一种H型试样成型模具的优化设计

任金龙,王忠光,赵桂英，徐晓玲，孔媛

(徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140)

0 引言

轮胎制品中除了使用单根钢丝、钢丝帘线等金属作为骨架材料之外，轮胎的胎体帘布层、缓冲层中还使用了纤维帘线作为骨架材料；常用的纤维材料有聚酯纤维、尼龙、人造丝等；橡胶与纤维帘线能否紧密的黏接成一体，共同承担外力的作用，取决于其黏接性能的优劣；因此，在轮胎的设计、生产和检验中，测试橡胶与纤维帘线的黏接性能是评定其性能优劣的重要方面，也是纤维帘线原材料入厂必检的项目之一。

国家标准GB/T 2942—2009规定，硫化橡胶与纤维帘线黏合强度的测定采用H抽出法进行试验，该方法测量的黏合力是作用于帘线-橡胶界面上的剪切力值。该标准中规定：帘线与橡胶黏合性能测试就是将帘线两端分别埋入一定规格的橡胶块中，采用拉力机将帘线从橡胶块中抽出，取至少8个试样黏合强度的平均值来表示帘线与橡胶黏接性能的大小[1]。

1 现有H型试样成型模具存在的问题

橡胶与纤维帘线黏结性能测试采用H型试样，由于试样两端的橡胶块与中间连接的帘线组合起来形似字母“H”，因此将试样简称为H型试样；按胶块的尺寸大小，H型试样可分为三种：

（1） 帘线埋在宽度为6.4 mm、厚度为3.2 mm的胶条中。

（2） 帘线埋在宽度为10.0 mm、厚度为10.0 mm的胶条中。

（3） 帘线埋在宽度为5 mm、厚度为3.2 mm的胶条中。

现有H型试样的制备方法较为复杂，具体分为两步：一是采用一定的硫化模具，硫化一整块帘线附胶试样；二是用剪刀将该帘线附胶试样裁剪成若干个H型试样。这样的制备方法存在以下问题：

（1） 不能一次性成型H型试样，而是用剪刀裁剪而成，再加上胶料易向帘线槽方向挤压，造成试样的尺寸不规范。

（2） 埋入的帘线数量多，安装定位时间长，悬挂重锤多，导致模具温度不易控制。

（3） 一次裁剪成H型试样36个，数量远多于国家标准8个的要求，造成胶料和帘线的浪费。

（4） 模具尺寸较大，操作不方便，增加了劳动强度，工作效率低，安全性差。

2 H型试样成型模具的优化设计

根据现有技术存在的不足，经过调研分析，将H型试样成型过程中胶条的安装、帘线的定位、试样的取出等作为设计的重点和出发点，主要设计了胶槽、帘线槽、溢胶槽、手柄及锁扣等，提供了一种H型试样的成型模具；采用该模具可一次性成型所需数量的H型试样，减少了裁剪的工艺，且试样尺寸规范性好，提高了测试结果的准确性；模具尺寸小，可节省原料，帘线安装方便，模具温度稳定性好；该成型装置结构简单，操作方便，实现了多功能化。

结合下图1所示，对该成型模具具体总结阐述如下：

（1）上下模板的设计

上下模板是试样成型模具的主要部件，其形状均为矩形，长和宽大小相等，上模板厚度小于下压板；下压板上表面左右对称设有一个定位槽；上压板为一平板，其内表面上设置有与下压板定位槽相配合的定位柱；下压板和上压板通过定位柱和定位槽的凹凸结构嵌合在一起；下压板上还设有启模口，启模口为矩形凹口位于下压板的周角处，便于操作人员将起模工具伸入矩形凹口内将下压板和上压板分离开。

（2）胶槽的设计

胶槽位于下模板内部，其作用是便于准确安装上下胶条和帘线，确保试样尺寸准确，符合规范；胶槽呈长条形，且均匀分布在下压板中部；胶槽窄口的长度为10 mm，槽深为10 mm，胶槽宽口的长度为25 mm；每一行设有五个胶槽，每一列设有四个胶槽，每一列相邻胶槽之间的间距为10 mm，同一列的两个胶槽相配合，可成型1个H型试样，整体模具相配合，可一次性制备10个H型试样，即满足了国家标准对测试用H型试样数量的要求，同时还节省了胶料和帘线的用量。

（3）帘线槽的设计

下压板上每一列胶槽宽口侧中部位置处均设有贯穿下压板的帘线槽，帘线槽其中一侧开口端的下压板侧面设有与帘线槽相匹配的锁扣，锁扣可以是带有圆弧冒头的圆柱，供打了结的帘线套扣固定；帘线槽的槽深为5 mm，帘线槽的窄口端宽度为0.8 mm或帘线槽的窄口端宽度为1.2 mm，用于不同试样要求。

（4）溢胶槽的设计

胶槽窄口的两侧设有溢胶槽，溢胶槽的槽深要小于胶槽的槽深，一般来讲，每个溢胶5的槽深度为0.5 mm，溢胶槽顺着胶槽宽口方向的长度为2.5 mm；在制作H型试样时，胶槽多余胶料易向两侧的溢胶槽流去，达到了减少胶料向帘线槽的挤压的作用；同时，当需要取样时，较浅的溢胶槽更便于H型试样的取出。

（5）手柄的设计

手柄手柄通过铆钉铆接在下压板的侧面，一个作用是操作移动模具方便，另一个作用是手柄上设置有端部帘线槽，端部帘线槽的槽深、窄口端宽度于帘线槽尺寸一致，均为0.8 mm或1.2 mm，每个端部帘线槽均处于相应帘线槽的延长线上；帘线经过端部帘线槽后栓上一定重量的砝码，使帘线在受到张力的情况下与橡胶硫化成一体；手柄还设有支杆，支杆的设置方向与帘线槽的延长线相垂直，支杆起到支撑帘线的作用，使帘线能顺利过渡到端部帘线槽内；因为帘线经过手柄上的端部帘线槽后要栓一定质量的玛法，砝码垂下来一定的长度，所以需要手柄长一点，硫化时砝码在平板硫化机热板外，不影响硫化。

3 H型试样成型模具的使用方法

成型模具的预热：首先按硫化工艺参数要求，在平板硫化机上设置硫化温度、时间和压力，清理成型模具上、下压板的内外表面，并在内表面上均匀喷涂一薄层脱模剂，将上压板合于下压板上；握紧手柄的两端，将模具置于平板硫化机的热板上，并位于热板的中间部位；按“启动”按钮，下热板缓慢上升，待上压板与平板硫化机的上热板接触时，立即按“停止”按钮，对成型模具进行预热，达到设定的硫化温度后，继续预热30 min以上，使模具的内外温度均匀一致，符合要求[2]。

胶条的裁剪：按照平行胶槽的总长度、宽度及个数，用剪刀在混炼胶胶片上裁剪出一定数量的胶条，确保每个胶槽中安放上下两个胶条；必要时可采用电子秤称量每组上下胶条的重量，如果不符合规定的重量，可适当增加或减少，以避免缺胶，保证试样的完整性；重复以上操作，直至全部胶条裁剪完毕。

胶条及帘线的安装：预热时间到，取出模具，移开上压板，戴手套将准备好的下胶片依次放置于下压板的平行胶槽内，待全部下胶条放完后，取一根帘线，将帘线一端栓于一个锁扣处，依次经过帘线槽、支杆和端部帘线槽，最后在帘线端部挂上一定质量的重锤；帘线安装需从下压板的一端开始，至所有平行帘线槽中的帘线安装完毕后，再将上胶条置于平行胶槽上部，盖上上压板。

硫化：将上述安装好的模具置于平板硫化机下热板的中间，启动平板硫化机按钮，热板上升合模、快速排气3~5次后，开始硫化，设备自动计时；期间需定期观察平板硫化机的运行情况，防止掉压，压力不足会影响试样的性能。

试样的取出：硫化时间到了，设备会自动报警，下热板自动向下运动开模，取出模具，用工具从起模口将上压板和下压板分开，扯住溢胶槽处的胶片，将试样从胶槽中带出；撕掉H型试样周边的毛边，经适当停放后，放置于拉力机的专用夹具上，即可测定帘线与橡胶的黏合强度。

成型模具的后处理：实验完毕，清理模具内外表面，合模，放置于模具柜中，以备下次使用。

4 效果

经过对成型模具进行优化设计，达到了以下效果[3]。

（1）可一次直接硫化成型10个H型试样，不需要裁剪，溢胶槽可减少胶料向帘线槽挤压，试样尺寸规范性好，确保测试结果的准确性。

（2）试样数量少，节约原料，帘线安装方便，模具温度稳定性好。

（3）模具尺寸小，操作方便，工作效率高，减少了安全隐患。

5 结语

通过对H型试样成型模具的优化设计，包括对胶槽、帘线槽、溢胶槽、锁扣和手柄等的设计，可用于胶条的安装、帘线的定位及试样的硫化成型；将胶条安装于一组平行的胶槽中，节省了时间和人力，提高了效率；锁扣、帘线槽及端部帘线槽的一体化设计，使帘线安装便捷，张紧有度，且在一条直线上，尺寸准确；溢胶槽可减少胶料向帘线槽挤压，便于试样的取出，且不需要剪裁工序，试样规范性好，提高了测试结果的准确性；该模具尺寸小，操作方便，模具温度稳定性好，可一次制成10个H型试样，工作效率高，安全性好，实现了多功能化。