1、陕西理工学院毕业设计I阻燃硅橡胶的配方设计摘要: 硅橡胶具有许多优异的性能，例如具有耐高、低温性能、疏水性、具有适当的透气性等。尤其是氧指数较以碳为主链的橡胶高, 在燃烧时热释放速率低,火焰传播速度慢, 无滴落,且纯硅橡胶燃烧时几乎不生成有毒气体, 在燃烧后会在表面形成陶瓷化的碳硅层,能阻止热、氧的交换和内部可燃物向外扩散与热、氧接触。但其但耐密闭老化特别在有湿气条件下的老化性能不够好;机械强度在橡胶材料中是最差的，而且存在可燃的缺陷,特别是其容易阴燃,存在潜在的燃烧风险。向硅橡胶中 掺入阻燃 剂, 即可赋予硅橡胶难燃或自熄特性和较强的拉伸撕裂等性能.通过多次实验讨论三氧化二锑、氢氧化铝等辅料
2、用量 对硅橡胶自熄时间， 续燃性能的影响情况，设计出阻燃硅橡胶的最优配方，由此制造出具备较好的阻燃效果和较强的拉伸撕裂等性能的硅橡胶，增加其应用范围。 结果表明：当100份硅橡胶中氢氧化铝的用量为80份时,硅橡胶的燃烧氧指数( OI 值) 可达30%, 但力学性能却受到严重损害, 发烟量为B 级; 氢氧化铝/ 三氧化二锑并用时,HTV 硅橡胶的性能 较理想；当( 氢氧化铝+三氧化二锑) 用量为50份时,硅橡胶的OI值为31%、拉伸强度为613MPa、扯断伸 长率为660%、撕裂强度为2317 kN/ m、邵尔A 硬度为57 度,但发烟量为C 级；关键词：硅橡胶； 阻燃；氢氧化铝；三氧化二锑陕西
3、理工学院毕业设计IIStudy on the link of aluminium alloy die-forging technologyZhao Ming（Grade03,Class1,Major control materials，Material Institute，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor: Zhang Hui,Ma ZhenlongAbstract: Aluminum alloy with low density, good processing properties, corrosi
4、on resistance, strength and stiffness higher than the merits, to a greater degree of material savings and reduce weight, in forging hammer, screw press, upended aircraft and aircraft bore forged various forging equipment. Based on the analysis of the aluminum alloy forging features easy forging proc
5、ess and the deficiencies should be noted,under the open-die forging parts theory and linkage map, combining link forged aluminum alloy technology and features, bicycle link on the forging process for a specific analysis, determine a reasonable link alloy forging technology and forging process parame
6、ters. Drawing rough calculation section map, decide on the size and material blocking step of the process and equipment, rational design of the processes and mapping die mold map. Forging the same time that the process should pay attention to the issue and the relevant preventive measures. Key words
7、: aluminium alloy; link; forge technology; die design陕西理工学院毕业设计III毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集
8、、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 陕西理工学院毕业设计IV学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果
9、由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日陕西理工学院毕业设计V目 录中文摘要Abstract1 引言 .11.1 铝合金的特性 .11.2 铝合金锻造 .11.3 开式模锻成形工艺简介 .31.3.1 开式模锻的定义和成形过程
10、.31.4 铝合金模锻工艺中的几个主要问题 .41.4.1 模具材料的选用 .41.4.2 模具预热 .41.4.3 成形温度的控制 .41.4.4 变形期间的润滑 .51.5 摩擦压力机上模锻的工艺特点 .52 自行车铝合金连杆锻造成形工艺的制定 .52.1 铝合金连杆锻造工艺分析 .62.1.1 锻件技术要求 .62.2.2 锻造工艺分析 .63 制定锻件图 .73.1 分模面的选择 .73.2 机械加工余量的确定 .73.3 锻件公差的确定 .83.4 模锻斜度 .83.5 圆角半径 .84 锻模设计 .94.1 确定型槽压力中心 .94.2 确定飞边槽形式和尺寸 .94.3 确定模锻型
11、腔 .104.4 确定钳口的尺寸 .104.5 确定导向机构 .115 模锻变形工步的确定和坯料计算 .135.1 模锻工步的选择 .135.2 坯料计算 .13陕西理工学院毕业设计VI5.2.1 计算毛坯 .135.2.2 制坯工步选择 .155.2.3 坯料的体积和重量计算 .165.2.4 确定坯料尺寸 .165.2.5 设备吨位的确定及其有关参数 .176 制坯模具设计 .186.1 滚压模膛设计 .186.1.1 滚压模膛型式和尺寸确定 .196.2 切断模膛的设计 .207 切边和精压模具设计 .217.1 切边模具设计 .217.2 精压模具设计 .218 铝合金连杆的锻造工艺过
12、程 .229 结论 .22参考文献 .24致谢 .25附录 1 英文资料及译文附录 2 图纸 陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 25 页1.1 选题的目的选择本题目主要是为了研究硅橡胶混炼、硫化等工艺条件的控制，设计硅橡胶的配方，由此制造的材料具备达到较好的阻燃效果和较强的拉伸撕裂等性能。通过实验讨论三氧化二锑、氯化石钠-70、氢氧化铝等辅料用量对硅橡胶自熄时间，续燃性能的影响情况，重点研究其阻燃性能及其在实际消防领域里的应用。通过添加特殊的填料使得硅橡胶在高温火焰下可以形成坚硬的隔层来达到阻燃防火的目的，开发出了种类繁多 ,性能优异的产品，成为研究的主要方向。也是我们研究该课题的主要目的！
13、1.2 本题目的研究意义硅橡胶兼有无机和有机性质的高分子弹性体绝缘材料，属于半无机的饱和、 杂链、 非极性弹性体,典型代表为甲基乙烯基硅橡胶。其性能特点为:耐高、低温性能好, 使用范围约为- 100300,耐高温性接近于氟橡胶, 耐低温性在所有橡胶材料中是最好的，具有优良的生物医学性能,可植入人体；具有特殊的表面性能, 表面张力低,对绝大多数材料都不粘, 有极好的疏水性;具有适当的透气性,可以作保鲜材料;具有无与伦比的绝缘性能,可作高级绝缘制品;具有优异的耐老化性能,但耐密闭老化特别在有湿气条件下的老化性能不够好;机械强度在橡胶材料中是最差的。硅橡胶的氧指数较以碳为主链的橡胶高, 在燃烧时热释
14、放速率低,火焰传播速度慢,无滴落,且纯硅橡胶燃烧时几乎不生成有毒气体, 在燃烧后会在表面形成陶瓷化的碳硅层,能阻止热、氧的交换和内部可燃物向外扩散与热、氧接触。由于硅橡胶在阻燃和耐高低温方面的特殊性能, 使其在航空航天、电子电气、电力传输及机械部件等领域得到了广泛的应用。尽管如此，硅橡胶仍存在可燃的缺陷,特别是其容易阴燃,存在潜在的燃烧风险。用于电气电子工业中的聚合物材料, 往往在高电压、发热、放电等条件下工作, 聚合物材料的易燃性将导致火灾. 因此, 必须重视聚合物的阻燃问题。资料表明如果向硅橡胶中掺入阻燃剂, 即可赋予硅橡胶难燃或自熄特性。向硅橡胶中掺入少量铂络合物阻燃剂,可达到使硅橡胶难
15、燃和自熄的目的。然而由于铂络合物成本较高, 这一方法的广泛应用受到一定的限制。若选用无卤阻燃剂, 还可以避免或减少烟雾和有害气体的产生, 因而是制备家用电器、办公自动化设备、机械、航天航空、船舶及地下建筑物不可缺少的安全性材料, 是阻燃技术发展的方向.符合材料的阻燃特性。而目前应用于宇航、 电子电气及输电线路等方面的硅橡胶往往要在高温、 发热、 高电压及放电等条件下工作,所以对硅橡胶的阻燃性能提出了更高的要求,电线电缆绝缘层一般是易于燃烧的聚合物。火灾中绝缘材料会随着温度的升高首先发生热分解或热降解,引发材料着火并为随后的火蔓延提供必要和足够的气体可燃物。绝缘层的破坏甚至会使内部导电设备外漏,
16、 造成漏、 触电事故。若电缆材料的燃烧发生在受限建筑空间内, 析出的可燃气体还可能引起轰燃。综上所述，阻燃硅橡胶在许多高端领域都有其重要的用途，因此研究及制备 具有良好阻燃性的硅橡胶在理论和应用方面都具有重要意义。1.3 该领域的研究现状与发展趋势硅橡胶阻燃的常用方法是向高聚物中加入阻燃剂 ,以降低燃烧物表面温度 ,稀释可燃物分子浓度 ,切断氧气的供给 ,在硅橡胶燃烧表面形成阻隔层 ,阻止热能向硅橡胶纵深传递 ,抑制温度升高来达到阻燃的目的。阻燃剂按使用方法 ,可分为反应型和添加型两大类。采用添加型阻燃剂工艺简单 ,效果显著 ,在阻燃有机硅材料中应用广泛。国外已经做了很多相关研究。道康宁公司的
17、 Kiersten Shephard1 研发了一种厚 012016mm 的电缆 ,其中包括 30 %90 %乙烯基封端硅橡胶 ,以及部分白碳黑、 硅灰石、 硅藻土等。在锥形量陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 25 页热仪中 ,当测试热流量为 50kW/ m2 时 ,HRR 峰值小于 100kW/ m2,并可通过 UL 910 阻燃测试。日本的 Sawada2 开发出阻燃防火硅橡胶电缆。厚 011110mm ,相对 100 份硅橡胶分别添加了 50125 份的玻璃粉、氧化铝、 硅灰石和云母粉。产品通过了 FSFRTA 测试 ,测试环境为 840 火焰灼烧 30min。Sweet 等3 报道在树
18、脂增强的加成型室温硫化硅橡胶中加入 115 %35 %的中空陶瓷微球 ,8 %30 %的石英粉和氧化镁 ,同时还添加短碳纤维、 玻璃纤维。所制试片在 700 火焰下灼烧 15min ,只有很少的烟产生。添加一定量的铂可使硅橡胶具有优良的阻燃灭焰性 ,其阻燃机理是通过铂的催化作用 ,在高温下使侧链有机基团发生氧化交联反应 ,形成坚硬的阻隔层 ,隔绝空气而使火焰熄灭7 。有研究 8 指出 ,基础胶中铂含量在 3300ppm ( 10 - 6)均可达到阻燃效果。但铂含量太高会增加产品成本 ,超过 200ppm ,则逐渐上升的自熄性又将开始下降。另有研究9 发现在硅橡胶体系中将铂与其它化合物并用 ,可
19、以大大改善硅橡胶的阻燃性 ,单独使用铂 ,则只能产生很小甚至没有阻燃作用。GE 公司 Bobear10 研发的阻燃防火硅橡胶 ,其中添加了 3250ppm 的铂、 120 份的氢氧化铝、 01001210 份的氧镁 ,8161093 的火焰下灼烧 60s ,火焰移走后 ,可立即自熄而不继续燃烧。Louis11 在 10006000MPa s 的液体硅橡胶中加入 012250ppm 的铂化合物、120 份炭黑、 80110 份 Al (OH) 3。在 UL294 垂直燃烧中可达到 V20 级 ,在空气中无法点燃试样。Mit sno Hamada12 在硅橡胶中添加了铂化合物和 1 种三唑化合物
20、,制成透明的阻燃硅橡胶。并指出如果不要求透明性 ,则可添加二氧化钛以进一步提高硅橡胶的阻燃性。而 El2 有研究表明氧化铁和其它某些阻燃剂复配可提高硅橡胶的阻燃性。Akito Nakamura14 将 120 份 2Fe2O3 和( FeO) x( Fe2O3 ) y ( x/ y 在 0105/ 1110/ 1) ,100 200 份粒径在 50 m 以内的 Al (OH) 3 复配 ,使之具有了优异的自熄性。另外还有专利15 将铂化合物和 ( FeO) x ( Fe2O3 ) y ( x/ y 在 0105/ 1110/1)复配 ,以及16 将铂化合物和 2Fe2O3 复配 ,均大大提高了
21、产品阻燃性。1.4 研究方法近年来，硅橡胶的阻燃改性成为其应用研究的主要方向之一。常用方法是向高聚物中加入阻燃剂，以降低燃烧物表面温度，稀释可燃物分子浓度 ,切断氧气的供给 ,在硅橡胶燃烧表面形成阻隔层 ,阻止热能向硅橡胶纵深传递 ,抑制温度升高来达到阻燃的目的。阻燃剂按使用方法 ,可分为反应型和添加型两大类。反应型的阻燃剂起催化作用,使硅橡胶热分解反应发生变化, 燃烧残渣量增加。采用添加型阻燃剂工艺简单 ,效果显著 ,在阻燃有机硅材料中应用广泛。早期用于硅橡胶的阻燃剂主要有十溴二苯醚, 四溴双酚,聚二溴苯醚 ,氯化石蜡等卤系阻燃剂。此类阻燃剂虽然对硅橡胶有较好的阻燃效果 ,但由于燃烧时会释放
22、出有害气体对环境的危害较大 ,因此其应用受到诸多限制，氢氧化镁和氢氧化铝等无卤阻燃剂在燃烧时无有害气体释放 燃烧后的不会对环境造成污染 因此作为环保型阻燃剂得到广泛应用但氢氧化镁和氢氧化铝只有在大量添加时才有明显的阻燃效果 。而大量添加氢氧化镁和氢氧化铝对硅橡胶的物理性能等产生较大损害，为了得到具有优异阻燃性能和较好物理性能的硅橡胶材料，目前比较常用的做法是采用一些具有协同阻燃效应的物质与氢氧化镁等并用，这些物质包括红磷，硼酸锌，纳米粘土和铂金催化剂等。阻燃剂开发的必然趋势是:低卤、低烟、陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 25 页低毒以及对材料影响小的复合阻燃体系。基于人们对环保的要求,有些
23、欧洲国家正在限制使用卤系阻燃剂,力图加快阻燃剂的无卤化进程。但是,由于寻找与溴类阻燃剂同样高效的替代品比较难,加上经济及技术上的原因,估计在世界范围内,尤其是在发展中国家,用无卤阻燃剂代替卤系阻燃剂,还会有很长的一段路要走,现用阻燃剂还会有 3% 4%的年增长率本文以甲基乙烯基硅橡胶为原料,用氢氧化铝、三氧化二锑为阻燃剂作对比实验,同时引入 MoO3 作消烟剂,研制出阻燃硅橡胶的最佳配方。阻燃效果用自熄时间判定。综上所述，通过添加特殊的填料使得硅橡胶在高温火焰下可以形成坚硬的隔层来达到阻燃防火的目的，已成为研究的主要方向。国外在阻燃防火硅橡胶的研究领域，已做了大量深入的工作，开发出了种类繁多，
24、性能优异的产品。1.5 阻燃硅橡胶应用领域有机硅橡胶具有卓越的耐高温与耐低温性，优良的电绝缘性和化学稳定性，良好的耐老化性，突出的表面活性、憎水防潮和生理惰性等。同时有机硅橡胶燃烧时少烟无毒、 燃烧热值低、火焰传播速度慢，在阻燃和耐高低温方面有特殊性能，使其在航空航天、办公自动化设备、电子电气、电力传输及机械部件等领域以及消防等领域得到了广的用本次试验主要研究其在消防领域的应用。第二章 实验部分2.1 主要原料聚甲基乙烯基硅氧烷（简称硅橡胶生胶):110- 2，摩尔质量4510470104g/mol, 广东新会彩艳有机硅材料有限公司；气相法白炭黑:QS20A,日本Tokuyama公司；Al(O
25、H) 水的质量分数为32.0% 35.0%，广东台山化工厂；三氧化二锑( Sb 2O3)：天津石英钟厂霸州市化工分厂；硫化剂（BPO） ；促进剂；防老剂；硫化剂促进剂（ZnO） ；结构控制剂（硅油） 。2.2 实验配方 2.3 实验设备开炼机：XK- 160，广东湛江机械厂；油压平板硫化机: XLB- D250KN, 浙江湖州宏图机械厂；材料拉力机: XXL- 2500N, 上海橡胶机械厂；硬度计: XHS- A 型, 营口市北方检测仪器厂; 氧指数测定仪: HC- 2, 江苏省江宁县分析仪器厂。T G209 型热重( TG)分析仪,德国耐驰公司产品。2.4 试样制备在开炼机上将硅橡胶生胶包辊
26、, 然后依次加入气相法白炭黑、结构控制剂（硅油） 、防老剂、促进剂、 。混炼均匀后出片，当辊的温度升高后在开炼机上加入氢氧化铝、三氧化二锑( Sb 2O3)、硫化剂BPO和硫化剂促进剂（ZnO） ，返炼并薄通 10次, 出片, 裁片。测定正硫化时间, 试样硫化条件为1700C15min。2.5 测试分析(1)阻燃性能燃烧氧指数(OI值)：按 GB 10707-1989 测定；垂直燃烧性能按GB/T 13488-1992测定。发烟量:A级为无烟至极少量烟，B级为少量烟,C级为较多烟,D级为大量烟；(2)物理性能邵尔A 型硬度按GB/T 531-1999 测定; 拉伸强度和拉断伸长率按GB/T 5
27、28-1998 测定；撕裂强度按 GB/ T 529-1999测定,拉伸速度为500mm.min -1。(3)电绝缘性能体积电阻率和表面电阻率用高阻计按 GB1410-2006测定；介电常数和介电损耗因数用Q表按GB 1409 - 2006测定。(4) SEM 分析将试样的拉伸断面用离子溅射仪喷金处理后用SEM 观察并拍照。（5)TG分析陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 25 页采用TG分析仪测定试样的TG 曲线,升温速率为10 0C.min-1。温度范围为40700 0C,空气氛围。2.6 结果与讨论2.7结论参考文献致谢间不够、锻造温度过高或过低，变形程度太大，变形速度太高、锻造过程中产
28、生的弯曲、折叠没有及时消除，再次进行锻造，都很可能产生表面裂纹。铝合金锻件的内部裂纹主要是由于坯料内存在有粗大的氧化物夹渣和低熔点脆性化合物，变形时在拉应力和切应力的作用下产生开裂，并不断扩大。此外，由于铝合金的锻造温度范围很窄，如果模具和锻造工具没有预热，或预热温度不够也很有可能会引起锻件产生裂纹 6。3.折叠 折叠是造成铝合金模锻件废品的一个主要缺陷，锻件因折叠造成的废品约占整个废品率的70%80%以上。它是由于模锻时金属对流，形成某些金属的重叠，最后压合而成为折叠。产生折叠的原因有：锻件各断面形状和大小变化太剧烈，难以制坯，使金属流动复杂；形状复杂的锻件，没有预制坯和预锻，或者预制坯和预
29、锻模膛设计不合理，与终锻模膛配合不当，局部金属过多或过少；操作失误，润滑不均，加压速度太快等。4.流线不顺、涡流和穿流 其形成原因与折叠基本相同，也是由于金属对流或流向紊乱而造成，只不过有的部位尽管存在有流线不顺和涡流现象，但未能发展成折叠那样严重的程度。穿流和涡流能明显的降低塑性指标、疲劳性能和抗腐蚀性能。5.大晶粒 锻铝和硬铝很容易产生大晶粒，它们主要分布在锻件变形程度小而尺寸较大的部位、变形程度大和变形激烈的区域以及飞边区附近。另外，在锻件的表面也常常有一层粗晶，其产生原因有两种情况：其一，是挤压坯料表层粗晶环被带入锻件；其二，是模锻时模膛表面太粗糙，模具温度太低，润滑不良，使表面接触层
30、激烈剪切变形，因而产生粗晶。6.粘模、起皮和表面粗糙 铝合金因质地很软，外摩擦系数大，最容易粘模，这不仅会引起锻件起皮，使锻件表面粗糙，有时甚至因不能脱模而中断生产。起皮，即在锻件表面呈薄片状翘起或脱落，主要原因是由于模膛表面粗糙、变形过于激烈、变形速度太快、变形温度太高、变形量太大，模锻时没有润滑或润滑不良造成的。锻件表面粗糙产生主要原因是由于模锻表面不光滑，润滑剂不干净或燃点太高，涂抹过多，模锻时未完全挥发，残存在锻件表面上，蚀洗后在锻件表面上显现出不同的蚀洗深度 7-9。锻铝的典型牌号有LD2-2(6070)、LD10(2014)、LD30(6061)、LD31(6063)等。LD2-2
31、 具有良好的塑性，冷、热态都易成形，广泛用于制造中等强度常温下工作的锻件、挤压型材和管材。LD10又称高强度硬铝，与LY12 合金的强度相当，锻造性能较LY12 好，有良好的塑性，有较好的耐热性和可焊性，但材料的纵向和横向性能差距较大，可加工成管、棒、型、线及锻件，主要用作高负荷的结构件。LD30和LD31具有中等强度，有良好的塑性和优良的可焊性、抗蚀性，无应力腐蚀裂倾向，可阳极氧化，适合作建筑装饰型材及各种需要良好耐蚀性要求的结构件、工业材。大多数锻造连杆是用铝合金6061(美国ASTM 牌号)成形的，即中国锻铝牌号LD30。6061合金其化学成分为(%)：0.400.8Si、0.7Fe、0.150.40Cu、0.15Mn、0.81.2Mg、0.040.35Cr、0.25Zn、15Ti、其它杂质单个0.05、杂质总和0.05、其余为Al。6061合金产品大多在固溶处理与时效后应用，即在T6 状态下应用，时效温度为155165C，保温18h。6061铝合金的锻造温度范围为482C432C
