轿车橡胶密封条挤出口型设计

  胶料是在机头所形成的静压力作用下流过 口型的 ,由于口型厚度一般不大 ,胶料在口型中 形成的压力梯度较大 ( 压力从口型入口处的最

  条边在硫化过程中始终与输送带紧贴 , 阻碍它 向外膨胀 , 因此在设计时这条边应比上面的边 稍长一些 ,如图 1 ( b) 所示 。

  (a) 产品断面图 (b) 适宜的口模口型图 (c) 胶料流过矩形口型示意图

  有型芯结构的断面是更为常见的例子 , 如 图 2 ( a) 所示 。这是一个半圆形的制品 , 它的设 计思路基本与前例相似 ,但它是一种泡管结构 。 口模中有一个型芯 , 制品挤出后呈现为一个中 空的状态 。在设计这种结构时 , 要考虑重力因 素 。为使管壁有充足的支撑力 , 防止挤出硫 化后会塌陷 ,有必要增加孔高进行补偿 ,如图 2 ( b) 所示 。

  示的情况 ,胶料集中在口型中部 ,而四角处则往 往充模不足 。因此 , 应增大 4 个边角处的流通 面积 ,缩小边长部分的流通面积 。另外 ,下面一

  一个部位是 B , 此处的角度会因右侧边受重力 偏转作用而增大 , 因此在口模上应该减小该处 角度 。

  此外 ,对于断面形状不规则的制品 ,除了考 虑上述的一些因素外 , 还应该根据具体结构具 体分析 。主要从产品的用途 、 着带面的选择和 重力偏转等方面做综合考虑 。 ( 2) 纯海绵胶 海绵胶在挤出后兼具硫化与发泡 2 个过 程 ,变化较为明显 , 对各种各样的因素也相当敏感 , 尤 其是一些形状不规则产品的控制具有较高的难 度 。经过实践发现 : 海绵胶产品的口模总体尺 寸应缩小 , 并且应视产品的实际尺寸大小而不 同 ,通常应缩小到实际尺寸的 2/ 3 左右 。对于 有内孔结构的产品 ,为了使内孔的轮廓平滑化 , 可采取向孔内吹气方法 , 使泡管内保持一定的 压力 ,并对外形有扩张的作用 ,为此设计时又要 考虑适当地减小孔径 。 图 3 ( a ) 示出的是一个断面形状不规则的 产品 。在这样的产品的设计中应注意 2 个部位 , 一个是 A ,此处弧度较小 ,而在口型图中的相应 部位应该设计得曲率较大 ,如图 3 ( b) 所示 。另

  轿车密封件按结构大致上可以分为带骨架结构与 无骨架结构 。无骨架结构产品中又可分为纯密 实胶或纯海绵胶单一胶料产品和多种胶料复合 产品 。以下对各种结构的产品设计作具体分 析。 311 单一胶料产品的口型设计 ( 1) 纯密实胶 纯密实胶是一种比较基本的产品类型 , 它 的口型设计的主要原则是依照产品的实际尺寸 做特殊的比例的放大 。以平常使用较多 、 邵尔 A 型硬度在 70 度左右的密实胶为例 。产品断面 的最长边尺寸在 15 mm 以上时 ,其口型的整体 尺寸 将 在 原 产 品 尺 寸 的 基 础 上 放 大 8 % ～ 15 % ;若产品断面较小 , 最长边小于 15 mm ,适 当增加放大的比例 。因为断面较小的产品质量 小 ,与输送带之间的附着力较小 ,胶条容易在硫 化槽中无序移动 , 为此须给其较大的牵引力以 保证其正常输送 。鉴于胶条受到较大的拉伸作 用时断面收缩量较大 , 设计口型时要考虑这个 因素 ,进行适当的补偿 。 另外要依照产品的结构可以进行分析 , 对胶料 流过面积大的部位要适当缩小 ; 相反胶料通过 量较小的部位要扩大 。下面举实例说明 。 如图 1 所示 , 对于一个矩形断面的密实胶 制品 ,首先是根据制品尺寸对其整体进行放大 。 虽然制品的四条边为平行的直边 , 但口型上却 不能是直边 , 应该设计成带一定向内弧度的圆 弧 ,如图 1 ( b ) 所示 。这是由于法向应力的作 用 ,弹性体的流动特性使它总是流向最畅通的 通道 。如果口型断面呈矩形 , 将形成图 1 ( c ) 所

  大值到口型出口处降至零) ,使胶料在流动方向 上形成速度梯度 , 这种速度梯度使胶料产生拉 伸弹性形变 。 ( 2) 挤出膨胀效应 胶料在压力下从口型挤出后 , 挤出物直径 比口型直径大 , 这一现象称为挤出膨胀 。这是 因为呈无规线团状的聚合物大分子链在通过口 型流道时 ,受迫产生直线取向排列 ,一旦离开口 型 ,卸压后大分子链又有恢复原来自由状态的 可逆行为 , 又称弹性记忆效应 。不同类别的胶 料膨胀的程度不同 , 其中海绵胶膨胀率比密实 胶大 ,密实胶的硬度与其膨胀率成反比 ,因此设 计口模时应当考虑相应膨胀变形的结果 。 ( 3) 牵引收缩效应 胶料由机头挤出 ,进入硫化槽后 ,在流动方 向上受到来自输送带及辊轮的牵引力 , 使挤出 物在此方向上受到拉伸 。由于体积流量不变 , 就会在直径方向发生收缩效应 , 使产品断面变 小。 显而易见 ,实际的挤出成型的过程受制约于 挤出膨胀与牵引收缩两大效应的综合作用 。经 过大量的试验发现 , 密实胶料的产品经硫化后 其断面相对于口模尺寸将表现为收缩效应 ( 密 实胶膨胀率小) ; 而对于海绵胶产品则将表现为 膨胀效应 。因此设计口型时 , 对于密实胶部分 要给予特殊的比例的放大 ; 对于海绵胶部分 ,在口 模相应部位设计时要缩小 , 以此来弥补牵引造 成的断面变化量 。 ( 4) 着带面的选择 胶料从口模挤出后 ,具有了一定形状 ,其中 有一面在进入硫化槽后要置于输送带上 , 称产 品的这一面为着带面 。选不一样的部位着带 , 对断面的形状会有所影响 。口型设计之前 , 首 先要选定好产品的着带面 。一般选择产品较厚 实、 接触面积大 、 表面较平直的部位作为着带 面 。另外 ,要尽可能的避免产品可视的一面有着带 的可能 ,因为胶料在硫化过程中呈软粘态 ,着带 面与输送带之间的摩擦作用会使着带的部位出 现拉痕 ,影响外表美观 。 ( 5) 口型设计的一般原则 ① 口型应有一定的锥角 , 口型的锥角设计

  有利于胶料流动 , 并避免形成死角 , 锥角越大 , 挤出压力越大 ,挤出速度越快 ,挤出物表面十分光滑 致密 。 ② 口型内部应光滑 , 呈流线型 , 无死角 , 不 产生涡流 。 ③ 口型厚度适当 。容易焦烧的胶料用口型 宜较薄 ,以利于挤出 ; 对于较薄的空心制品或再 生胶含量多的制品 ,则应采用较厚的口型 ,以减 小挤出物膨胀 。

  量 ,决定着产品断面的尺寸大小 。 ( 2) 胶料 胶料也是影响挤出成型的主要的因素 , 由于 胶料是高弹态聚合物与各类液 、 固配合剂的混 合体系 ,各组分对胶料的密度 、 硬度以及流动变 形都有不同的贡献 , 因此挤出同一产品而当胶 料需要变更时 , 往往要适当修改口型和流道 。 此外 ,海绵胶挤出时还伴随发泡的物理 、 化学过 程 ,对挤出物断面的动态影响也应在口型设计 与挤出工艺确定时加以考虑 。 ( 3) 生产的基本工艺 挤出硫化过程中挤出机螺杆的转速 、 各硫 化段的温度与胶料停滞时间和牵引速度等工艺 参数都能影响产品的断面形状与尺寸 。 ( 4) 人的因素 尽管作业指导书规定了挤出硫化生产条 件 ,但是每一操作人员基于不同的理解 、 经验与 对策会有略为不同的具体操作手法 。这也会使 相近条件下的挤出产品有所差异 。 在上述诸多因素中 , 口模对产品断面的影 响是最重要的 , 它的设计直接影响产品的挤出 效果 。

  轿车密封条是应用于轿车门窗与前后盖等 密封部位的橡胶制品 ,它的基本作用是防水 、 尘 和噪声 。与其它普通密封件制品不同 , 它对产 品的质量有更高的要求 [ 1 ] : 外观上要求平整光 滑 ,无污渍 ,无划痕 ; 另外要求装配容易 ,并且与 车体配合牢固可靠 。由于轿车密封条对断面尺 寸精度 、 材料性能 ( 抗压缩 、 耐老化 ) 有较高要 求 ,故一般都会采用 EPDM 。 这类密封制品的生产大多采用多复合挤出 生产线 ,可利用微波 、 盐浴 、 热空气 、 沸腾床等硫 化技术 , 其中应用最为普遍的是微波硫化生产 线 ,其结构为两台冷喂料挤出机成 Y 形分布 , 螺杆轴线° 夹角 , 挤出物经机头挤出 后由输送带牵引输送 , 分别经过预热槽 、 微波 槽、 热空气槽 , 然后再通过冷却槽 , 最后形成型 条 。其中挤出成型是一项关键技术 。

  摘要 :讨论了轿车橡胶密封条挤出口型的设计思路及要点 ,并对特定产品的口型设计进行了具体分析 。挤 出成型的过程受制于挤出膨胀效应与牵引收缩效应的综合作用 。口型设计的一般原则为 : 应有一定的锥角 ; 内部 应光滑 ,流线形 ; 厚度适当 。 关键词 :挤出口型 ; 橡胶 ; 密封条 ; 口型设计 中图分类号 : TQ330. 4 4 文献标识码 :B 文章编号 :10002890X(2001) 0320154204

  上密实胶所占的比例较大 ,并且质地也较硬实 , 更适合作为着带面 。设计时可以将海绵胶和 密实胶部位分别设计 ,即将海绵胶部分缩小 ,密 实胶部分放大 ,两者接合部位的设计如图 5 ( b) 所示 , 使不同厚度的密实胶与海绵胶管壁保持 平滑过渡粘接 , 这样才能获得壁厚一致的产 品。

  图 4 所示的产品是某轿车前盖密封垫 , 双 孔结构 。由图 4 可见 ,它的中空面积较大 ,管壁 相当薄 ,缺乏可以支撑产品形状的结实部位 ,需 要充气支撑轮廓 。设计中要注意左边孔的重力 偏转作用 , 口型设计时应将其向右偏转一定角 度 。另外 ,孔芯的形状需适当向内收敛 。

  多种胶料复合产品有硬质胶与软质胶的复 合及海绵胶与密实胶的复合 , 其中后者更为复 杂 ,现以海绵胶与密实胶复合为例进行讨论 。 这类产品的复杂之处在于这两种胶料经过挤出 硫化后所表现出的形变行为甚为不同 , 如何使 这两种胶平滑地接合就成为此类产品设计的难 点。 图 5 所示的产品是轿车车门的一种附加密 封条 。在海绵胶与密实胶复合结构中 , 应尽可 能选择以密实胶部位来着带 , 因为一般在结构

  口模是影响产品挤出断面形状与尺寸最直 接、 最主要的因素 ,它从结构上分口型和流道两 部分 。口型是指口模的型腔形状 , 它决定了产 品的形状 ; 流道是胶料在口模中流动的通道 ,它 的大小反映了单位时间内胶料从口模的流出

  作者简介 : 周致宏 (19732) ,男 ,湖北武汉人 ,上海申雅密封 件有限公司助理工程师 ,工学学士 , 主要是做轿车橡胶密封条 挤出口型的设计 、 开发和项目管理工作 。