機(jī)頭模具設(shè)計制作與型膠壓出質(zhì)量關(guān)系

1、論機(jī)頭模具設(shè)計制作與型膠壓出質(zhì)量關(guān)系姓 名單 位 摘要：本文根據(jù)自己以往在輪胎壓出崗位的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)歷，簡要論述在壓出生產(chǎn)中，應(yīng)如何根據(jù)橡膠擠出機(jī)結(jié)構(gòu)及膠料特點(diǎn)，在認(rèn)真遵守安全生產(chǎn)規(guī)程的基礎(chǔ)上，在擠出機(jī)頭模具（含口型板、預(yù)口型、流道板等組成）的制作上，針對不同的機(jī)型，更合理的設(shè)計開口形狀及尺寸，掌握更精確的口型制作、修整方法，從而實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、質(zhì)量保證的輪胎型膠壓出生產(chǎn)模式。關(guān)鍵詞：機(jī)頭，型膠擠出機(jī)，膨脹，收縮率，生產(chǎn)效率目 錄1 全鋼型膠擠出線及機(jī)頭概況簡介12 型膠變形的主要表現(xiàn)33 口型（含口型板、預(yù)口型、流道板）等整個機(jī)頭組成在壓出聯(lián)動線中的作用43.1機(jī)頭43.2流道板43.3預(yù)口型

2、板63.4口型板84 簡單匯總型膠壓出其它常見問題形成原因及解決方法135 結(jié)論14參考文獻(xiàn)151 全鋼型膠擠出線及機(jī)頭概況簡介型膠壓出是輪胎生產(chǎn)流程中的一個重要工序，現(xiàn)普遍使用擠出機(jī)來規(guī)模生產(chǎn)，也稱擠出工序，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)全鋼子午線輪胎部件的壓出，除肩墊為單膠外，其它含兩種膠以上部件，均采用復(fù)合擠出機(jī)在機(jī)內(nèi)復(fù)合生產(chǎn)，復(fù)合壓出工藝是一種整體成型技術(shù)，這就依靠“機(jī)頭”這個關(guān)鍵的復(fù)合裝置，包括可更換的流道板、預(yù)口型板和口型板等組成，幾種不同配方的膠料經(jīng)過各自的螺桿被壓出到流道板上，在預(yù)口型內(nèi)復(fù)合并經(jīng)口型板一起壓出機(jī)外，不需粘接或貼合，形成一體的型膠半成品，具有優(yōu)良的黏合質(zhì)量，各種膠料分布定位準(zhǔn)

3、確、斷面清楚，對比機(jī)外復(fù)合具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)1；我們現(xiàn)場所采用擠出機(jī)主要有一熱一冷雙復(fù)合和三冷三復(fù)合兩種形式，如圖1為雙復(fù)合擠出機(jī)，圖2為三復(fù)合擠出機(jī)。圖1 雙復(fù)合擠出機(jī)圖2 三復(fù)合擠出機(jī)以上兩種機(jī)型每臺擠出機(jī)都主要包括螺桿、機(jī)筒、機(jī)頭、喂料、供料、傳動、溫控、液壓、潤滑等系統(tǒng)，只是壓出機(jī)個數(shù)不同，能同時復(fù)合生產(chǎn)膠料的品種不同，適應(yīng)各類復(fù)合型膠半成品的生產(chǎn)；整個壓出聯(lián)動線同時包括附助生產(chǎn)線（圖3），由接取、收縮、稱量、貼膠、打印、輸送、冷卻、吹干、切割、分離、稱量、分選、卷取等裝置組成，壓出機(jī)組及聯(lián)動生產(chǎn)線在電腦控制下按不同的工藝要求實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，整條生產(chǎn)線大約有80-100米長。圖3 德

4、國克虜伯公司的一熱一冷喂料雙復(fù)合壓出聯(lián)動線目前我公司全鋼子午線輪胎型膠擠出生產(chǎn)線增加到X條，設(shè)備生產(chǎn)廠家分別為德國克虜勃公司，天津賽象科技股份有限公司、桂林橡膠工業(yè)設(shè)計院等，主要生產(chǎn)胎面、胎側(cè)，膠芯、肩墊四種全鋼半成品部件，目前在產(chǎn)全鋼胎各種規(guī)格花紋有110多種，而每條輪胎均需有以上四種半成品部件組合，型膠半成品產(chǎn)量累計達(dá)到43000條/日，同臺擠出機(jī)生產(chǎn)不同的半成品，主要是靠頻繁更換機(jī)頭內(nèi)不同的流道板、預(yù)口型板和口型板來實(shí)現(xiàn)。膠料在壓出過程中，因壓出膨脹和收縮而造成型膠變形，不符合施工要求標(biāo)準(zhǔn)，另外停放變形一直是個重要的問題，極大降低了型膠壓出一次合格率，在停放后型膠如繼續(xù)無規(guī)則收縮，會造成

5、二次返回，影響到壓出工序質(zhì)量與生產(chǎn)效率。2 型膠變形的主要表現(xiàn)型膠變形主要表現(xiàn)為膨脹和收縮，以胎面為例（圖4），壓出膨脹是指膠料從口型壓出后胎面的斷面尺寸較口型斷面尺寸增大的現(xiàn)象。壓出收縮是指壓出后半成品在停放過程中發(fā)生的長度縮短、寬度和厚度增大的現(xiàn)象。壓出膨脹和收縮的實(shí)質(zhì)是一樣的，都是由于具有粘彈性的膠料在加工過程中不僅發(fā)生不可逆的塑性形變，而且還發(fā)生可逆的彈性形變。一部分彈性形變在半成品離開口型后恢復(fù)，從而產(chǎn)生壓出膨脹， 而另一部分彈性形變由于受到分子鏈的粘滯或滯后作用，需要經(jīng)過一段時間才能恢復(fù)，即在停放過程中恢復(fù)，從而導(dǎo)致收縮。壓出膨脹和收縮發(fā)生在胎面壓出生產(chǎn)中，它在整個橡膠和塑料壓出生

6、產(chǎn)中都備受關(guān)注。圖4 某規(guī)格胎面標(biāo)準(zhǔn)尺寸3 口型（含口型板、預(yù)口型、流道板）等整個機(jī)頭組成在壓出聯(lián)動線中的作用3.1機(jī)頭機(jī)頭是膠料壓出過程中將膠料由螺旋運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動的關(guān)鍵部件，可節(jié)制螺桿的塑化功能的強(qiáng)弱，同時直接影響制品的幾何尺寸和表面質(zhì)量，下面對組成機(jī)頭的流道板、預(yù)口型分別論述。3.2流道板流道板是將直接連接螺桿通道，將雙螺紋螺桿兩股膠由圓柱體改變?yōu)閴毫ζ骄植嫉谋馄襟w，要解決流道中間壓力相對邊部高，而出現(xiàn)中間厚兩邊薄問題，同時要防止兩側(cè)壓力不均而左右不對稱現(xiàn)象，其形狀的精確與否對壓出型膠的精確度有極大的影響，特別是對同時雙條擠出半成品是否一致有決定性作用，為解決以上問題現(xiàn)普遍采用設(shè)置中

7、心島來分解膠料走向，中心島的高度、角度設(shè)計是主要的技術(shù)數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)用流道板形狀圖來說明（圖5-1，圖5-2）。圖5-1 機(jī)頭上流道板圖5-2 拆卸下流道板復(fù)合壓出機(jī)各膠料的進(jìn)口角度和流道的布置都要盡量避免流道改變方向，使壓力損失減至最小。這樣設(shè)計的好處是既可降低膠料的溫度，又可提高產(chǎn)量。同時適當(dāng)加大機(jī)頭流道的長度，使機(jī)頭的阻力提高，使壓出系統(tǒng)的壓力提高，從而使壓出膠料得到更充分的剪切和混合。塑化好了的膠料，經(jīng)過較長流道與口型后，能獲得充分的應(yīng)力松弛過程，降低了壓出物的記憶效應(yīng)2，這對半成品的幾何尺寸和表面光潔度都是有利的，特別是對壓出后停放待用型膠的穩(wěn)定性有很大影響。但過長的機(jī)頭流道，也會導(dǎo)致

8、半成品壓出溫度升高；為了使半成品表面更平滑光潔，對設(shè)備廠家我們要求機(jī)頭流道板在調(diào)正后都應(yīng)鍍鉻拋光，我們在設(shè)備開始設(shè)計及調(diào)試期間，對各擠出機(jī)流道就進(jìn)行了嚴(yán)格的帶膠測試、修正，各機(jī)頭出膠量、出膠走向均勻，流道內(nèi)腔壓力分布合理，作為膠料基本流向分布，在后期新規(guī)格開發(fā)投產(chǎn)時，一般重新制作新口型、預(yù)口型，而對應(yīng)所用流道板不會隨意改動。已修正定型流道板如圖6所示。圖6 已修正定型的流道板尺寸3.3預(yù)口型板預(yù)口型板的主要作用是將分別從各流道來的膠料按照設(shè)計要求形狀尺寸、多少輸送至口型前，經(jīng)口型壓出后得到斷面尺寸各種膠料分布符合工藝要求的半成品，實(shí)際生產(chǎn)中使用的預(yù)口型如圖7所示。圖7 實(shí)際生產(chǎn)中使用的預(yù)口型在

9、此必須要注意冷熱壓出機(jī)對膠料熱煉后膠料的膨脹系數(shù)，我們現(xiàn)場均采用的是銷釘式冷喂料壓出機(jī)，如圖8所示。圖8 銷釘式冷喂料擠出機(jī)采取在機(jī)筒的一定部位上安裝數(shù)排銷釘，每排沿圓周方向又分布有數(shù)個，相對應(yīng)的螺旋部位開有環(huán)形槽，銷釘直接插入這些環(huán)形槽中，膠料在這些銷釘?shù)淖饔孟伦鳈M向運(yùn)動、分流運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。膠料便會受到一排多個銷釘?shù)姆指詈图羟校瑥?qiáng)化了捏煉，獲得高質(zhì)量的混合、捏煉和塑化的膠料。經(jīng)測量分析，按我們目前使用的膠料，冷喂料壓出機(jī)壓出的膨脹率比熱喂料低X%，因此在預(yù)口型開口面積上冷喂料膠料對比熱喂料按實(shí)用比例進(jìn)行增加。圖9 已定型的預(yù)口型加工圖紙3.4口型板口型板是最終決定半成品形狀模型，它的開口大

10、小、形狀及各部位角度都直接影響半成品的質(zhì)量，決定著型膠外觀尺寸是否達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求以及型膠半成品定型后的穩(wěn)定性，同時口型板是根據(jù)生產(chǎn)各規(guī)格尺寸不同輪胎而需用數(shù)量最多，改變最大的，需根據(jù)各半成品形狀不同要考慮膠料流經(jīng)較厚部位與較薄部位時，有整體平穩(wěn)的速度分布，以胎面為例對此重點(diǎn)進(jìn)行研究，如圖10所示。圖10 實(shí)際生產(chǎn)在用口型板擠出膨脹和收縮的產(chǎn)生機(jī)理都可以歸納為以下兩點(diǎn)：（1）入口效應(yīng)。膠料從大直徑的機(jī)筒被壓入小直徑的口型時，受到強(qiáng)烈的擠壓和剪切作用，于口型入口處產(chǎn)生收斂流動，沿流動方向產(chǎn)生速度梯度，使分子鏈部分拉直（構(gòu)象變化），在體積基本不變（除將其中的空氣部分排出外）的情況下，產(chǎn)生可恢復(fù)的彈

11、性形變。（2）剪切流動。在口型里穩(wěn)定流動時，由于切向應(yīng)力差會使分子鏈構(gòu)象產(chǎn)生變化，導(dǎo)致彈性形變，它在擠出后也會恢復(fù)。在計算膠料擠出膨脹比或收縮率時，由于口型不同，側(cè)重點(diǎn)也不同，在口型較厚情況下（大于30mm），入口收斂流動產(chǎn)生的彈性形變大部分在口型中得到了恢復(fù)，而剪切流動產(chǎn)生的彈性形變則是主要的彈性形變，而在胎面實(shí)際擠出生產(chǎn)中，入口收斂流動產(chǎn)生的拉伸彈性形變則是主要的彈性形變，膠料流動狀態(tài)（如圖11），這種情況是在擠出輔線速度保證與膠料出口型速度一致時，膠料會產(chǎn)生這種膨脹變化。圖11 膠料流動示意圖對于擠出口型尺寸，包括口型長徑比和口型入口角等等，根據(jù)擠出膨脹率入口效應(yīng)產(chǎn)生的彈性，前人都進(jìn)行了

12、各種復(fù)雜的測量與演算，也推舉了大量公式，均有數(shù)據(jù)支持，這里并不一一列舉，但在實(shí)際生產(chǎn)中影響型膠半成品穩(wěn)定因素還有很多，這里主要談討口型板開口大小與生產(chǎn)效率的直接關(guān)系，也與型膠停放后對收縮率的影響；經(jīng)常聽機(jī)臺操作主機(jī)反映，不同規(guī)格的胎面生產(chǎn)速度并不是完全按大小排列，有個別較大型、用膠較多胎面生產(chǎn)速度反而對比小胎面要快，生產(chǎn)效率高，唯一的不足是長度難掌握，建議口型均按照此方式設(shè)計，經(jīng)測量這種現(xiàn)象是口型板開口尺寸過大而引起的。為論證此方式對生產(chǎn)效率及質(zhì)量的影響，進(jìn)行試驗(yàn)測量，某規(guī)格輪胎胎面厚寬216mm，總寬300mm，同時開兩塊口型，一塊按標(biāo)準(zhǔn)216mm寬度開，一塊按110%口型上肩寬開口到238

13、mm，總寬開口330mm。（1）先試驗(yàn)生產(chǎn)加寬口型，依我公司現(xiàn)有膠料數(shù)據(jù)，擠出后約有2.8%的膨脹率，膠料經(jīng)過口型后肩寬實(shí)際達(dá)到238mm+238*2.8%=245mm，總寬同樣加寬，此時為達(dá)到尺寸合格，主機(jī)加快輔線牽引速度，速度達(dá)15.8m/min，在擠出線收縮輥道前，測量肩寬218-220mm，在經(jīng)過冷卻線后胎面收縮，寬度合格，在216mm±2mm間，裁斷長度現(xiàn)場測量合格，裝車待測量。表1 部分試驗(yàn)時機(jī)臺數(shù)據(jù)擠出機(jī)的設(shè)定與顯示類別250擠出機(jī)200擠出機(jī)單位螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定30.427.5RPM螺桿實(shí)際轉(zhuǎn)速30.6527.71RPM壓力4.377.35MPa電流229.1210.3A

14、溫度控制螺桿塑化段擠出段機(jī)頭250擠出機(jī)設(shè)定504050下中上實(shí)際41.239.942.183.77060200擠出機(jī)設(shè)定50505085.885.260.7實(shí)際50.250.276.1供膠設(shè)備冷卻水溫度輥轉(zhuǎn)速m/min膠條寬度mm膠條厚度跑膠溫度進(jìn)出粗煉機(jī)前輥實(shí)際171982后輥實(shí)際1717細(xì)煉機(jī)前輥實(shí)際161790后輥實(shí)際1718供膠機(jī)前輥實(shí)輥實(shí)際1720擠出機(jī)胎面基部擠出溫度標(biāo)準(zhǔn)125120實(shí)際118111擠出機(jī)的設(shè)定與顯示類別250擠出機(jī)200擠出機(jī)單位螺桿轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)RPM螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定30.427.5RPM螺桿實(shí)際轉(zhuǎn)速30.6527.71RPM壓力4.377.3

15、5MPa電流229.1210.3A擠出聯(lián)動生產(chǎn)線設(shè)定實(shí)際一線速度m/min15.615.8二線速度m/min4545寬度mm218每米重量kg4.84.66/4.78長度mm3350/33553310/3320單條重量kg16.1916.2（2）試驗(yàn)依標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)肩寬216mm開口口型板，同樣以上設(shè)備參數(shù)，轉(zhuǎn)速不變，由于開口量減少，膠料經(jīng)口型后膨脹擴(kuò)為219-221mm，主機(jī)將牽引速度設(shè)為14.6m/min，收縮輥道后測量厚寬為217-218mm，在經(jīng)過冷卻線后胎面收縮，寬度合格，在216mm±2mm間，裁斷長度現(xiàn)場測量合格，裝車待測量。同時在兩次擠出時進(jìn)行了在線伸縮率測試，方法為：在出

16、口型后1.5m固定一處，在胎面上兩次試驗(yàn)同樣劃定1m長兩點(diǎn)，在冷卻線后車未裁斷前對兩點(diǎn)測量，結(jié)果第1塊口型板試驗(yàn)原1m距離兩點(diǎn)收縮為85mm，收縮率為15%，第二塊口型板測量為91mm，收縮率為9%，相差較大。實(shí)際生產(chǎn)效率計算：第一塊：15.8m/min-15.8*15%=13.43m/min第二塊：14.6m/min-14.6*9%=13.29m/min對比兩種口型實(shí)際生產(chǎn)效率相差并不多，但擠出質(zhì)量方面，斷面明顯上氣孔明顯較多(圖12)，而第二塊較密實(shí).圖12 胎面斷面對比圖對兩塊口型擠出停放胎面進(jìn)行定長測量，數(shù)據(jù)如下：表2 胎面試驗(yàn)定長數(shù)據(jù)測量胎面試驗(yàn)定長數(shù)據(jù)測量口型停放時間min1530

17、6090120180原定長mm331033103310331033103310第一塊胎面1實(shí)際長度mm329032703255324032203215胎面1伸縮率0.60%1.21%1.66%2.11%2.72%2.87%第二塊胎面2實(shí)際長度mm329532853280327532703270胎面2伸縮率0.45%0.76%0.91%1.06%1.21%1.21%表2中的數(shù)據(jù)繪制成測量圖如下所示。圖13 胎面實(shí)驗(yàn)定長測量圖試驗(yàn)證明，口型開口較大的實(shí)際中并不能提高生產(chǎn)效率，并且由于過度拉伸，長度不斷處于變化中，長度變化同樣造成了厚度的變化，這種不穩(wěn)定給產(chǎn)品帶來極大隱患，相反低拉伸型尺寸口型能夠有效的保證胎面各方面尺寸穩(wěn)定，胎面合理的在線的收縮率應(yīng)在10%-6%之間。4 簡單匯總型膠壓出其它常見問題形成原因及解決方法表3 型膠壓出其它常見問題形成原因及解決方法常見問題原因解決辦法焦燒：膠料配方不當(dāng)，焦燒時問太短調(diào)整配方流道板或預(yù)口型中有積膠或死角引起改正口型錐角，定期清除積膠流膠口太小，壓力過高加開流膠口機(jī)頭溫度太高降低機(jī)頭溫度螺桿冷卻不足檢查冷卻系統(tǒng)，加強(qiáng)螺桿冷卻喂料中斷形成空車滯料防止供料脫節(jié)氣泡和海綿轉(zhuǎn)速太快調(diào)慢車速原料中水分、揮發(fā)物多加強(qiáng)原材料檢測熱煉時夾入空氣改進(jìn)