减震橡胶相关知识及应用

减震橡胶知识及应用

一.绪论

现实生活中振动无处不在,振动的现象是不容忽视也是不可缺少的,人们一直致力于振动的产生,控制和消除的研究,所有的物体的振动都会产生声音,如果没有振动就不会有音乐,人类也无法进行语言交流了.但是振动也会对人们的生活产生许多不利的影响,如:共振会导致装置的损坏,噪音会影响人类的生活环境等.怎样将振动对人们产生的不利影响减到最小,是当前减震技术发展和追求的方向.

减震技术的核心是消除干扰性振动或找出解决的方法,现在比较适用和成熟的减震方法是橡胶减震系统,早在橡胶应用于工业之初,人们就使用了橡胶隔离来进行减震,但当时还没有有效的橡胶粘接技术,橡胶在减震领域的应用没有获得成功,随着橡胶粘接技术的的发展和运用,于1932年出现了最早的橡胶减震制品,使得减少底盘和引擎系统产生的振动成为可能,随后越来越多的金属和橡胶粘接的零件应用于差速器、后轴等汽车驱动系统,20世纪50年代起越来越多的发动机悬置得以应用,早在1979年德国大众成功地将液压悬置应用到发动机悬置系统,使得减震技术得到很大的发展,现在人们正在研究可转换装置和主动装置在工程上的实际应用.

二.减震橡胶基础理论

1.减震基础

当沿重心轴方向对橡胶装置进行碰撞会产生一定频率的振动,如果系统内没有外力作用,激发振动将逐步衰减,衰减的速度取决于橡胶材料的减幅,根据牛顿定律将得到下面公式: 质量+阻力+弹力=0

若忽略减幅不计,可以得到橡胶的固有频率如下:

f0=1/2πc/m

f0 :固有频率。c:弹簧刚度。m:质量

当碰撞力远离重心橡胶装置系统会在三个轴中产生扭转振动,各自的角频率为:

ωD = c v /J

ωD:角频率。c v:扭转刚度。J:惯量

弹性体在正常情况下都有将逐渐增强的共振减小到一定水平的特性,橡胶减震器的隔离减震效率等于激振频率/固有频率即:η=f/ f0, 当η＞ 2 时,激振力将减少而且远不等于固有频率, 橡胶减震器将起到隔离振动的效果,当η=3时,减震效果将达到80%,也就是说仅有20%的激振振动在传播.

图1 振动传递示意图

机悬置有三个直移和三个转动的自由度,六个固有频率需抵制共振使激振力减少到一定程度,该装置系统主要是减少重心处的振动使之趋向于零,使不同方向的激振不再相互影响.

该装置系统的设计目标是根据客户的开发设想决定悬置布置的位置和悬置的刚度,使得所有的固有频率远不等于干扰频率,最初的装置主要是决定临时的位置和刚度,最后安装到车上时要考虑到发动机装置子系统的相互作用,现在人们已能通过有限元分析软件系统建立汽车整车模型,并通过计算机模拟进行悬置的优化设计,设计时需考虑找到使舒适性和减少噪音的最好的折中方法,使得零件可以抵挡所有外力并使力的传递达到袄最小化,同时还需满足零件的最大运动和外界环境的要求.

3.减震橡胶概要

3.1减震橡胶的作用:代替金属弹簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在静刚度、动刚度、耐久性能上.

3.2减震橡胶的特点:(与金属弹簧相比胶)

①橡胶是由多种材料相组合而成,同一种形状通过材料调整可以拥有不同的性能.

②橡胶内部分子之间的摩擦使它拥有一定的阻尼性能,即运动的滞后性(受力过程中橡胶的变形滞后于橡胶的应力).

③橡胶在压缩、剪切、拉伸过程中都会产生不同的弹性系数.

3.3减震橡胶的工作原理:

①吸收振动: 此类减震橡胶件主要是用于发动机与车身之间的连接,此状态下发动机是振动源, 减震橡胶的作用是吸收发动机产生的振动,避免传递到车身上,同时也减轻发动机自身的振动.

②消减振动: 此类减震橡胶件主要是用于底盘与车身之间的连接,此状态下底盘车轮是振动源, 减震橡胶的作用是将路面与车轮产生的振动通过高阻尼作用迅速消减,防止振动通过底盘传递到车身.

4.减震橡胶的性能特征

4.1静刚度

围不同所得到的静刚度值是不同的,即(F2-F1)/(X2-X1)≠(F3-F2)/(X3-X2)

而金属弹簧在任意位移范围内其所受载荷变化量与其位移变化量的比值是一定的,即(F2-F1)/(X2-X1)=(F3-F2)/(X3-X2)

将金属弹簧和减震橡胶同时压缩到极限后,金属弹簧的压力会一直保持不变,而减震橡胶的压力会随着时间的推移出现压力松弛的现象,如图5所示,减震橡胶的这种压力松弛的特性使它具有比金属弹簧更好的消振作用.

4.1.2静刚度的计算方法:减震橡胶的静刚度是与产品的形状和橡胶的自身特性有关,静刚度

方柱的形状系数为:S=AL/AF=(a*b)/(2(a+b)*h)

圆柱的形状系数为:S=AL/AF=π(d/2)2/π*d*h=d/4h

中空圆柱的形状系数为:S=AL/AF=(π(d1/2)2-π(d2/2)2)/( π*d1*h+π*d2*h)= (d1 -d2)/4h

b.计算表征弹性率(微小变形):

方柱的表征弹性率:

1/3≤a/b≤3时: Eap/G=3+6.58S2

Gap/G=1/((3+6.580S2)(1+1/48 S2)

1/3≥a/b或a/b≥3时: Eap/G=4+3.29 S2

Gap/G=1/((4+3.29 S2)(1+1/36 S2)

圆柱和中空圆柱的表征弹性率: Eap/G=3+4.935 S2

Gap/G=1/((3+4.935 S2)(1+1/36 S2)

Eap:表征纵向弹性率。Gap:表征剪切弹性率。G:静态剪切弹性率。S:形状系数。

c. 计算静刚度:

形状a: 径向静刚度:Kc= Eap(AL/h)=1.36(Eap+G)*L/ log(r2/r1)

轴向静刚度:Ks=Gap(AL/h)=2.73 Gap*L/ log(r2/r1)

形状b: 径向静刚度:Kc= Eap(AL/h)=1.36(Eap+G)*((L1*r2-L2*r1)/(r2-r1))/ log(L1r2/L2r1) 轴向静刚度:Ks=Gap(AL/h)=2.73 Gap*((L1*r2-L2*r1)/(r2-r1))/ log(L1r2/L2r1)

c.计算25%时的定拉伸应力σε=Fε/A

σε: 25%定拉伸应力。Fε:25%的定拉伸时的负荷。A:实验片的截面积。

d.静态剪切弹性率G的计算:

Gε=σε/(α-1/α2) ε=25%时

Gε: 25%定拉伸的静态剪切弹性率。α=1+ε=1.25

计算时取4个数据的平均值,有效数值保留小数点后两位.

0000σ0cosδ*coswt是与变形同相位的应力分量

σ0 sinδ* coswt是与变形相位差为90°的应力分量

求两个方向应力分量与变形量峰值的比值为:

G1=σ0cosδ*coswt/ r0

G2=σ0sinδ* coswt/ r0

G1:存储弹性模量或动态弹性模量

G2:损耗弹性模量

在振动学中通常将损耗弹性模量G2与存储弹性模量G1的比值称之为损耗系数

τ=G2/G1=(σ0sinδ* coswt/ r0)/(σ0cosδ*coswt/ r0)=tgδ

因损耗弹性模量G2=c(阻尼系数)*2π*f(振动频率),因此得出:

τ=c*2π*f/G1 或G1= c*2π*f/ tgδ

从上式可以看出:

a.减震橡胶的损耗系数与橡胶自身的阻尼系数成正比,与振动频率成正比.

b.减震橡胶的动刚度是橡胶自身特性,当橡胶自身的阻尼系数确定时,动刚度与振动频率成正比.

c. 当橡胶自身的阻尼系数确定时,随着振动频率的增减, 损耗系数和动刚度同时增减但增减的幅度并不一致.

4.3动倍率:

4.3.1动倍率的定义指减震橡胶在一定的位移范围内所测定的动刚度与静刚度的比值,即:Kd/Ks

因Kd∽G1*S2 ,Ks∽G*S2 因此: Kd/Ks∽G1/G

G1:存储弹性模量。G:静态剪切弹性模量

从上式可以看出:动倍率与产品形状无关,是橡胶材料自身的特性.

对于发动机用减震橡胶而言,减震机理是吸收振动,要求动倍率越小越好,从动倍率的定义可以看出,若想减小动倍率需从两个方面入手:①增大静刚度②减小动刚度.如增大静刚度可以使减震橡胶在静态时的支承作用增强,而减小动刚度可以减小振动的传递率,防止将发动机的振动传递到车身上,提高乘坐的舒适性,因此发动机用减震橡胶要求动倍率越小越好.但是

倍率才具有可比性和实际意义.

4.4损耗系数: 在减震橡胶的受力过程中,橡胶的变形与橡胶的应力之间存在着一定的相位差,而橡胶的应力一般要超前于橡胶的变形一定的相位角δ.通常所说的损耗系数就是橡胶应力与橡胶变形的相位角δ的正切,即损耗系数τ=tgδ.

4.5扭转刚度: 指减震橡胶在一定的扭转角范围内,其扭转力矩与扭转角之间的比值.

4.6耐久性能: 指减震橡胶在一定的方向一定的预加载荷、振幅、振动频率下,经往复振动n 次后产品完好或将产品往复振动直至破坏时的振动次数, 耐久性能是衡量一个减震橡胶件的安全性能和综合性能的重要指标.

三.减震橡胶制品常用材料

1.弹性体材料

1.1减震橡胶用弹性体材料的选用:

做为减震橡胶用的弹性体材料一般主要有以下几种:NR,SBR,BR,NBR,CR,EPDM,IIR,RUP等,其选用原则为:

一般常用减震橡胶材料为: NR,SBR,BR(发动机悬置,衬套等)

有耐油性要求的减震橡胶材料为:NBR(油管支架等)

有耐候性要求的减震橡胶材料为:CR(球销衬套)

有耐热性要求的减震橡胶材料为:EPDM(排气管吊件)

阻尼性要求大的减震橡胶材料为:IIR(因其加工工艺性差,一般不采用)

RUP一般用于减震支柱中的复原缓冲块.

1.2弹性体材料对减震特性的影响

从橡胶配方上考虑,影响橡胶的减震特性的主要因素是:生胶的选用。弹黑的选用和配合量。油的种类的选用.

下面以NR/SBR/BR系为例介绍橡胶配方与减震特性的关系:

①改变静刚度:生胶选用时改变SBR和BR的并用量对静刚度没有影响。碳黑选用时粒径小的碳黑可以提高静刚度,增大碳黑的配合量可以提高静刚度。油的选用时使用芳香烃油比使用环烷烃油的配方有利于提高静刚度。

②改变动刚度:生胶选用时减少SBR的并用量有利于降低动刚度, 改变BR的并用量对动刚度没有影响,碳黑选用时粒径大的碳黑可以降低动刚度,减少碳黑的配合量有利于降低动刚度。油的选用时选用环烷烃油比使用芳香烃油有利于降低动刚度。

③改变动倍率: 生胶选用时减少SBR的并用量有利于降低动倍率, 改变BR的并用量对动

倍率没有影响,碳黑选用时粒径大的碳黑可以降低动倍率,减少碳黑的配合量有利于降低动倍率。油的选用时使用环烷烃油比使用芳香烃油有利于降低动倍率。

④改变损耗系数:生胶选用时增加SBR的并用量有利于提高损耗系数, 改变BR的并用量对动倍率没有影响,碳黑选用时粒径小的碳黑可以提高损耗系数,增加碳黑的配合量有利于提

⑤耐久性:生胶选用时增加先增后减的变化趋势。增

加BR的并用量耐久性会出现因此SBR和BR

当,碳黑选用时粒径小的碳黑可以提高耐久性,增加碳黑的配合量耐久性:出现

后减的变化趋势,油的选用时使用芳香烃油比使用环烷烃油的配方有利于提高耐久性.

2.刚性骨架

实际应用时减震橡胶基本都是带有刚性骨架的零件,同时这些刚性骨架都对减震橡胶的减震性能有一定的影响,它们起到联接和支撑作用.常用的刚性骨架材料有:钢,铝合金,工程塑料等.

2.1钢因其具有高强度而被广泛用于减震橡胶中,常用的结构形式有①板材冲压(热轧板,冷轧板)。②冷拔管材③铸造件④锻压件等多种形式

2.2铝合金因其有较轻的比重而在汽车上得到越来越多的应用, 常用的结构形式有①板材冲压。②冷拔管材③铸造件④锻压件等多种形式

2.3因工程塑料的聚合体具有较轻的比重但其强度硬度较低,对温度的依赖性很强,高的热膨涨和低的热传导性,在使用时一般需对原材料进行处理,加入填料和加固物,减震橡胶中常用的塑料PA66加20%-40%的玻璃纤维,一般常用于衬套和副车架支承的外套管.

四汽车常用减震橡胶制品介绍：

1.发动机悬置类：发动机悬置是用于发动机与车身的联接,对发动机起到支承作用,在这个系统中发动机是产生振动的振动源,而车身防振对象,这就要求发动机悬置能够有效地吸收振动,避免将振动传递到车身,提高乘车的舒适性,为满足这一性能就要求发动机悬置具有足够的静刚度的同时应尽量减小动刚度.

2.驱动系统用减震件：驱动系统是指将发动机的动力传递到车轮的机构总成,主要有离合器变速器传动轴减速器差速器驱动桥和车轮组成,该系统主要的振动形式是扭振,该系统用减震件主要有用于传动轴的中心轴承,该产品的使用可避免传动轴过长造成固有频率降低而导致传动轴断裂,一般要求该产品的径向静刚度尽量小。

3.操纵系统用减震件：操纵系统是指将方向盘的角变位传递到车轮的机构总成,该系统主要的振动形式是扭转,最常用的减震件是各类衬套,其主要受到径向冲击力和轴向的扭转和偏摆一般要求该类产品的耐久性能好。

4.悬挂系统用减震件：悬挂系统主要作用是承受车体重量, 防止车轮的上下振动传递到车身,提高汽车的乘坐舒适性,同时能传递动力制动力和操纵时的侧向力,该系统使用的减震件特别多,如:前减上支架,后桥后弹性联接件,橡胶座分组件,防压垫,减震垫,弹簧垫,防撞垫,温定杆衬套,拉杆轴套,各类板簧衬套,各类摆臂衬套及各类缓冲块,现减震部生产的大部分产品是属于该系统的.

五.汽车用典型减震橡胶制品结构设计基础

1.发动机悬置

1.1普通规范结构

发动机悬置的工作状况如下:发动机是通过发动机悬置与车身相连接,发动机与车身之间发动机是振动源车身是防振对象,这就要求发动机悬置的性能为:能够有效地吸收振动,降低振动的传导率,避免将发动机的振动传递到车身,发动机工作时振动频率与振幅有如下关系,在低频振动时振幅较大,高频振动时振幅较小,因此对发动机悬置则要求在发动机低频振动区域有较大的损耗系数,以便能够迅速将大的振幅消减下来,而在发动机高频振动区域有较小的动刚度, 以便能够更好地吸收发动机的振动降低振动的传导率.

通过近几十年的研究开发,一些形状结构被确定为基础设计,实际使用的发动机悬置大部分是在这些结构基础上的改型和调整.如图13-1所示,发动机的前悬置大多采用这种压缩/剪切结构,一般情况三点支撑的发动机都是采用前端两点后端一点的支撑形式,且两发动机前悬置采用倾斜一定的角度对装,在工作中同时受到压缩和剪切载荷的作用.而发动机的后悬置大多采用如图13-2所示这种楔形座结构,这种楔形对称结构的悬置在工作中易受到压缩和剪切变形,同时当弹性体部分设计成平行四边形结构还可以消除悬置所受的弯曲应力,这种楔形悬置的三个方向的刚度可以由空间尺寸和角度来决定,为各方向的刚度调整提供了方便. 图13-3所示的是一种衬套式的发动机悬置,这种结构都是由内外金属套管和橡胶硫化成型在一

图13 发动机悬置常用规范结构型式

以上这些发动机悬置都是属于常规的普通结构形式,对于在发动机的减震性能上都存在一定的局限性,对发动机悬置要求的性能是:高频时低的动刚度,低频时高的阻尼系数,实际上这是一对相互的矛盾体,因为悬置的动刚度和损耗系数都是橡胶自身的固有特性且都是随振动频率的增大而增大,在提高其损耗系数时动刚度也会随之增大,因此作为一般的减震橡胶已无法满足发动机悬置的这一特殊要求.

1.2 液压悬置

人们为了改善一般的减震橡胶性能,使之满足发动机悬置的高频时低的动刚度,低频时高的阻尼系数的这一特殊要求,采用了液体封入的结构形式,最早的液压悬置是德国大众于1979年开发的奥迪车用发动机液压悬置,现在这种液体封入技术已广范应用于汽车发动机悬置上. 发动机液压悬置从开始应用到汽车上至今主要经过了以下几个发展阶段.

1.2.1单通道结构液压悬置

发动机液压悬置发展的最初形式是如图14所示的单通道结构液压悬置,在液体封入前前,其性能与一般减震橡胶相似,当液体封入后, 液压悬置在低频振动区受到外力作用时,主体受压变形,压力传递到液体上,迫使液体从主液室向从液室流动,液体在通过通道时受到流动阻

力,从而产生很大的损耗系数,使液压悬置在低频时具有较好的减震效果,当外加的振动频率等于液体的自身固有频率时,产生的损耗系数达到最大值.液体的自身固有频率与液封的结构及液体的性能有关:

ωn: 液体的固有频率

S0: 流道的截面积

K1: 主体的动刚度

K2: 液室部的动刚度

ρ: 液体密度

L0: 流道的长度

液压悬置设计时应考虑到使液体的固有频率调整到与防震对象的频率一致,使得液封具有最佳的防振效果.

1.2.2双通道结构液压悬置

当外界施加的振动频率超过液体的固有频率后,液压悬置的动刚度有增大的趋势,这时动刚度就不能满足使用的要求,需要对液压悬置的结构进行改良,改良方法如图15所示,在开设低频通道的同时增设可动板结构(或叫解偶膜).发动机在各个不同的工作状态其振动频率与振幅情况分布如下:

汽车行驶时: 振动频率在10HZ左右,振幅在±0.5mm至±1mm。

发动机空转时: 振动频率在20HZ至40HZ,振幅在±0.1mm左右。

发动机产生噪音时: 振动频率在50—200HZ,振幅在0.1mm以下。

当汽车在正常行驶时振动频率低振幅较大,可动板的移动量大,能够把可动板附近的高频通道封住,此时液体只在低频通道中产生流动,由于通道的阻力产生较大的阻尼系数,有利于阻止发动机的振动传递到车身,提高减震效果.

的滞后性,致使液体无法跟随外加振动而流动,在低频通道中不会产生液体的流动,此时因振幅较小,可动板的移动量小,不能将可动板附近的高频通道封住,可动板运动时带动周围的液体运动,使得液压悬置的动刚度降低,从而改善液压悬置在高频时的减震性能.

1.2.3双通道带翼板结构液压悬置

当外界施加的频率超过50HZ时,可动板振动的滞后性也使它无法跟随外界的振动而振动时,可动板的结构效应达到极限,动刚度又会有增大的趋势,此时如图16所示,在主体上增加翼板使液压悬置在可动板的结构效应达到极限后,翼板能始终跟随主体振动而振动,能对液室中

1.3.1可转换装置

随着人们对汽车乘坐舒适性的的要求的不断提高,开始出现了可转换装置的悬置,实现动刚度和阻尼的要求可以转换,图17就介绍了一种可转化装置的悬置,在传统的液压悬置的主体

和主液室间增加了一个附加膜,当发动机处在怠速空转时,附加膜和主体间的空气对降低小振幅的动刚度有一定的效果,当汽车行驶时,真空泵将空气全部吸出,附加膜直接和主体连在一起,整个装置就成了一个传统结构的液压悬置,实现在低频下的高阻尼作用.这样就可以随着发动机的信号,通过真空泵的开关,实现降低动刚度和增大阻尼间的随意切换.

图17 可转换装置液压悬置结构图

1.3.2主动装置

人们在新开发的产品中,有一种叫主动装置的悬置,这就意味着在运动中的零件可以对相关参数如阻尼和动刚度进行控制,以适合实际的行驶状态,主动意味着在短时间内这些参数可以调整. 图18就介绍了一种主动装置的悬置,在该结构中将通道壁设计成电极装置,通过对电极施加高电压,使得通道内的粘度增强,从而实现悬置从高弹性低阻尼的装态转变到高阻尼的装态,在这种主动装置中使用的液体主要是可导电硅油树脂,硅酸盐的悬浮液,但这些液体的长期稳定性不佳,在静置装态会出现沉定,这些沉定物不能在振动状态下分散,导致了液体不能

5.1.1橡胶的角部及橡胶与金属连接处应有R过渡,在所有影响耐久性的位置都应考虑R过渡,避免应力集中提高产品的耐久性。

5.1.2结构上不能有模具难以加工的以及生产困难的部位。

5.1.3在骨架与橡胶的过渡处应考虑有适当的强制飞边,可以提高粘接性能避免粘合剂流出而污染模具。

5.1.4骨架与橡胶模具的配合性是否良好,骨架的尺寸精度应合理。

5.1.5形状上能否保证橡胶在成型时的压力,避免橡胶流出而造成粘接不良。

5.1.6保证模具内部最小厚度尺寸在2mm 以上,以免模具因强度不足而变形。

5.1.7产品的必要尺寸是否标注清楚。

5.1.8衬套类产品的后道加工方法是否明确。

5.2材料上:

5.2.1骨架的材料及热处理方法是否明确。骨架的强度要求是否明确。

5.2.2橡胶材料是否明确。

5.3性能特性上:

5.3.1相关部件的使用场合,尺寸及安装条件是否明确㈩

5.3.2动静刚度的测定条件范围是否明确。

5.3.3动静刚度的公差范围是否合理,减震橡胶一般为:±15%。

5.3.4在各方向上都有刚度要求时应明确主方向,主方向的刚度应明确公差,其他方向刚度公差应放宽。

5.3.5耐久实验条件是否明确(方向,载荷/位移,频率,耐久次数等)

5.3.6现有实验设备的能力是否满足。

六.减震橡胶制品生产技术

1.橡胶混炼

为提高产品使用性能，改进工艺和降低成本，常在生胶中加各种配合剂，在炼胶机上将各种配合剂加入生胶制成混炼胶的过程称为混炼。混炼又分为粉碎、混入、分散、混合、塑化等几个阶段。粉碎是将较大块状配合剂粉碎成大小适当的细微颗粒，以便混入橡胶。混入是指在开炼机上包辊或密炼机有效区内将配合剂混入橡胶中。分散是混入橡胶后填料在机械力作用下被逐渐打碎成小颗粒的过程。混合是填料与其它配合剂均匀分布的过程。塑化是橡胶分子受机械化学作用而断链导致胶料粘度下降的过程。

1.1 配合体系:

1.1.1生胶:减震橡胶常用的生胶有:NR,SBR,BR,CR,EPDM,等

1.1.2硫化剂:减震橡胶一般常用的硫化剂为硫黄S(但CR除外一般采用过氧化物做为硫化剂),硫化剂的用量对橡胶的性能有很大影响,若硫化剂的配合量太少时,在橡胶硫化成型过程中,橡胶与粘接剂发生反应时,会使粘接剂中的硫化剂反渗到橡胶中,而造成橡胶与粘合剂发生反应产生的化学键不足,使粘接强度下降,若若硫化剂的配合量太多时,会造成硫化速度过快,T10过短,生产时胶料的安全性下降,一般情况下的减震橡胶硫化剂S的配合量在1.5—2份,这种配合量不会对生产造成太大的影响.

1.1.3促进剂:减震橡胶一般常用的促进剂为:CZ,NOBS,D,DM,M等,促进剂的选用原则是根据T10的长短,橡胶的硬度以及模具流道的长短,有时需根据生产的综合情况进行并用

1.1.4防老剂:在减震橡胶中应控制防老剂的配合量,因为防老剂会从橡胶中析出,而游离在橡胶的表面,将橡胶与粘合剂隔离开,造成粘接破坏或粘接强度下降,常用的防老剂有4010A,防老剂RD,防老剂A等.

1.1.5碳黑:减震橡胶中的碳黑选用主要考虑产品的耐久性和动倍率的平衡,一般情况碳黑的粒径越细其耐久性越好,但分散性差,动倍率高。碳黑的粒径越大其动倍率低,分散性好,但耐久性一般.

1.1.6油:减震橡胶中常用的油分为芳香烃油和环烷烃油,油的选用时主要考虑对动倍率和粘

接性能的影响,环烷烃油对降低动倍率效果较好,但对粘接的性能影响较大,选用时需考虑综合性能的平衡.

1.2混炼方法

混炼分为开炼机混炼与密炼机混炼。开炼机混炼灵活机动性大，适合规模小、批量小的生产，开炼机混炼分为三个阶段，包辊、吃粉和翻炼。包辊随温度不同而改变，吃粉是应在辊缝上保持适当堆积胶，使配合剂尽快混入橡胶，在翻炼中补充加工方法有八把刀、三折四扭和三角包等，其目的为使一个胶料左右上下尽量翻匀，影响开炼机混炼的因素有装料容量、辊距、辊温、辊速比、加料顺序等。

密炼机混炼有劳动强度低、生产效率高等优点。影响密炼机混炼的工艺因素有装料容量、加料顺序、上顶栓压力、转子转速、混炼温度和混炼时间等因素。

混炼胶的冷却、停放和保管。目前冷却方法有空气冷却、水冷却、造料冷却。停放能使胶料均匀分散，减少胶料收缩率。

2.骨架前处理

骨架的前处理：是指骨架在涂粘接剂之前,对骨架进行预处理的过程,其作用是去除骨架表面的油脂或氧化层,提高粘接剂与骨架的粘接力.主要有脱脂,抛丸(喷砂),磷化等工艺方法.

2.1脱脂:是将工件浸入到极性溶剂或碱液中,使得工件在溶液中脱去附着在表面的油脂的过程,脱脂过程中主要需控制溶液的浓度,温度和脱脂的时间等工艺参数.

2.1抛丸(喷砂): 是将工件放入到喷砂室中,利用压缩空气将砂粒抛射或喷射到工件表面,将工件表面的氧化皮或锈迹等去除,使工件暴露出基体,便于后续的磷化处理。

2.3表调:表调的作用是调整工件表面的PH值,同时为磷化时提供磷化结晶所需的晶核,表调液的浓度必需加以控制,若浓度过高时提供的晶核过多,会导致磷化的晶粒直径偏小且磷化结晶会产生堆积,若浓度过低时提供的晶核过少,会导致磷化的晶粒直径偏大而易破碎.

2.4磷化:是将工件浸入到磷化槽液中,使得工件表面均匀地覆盖上一层磷酸锌结晶,该结晶层可以将金属基体与外界隔离而避免发生电极反应,从而使金属骨架的粘接性能和防锈性能大幅度地提高,磷化层最理想的状态应为均匀的一层磷酸锌粒状单结晶层,应尽量避免形成多层结晶叠加现象,从而导致结晶层受力破碎.

2.5磷化结晶生成原理:

2.5.1磷化液的组成:磷化液根据液体主要成份可分为锌系,锌钙系,锌铁系等多种体系,现减震部使用的是锌系磷化液,其主要组成为:

①H3PO4 游离酸度

②

③促进剂［O］促进剂浓度

2.5.2磷化反应过程:

①Fe+2H3PO4 Fe(H2PO4)+2H+

［O］

Fe(H2PO4)+ H3PO4 +1/2H2O

②3Zn(H2PO4) H2O Zn3(PO4)2.4H2O+4H3PO4

磷化层结晶体)

③Fe+2Zn(H2PO4) H2O ［O］ Zn2Fe(PO4)2.4H2O+2H3PO4+ H2O

3.粘接剂涂布

3.1粘接机理(CH205/CH220为例):CH205的主要成份是酚醛树脂中含有一定量的氧化钛,CH220的主要成份是含有一定量碳黑、硫化剂、促进剂的卤化橡胶,在金属表面涂上CH205后, CH205中的酚醛树脂吸附在金属表面产生很强的粘接力,待CH205干燥后再涂上一层CH220, CH205与CH220能发生化学反应形成一定量的化学键,在硫化成型时CH220中的卤化橡胶与橡胶发生硫化交联反应,使得橡胶与CH220紧密联接在一起,这样就使得橡胶与金属

之间得以很好的粘接.

3.2粘接剂涂布工艺:粘接剂涂布的方法有喷涂法,刷涂法,浸涂法,这需要根据具体的产品来选择最佳的涂布方法,粘接剂的涂布工艺一般为:

CH205涂布

干燥(105℃) CH220涂布干燥(105℃)

3.3粘接剂涂布后的骨架经管:现减震部涂布后的骨架的使用有效期一般为15天,特殊骨架的有1周,对于超过有效期的骨架一般不直接使用,其处理方法为:⑴将涂布的粘接剂清除后,在进行脱脂,磷化,涂布处理。⑵直接在原涂层上加涂一层CH220,经试生产确认后可使用.

3.4粘接剂的选用:在选用粘接剂种类时,应根据不同的粘接剂做粘接性能实验来确定选用粘接剂种类,一般可根据胶种优先选用.

CH205/CH220 NR(一般减震件)

CH205/CH252 NR(特殊要求的减震件)

PM05/PC16 CR(一般减震件)

RM-1 NBR

CH218 AU/EU(聚氨脂)

粘接强度。

②硫化温度：影响了产品的硫化速度。

③硫化时间：在温度压力一定的情况下硫化时间决定了硫化反应的程度,时间过短会导致欠硫, 时间过长会导致过硫,对于产品质量而言,过硫具有和欠硫同等的影响效果

4.3硫化工艺参数制定方法：

硫化压力的确定:由试模工艺员通过试模验证,测定飞边厚度和检查产品外观质量来制定工艺压力,如产品飞边太厚、产品缺料、产品表面流痕、气泡等均需对设备压力进行调整,

再根据常规硫化压机压力换算表,最终来确定该模具在各硫化压机上的工艺压力.

硫化温度的确定:由试模工艺员根据各胶种通过试模验证,检查产品外观质量来确定模具温度,对于纯胶产品在保证产品在不焦边的前提下硫化温度可提高到180℃-190℃，对于带骨架产品硫化温度一般不超过165℃。同时记录试模时该硫化压机的设备设定温度,做为生产时进行温度设定的参考,因硫化设备的差异、季节的变迁、环境温度的变化等因素,导致设备设定温度与模具温度之间的关系发生变化,在生产时为保证产品质量的稳定,需严格控制实际的模具温度(检测模具中心部位),而设备设定温度允许存在一定的偏差,仅供参考.

硫化时间的确定:由试模工艺员根据产品厚度与参考硫化时间表，上下每间隔1～2分钟分别硫化出产品,明确标识后并解剖、观察产品内部致密程度以及胶料与骨架粘接的情况,若有刚度检测要求的,需将内部致密以及胶料与骨架粘接良好的产品,送技术中心实验室进行检测,再根据以上验证结果,确定最佳硫化时间.

4.4减震制品硫化成型方式

①模压法:指直接将胶料填入模腔,合模后再通过硫化压机加压和加热使混炼胶硫化成橡胶制品的硫化成型方式

②移模注压法:指先将模具合模后,再将胶料加入专用料杯中,通过硫化压机的压力传递将胶料经注料孔压入模腔, 再经过加压和加热使混炼胶硫化成橡胶制品的硫化成型方式.

③注射成型法:指硫化压机自身带有进料机构,胶料通过进料管的螺杆旋转将胶料带入贮料筒中预热,模具合模后通过贮料筒上端的液压活塞加压将胶料挤压进模腔,将混炼胶硫化成橡胶制品的硫化成型方式.

现介绍一种注射机的工作过程,该注射机上下热板最大距离为450mm,模具最小闭合高度为150mm,注射机下热板上联接有液压推出机构,可将下热板由工作主缸位置,推出到顶出缸位置.在硫化生产时,先将模具推出到顶出缸位置,将金属内套管安放在下模腔内,再按下自动工作按钮,推出机构将下热板连同中模板、下模板回位到工作主缸位置, 碰到行程开关后,工作主缸再自动上行完成合模,达到设定的合模压力后,抽真空系统开始起动,同时注射头开始注料硫化。在硫化完成后注射机工作主缸下行,带动上模板、中模板、下模板下行,流道板固定不动,流道板与上模板打开,上模板下行一段行程后,由于反拉杆作用将上模板的下行行程进行控制, 中模板、下模板继续下行, 碰到行程开关后, 液压推出机构将下热板连同中模板、下模板推出到顶出缸位置, 碰到行程开关后,顶出缸将中模板顶出一段行程,硫化好的产品连同中模板一起被顶出,再取出产品,按下顶出缸回位按钮后,顶出缸立即将中模板回位到顶出前位置,完成一个成型周期.

4.5硫化成型注意事项(以注射为例)

①胶料注射时间应控制在15～45秒,若注射速度太快,会使胶料进入型腔时摩擦生热大而造成产品在胶料溶接面处出现不良。会使胶料在注入时造成排气不及时而产生气泡。会使粘接剂产生流动而造成粘接不良和粘接剂流出污染模具。若注射速度太慢,会使胶料未完全进入型腔即在流道中部分硫化而造成粘接不良.

②放置骨架的时间应控制在30秒之内,时间过长会使粘接剂受热而自身发生硫化反应,从而失去粘接性能.

③脱模取产品时应避免野蛮操作,防止在橡胶和骨架之间产生不合理的拉力,因为在热的状态下粘接剂与橡胶之间的粘接强度很低,若存在不合理的拉力会使粘接剂与橡胶产生脱胶破坏.

④脱模剂的使用应避免在骨架部位喷上脱模剂,最好不要使用硅油类脱模剂,而应使用固化型脱模剂.

⑤模具的温度需严格控制:对于纯胶制品模具温度可以达到180℃～185℃,对于带骨架的制品模具温度需控制在165℃以下,因为温度高于165℃时,粘接剂的CH205易发生龟裂而造成粘接破坏.对于厚制品应考虑采用低温长时间硫化.

⑥应严格遵守硫化工艺防止硫化压力不足和硫化不完全的现象.

⑦模具上的进料点应尽量避开粘接面,防止橡胶注入时对粘接剂造成冲刷而导致粘接不良.