅橡胶太软，很难保持原状，经过多次移动后，气嘴与硅橡胶就容易分离。二是在原装模工艺到达图六后，由于操作者没办法看到模内气囊袋的形态，造成气囊袋表面在模内重叠和在图五构件4之间折边。而原有的硫化模具装配结构是很难克服上述问题的。因此需要对原有的硫化模具进行结构上的改造。
三．新气囊生产工艺
1． 改造后的硫化模具结构
5 6 7
4

3
2
1
图十二
从新材料用原硫化模具结构所产生高废品率原因分析可知，关键在于操作者合模后看不见气囊袋在模内情况而造成的，如果能解决该问题就能降低废品率。因此我提出了新的硫化模具结构，其结构原理图如图十二所示。从图中可知，气囊袋的型腔由构件1、2、4和5共同组合而成。该套模具所有构件都是采用45号钢经锻造毛坯后，经过调质处理机加工而成的。
2．硫化模具结构改造后的硫化模具结构气囊袋硫化装模工序如下。
按顺序把图十二所示构件1至构件7装配在一起，装配后的形状如图十三、图十四所示，接上高压蒸汽，放入硫化炉就可以进行橡胶硫化。
图十四
图十三

3．硫化模具结构改造后的效果
下表是新材料采用硫化模具结构改造后的生产安排和产品质量统计资料：
项目

材料
同时装模 人数

装 模
时 间
气囊表面质量不合
格率
气囊表面折叠不合
率
气囊表面
折边不合格率
气囊气
嘴漏气 率
原 材 料
二人
10分钟
0.5%
0
1%
0.5%
新 材 料
三人
20分钟
0.5%
10%
5%
5%
新材料采用新结构
一人
5分钟
0.5%
0
0.5%
0.5%
四、硫化模具结构改造后的经济效益
根据上表可知，气囊袋的生产废品率明显降低了，由于硅橡胶是一种贵重材料，加上昂贵的硫化剂后每条气囊袋材料费、硫化蒸汽和电费等直接生产成本，每报废一条气囊袋造成直接经济损失150元。硫化模具改造后的产品废品率从原来的20.5%减小到1.5%，广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司按每年生产规模为二千台汽车计算，每年可节约生产成本：2000×4×（20.5%-1.5%）×150=22.8（万元），因此新结构气囊袋的改造，解决了广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司在发展生产中成本高的的问题。使产品产生了明显的经济效益。我也因此被该厂聘约为工程师技术革新顾问。
五、结束语
封闭式环形形状的橡胶产品采用了原传统形状的硫化模具结构设计，能适应常规的橡胶材料硫化。但是，橡胶材料改用了特殊橡胶材料制造后，如果产品形状是扁平形的环形形状，硫化模具的总体结构就应根据特殊橡胶材料的特性而改变，那么橡胶硫化后产品废品率就显著下降，就能取得明显的经济效益。
致谢
本人在进行橡胶硫化模具结构改造和撰写论文的过程中，非常感谢广州市番禺区长功汽车环形制动器有限公司提供了上述技术成果数据和检测数据；并允许本人在国家级论文刊物上发表.。同时还非常荣幸的得到了华南理工大学工业培训中心宋教授等人的有益指导，并对本文的修改提供了宝贵意见，谨此表示真诚的致谢。
因本人水平和经验有限，写作时间较仓促，文章中难免存有错漏及不足之处，恳请专家、教授及同行批评指正。

参考文献：
1、 虞福荣编著：《橡胶模具设计制造与使用》，机械工业出版社 2000
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