热塑性橡胶模具设计及成型工艺的研究

热塑性橡胶模具设计及成型工艺的研究

摘要：橡胶制品指以天然及合成橡胶为原料生产各种橡胶制品，还包括利用

废橡胶再生产的橡胶制品，目前合成橡胶的产量已大大超过天然橡胶，其中产量

最大的是丁苯橡胶。橡胶制品是一种高弹性的高分子化合物，是无定形的高聚合物，也称弹性体，即在很小的外力作用下能产生较大的形变，除去外力后能恢复

原状。

关键词：热塑性；橡胶模具；设计；成型工艺

1工业用橡胶制品的种类及材料

橡胶制品是以橡胶为主要原料经过一系列加工制得成品的总称。橡胶制品的

共同特点是具有特殊的高弹性，优异的耐磨、减震、绝缘和密封等性能。橡胶工

业生产的橡胶制品，种类和规格繁多。当前，橡胶制品还没有统一的科学分类，

习惯上分为轮胎、工业制品和生活卫生用品。橡胶制品应用广泛，按照用途来分，通常分为工业用和民用两大类。工业用橡胶制品主要有：轮胎、胶带、胶管、胶板、胶布及胶布制品、密封件、减震件、胶乳制品、硬质橡胶制品、橡胶绝缘制品、胶辊以及橡胶衬里等。橡胶制品的材料有如下种类。通用橡胶：是指部分或

全部代替天然橡胶使用的胶种，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等，主要用于

制造轮胎和一般工业橡胶制品。通用橡胶的需求量很大，是合成橡胶的主要品种。丁苯橡胶（SBR)：又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能、加工性能及制

品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天

然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶

品种，有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶和热塑性橡胶（SBS），也是最早实现工

业化生产的橡胶品种之一。顺丁橡胶：是顺式 -1，4- 聚丁二烯橡胶的简称，顺

丁橡胶是由丁二烯聚合而成的结构规整的合成橡胶，其顺式结构含量在95%以上。根据催化剂的不同，可分成镍系、钴系、钛系和稀土系（钕系）顺丁橡胶。顺丁

橡胶是仅次于丁苯橡胶的第二大合成橡胶。与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后

具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝

大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。

还可以制造缓冲材料及各种胶鞋、胶布、胶带和海绵胶等，易与天然橡胶、氯丁

橡胶或丁腈橡胶并用。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能较差，抗湿滑性能不好。异

戊橡胶：是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。最接近天然橡胶，而

耐水性，电绝缘性超过天然橡胶。全名为顺 -1，4- 聚异戊二烯橡胶。由异戊二

烯制得的高顺式 ( 顺 -1，4 含量为92 ～ 97％ ) 合成橡胶，因其结构和性能

与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。异戊橡胶与天然橡胶一样，具有良好的

弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶强度显著低于

天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。可制造载重轮胎和越野轮胎，还可以用于生产各种橡胶制品。它是一种综合性能很好的通用合成橡胶。但

它的生胶强度、粘着性、加工性能以及硫化胶的抗撕裂强度、耐疲劳性等均稍低

于天然橡胶。乙丙橡胶（有机化合物制品）：是橡胶制品工业中一项极为重要的

原材料，有多种良好的理化特性。乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格

较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡

胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以

用作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料以及制造胶鞋、卫生用品等浅色制品。乙丙橡胶又可分为二元乙丙、三元乙丙、改性乙丙和热塑性乙丙橡胶。而三

元乙丙橡胶(EPDM)已在汽车密封条行业中得到广泛的应用。氯丁橡胶：又称氯丁

二烯橡胶、新平橡胶，是氯丁二烯 ( 即 2- 氯 -1，3- 丁二烯 ) 为主要原料进

行α- 聚合生成的弹性体，通过均聚或少量其它单体共聚而成的。其抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。

具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡

胶的缺点是电绝缘性能、耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如用来制作运输皮带和传动带，电线、电缆的包皮材料，制造耐油胶管、垫

圈以及耐化学腐蚀的设备衬里。氯丁橡胶宜贮存于阴凉、通风、干燥的库房内，

切勿重压，以防结团，被广泛应用于抗风化产品、粘胶鞋底、和涂料等。

2模具结构及设计

2.1模具的基本分类

根据成型的结构不同大致分为三种：普通压制成型；压注成型模具；注射成型模具。三种结构中，第一种最为常见，使用最为方便，通用性最强，其是直接将适量胶料放入打开的模具型腔内，合模进行加压硫化。第二种是设计有料腔和型腔，先将模具型腔合模，之后将生胶胶料放入到压注腔内，用柱塞挤压胶料，使其流入型腔内，最后进行加压硫化。第三种是与塑料注射模结构相似的模具，用橡胶注射机进行注射成型。在以上所述的几种模具中，第一种是最为常用的模具类型。

2.2模具设计

设计原则。了解制品的主要用途以及使用工作面；确定橡胶材料收缩率以及混炼胶的硬度；确定模具分型结构以及的模槽数；在保证模具强度和刚度的情况下，尽量减轻重量，确保结构合理、易于操作；设计应通用性强，且符合标准化和系列化。

设计步骤。模具结构的选择。开放式模具是利用上下模最终吻合时将所放入型腔的胶料加压使其成形，多余的股料则从模具缝隙之中溢出的一种模具，其制作方便、结构简单、成本低，是现在使用最为广泛的一种模具，其适合于胶料硬度、流动性较好的混炼胶，封闭式模具是在模具的型腔上边有一定的高度空间，当合模时，型腔完全封闭，胶料很难外溢使胶料能够很好的充满模腔，制品致密性好，不易缺料，但要求加料准确，适用于胶料硬度高，流动性差，以及有织物骨架的制品。

半封闭模具。其结合了开放式模具和封闭式模具的优点，是在模具型腔的一端带有一定深度的接合面配合，其优点是不易擦伤模腔，定位配合准确，易于拆卸，适用于上下模都带有模腔且同轴度要求较高的模具，结合实际工作经验，在设计模具时，对于胶圈（O形、矩形、异形）类模具，大多数是使用开放式两瓣模具进行设计，对于皮碗、油封类零件，可根据实际情况选择半封闭式以及封闭式，对于一些结构复杂的零件，可根据充模流动性、零件的结构、镶件、用途以及卸模等各种因素进行考虑，选择适合的结构。

3橡胶盖模具结构方案

3.1制品要求。

树脂材料TPC，ED-27N，制品表面麻纹加工，麻纹型号AN42W-B，如图1所示。

图1橡胶点

3.2制品CAE分析。

使用MoldFlow软件对制品数据进行3D仿真模拟充填分析（见图2），浇口参数设定：1点潜伏浇口，浇口直径ϕ0.5mm。

图2仿真模拟充填分析

从分析结果可以看出制品平均壁厚3.0mm左右，尽管体积收缩率较大但是表面凹痕并不明显。

3.3模具顶出系统结构设计

橡胶制品模具顶出变形和平衡问题非常重要。由于橡胶是软质材料，所以顶出变形不能以“0”为目标，而是需要在满足制品外观品质、制品尺寸性能要求的基础上，改善影响模具脱模的不利因素。模具对顶出系统结构进行了改进，在顶出系统与动模取付板间追加垫板，使顶出系统高度大大降低，提高模具精度和

稳定性，保证顶出平衡性，避免制品在顶出过程中可能会出现的偏转、变形等问题。

4对橡胶模具高效制造工艺的分析

4.1橡胶模具的制造原则

橡胶制品硫化使用的主要工具就是橡胶模具，所以其制作工艺要根据后期生产的产品进行选择。在橡胶模具的制造中，需要根据下列原则进行制造:要熟悉所选橡胶原材料的品种、硬度、收缩率等主要参数。根据橡胶模具的分型面、撕边槽、余料槽等设计标准确定模具的形状。合理设定模具的制造工艺、流程和结构设计:控制模腔数量，精确定位，以便于后期的加工和制作。橡胶模具制造要设定合理的刚度标准，遵循外形简单，控制重量的原则。

4.2橡胶模具的定位技术

橡胶模具的模具型腔是通过多块模板的连接制成的，所以，要提高橡胶模具的精确程度，需要对模具进行精准的定位，使橡胶模具的模腔可以准确的控制制品的形状与位置。具体的定位技术有:圆柱面定位、圆锥面定位斜边定位和导柱导套定位方式。使用圆柱面定位技术定位的产品大多是长度较长的套管模具，定位后具有管壁厚度均匀、直立等优点。圆锥面定位技术又叫做自定位技术，使用这种技术定位的模具制品一般是环状的多层模板，圆锥面定位不仅具有圆环的弧度，还有三角形的坚固性定位准确、方便，但是圆弧精度对于橡胶模具制作工艺的要求较高。对于橡胶嵌条模具，需要考虑使用斜边定位的技术，因为这种技术特殊的几何特点能够准确的定位嵌条的形状，但是由于需要其他工序的精密配合使得这种定位技术制作工艺难度较大。

结语

模具结构简单，制造成本低，同时，分析研究了橡胶注塑成型模具的成型条件，以及橡胶制品模具加工制造中的要点注意事项，为此类制品的模具设计和生产制造积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]胡华南，橡胶模具的制造及应用[J].模具技术.2008，（03）.25-35.