Рубрика: Пресс-формы и штампы
Резинотехнические изделия — уплотнительные кольца, манжеты, сальники, втулки, амортизаторы, мембраны — окружают нас повсюду: от бытовой техники до гидравлики тяжёлых машин. Их производство требует особой оснастки. Пресс-формы для резины работают в иных условиях, чем формы для термопластов: материал не застывает при охлаждении, а вулканизируется при нагреве, давление и температура держатся продолжительное время, а облой — неизбежная часть процесса. Расскажем, какие типы форм применяются для РТИ, как они устроены и на что обратить внимание при заказе.
Резиновая смесь — это каучук с вулканизующими агентами, наполнителями, пластификаторами и другими добавками. В исходном состоянии она пластична, а при нагреве до температуры вулканизации, обычно 150–200 °C, в ней образуются поперечные связи, и материал приобретает упругость. Процесс необратим: изделие нельзя переплавить, как термопласт.
Из этого следуют главные отличия оснастки:
Для РТИ применяются три основных метода, и каждый требует своей конструкции оснастки.
Самый распространённый и простой метод. Заготовку резиновой смеси нужной массы закладывают непосредственно в открытую полость формы. Пресс смыкает форму, смесь растекается, заполняет полость, излишки выдавливаются в облойные канавки. После вулканизации форму раскрывают и извлекают изделие.
Компрессионные формы просты, недороги и подходят для широкой номенклатуры — от колец до массивных амортизаторов. Недостатки — ручная закладка заготовок, относительно толстый облой и большая доля ручного труда. Метод оптимален для мелких и средних партий.
Смесь закладывают в загрузочную камеру над формой. Плунжер продавливает её через литниковые каналы в сомкнутую полость. Поскольку форма закрыта до подачи материала, облой получается тоньше, а точность выше. Метод удобен для изделий со вставками — металлической арматурой, которая должна точно позиционироваться, — и для многогнёздных форм с мелкими деталями.
Резиновую смесь подают в форму специальной литьевой машиной со шнеком, как при литье пластмасс, но с прогретой формой и холодным материальным цилиндром. Метод даёт наименьший цикл, точное дозирование и минимальный облой, хорошо поддаётся автоматизации. Формы для него сложнее и дороже, а сама технология оправдана при больших тиражах.
| Метод | Стоимость оснастки | Облой | Цикл | Оптимальный тираж |
|---|---|---|---|---|
| Компрессионное прессование | Низкая | Толстый | Длинный | Малые и средние серии |
| Трансферное литьё | Средняя | Тонкий | Средний | Средние серии, изделия с арматурой |
| Литьё под давлением | Высокая | Минимальный | Короткий | Крупные серии |
Облой при формовании резины — норма, но его нужно контролировать. Вокруг каждой полости выполняют облойную канавку, куда уходит избыток смеси. Между полостью и канавкой оставляют узкий поясок — его ширина и высота определяют толщину облоя и лёгкость его удаления. Для безоблойных форм поясок делают острым, и при смыкании он практически отрезает излишки — изделие получается почти без следа разъёма.
Для колец круглого сечения разъём проходит по диаметру сечения — так, чтобы облой оказался на нерабочей зоне. Для манжет и сальников разъём располагают так, чтобы рабочая уплотняющая кромка формировалась без облоя, иначе нарушится герметичность. Ошибка в выборе разъёма приводит к браку, который не устранить обрезкой.
Резина после вулканизации и остывания усаживается, обычно на 1,5–3 %, а для некоторых смесей и больше. Величина зависит от типа каучука, количества наполнителя и режима вулканизации. Точные размеры полости рассчитывают по данным для конкретной смеси, а для ответственных изделий изготавливают пробную форму или делают припуск на доводку.
При вулканизации из смеси выделяются летучие вещества, а в полости остаётся воздух. Без вентиляции на изделии появляются пузыри, раковины и недопрессовки. Для отвода газов выполняют вентиляционные каналы и применяют подпрессовку — кратковременное раскрытие формы в начале цикла.
Многие РТИ — армированные: сальники с металлическим каркасом, резинометаллические шарниры, клапаны. Форма должна точно фиксировать арматуру и не допускать её смещения под давлением смеси. Для этого предусматривают посадочные места, штифты и магнитные фиксаторы.
Резина эластична, и многие изделия снимают вручную, растягивая их через знаки. Тем не менее для массового производства предусматривают съёмники, сжатый воздух, вывинчивание. Формы для мелких колец часто выполняют многоярусными кассетами, которые раскрываются вне пресса на специальном столе.
Формы для РТИ работают при постоянно высокой температуре и подвергаются воздействию продуктов вулканизации, часто содержащих серу и другие агрессивные компоненты. Наполнители — технический углерод, кремнекислота — обладают абразивным действием.
Поверхность полости шлифуют и полируют, часто хромируют. Твёрдое хромирование облегчает съём изделий, снижает налипание смеси и защищает от коррозии. Для силиконовых изделий иногда, наоборот, нужна слегка матовая поверхность, чтобы изделие не «прилипало» к форме. Регулярная очистка формы от нагара — обязательная часть эксплуатации: её выполняют сухим льдом, ультразвуком или мягким абразивом без повреждения поверхности.
Многогнёздные формы с десятками и сотнями гнёзд на одной плите. Важны точность диаметра сечения и соосность половин, чтобы не было ступеньки по разъёму. Для колец малого сечения применяют безоблойные формы.
Сложная геометрия губок, часто с металлическим каркасом и пружиной. Рабочая кромка формируется точным знаком без облоя, иногда её дополнительно обрезают ножом с высокой точностью.
Массивные изделия с большой толщиной стенки, иногда с привулканизованными металлическими пластинами. Требуют длительной вулканизации и равномерного прогрева формы.
Тонкие изделия, часто с тканевым армированием. Важны равномерность толщины и точная фиксация ткани.
Равномерность температуры по всей формующей поверхности — условие одинаковой степени вулканизации во всех гнёздах. Если одна часть формы холоднее другой, изделия в ней окажутся недовулканизованными: липкими, с пониженной прочностью и повышенной остаточной деформацией. Перегрев, наоборот, приводит к перевулканизации и подгару.
Компрессионные формы чаще всего нагреваются контактом с обогреваемыми плитами вулканизационного пресса. Чтобы тепло передавалось равномерно, опорные поверхности формы должны быть плоскими и параллельными, а толщина плит — не избыточной. Для массивных форм время прогрева перед первым циклом может составлять час и более.
Литьевые и крупные трансферные формы оснащаются трубчатыми или патронными нагревателями с термопарами и собственным контроллером. Это позволяет регулировать температуру по зонам и компенсировать теплопотери на краях формы. Между формой и плитами машины устанавливают теплоизоляционные пластины.
При литье резины под давлением аналогом горячего канала служит холодный канал: распределитель смеси охлаждается, чтобы материал в нём не вулканизовался, а сама формующая часть нагревается. Это даёт экономию смеси — литник не вулканизуется и не уходит в отход, — но требует точной термоизоляции между зонами.
После изготовления форму проверяют на пробных запрессовках. Изделия измеряют после полного остывания и выдержки, так как размеры резины стабилизируются не сразу. Оценивают толщину и расположение облоя, наличие пузырей и недопрессовок, качество рабочих кромок. По результатам при необходимости корректируют размеры полости с учётом фактической усадки конкретной смеси, дорабатывают вентиляцию и облойные пояски. Для изделий с жёсткими допусками этот этап особенно важен: данные по усадке из справочников служат лишь ориентиром, а реальная смесь заказчика может вести себя иначе.
Отдельно контролируется совпадение половин формы: смещение даже на несколько сотых миллиметра даёт на кольце ступеньку по разъёму, которая нарушает герметичность. Поэтому для уплотнительных изделий применяют конические центрирующие замки и точное изготовление посадочных мест.
Для расчёта и проектирования формы понадобятся:
Если документации нет, изделие можно воспроизвести по образцу: мы выполним обмеры, построим модель и согласуем её с заказчиком. Об изготовлении деталей по образцам подробнее — в разделе запчастей по чертежам и образцам.
Пресс-форма для резинотехнических изделий проектируется с учётом вулканизации, усадки смеси, неизбежного облоя и требований к рабочим кромкам. Компрессионные формы подходят для небольших партий и широкой номенклатуры, трансферные — для изделий с арматурой и повышенной точностью, литьевые — для массового выпуска. «ВМС» изготавливает пресс-формы для РТИ на собственном производстве: от проектирования до термообработки, полировки и хромирования.
