橡膠模具優(yōu)化工藝考核試卷及答案一、填空題（每空2分，共20分）1.橡膠模具分型面的選擇需優(yōu)先考慮制品脫模便利性和膠料流動均勻性，同時需避免分型面處出現(xiàn)飛邊過厚或合模不緊密的問題。2.橡膠模具常用的鋼材中，4Cr13屬于馬氏體不銹鋼，其主要優(yōu)勢是耐腐蝕性和耐磨性；而H13熱作模具鋼的核心性能是高溫強度和抗熱疲勞性。3.橡膠收縮率的計算公式為：收縮率=（模具尺寸制品尺寸）/模具尺寸×100%，實際生產中需根據(jù)橡膠配方（如含膠率、填充劑種類）、硫化溫度、冷卻速度等參數(shù)調整修正系數(shù)。4.模具排氣槽的深度一般控制在0.02~0.05mm，寬度為3~8mm，過深易導致膠料溢出形成飛邊，過淺則可能造成排氣不充分。二、單項選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種模具結構設計不利于膠料流動均勻性？（）A.主流道直徑由20mm漸縮至15mmB.分流道截面采用半圓形（R=5mm）C.型腔入口處設置圓角過渡（R=1mm）D.多型腔模具采用非平衡式流道布置答案：D（非平衡式流道易導致各型腔膠料填充時間差異，影響均勻性）2.硫化溫度從150℃提升至170℃時，對橡膠模具優(yōu)化的主要影響是：（）A.需增加模具加熱功率以維持溫度穩(wěn)定B.可縮短硫化時間，但需調整模具冷卻系統(tǒng)C.模具材料的熱膨脹系數(shù)顯著降低D.膠料流動性下降，需增大流道截面積答案：B（溫度升高加速硫化反應，縮短時間，但高溫可能導致模具局部過熱，需優(yōu)化冷卻）3.某橡膠制品脫模后出現(xiàn)“缺膠”缺陷，最可能的模具設計問題是：（）A.排氣槽深度0.03mmB.流道總截面積為型腔截面積的1.2倍C.主流道末端未設置冷料穴D.分型面處存在0.1mm間隙答案：C（冷料穴用于儲存前端低溫膠料，未設置會導致低溫膠進入型腔堵塞，形成缺膠）4.關于模具表面處理，以下說法正確的是：（）A.氮化處理可提高表面硬度，但會降低耐腐蝕性B.鍍鉻層厚度越厚（如100μm），耐磨性越好C.表面拋光至Ra0.2μm可減少膠料粘?，F(xiàn)象D.滲碳處理適用于4Cr13不銹鋼模具答案：C（低表面粗糙度可降低膠料與模具的粘附力）5.計算模具型腔尺寸時，若橡膠收縮率為1.8%，制品長度為100mm（常溫下測量），則模具型腔長度應為：（）A.100×(1+1.8%)=101.8mmB.100/(11.8%)≈101.83mmC.100×(11.8%)=98.2mmD.100/(1+1.8%)≈98.23mm答案：B（收縮率公式為S=(L模L制)/L?！?00%，推導得L模=L制/(1S)）6.以下哪種模具加熱方式更適合高精度橡膠制品？（）A.電加熱棒分區(qū)控制（±2℃）B.蒸汽加熱（±5℃）C.熱油循環(huán)加熱（±1℃）D.感應加熱（±3℃）答案：C（熱油循環(huán)溫度控制精度高，適合對硫化溫度敏感的制品）7.模具飛邊過厚的主要原因不包括：（）A.合模力不足（實際壓力＜理論所需壓力）B.分型面平面度誤差0.05mm（要求≤0.02mm）C.膠料門尼粘度過高（ML1+4(100℃)=80）D.模具導柱與導套間隙過大（0.1mm）答案：C（門尼粘度高表示膠料流動性差，不易溢出形成飛邊；流動性過好才會導致飛邊）8.為提高模具使用壽命，以下措施中最關鍵的是：（）A.定期清理模具表面殘膠B.選擇熱膨脹系數(shù)小的模具材料C.優(yōu)化模具結構減少應力集中D.每次使用后涂防銹油答案：C（應力集中易導致模具開裂，是影響壽命的核心因素）9.某橡膠O型圈制品內徑尺寸不穩(wěn)定（偏差±0.3mm），可能的模具問題是：（）A.芯棒與型腔配合間隙0.05mmB.硫化時間波動±2minC.模具加熱板溫差±3℃D.膠料含膠率波動±2%答案：A（芯棒與型腔間隙過大，膠料流動時芯棒位置偏移，導致內徑尺寸不穩(wěn)定）10.關于模具排氣設計，以下做法錯誤的是：（）A.在制品最后填充的角落設置排氣槽B.排氣槽從型腔邊緣向模具外側逐漸加深（0.02mm→0.1mm）C.多型腔模具每個型腔單獨設置排氣槽D.排氣槽與流道交叉布置以提高排氣效率答案：D（排氣槽應避免與流道交叉，否則膠料可能優(yōu)先進入排氣槽而非型腔）三、判斷題（每題2分，共20分）1.模具分型面應盡量選擇在制品最大截面處，以方便脫模。（√）2.模具材料硬度越高（如HRC60），耐磨性越好，因此應優(yōu)先選擇高硬度材料。（×）（硬度高可能導致脆性增加，需綜合考慮韌性）3.硫化時間僅由橡膠配方?jīng)Q定，與模具結構無關。（×）（模具厚度、加熱效率會影響硫化時間）4.模具冷卻系統(tǒng)設計時，冷卻水孔應盡量靠近型腔（距離≤5mm）以提高冷卻效率。（×）（過近可能導致模具局部應力開裂）5.飛邊厚度與合模力成反比，合模力越大，飛邊越薄。（√）6.模具表面粗糙度Ra值越?。ㄈ鏡a0.1μm），越有利于膠料流動。（×）（過低的粗糙度可能導致膠料與模具粘附力增加，不利于脫模）7.計算收縮率時，需考慮橡膠的后收縮（常溫放置后的二次收縮），因此模具尺寸應預留后收縮補償量。（√）8.多腔模具中，各型腔的流道長度、截面積必須完全一致（平衡式設計），否則無法保證制品質量。（×）（非平衡式設計可通過調整流道尺寸實現(xiàn)填充平衡）9.模具導柱的主要作用是定位，因此導柱直徑越大，定位精度越高。（×）（導柱直徑需與模具尺寸匹配，過粗可能導致加工誤差放大）10.橡膠模具的預熱溫度應略高于硫化溫度（如硫化160℃，預熱170℃），以減少硫化初期的溫度損失。（×）（預熱溫度應接近硫化溫度，過高可能導致膠料提前焦燒）四、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述模具流道系統(tǒng)設計的核心原則及優(yōu)化方法。答案：核心原則：①膠料流動均勻性（各型腔/部位填充時間一致）；②減少壓力損失（流道截面形狀合理，避免銳角）；③降低膠料浪費（流道體積與制品體積比≤20%）；④便于清理（流道表面光滑，無死角）。優(yōu)化方法：①采用平衡式流道設計（非平衡式需調整流道長度或截面積）；②選擇圓形或梯形截面（圓形比表面積小，熱量損失少）；③主流道設計為錐形（入口直徑＞出口直徑，錐度2°~5°）；④在流道末端設置冷料穴（儲存前端低溫膠料）；⑤流道與型腔連接處設置過渡圓角（R=0.5~1mm），避免膠料滯留。2.分析模具硫化溫度不均勻對橡膠制品性能的影響，并提出3種改善措施。答案：影響：①局部溫度過高導致橡膠過硫（硬度增加、彈性下降）；②局部溫度過低導致欠硫（強度不足、易撕裂）；③溫度梯度引起收縮率不一致，制品尺寸偏差；④表面與內部硫化程度差異，產生內應力，導致后期變形或開裂。改善措施：①優(yōu)化加熱系統(tǒng)（如增加加熱棒數(shù)量、采用熱油循環(huán)替代電加熱）；②調整模具厚度（避免局部過厚導致散熱不均）；③在溫度偏低區(qū)域設置輔助加熱塊；④使用溫度傳感器實時監(jiān)測（精度±1℃），配合PID控制器動態(tài)調節(jié)；⑤模具設計時避免“熱橋”（如金屬嵌件集中區(qū)域需增加隔熱層）。3.某橡膠密封件脫模后出現(xiàn)“表面氣泡”缺陷，從模具角度分析可能原因及對應的優(yōu)化方案。答案：可能原因及優(yōu)化方案：①排氣設計不足：排氣槽數(shù)量少或深度過淺（＜0.02mm），膠料中的空氣/揮發(fā)分無法排出。優(yōu)化：在氣泡集中區(qū)域增設排氣槽（深度0.03~0.05mm，寬度5mm），或采用透氣鋼鑲塊。②模具溫度過高：局部溫度超過膠料焦燒溫度，膠料提前硫化，內部氣體無法溢出。優(yōu)化：降低對應區(qū)域加熱功率（如減少加熱棒數(shù)量），或增加冷卻水孔密度。③流道設計不合理：膠料流動速度過快（流道截面積過?。?，卷入空氣形成氣泡。優(yōu)化：增大流道截面積（主流道直徑由10mm增至12mm），或在流道入口設置緩沖槽。④模具表面污染：脫模劑殘留或殘膠未清理，膠料與模具界面產生氣體。優(yōu)化：定期清理模具（使用超聲波清洗+中性溶劑），控制脫模劑噴涂量（厚度≤5μm）。五、計算題（6分）某橡膠制品為矩形板，尺寸為長200mm×寬150mm×厚10mm（常溫下測量）。已知該橡膠的線收縮率為1.5%（考慮后收縮修正后），模具采用電加熱板硫化（模具材料為H13，熱膨脹系數(shù)12×10??/℃，硫化溫度160℃，環(huán)境溫度25℃）。計算模具型腔的常溫實際加工尺寸（需考慮模具材料的熱膨脹補償）。答案：步驟1：計算橡膠收縮后的模具型腔設計尺寸（不考慮模具熱膨脹）：L模（設計）=L制/(1S)=200/(10.015)≈203.05mm（長）W模（設計）=150/(10.015)≈152.28mm（寬）T模（設計）=10/(10.015)≈10.15mm（厚）步驟2：計算模具在硫化溫度下的熱膨脹量（需補償至常溫加工尺寸）：模具熱膨脹系數(shù)α=12×10??/℃，硫化溫度T1=160℃，環(huán)境溫度T0=25℃，溫差ΔT=135℃。熱膨脹量ΔL=L模（設計）×α×ΔT長方向熱膨脹量：203.05×12×10??×135≈0.33mm寬方向熱膨脹量：152.28×12×10??×135≈0.25mm厚方向熱膨脹量：10.15×12×10??×135≈0.02mm步驟3：模具常溫實際加工尺寸（需扣除熱膨脹量，因模具在常溫下加工，硫化時膨脹至設計尺寸）：L模（加工）=L模（設計）ΔL長=203.050.33≈202.72mmW模（加工）=152.280.25≈152.03mmT模（加工）=10.150.02≈10.13mm最終結果：模具型腔常溫加工尺寸為長202.72mm×寬152.03mm×厚10.13mm（允許±0.05mm加工誤差）。六、綜合分析題（10分）某企業(yè)生產的橡膠減震墊（厚度8mm，面積300mm×200mm）出現(xiàn)以下問題：①制品邊緣厚度比中心厚0.2~0.3mm；②表面有明顯“流痕”（膠料流動方向的條紋）；③模具使用壽命僅5000次（行業(yè)平均10000次）。請從模具優(yōu)化工藝角度分析原因，并提出系統(tǒng)性改進方案。答案：原因分析：①邊緣厚度超差：模具分型面平面度不足（可能局部凹陷），合模時邊緣壓力小于中心，膠料在邊緣區(qū)域填充過量；或流道設計偏向邊緣，導致邊緣膠料堆積。②表面流痕：膠料流動速度不均勻（流道截面突變或存在銳角），導致膠料前沿流動不穩(wěn)定；模具表面粗糙度較高（Ra＞0.4μm），膠料與模具摩擦產生條紋。③模具壽命短：模具材料選擇不當（如使用45鋼而非H13），或熱處理工藝不佳（硬度不足HRC45）；模具結構存在應力集中（如型腔轉角處未倒圓角，R＜0.5mm），長期受硫化壓力導致開裂；冷卻系統(tǒng)設計不合理（冷卻水孔距型腔過近，熱應力循環(huán)加速疲勞）。改進方案：1.模具結構優(yōu)化：檢測分型面平面度（要求≤0.02mm），對凹陷區(qū)域進行研磨修正；調整流道設計為平衡式（主流道居中，分流道對稱分布），流道截面改為梯形（上寬10mm，下寬8mm，深度6mm），避免截面突變；型腔轉角處增加圓角（R=1~2mm），減少應力集中。2.模具材料與熱處理：更換模具材料為H13熱作模具鋼（推薦硬度HRC48~52）；采用真空淬火+多次回火工藝（560℃×2h×3次），提高材料韌性和抗熱疲勞性。3.表面處理與加工精度：型腔表面拋光至Ra0.2μm，減少膠料流動摩擦；對分型面進行氮化處理（滲氮層深度0.2mm，表面硬度HV900）