橡胶模具余料槽结构改进设计

杜东亮

摘要：对橡胶硫化成型模具传统余料槽结构进行了改进设计。结果表明：以加大余料槽容积、增加余料槽与型腔之间的距离（定义为加宽隔断）为目的，引入副腔的结构设计，将单纯的余料槽改进设计成一个余料系统，该系统由大容积余料槽和大宽度混合隔断组成；大宽度混合隔断包括刚性隔断、副腔、刚性隔断组成的“刚－柔－刚”混合结构。有效地解决了传统余料槽存在的抬模和泄压问题，并以应用实例展示了其良好的改进效果。希望能为相关研究，提供一些全新的参考意见。

关键词：橡胶模具；余料槽结构；改进设计

根据不同硫化成型工艺要求，橡胶模压制品硫化成型用模具主要有模压成型模具和注压成型模具。这2种模具的型腔结构几乎没有区别，是以模压成型模具为基础结构，注压成型模具增设了料腔、柱塞和进胶孔，注射成型模具增设了流胶道、进胶孔、中模担架、上下模固定机构等；此外，模压成型工艺和转注成型工艺系先填胶后锁模，故在模具分型面型腔周围开设余料槽，用于接收过盈装胶部分的余料。本文介绍了模具传统余料槽结构的改进设计，以期为相关技术人员提供参考。

1．问题分析

在前期模具开发时，参考的产品原型件采用的是模压成型。考虑到成型工艺的一致性，选取模压成型法。

产品硫化后，内壁上存在局部的气泡缺陷问题，个别产品在缺口顶端斜角部位存在撕裂问题。通过反复调整排气次数、排气距离、胶坯质量、硫化温度等方法都无法解决。对于气泡缺陷问题，分析原因主要有三个方面：第一，胶料配方方面，由于产品的减振要求，产品用配方含胶率很高，门尼黏度[ML（1+4）100℃] 相对较大，流动性不是很好。第二，从模具及成型工艺方面来讲，首先模具下模芯和上模芯上没有排气设计，模压成型过程中，胶料在模具内剪切速率相对较低，即使通过多次排气，也依然无法保证胶料受到足够的剪切力而使黏度降低且保证黏度均匀。胶料的黏度不均会导致流动不畅，造成局部窝气。第三，从产品结构方面来讲，产品为圆环状且高度较高，靠近模具芯模壁处气体不容易排出。针对缺口顶端斜角处撕裂问题，分析原因为：在开模时，封闭型腔为真空负压状态，产品受负压力，且由于缺口处为两股料流交汇处，此处本身会存在交联强度低的问题，在负压作用下造成局部撕裂。

针对以上原因分析，应该从降低胶料的黏度以保证胶料熔合的角度来改善产品的填充过程，而降低胶料流动黏度的最好方法是改变成型工艺，即将模压法改为注射法，注射过程中胶料剪切速率可达104m/s，剪切作用提高，黏度降低，填充阻力也会明显减小。且注射成型能保证产品温度均匀、黏度均匀，有利于胶料流动。为此将原模具改为注压式结构，这样在注射过程中胶料经流道和浇口的剪切后使胶料黏度大大降低，流动阻力减小，胶料熔合变好；另外填充过程中，胶料自上而下推进式的流动方式也有利于气体排出，避免窝气。

2．橡胶模具余料槽结构改进设计

2.1余料槽结构改进思路

加大余料槽容积，增加隔断宽度。由于余料槽和型腔之间的隔断较大，所以极易形成抬模。众所周知，隔断的刚性结构有利于型腔保压，但抬模效应明显；柔性结构的保压效果肯定比不上刚性结构，但抬模效应不显著。如果将隔断设计成一种既有利于保压又具有较弱抬模效应的结构，实现保压和不抬模、少抬模的平衡，便是我们所希望的。

2.2余料槽结构改进设计

将单纯的余料槽结构设计成一个余料系统，由大容积余料槽和大宽度混合隔断构成，大宽度混合隔断包括刚性隔断、副腔（柔性隔断）、刚性隔断组成的“刚性－柔性－刚性”混合结构。主要思路是：（1）当余料充满副腔之后，剩余的余料进入大容积余料槽，杜绝了抬模；（2）加宽隔断，有利于型腔保压；（3）“刚－柔－刚”混合结构，减轻了大宽度隔断带来的新的抬模问题。

2.3设计需要考虑的因素

（1）刚性隔断的宽度按照传统余料槽隔断设计即可，一般选１～３mm。

（2）副腔设计，主要考虑消除大宽度隔断的抬模效应，结构可以设计成浅槽（相当于机械加工的镂空）结构，减少胶料的浪费。槽深１～２mm即可，宽度随隔断总宽度确定，即：副腔宽度＝混合隔断总宽度－两个刚性隔断宽度和。

（3）混合隔断总宽度，一般按20～40mm考虑。

（4）余料槽容积原则上宜大不宜小，在模具刚性承压面允许的前提下尽量开大，接收所有余料之后仍有一定空间，确保余料不进入模板间，并顺畅排气。

（5）充分考虑模具型腔分型线长度与制品装胶量之间的比例关系。当分型线较长，装胶总量较小时，过量的装胶量是必然的，此时余料槽的开设宜大一些，反之亦然。

（6）如果余料较多时，余料槽可以在上、下两块模板上同时开设。

（7）余料槽大小和隔断总宽度的设计，应平衡考虑胶料硬度、流动性、硫化起步速度以及产品结构、半成品规整性等因素。

（8）由于大容积余料槽是一个开放式系统，所以余料槽可以与外界沟通。

2.4工艺反馈与优化

在生产中，高硬度以及大量使用白炭黑的胶料，具有胶料门尼粘度高，注射生热大等特点，注胶口的生热效应尤其明显，生热过大导致的后果就是容易使产品焦烧，产生流痕或者导致产品缺胶，特别是大量使用白炭黑的胶料，除注射生热大之外，胶料的粘模倾向强烈，极易粘模造成出模困难甚至产品外观缺陷等问题，因此为防止白炭黑胶料粘模，通常会使用脱模剂作为一种解决方案。

产品硫化后，由于胶料门尼粘度较高，胶料彼此之间扩散、渗透不足，经两个注胶道进入型腔的两股胶料在接合的位置出现明显的“熔合线”痕迹，此外由于胶料严重粘模，生产中使用脱模剂帮助脱模，但是使用脱模剂后熔合线痕迹愈加明显，主要是由于胶料流动中，“前锋部分”胶料冲刷模具型腔壁上的脱模剂并汇集到胶料接头处，而脱模剂无法溶入到橡胶中，在接头处就形成了一层隔离膜，阻碍了橡胶的相互接触、渗透及生成交联键，个别产品硫化出模后直接在接头处产生了裂口。

经分析认为，一方面胶料的硬度较高，门尼粘度较大，注胶时容易生热过大而出现的焦烧现象，同时胶料较高的门尼粘度不利于相互接触胶料之间的扩散和渗透，容易在胶料结合处出现“熔合线”痕迹，并造成该处强度较低，为解决这一问题，进行了如下的优化尝试：（1）对胶料配方进行优化，替换一部分白炭黑，改善粘模现象，并降低胶料门尼粘度，减少生热，同时延长焦烧时间，避免发生焦烧；（2）将注胶道增加到４个，以减少注胶时间和出口生热，同时也减少了胶料在模腔壁表面冲刷行走的距离，这会减少脱模剂的聚集量。经过上述改进后，产品表面的“熔合线”痕迹由原来的２条变成了４条，并且在很大程度上减少了“熔合线”痕迹深度和宽度，但经多次调整都无法彻底消除接头处的熔合痕迹。考虑到在模具型腔表面镀铁氟龙可以解决粘模问题，从而可以不使用脱模剂，或许可以解决问题，但根据以往的使用情况，产品骨架以及模具极易损伤镀层，加上注胶对镀层的强力冲刷，镀层的使用寿命十分短暂，不是一种可行性较好的方案。

3．结语

将单纯的余料槽结构设计为一个余料系统，由大容积余料槽和大宽度混合隔断构成，大宽度混合隔断包括刚性隔断、副腔、刚性隔断组成的“刚性－柔性－刚性”混合结构，并且引入副腔结构，为加大余料槽容积，加宽隔断创造了条件，有效地平衡并解决了抬模和泄压的问题。

参考文献：

[1]沈涛,刘守兴,田成等. 橡胶模具余料槽结构改进设计 [J]. 特种橡胶制品, 2023, 44 (05): 31-34.

[2]刘兆栋,刘志坡,于磊. 大型厚壁橡胶圈硫化成型工艺与模具优化设计研究 [J]. 世界橡胶工业, 2015, 42 (09): 33-37.