橡胶制品的冷冻修边

一、概况

 

    未硫化胶料在高温、压力下为粘稠流体，而到了模压硫化阶段，胶料迅速充满模腔，其多余的部分（为了防止缺胶，填充在模腔中的胶料，肯定保持一定的过量)溢出硫化，便形成了溢胶---即飞边。飞边一旦形成，为使外观整齐、美观，必须除去，这一工序习称修边。对修边的要求是尺寸精确、外观整齐。在实际生产中。产品的修边往往费时、耗工，对于要求严的产品，在修边时稍有不慎即可能出废次品，必须谨慎对待。一般来说，产品的尺寸规格越小、构形越复杂，修边的难度越高，废品也越多。

 

二、修边方法分类

 

    橡胶制品的修边分为手工、机械和冷冻等三类:

    1. 手工修边。操作者手持刀具，沿着产品的外缘，将飞边逐步修去。这是最原始的方法。效率低、质量难保证，特别对构型复杂、精度要求高的产品难以做到彻底、于净，而且很容易损及产品本体与飞边的连接部。往往留下齿痕、缺口，从而留下漏油、漏气等影响密封的后遗问题。另外。手工修边对操作熟练程度的依赖也很突出。

    2. 机械修边。为了提高效率和质量，出现了机械修边。常见的是带旋转刀刃的专用电动修边机。所用的刀刃需与制品尺寸高度匹配。如果产品的内外缘都有飞边。则可设计成双刃、多刃口。以实现一次完成。机械修边的加工精度超过手工修边，效率也有成倍提高，特别对一模多腔的产品而言，可以按照产品的排列与分布，设计出与之匹配的刀具。待产品出模后。可整版套上，一次完成冲切。在加热的配合下，一次能修几十个。典型例子是医用药塞整版冲切修边。关键是冲切温度必须掌握好，防止过高后粘连。

    3. 冷冻修边。将硫化好的成品连同飞边，在冷冻条件下进行除边。几十年来，随着冷冻介质的选择、换代以及机械动作的改进，冷冻修边也经历了几代改进，日臻成熟和完善，工作效率和加工质量都有了明显的提高。其过程是让已硫化产品在冷冻和动态条件下降温，使飞边进入脆化状态。然后经过它们自身之间的相互摩擦，或在旋转、振动、摆动等动态条件下，借助于摩擦而去除飞边。或者，令刚性的丸状介质以一定速度对待修产品进行冲击，从而除去飞边。 

                                                              

三、冷冻修边介绍

 

    1. 基本原理。橡胶在低温下变硬、脆，且因厚度不同而变脆程度不同。就是说，在同样的低温条件下，薄的部分的变脆先于厚的部分。所以，利用飞边与本体的厚度差异所导致的脆性梯度来完成修边，也就是抓住飞边已脆而本体未脆的时间差，对待修产品施加摩擦、冲击、振动等外力将飞边去除。而此时制品本体尚处于弹性状态而不受损伤。后来。通过喷射介质的应用进一步提高了修边效果。

    2. 冷冻修边技术的演变。冷冻修边最早出现于20世纪50年代，此后大致经历了4个发展阶段。

   （1)第一代冷冻修边    冷冻转鼓修边

    以转鼓为工作容器，转鼓横截面示意见图1，最初选择干冰作致冷剂。把待修件装入转鼓，或者再添加一些能起到摩擦作用的工作介质。桶内温度控制在飞边已发脆而制品本体未脆的范围。为了恰到好处地达到这一目的，飞边厚度应≤0.15mm。转鼓是设备的主要部件，呈八角形。其关键点是能控制好喷射介质的落点，以使翻滚周而复始地进行。

    由图1可见，转鼓以反时针方向转动，而物料受重力的作用沿1－2线掉落，然后依序循环，达到翻匀。一段时间后，飞边脆化，最终均匀完成修边。第一代技术的不足之处是不彻底，特别在分型面两侧容易出现残余飞边。原因是模具设计欠妥，或分型面处的胶层太厚（大于0.2mm)所致。

    (2)第二代冷冻修边机

    其在第一代的基础上，做了三方面的改进。

    ①致冷剂改用液氮。因为干冰的气化点为-78.5℃，对某些脆性温度低的胶种(如硅橡胶)就不适用。而液氮的沸点为-195.8℃，适用于所有橡胶种类。

    ②盛放待修制品容器的改进。由转鼓改为以槽形输送带作运载体。这样，由于待修产品能在带槽中周而复始地翻滚，大大减少了死角的出现几率。不仅提高了工效，也改善了修边的精密度。

    ③不再单纯地依靠待修件相互之间的摩擦来除边，而是引入细粒状的喷射介质冲击。使用粒径0.5～2mm的粒状金属或硬质塑料弹丸，以线速25～55m/s射向待修品的表面，造成很大的冲击力，从而大大缩短了周期。第二代冷冻修边机的构造见图2。

    (3)第三代冷冻修边机

    其是在第二代基础上改进而产生的，待修件的容器改为四壁带孔结构的篮筐。这些孔布满篮筐四壁，孔径为5mm左右(大于弹丸直径，以允许弹丸顺利通过孔眼而落下)，经回收到设备顶部后供第二次使用。这样安排既能扩大容器的有效容量，又可减少冲击介质(弹丸)的储存量。第三代冷冻修边机的内部构造见图3左。设计重点包括:篮筐并非垂直安置，而是带一定的倾斜度(40º～60º)。其优点是在修边过程中。由于两种力的叠加而剧烈翻动：第一种力是由篮筐本身转动提供的旋转力;第二种力则是随弹丸冲击带来的离心力。当这两股力汇合在一起时，就产生了360º的全方位运动，产生均匀、彻底地翻动，从而缩短加工周期。图4说明上述两种力作用的示意。第三代冷冻修边机的技术参数见表1。

 

    (4)第四代冷冻修边机

    第三代冷冻修边机虽有翻动均匀、加工快速等优点，但也存在两个缺点。第一，受篮筐容积的限制，不适用于直径≥200mm的大型制品;第二，正因为受篮筐容积之限，只能进行分批作业，而每次换批、启动，又得重复耗用液氮，使成本增加。为此出现了可进行流水作业的连续生产线。待修件进入工作区后，借助于环形输送带向前运行，先后经过液氮冷冻区降温、冲击区接受弹丸喷射，完成冲击去边，然后已修边成品可以下线。如果大、小规格混杂的话，可以分拣。冲击介质回收后，经外循环重新回归到储库。第四代冷冻修边流水线见图5。

 

四、相关问题的谈论

 

    1. 制冷方法。降温是实现冷冻修边的必备条件，可供选择的致冷途径有:

    (a)制冷机致冷。使用氟里昂为冷冻剂，提供适用的低温条件。缺点是能耗大，又不利于环保，所以不在考虑的范围。

    (2)致冷剂致冷。可供使用的致冷剂有干冰(固态二氧化碳)和液氮。干冰因沸点高，致冷效果差，已淘汰。液氮是目前普遍使用的品种，因为它的沸点低(-196℃)，制冷冷效果突出。又因化学上呈惰性。使用安全，也不会影响橡胶的性能。蒸发1公斤液氮需从外界吸收201千焦尔的热量，所以制冷效果良好。其单耗低。另外一个优点是气化膨胀率大，1立方液氮可气化成700立方的氮气，能产生很高的气流速度，实现良好的热平衡。

    由于液氮在长途运输中不可避免地产生损耗，为了降低运输成本，用户与供应点的距离要求不超过300km。

    2. 喷射介质早期都采用高碳钢珠。苴径在0.5～2mm之间。无论资料介绍或实践都证明使用单一粒径的效果往往不如使用几种粒径按一定比例搭配混合使用。粒径大于1.5mm的适宜于冲修大而厚的飞边，而小粒径的则可起补充加工之用。完成残余死角的修净。

    近年来也开始使用硬质塑料(如聚甲醛)弹丸，其优点是不会在制品表面留下斑疤，也不会生锈。

    缺点是耐用性较差，使用寿命短。另外，因强度较差，每次修边时。所需时间较长。

    3. 工艺参数的选定

    (1)冷冻温度。应该根据胶种、飞边厚度及喷射介质来确定。就胶种而言，脆性温度越低，则选用的温度应该越低，各类橡胶的脆性温度见表2。

 

    另外，飞边越厚、一次批量越大意味着表面接触致冷剂的几率越小，冷冻温度应越低。

   （2）装载量。取决于容器容量，同样也取决于产品结构。若产品为纯胶的，则按重量计，装载量(按公斤计)以等于容器体积的1/3~1/2为宜。例如60升的容器，其合适的装载量应该是2～3公斤。

但如果是橡胶/金属结合制品，则装载量可按1：1计算，即6公斤。

   （3）喷射角度。实践证明，弹丸的喷射(或抛射)角度(即喷射介质流与容器所夹之角)以70º～80º为最理想，使喷射介质与篮筐中的待修件处于最佳的对冲状态，从而确保均匀翻动，冷冻修边机各主要构

件的组装位置见图6。

   (4)卸料和清料。使用后的喷射介质，将沿着下倾的振动筛，连同修下来的飞边、胶屑一起经受振动、分离，汇集到底部收集，实现飞边与成品分离。

 

五、质量问题和控制

 

在冷冻修边中，会遇到一些质量问题，它们有的起因于前工序，有的则由于条件控制不当所致。常见的问题主要有:

    1.接头处断裂。这一般是前工序(模压或注压) 接头不良造成，原因多种多样，有胶料流动性差、胶料局部焦烧、硫化压力不足等。不牢固的接头在冷冻下受到冲击后便断开。

    2、表面坑洼和麻点。一般因温度太低、冷冻时间过长或喷射速度过快所致。其中大的坑洼由大弹丸造成，而麻点则由小颗粒弹丸造成。   

    3、除边不彻底。有时在分型面处有残余的飞边，可见，形成这类缺陷的原因较多，其中最主要的是大小弹丸搭配比例不当，一般小粒子太少容易造成此类问题。还有一种情况是飞边太厚，如厚度超过0.2mm时飞边就难以除尽。

 

目前采用这种设备去除加纤材质外壳的厂家有:绿点（天津、苏州、无锡）、赫比（上海、天津）、NOLATO（北京）等；富士康（北京、杭州）、贝尔罗斯（北京、广州）、富裕（东莞）都已通过试验了解了设备的高效率、高品质