一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法与流程

本发明涉及金属-橡胶复合密封件模压成型，更具体的说是涉及一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法。

背景技术：

1、骨架皮碗是液压、燃油及冷却系统中用于防止工作介质泄漏的关键密封零部件，其通过在金属骨架上粘接成型丁腈橡胶层而制成，广泛应用于各类液压作动筒、燃油泵及冷却管路中；骨架皮碗的制造通常采用模压硫化粘接成型工艺，即在模具型腔中定位金属骨架，填入橡胶坯料，经加热加压硫化使橡胶与金属骨架发生化学粘接，从而形成一体化的复合密封件。

2、现有技术中，骨架皮碗模压成型过程主要存在以下问题：

3、（一）金属骨架偏斜问题

4、在模压硫化过程中，金属骨架需放入模具的骨架支撑模芯上进行定位。由于金属骨架为薄壁回转体结构，其内腔与支撑模芯之间需预留装配间隙以便取放。然而，该装配间隙的存在使得金属骨架在模具型腔中缺乏足够的径向约束。在合模及硫化加压过程中，橡胶坯料受热熔融后发生流动，对金属骨架产生不均匀的周向挤压力，极易导致金属骨架在支撑模芯上发生横向偏移。骨架偏斜将直接导致皮碗成品的橡胶层厚度沿周向分布不均，在工作状态下产生偏磨，加速密封失效，严重时甚至导致液压系统泄漏，影响装备正常运行。

5、针对骨架偏斜问题，现有技术主要通过优化模具导向结构或增加定位销等方式试图提高骨架的定位精度。例如，中国专利cn108127829a提出了一种优化模具排气和导向结构的方案，通过改善合模精度来减少骨架偏移。但此类方法属于被动补偿措施，受限于模具加工精度和装配误差的累积效应，仍难以将骨架偏斜量控制在理想范围内，对于薄壁、大尺寸骨架皮碗的成型效果尤为不佳。

6、（二）胶粘剂外溢及橡胶表面开裂问题

7、金属与橡胶的可靠粘接是骨架皮碗实现密封功能的前提。为确保粘接强度，通常需要在金属骨架的胶接面预先涂覆一层异氰酸酯类胶粘剂（如列克纳胶粘剂），再将橡胶坯料填入模具进行硫化。在硫化过程中，橡胶坯料受热熔融后在压力作用下沿型腔流动填充。由于橡胶熔体的高剪切流动特性，流动的橡胶会对金属骨架表面已涂覆的胶粘剂层产生冲刷作用，导致胶粘剂被冲离原涂覆位置，随橡胶熔体一起流动至产品表面或分型面处。冷却后，这部分被冲刷带出的胶粘剂在橡胶表面形成异物硬点或局部胶层剥离，引发橡胶表面开裂，严重降低皮碗的密封性能和使用寿命；同时，残留在金属骨架胶接面上的胶粘剂因被冲刷而分布不均、厚薄不一，局部区域胶粘剂过薄甚至缺失，导致橡胶与金属之间的粘接强度下降，在受力状态下易出现局部脱胶失效。

8、针对胶粘剂外溢问题，现有技术主要采取两种思路：一是优化模具分型面设计，设置溢胶槽或排气通道，试图将外溢的胶粘剂引导至非工作面排出；二是通过调整硫化压力和温度曲线，降低橡胶熔体的流动剪切力。然而，这些方法均属于事后疏导或被动调节，未能从源头上抑制胶粘剂被冲刷的机理，溢胶问题难以有效消除，产品合格率普遍偏低。

9、因此，如何提供一种能够抑制金属骨架偏斜和胶粘剂外溢的骨架皮碗粘接成型质量控制方法，以提升骨架皮碗的成型质量一致性和产品合格率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法，旨在解决上述技术问题之一。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法，包括以下步骤：

4、s1、间隙控制：将金属骨架与骨架支撑模芯的配合间隙控制在能够使金属骨架在模具型腔中居中定位、且成型后单边偏斜量不大于0.05mm的范围内；

5、s2、制坯步骤：制备固体环形坯料，并在金属骨架的胶接面上涂刷由丁腈橡胶与有机溶剂配制而成的橡胶液，经干燥后形成包覆坯料；

6、s3、涂胶：在涂刷所述橡胶液之前，依次对金属骨架的胶接面涂刷第一遍异氰酸酯类胶粘剂、干燥、烘烤活化，再涂刷第二遍异氰酸酯类胶粘剂并干燥；

7、s4、模压硫化：将固体环形坯料及涂覆有包覆坯料的金属骨架置入模具，合模后于平板硫化机中进行硫化成型。

8、通过上述技术方案，本发明公开提供了一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法，通过间隙控制步骤，实现了金属骨架在模具型腔中的稳定居中定位，有效抑制了模压硫化过程中因橡胶熔体不均匀流动挤压导致的骨架横向偏移，避免了皮碗成品橡胶层厚度周向分布不均及由此引发的偏磨失效问题；通过制坯步骤，构建了固液复合坯料体系，为后续胶粘剂防冲刷提供了物理隔离基础；通过涂胶步骤，一方面通过多层涂覆增强了胶粘剂层自身的附着力和致密性，另一方面通过烘烤活化促进了胶粘剂中异氰酸酯基团与金属表面及橡胶分子的化学键合，提高了界面粘接强度；通过模压硫化步骤，利用包覆坯料在胶粘剂层表面形成的连续致密薄膜作为物理隔离屏障，阻断了熔融橡胶对胶粘剂层的直接冲刷路径，有效抑制了胶粘剂外溢问题；通过模压硫化步骤，利用包覆坯料在胶粘剂层表面形成的连续致密薄膜作为物理隔离屏障，阻断了熔融橡胶对胶粘剂层的直接冲刷路径，既避免了胶粘剂被冲刷至橡胶表面造成开裂，又防止了胶粘剂层因冲刷变薄或缺失所导致的局部粘接强度下降和脱胶失效；本发明通过上述步骤协同作用，实现了骨架居中定位、复合坯料构建、胶粘剂多层防护、隔离屏障成型的全流程质量控制，显著提升了骨架皮碗的成型质量一致性和产品合格率。

9、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，所述金属骨架的内腔与所述骨架支撑模芯的单边配合间隙为≤0.03mm。进一步将模具配合间隙精确限定至≤0.03mm，使金属骨架在支撑模芯上的径向活动空间被压缩至极限；既能保证骨架顺利装入和取出，又能最大程度地抑制硫化过程中的骨架偏移；同时，该间隙值与包覆坯料干燥成膜后厚度≤0.03mm相呼应，体现了装配间隙与防护膜厚在同一精度等级下的工艺协同，确保金属骨架内壁0.03mm厚度的橡胶层能够均匀成型且不产生缺胶缺陷。

10、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，所述固体环形坯料设于皮碗碗底端面，其为矩形截面环形结构；皮碗内径为xmm、外径为ymm、高度为zmm，则所述环形坯料的内径为xmm、外径为（y+0.7）mm、高度为（z-0.5）mm。环形坯料内径等于皮碗内径，确保皮碗内腔在硫化时能够被橡胶充分填充而不发生缺胶；外径比皮碗外径大0.7mm，使坯料在受压流动时具有足够的胶料余量填充至型腔边缘，避免外缘缺胶，多余部分形成飞边后续去除；高度比皮碗高度小0.5mm，既保证硫化后型腔被完全填满，又避免因胶料过多导致严重飞边。通过上述尺寸控制，实现了不缺胶、少飞边的平衡，提升了材料利用率和产品外观质量。

11、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，所述橡胶液由丁腈橡胶与乙酸乙酯按质量配比1:7配制而成。该配比兼顾了橡胶液的涂刷适应性（流动性适中、易形成均匀湿膜）和粘接强度（丁腈橡胶与金属界面的化学键合密度最优），确保了包覆坯料的成型质量和防护效果。

12、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，在步骤s3中，涂胶的步骤具体如下：

13、s31、在金属骨架的胶接面上涂刷第一遍异氰酸酯类胶粘剂，于室温下晾干30～40min，再置于143±2℃的加温箱中恒温烘烤20～30min；

14、s32、在金属骨架的胶接面上涂刷第二遍异氰酸酯类胶粘剂，于室温下干燥30min；

15、s33、在金属骨架的胶接面上涂刷所述橡胶液，于室温下干燥60min，形成包覆坯料。该三段式涂胶-干燥时序各步骤具有明确的协同效应；第一遍胶粘剂涂刷后先室温晾干30～40min，使溶剂充分挥发，再置于（143±2）℃高温烘烤20～30min，通过高温活化异氰酸酯基团（-nco），促进其与金属表面羟基（-oh）发生化学接枝反应，形成牢固的化学键合层；第二遍胶粘剂室温干燥30min，在已活化的底层上形成均匀的补充胶粘剂层，既增加了胶粘剂的总厚度和致密性，又避免了高温烘烤导致的过度交联而丧失二次粘接活性；丁腈橡胶液室温干燥60min，使乙酸乙酯溶剂充分挥发，形成连续、致密、无气泡的包覆坯料薄膜；该膜完整覆盖胶粘剂层，在后续模压硫化中充当物理隔离屏障。

16、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，所述异氰酸酯类胶粘剂为jq-1a异氰酸酯列克纳胶粘剂。其主要成分为多异氰酸酯的乙酸乙酯溶液，具有以下优势：分子结构中含有多个高活性异氰酸酯基团（-nco），可同时与金属表面吸附水或羟基反应生成脲键，与丁腈橡胶分子中的不饱和键发生加成反应，形成金属、胶粘剂、橡胶三元化学桥接；对金属和橡胶均具有良好的润湿性和铺展性，涂刷后能形成均匀薄层；③在（143±2）℃的硫化温度下能够充分活化而不分解，与5080丁腈橡胶液的硫化体系兼容良好，确保了粘接工艺的稳定性和可重复性。

17、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，所述包覆坯料完全覆盖金属骨架胶接面上的异氰酸酯类胶粘剂层。包覆坯料对胶粘剂层的完全覆盖是实现胶粘剂防外溢功能的结构保障；干燥成膜后的包覆坯料在金属骨架胶接面形成一层连续、致密的橡胶薄膜，其完整性决定了物理隔离效果的有效性；只有全覆盖才能确保在模压硫化过程中，熔融的固体环形坯料在流动时无法接触并冲刷到胶粘剂层表面；同时，包覆坯料本身为丁腈橡胶材质，在硫化过程中与固体环形坯料发生共交联，融为一体，不会在成品中形成界面缺陷。

18、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，橡胶液涂刷湿膜厚度为0.1～0.2mm，干燥成膜后厚度≤0.03mm。湿膜厚度与干膜厚度的控制体现了对橡胶液涂刷工艺的精量化管理：湿膜厚度控制在0.1～0.2mm，确保涂刷时胶液能够均匀铺展而不产生流挂和积胶现象，同时保证溶剂挥发后形成的干膜具有足够的致密度和力学强度；干燥成膜后厚度≤0.03mm，模具间隙≤0.03mm数值一致，具有重要工艺意义，金属骨架与支撑模芯之间的单边间隙仅为0.03mm，若包覆坯料干膜厚度超过该间隙值，将导致金属骨架无法顺利装入支撑模芯，或在装入过程中薄膜被刮擦破损，丧失防护功能；因此，将干膜厚度控制在≤0.03mm，既保证了防护膜的完整性，又确保与模具精密间隙的工艺适配性。

19、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，在步骤s4中，模压硫化具体包括以下步骤：

20、s41、将骨架支撑模芯置于唇口成型模芯（3）上；

21、s42、将涂覆有包覆坯料的金属骨架套入骨架支撑模芯上；

22、s43、放入皮碗外圆和上端面成型模芯；

23、s44、将固体环形坯料放入金属骨架的碗底端面上；

24、s45、放入皮碗下端面和内圆下半段成型模芯；

25、s46、合模后将模具送入平板硫化机进行硫化。六步装模顺序（支撑模芯定位→涂胶骨架套入→外圆及上端面模芯→固体环形坯料放入碗底→下端面及内圆下半段模芯→合模硫化）的限定具有多重技术效果：支撑模芯先行定位，为后续所有部件的装入提供精确的装配基准；涂有包覆坯料的金属骨架先套入支撑模芯，再放入外圆模芯，确保骨架在装入过程中不被碰伤或刮擦，特别是包覆坯料薄膜不受损伤；固体环形坯料在放入外圆模芯之后、下端面模芯之前装入，确保坯料准确落入碗底端面预定位置，不会因后续模芯装入而产生位移或翻边；分步装配避免了“整体合模时各部件相互干涉”的风险，确保各成型模芯与金属骨架、环形坯料之间的相对位置准确无误；该装模顺序是经过实践验证的优化流程，简单、可靠、可操作性强，有效消除了装模过程中的人为不确定性因素。

26、优选的，在上述一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法中，在步骤s46中，硫化温度为151℃，硫化压力为12mpa，硫化时间为40min。硫化三要素（温度、压力、时间）的优化组合是确保骨架皮碗成型质量的最终工艺保障：151℃的硫化温度与jq-1a胶粘剂的烘烤活化温度（143±2℃）衔接良好，保证了硫化过程中胶粘剂层保持稳定的化学活性，同时该温度处于丁腈橡胶（5080牌号）的适宜硫化温度窗口内，能够确保橡胶分子链发生充分的交联反应，达到设计的力学性能和耐介质性能；12mpa的硫化压力既足以驱动橡胶熔体完全填充型腔、排除气泡，又不致压力过高导致金属骨架变形或包覆坯料薄膜被压溃；40min的硫化时间保证了橡胶交联反应趋于完成（正硫化），同时兼顾了生产效率，避免过硫化导致橡胶老化脆化或欠硫化导致力学性能不足；三个参数为协同最优值，共同确保了成品皮碗的尺寸精度、橡胶致密度和界面粘接强度。

27、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种骨架皮碗粘接成型质量控制方法，具有以下有益效果：

28、1、本发明通过将金属骨架与骨架支撑模芯的配合间隙控制在单边偏斜量不大于0.05mm的范围内，从物理结构上最大程度地约束了骨架在模具型腔中的径向活动空间，有效抑制了硫化过程中因橡胶熔体不均匀流动挤压导致的骨架横向偏移，使骨架在成型过程中始终保持居中定位，避免了皮碗成品橡胶层厚度沿周向分布不均及由此引发的偏磨失效问题，大幅提升了骨架皮碗的尺寸精度和密封可靠性。

29、2、本发明通过构建固体环形坯料、液体涂刷包覆坯料的复合坯料体系，并结合两遍异氰酸酯类胶粘剂的涂刷、干燥与烘烤活化处理，使干燥成膜的包覆坯料完全覆盖并物理隔离胶粘剂层，在模压硫化过程中阻断了熔融橡胶对胶粘剂层的直接冲刷路径，有效避免了胶粘剂被冲离涂覆位置并外溢至橡胶表面，从而有效消除了因胶粘剂外溢引发的橡胶表面开裂等质量问题；同时也避免了胶粘剂层因冲刷破坏而分布不均、局部缺失所导致的粘接强度下降和脱胶失效，确保了金属骨架胶接面各区域粘接质量的均匀性和一致性；通过优化橡胶液配比（丁腈橡胶与乙酸乙酯质量比1:7）、三段式涂胶干燥时序及硫化三要素（151℃/12mpa/40min），进一步保证了橡胶与金属之间的粘接强度和稳定性，使骨架皮碗的成型质量一致性和产品合格率得到显著提升。