劉兆棟， 于磊， 劉志國(guó)， 趙洪芹

（青島博銳智遠(yuǎn)減振科技有限公司， 山東 青島 266111）

0 引 言

圖1所示的橡膠彈性節(jié)點(diǎn)安裝在軌道車(chē)輛轉(zhuǎn)向架牽引拉桿上，在牽引和制動(dòng)過(guò)程中對(duì)車(chē)體起到緩沖、減振作用，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的安全性、舒適性和穩(wěn)定性具有重要作用。由于該彈性元件在縱向方向，性能曲線有變剛度的要求，即節(jié)點(diǎn)在變形初期，縱向剛度小，當(dāng)變形達(dá)到一定值時(shí)，縱向剛度劇增，剛度曲線呈現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，該性能曲線可保證車(chē)輛在剛啟動(dòng)時(shí)，車(chē)輛運(yùn)動(dòng)比較柔緩，之后車(chē)輛又有足夠的啟動(dòng)牽引載荷，載荷位移曲線如圖2所示。設(shè)計(jì)該零件結(jié)構(gòu)時(shí)，縱向設(shè)計(jì)了通孔間隙，同時(shí)設(shè)計(jì)了凸起的硬止擋[1]。橡膠型面上2個(gè)通孔結(jié)構(gòu)使零件硫化后脫模困難，在主機(jī)廠國(guó)產(chǎn)化的市場(chǎng)背景下，需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)，因此高效的注射模成型成為首選。

圖1 零件結(jié)構(gòu)

圖2 載荷位移曲線

1 零件成型工藝分析

該橡膠彈性節(jié)點(diǎn)由芯軸、外套和橡膠復(fù)合而成，其中芯軸、外套和橡膠通過(guò)熱硫化粘接在一起，橡膠型面部分有2個(gè)通孔。零件的特點(diǎn)在于芯軸與橡膠在端部的過(guò)渡區(qū)為直面，在高壓注射橡膠料過(guò)程中，橡膠不可避免地會(huì)進(jìn)入芯軸與模具零件之間的間隙造成成型零件卡緊在模具內(nèi)，同時(shí)又因芯軸端部嵌入模具部分長(zhǎng)度較長(zhǎng)，橡膠部分還有2個(gè)成型通孔以及芯軸尺寸和形位公差的波動(dòng)，這些都增加了硫化后零件卡緊在模具內(nèi)的概率，造成零件硫化后從模具中取出困難。零件外觀要求較為嚴(yán)格，芯軸兩端不允許出現(xiàn)明顯的磕碰劃痕等外觀缺陷,因此成型零件脫模時(shí)需要保證脫模力均衡。外套與芯軸的同軸度要求也較高，芯軸與模具零件間單邊預(yù)留間隙只有0.2 mm。以前因成型零件脫模困難，設(shè)計(jì)硫化模時(shí)采用單型腔模，手工操作，脫模過(guò)程繁瑣，易造成劃痕等外觀缺陷，合格率不高，且生產(chǎn)效率低，無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)要求。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作過(guò)程

2.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)如圖3所示，1模8腔，包括上模、中模和下模3個(gè)部分。其中上模包括上模板1，設(shè)置于上模板1下方的上型芯固定板2，固定設(shè)置于上型芯固定板2的上型芯3，設(shè)置于上型芯固定板2下方的上推板5以及可限制上型芯固定板2沿豎直方向移動(dòng)的拉桿16。下模包括底板14以及固定設(shè)置于底板上方的下型芯13。中模包括底板上方的下推板11以及對(duì)應(yīng)于相鄰下型芯之間且固定設(shè)置于下推板頂部的中模塊12和可左右移動(dòng)的滑塊6。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

2.2 模具工作過(guò)程

（1）開(kāi)模工作過(guò)程如圖4所示[2]。硫化結(jié)束后，硫化機(jī)下加熱板帶動(dòng)下模往下運(yùn)動(dòng)，完成Ⅰ-Ⅰ分型。如果成型零件留在上型芯3內(nèi)，借助上掛板8帶動(dòng)上推板5往下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)上型芯固定板2在自身重力作用下會(huì)一起往下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到一定距離后，擋圈15限制上型芯固定板2繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)上推板5繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)，上推板5給成型零件外套一個(gè)向下的均勻推力。由于外套、芯軸和橡膠部分已經(jīng)硫化為一個(gè)整體，整個(gè)成型零件在上推板5作用下從上型芯3內(nèi)脫出，實(shí)現(xiàn)成型零件從上型芯3內(nèi)脫模。拉桿16設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度需滿足上型芯固定板2的開(kāi)模距離大于流道料柄的長(zhǎng)度，以便將料柄取出。當(dāng)料柄取出后，設(shè)備帶動(dòng)上掛板8使上推板5、上型芯固頂板2與上模板1合模。

圖4 模具開(kāi)模過(guò)程

如果成型零件留在下型芯13內(nèi)，下托架10帶動(dòng)下推板11上升，實(shí)現(xiàn)Ⅳ-Ⅳ分型，此時(shí)下推板11推著外套使成型零件從下型芯13內(nèi)脫出。當(dāng)升起一定高度后，側(cè)拉組件9拉動(dòng)滑塊6沿導(dǎo)軌18向外側(cè)拉開(kāi)一定距離S，成型零件沿橫向約束力消除，手動(dòng)將成型零件取出。

（2）裝模工作過(guò)程。成型零件取出后，下推板11回位到底板14上，側(cè)拉組件9帶動(dòng)滑塊6向內(nèi)側(cè)復(fù)位。將芯軸裝入下型芯13內(nèi)，將外套裝入中模塊12與滑塊6之間的圓形空腔內(nèi)，整個(gè)下模部分完成入模動(dòng)作，然后合模、注射、保壓、排氣，開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)硫化狀態(tài)。

3 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

（1）拉桿長(zhǎng)度須滿足上模板與上型芯固定板之間的開(kāi)模行程，并能取出流道的料柄。

（2）鎖緊塊與滑塊的配合宜緊一些，以盡可能保證硫化后開(kāi)模時(shí)成型零件留在下模，方便成型零件脫模為宜。

（3）上型芯和下型芯在端部凸臺(tái)處需要增加定位設(shè)計(jì)。

（4）在推出成型零件的過(guò)程中，由于橡膠具有一定的彈性，當(dāng)脫模力作用在外套時(shí)，成型零件會(huì)延遲脫模，如果脫模速度過(guò)快，容易造成橡膠撕裂，因此脫模時(shí)，即中模托起時(shí)速度應(yīng)適當(dāng)緩慢一些。同樣，如成型零件粘在上模，上推板往下運(yùn)動(dòng)脫出成型零件時(shí)，速度也不能過(guò)快。

（5）在成型零件底端，橡膠與芯軸過(guò)渡區(qū)容易出現(xiàn)氣泡缺陷，通過(guò)在下型芯底端中心位置增加排氣通孔并連通到模具外側(cè)，可解決注射過(guò)程中成型零件端部排氣不暢的問(wèn)題。

4 模具零件選材與熱處理

模具零件的選材與熱處理會(huì)影響模具零件的加工工藝和模具的使用壽命[3]。

（1）上型芯3、下型芯13、中模塊12、滑塊6材料選用NAK80，熱處理硬度為37~43 HRC。上型芯和下型芯型腔區(qū)域的橡膠型面部分對(duì)應(yīng)位置表面粗糙度達(dá)到Ra0.08~0.1 μm，其他區(qū)域Ra0.16~0.32 μm。

（2）其他模板均采用P20模具鋼，熱處理硬度為28~33 HRC。

（3）模具零件合格后需要進(jìn)行表面氮化處理，以提高模具零件的硬度和耐磨性。

（4）導(dǎo)柱和導(dǎo)套采用T8A和T10A，熱處理硬度為50~55 HRC（研配）。

5 硫化工藝

（1）硫化工藝參數(shù)。芯軸和外套裝模前預(yù)熱：70 ℃×（20~40） min；螺桿溫度：（80±5） ℃；料筒溫度：（90±5） ℃；硫化壓力：20 MPa；硫化溫度：175 ℃；硫化時(shí)間：15 min；硫化設(shè)備：500T橡膠注塑機(jī)。硫化操作過(guò)程中裝模和脫模如圖5所示，硫化后的零件實(shí)物如圖6所示。

圖5 硫化操作過(guò)程

圖6 硫化后零件實(shí)物

（2）熱硫化粘接。橡膠選用天然膠，硬度：（60±2）Shore A。金屬件熱處理工藝按照預(yù)清洗（酸洗+堿洗）→拋丸→超聲波清洗→涂膠黏劑的工藝流程[4]。零件硫化后，為驗(yàn)證金屬件和橡膠的熱硫化粘接效果，對(duì)零件進(jìn)行芯軸壓出破壞試驗(yàn)。破壞后的零件如圖7所示，從圖7可以看出，零件粘接破壞失效模式為橡膠之間的破壞模式，說(shuō)明橡膠和金屬之間粘接良好。

圖7 粘接破壞試驗(yàn)

6 結(jié)束語(yǔ)

模具實(shí)現(xiàn)了橡膠彈性節(jié)點(diǎn)多腔注射工藝的批量生產(chǎn)，解決了成型零件脫模難且合格率低的問(wèn)題。注射模投入使用后，順利生產(chǎn)超過(guò)10萬(wàn)件，成型零件合格率穩(wěn)定在99.5%以上，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，成型零件裝車(chē)應(yīng)用后無(wú)開(kāi)膠、裂口等情況。