微波硫化生产线常用工装及设计方法.docx

微波硫化生产线常用工装及设计方法①王克彪(化工部西北橡胶塑料研究设计院咸阳712023)摘 要 板式口型是橡胶挤出工艺中常用的工装, 设计的优劣直接影响到挤出产品或半成品 质量虽然口型制造完成后还可用修正的办法来弥补设计的不足, 但好的设计思路就可以避免许 多弯路本文从口型开始, 重点介绍几种挤出连续硫化工艺中常用的工装及设计方法关键词 挤出口型连续硫化工装设计微波连续硫化工艺采用微波对挤出物加热, 热空气持续硫化的方式 由于采用了冷喂 料挤出机, 螺杆速度可无级调节, 采用的温水 循环系统, 使挤出胶料的温度相当稳定 我院的微波硫化生产线是从日本引进 的, 全长 62 米, 它主要用于生产钢带、实心 胶、 海绵胶三复合制品、 也可用于生产二复合 或单一的海绵胶或实心胶制品 它的生产效 率高, 生产速度最高可达 20m mm in生产中, 针对不同的制品, 采用的生产工艺不同, 使用 的工装也不一样 下面介绍几种微波硫化生 产线常用的工装及设计方法大的产品, 用单板口型往往较难把握, 而且单 板口型无法生产复合制品复合口型1. 2用于微波生产线的复合口型大致可分 通气管式, 速宫式和复合式口型。

为: 通气管式1. 2. 1这种复合口型的结构较为简单, 却非常 实用, 它主要由口型板、 通气管、 芯型等组成( 图 1) 这种形式的口型适用于单一材质的 中空制品挤出 挤出时进胶阻力小, 胶料流路 简捷对挤出过程非常有利, 并对制品的其它 部位的影响较小 几乎所有的单一材质的中 空制品都可以用此形式 但由于挤出机机头 内部空间所限, 目前这种通气管式口型仅用 于中小型的中空制品口型1口型是挤出产品所必需的工装 在微波 硫化生产线上使用的口型一般都采用板式口 型 按其结构形式分为单板口型和复合口型迷宫式口型1. 2. 2迷宫式口型结构如图 2 所示 它主要由 口型板, 进胶网板, 型芯, 阻胶假芯等组成,由于零件较多, 加工制造较为麻烦 但这种结 构的口型芯型位置精确, 一般不会被胶料流 推移, 所以, 这种口型一旦试用合格后, 较长1. 1单板口型单板口型通常用于单一材料且形状简单 的产品, 对较复杂的产品和截面形状变化较① 收稿日期: 19972092031998 年王克彪 微波硫化生产线常用工装及设计方法33时间都不会变化,另外, 这种口型在修整时,这种结构较为复杂、 制造也较为麻烦, 却是生 产三复合制品的最佳结构形式。

可以去修减阻胶假芯, 以使料流速度一致 其不方便之处, 就是加工定型后较难调整, 由于 胶料流动方向发生变化, 所以料流阻力较大, 清理余胶也较为不便图 2 迷宫式口型结构1. 3 口型设计方法1. 3. 1胶料在挤出时的流动分析 胶料进入机头后, 在螺杆挤出的后续胶料推动下流向口型 由于口型内表面与胶料 的摩擦作用使胶料受到很大的阻力, 形成中 间速度大, 越接近口型内表面流速越小的流 动分布, 胶料在口型内流动速度的不均匀, 必 然导致变形的不匀 异型材的口型设计是最 困难的 因为制品的截面不规则, 挤出时各部位流速不一致, 致使料流的压力分布不均匀 流速的变化情况如图 4图 1 通气管式口型结构1. 2. 3复合式口型如图 3 所示是三复合口型, 它是由口型 板、后座板、型芯、通气管、定位销等组成,图 3 复合式口型结构图中 a 为矩形截面口型, b 为三角形截面口型 通过口型的料流速度用等速线表示,特 种 橡 胶 制 品第 19 卷第 1 期34设中心速度 V m ax = 1, 周边速度为 O , 则模口之比为 V mV m ax , 图中所示的数值即是各部位V mV m ax 等速线。

截面范围内任意一点的速度 V与中心速度图 4通过口型的料流示意图图 5口型的变型 1. 3. 3减少定型段长度法和改变料流1. 3. 2 变形法 由于料流速度存在梯度关系,而等速线途径法 对于断面形状较为复杂的制品, 仅用简 单的型腔形状的变化, 往往难以奏效 因为虽 然从局部上的形状变化使得料流速度在局部 范围内得到了一定的均衡, 但从整个截面上 看, 其料流速度的分布仍然是不均衡的 这就 需要从其它方面考虑 对其流速较慢的地方 采用一定的方法使其流速增加, 以达到整体的形状又与口型腔形状不一致, 所以挤出的型材型状就与口型型腔不一样, 而近似于其 等速线 必须把腔型加以修正, 才能获得所要的形状, 如图 5 所示 这种形状的变化实际是 对挤出膨胀效应的一种修正 在设计时还要 效虑到在生产中表现出的产品断面尺寸的不 协调, 断面大的部位变大, 而断面小的部位变 小 这实际也是由于胶料的流速影响, 在口型设计时, 要人为的把大的部位缩小, 把小的部 位放大, 如图 6 所示流速均衡的目的 设计时, 法, 1. 减少定型段长度法;法往往采用两种方 2. 改变料流途径减少定型段长度法: 其实质是减少胶料流动时与口型型腔内壁的摩擦阻力。

使得该 处的胶料流速得以提高, 减少整个截面上的 料流速度梯度 在口型设计上可采用在截面 较窄的部位打导胶坡口等办法 如图 7 所示改变料流途径法: 是使胶料先达到型腔 的较窄部位 而后才流到较宽敞的部位, 使得料流在较狭窄部位处的压力大而较宽敞的部 位压力小, 通过压力的变化而使得料流速度 发生变化, 达到最终各部位挤出速度一致的6 图 口型的变形 应当说明的是, 采用这种方法时经验特 别重要 因为要在定量上把缩小和放大的量 值确定下来是不容易的, 往往要根据实际的 试用情况加以修正1998 年微波硫化生产线常用工装及设计方法王克彪35目的 见图 8图 7减少定型段长度法图 9局部阻尼法图 8 改变料流途径法1. 3. 4局部阻尼法 对于截面上宽窄相差较大的挤出制品, 仅用上述方法往往也很难满足要求 因为用 减少定型段长度的方法, 减少的定型长度是 有限的, 加上口型外形尺寸的限制和对制品 的技术要求等因素, 定型段长度 减少到一定 数值就不宜再减少 而改变料流途径法也仅 在一些形状特殊的制品中可以采用 因为, 如果不加选择地采用这种改变料流途径的方 法。

就有可能使机头内的料流路线发生变化, 从而在机头内局部形成 “涡流” 区 在生产中, 表现为生产进行一段时间后, 制品表面有焦 烧疙瘩, 影响产品质量所以, 对于截面上宽 窄相差较大的制品, 宜采用另一种方法: 局部 阻尼法 局部阻尼法是对料流速度较大的部位增 加阻尼以降低该处的流动速度, 同是, 增大了 挤出压力, 使得总体上的挤出速度均匀一致, 在实际的操作中, 小范围用卡钉, 大范围用阻 尼块, 如图 9 所示 卡钉和阻尼块在实际应用 中都可以根据挤出的具体情况作一定范围内图 10 预变形图 11 整体变形 将口型型腔变成“V ”形后, 减少了最大长度尺寸, 硫 化时, 在热变形的作用下变成所需形状1. 3. 5预变形和整体变形法 在具体的设计中, 不是单一的采用以上方法, 往往是以上几种方法组合采用 只有对 较为简单的制品, 采用一种方法就可以达到 目的 另外, 在设计时还要考虑的一个问题, 是 着带面, 着带面一般选在制品的非重要面, 且 要求重心稳定 着带面选定后, 考虑到生产过程中, 挤出特 种 橡 胶 制 品第 19 卷第 1 期36胶条在加热硫化初期会产生变形, 应在口型上对制品实行预变形, 以降低胶条在受热时, 在重力的影响下的变形影响 (见图 10)。

另一种, 在口型上对制品实行的预变形是整体的“旋转”或“开合”, 它往往是考虑到设 备的挤出极限限制, 如图 11 所示挤出机放大口处的形状形成一个有机的统一 统一的结 果, 应使胶料在从机头向口型挤出的过程中, 各方向的流速均匀一致, 尤其在口型的钢带 胶料入口处, 胶料的流速在扁咀的钢带出口 处应均匀, 稳定否则, 重者出现的向题是钢 带断开, 使生产中断, 轻者使钢带偏离原有的 正常位置, 使生产的复合制品出现钢带外露 现象 由此看来, 扁咀就不仅仅有导入钢带的 作用, 它的外形己能影响到挤出复合制品时, 能否正常顺利, 并且直接影响到挤出产品质 量机头的挤出范围仅在 115mm 以内, 示产品变形后, 就可以挤出生产了但对图1. 4需要注意的两个问题如果设计口型采用的结构是迷宫式, 就 要注意核算一下口型的压缩比, 压缩比一般 要在 1. 5 以上为好, 否则就可能由于胶料进 入口型 (进胶网板时) 受到的阻力较大, 而使 挤出产品的致密度受到影响, 严重时, 会影响 到挤出产品的饱满程度和外形 如果采用的是单板口型, 则要考虑机头 内胶料流入口型型腔时有无急骤的变化, 原 则上应使料流呈流线状进入口型型腔, 这在 实际上往往很难达到, 为此需要加装过渡环, 过渡环的结构, 依据产品的不同而不同, 主要 目的是减少胶料进入口型前, 由于流道过渡 不圆滑而形成的紊流区, 加装过渡环后, 不仅 可以使流道圆滑, 利于挤出, 而且也可减少废 品, 提高质量。

2. 2设计在设计时, 要注意外形的对称性, 流线过渡, 外表面尽可能地光滑, 尤其要注意胶料导 入角与口型的胶料导入角的协调见图 12、图13 因为二者形成的夹角直接影响胶料进入 口型前各方压力的均匀性, 也就是胶料流动 速度的一致性 保持一致, 钢带将随胶料的流动顺利挤出, 否则, 钢带会受到一方压力而偏 向另一方, 致使钢带与扁咀的摩擦力加大, 影 响钢带的顺利供给 使钢带外露或断开2 扁咀 (钢带定位头)2. 1扁咀的作用扁咀又称钢带定位头, 是生产三复合制 品时用的, 它的主要作用是对钢带定位导向 另外, 它的外形与机头内腔形成的空间, 要有 利于胶料流动 在胶料的流动中, 不仅成逐渐 压缩的趋势, 而且胶料呈层流装态, 致使胶料 只向口型方向流动, 而不会使钢带反向移动 胶料也不会进入扁咀的钢带导向槽, 这就需 要机头内腔与扁咀, 还有复合口型的钢带入图 12 机头结构简图 扁咀在工作时, 处于机头设定的温度之 下, 一般来说, 机头的设定温度为 40～ 80℃, 周围的胶料与之不断地摩擦, 由于扁咀没有 冷却机构, 所承受的温度要比设计的温度高 一些。

扁咀所受的最大摩擦来自钢带 由于钢 带的作用, 钢带导向槽的工作环境是最恶劣 的 扁咀的失效形式也往往是由于钢带的摩1998 年王克彪 微波硫化生产线常用工装及设计方法37擦作用, 使导向槽受磨损变大 钢带在变大的导向槽中的位置具有不确定性, 扁咀对钢带 的导向作用也就丧失了, 其表现是钢带断开 次数频繁, 钢带导向槽内有“返胶” 现象所以, 为使扁咀具有较高的使用寿命, 材料的选 择尤为重要, 考虑到要受钢带的磨损, 它的硬度和耐磨性要好在结构上, 可制成焊接式, 整体式或组合 式, 它们各有各的特点, 组合式虽然具有可拆 卸, 加工容易的特点, 但在生产中用整体式或 焊接式容易调整,效果较好图 13扁咀 个轮的中心距可调 成型时, 将胶条经导入机 构置于成型轮槽上, 再调节两轮中心距使之 变小, 胶条的断面即变化成“U ”形的了在 生产中, 往往要求成型的“U ” 形两边不一样 高, 这时, 只需调节导入机构相对于成型轮的 位置就可以了3 钢带成型轮3. 1作用经过挤出硫化后, 三复合胶条的断面形 状呈平直状, 成型后钢带成“U 。