橡胶切割指南｜设计人员需要了解的材料、精度以及与模具的比较。

我们有了设计师需要了解的材料、精度以及与模具的比较，作为切割橡胶的指南。　注释

作为一名机械设计师，我在设计橡胶件时有时会遇到一些问题，例如 "这种形状可以通过切割制成吗？"或 "我想制作一个原型，但模具成本高且耗时"。　　　　在设计设备时，我基本上设计的是 "一次性 "产品，但每次都要为切割橡胶而烦恼。　　我认为，当预期会有一定数量的批量生产产品时，许多设计人员可能会为 "是否应在原型阶段就用模具进行验证，还是应通过切割来完成 "而烦恼。

事实上，尽管有关橡胶切割的信息很多，但对材料和加工方法的描述往往支离破碎，系统了解整个设计流程的信息很少。

对于那些不满足于这些信息的设计人员，本文提供的说明遵循实际的设计过程，而不仅仅是一份知识清单。　　文章从项目早期阶段非常重要的模塑的战略性使用开始，介绍了各种材料的特性、加工方法的选择，最后介绍了尺寸公差和精度的概念，这对设计师绘制图纸至关重要。　　在本文结束时，您应该已经对橡胶切割有了全面的了解，并掌握了相关知识，可以放心地进行设计。

基本橡胶切割以及切割与成型之间的区别。

与模具成型相比的优缺点

在考虑如何制造橡胶件时，切割和模塑各有不同的特点，根据项目目标和生产数量使用这两种方法至关重要。　是

切割工艺的主要优点是无需工具。　　这就完全省去了高昂的初始工具成本和大约一个月的生产时间。　　这意味着，在单件原型制作、开发阶段可能的规格变更或小批量生产中，可以大大降低成本和缩短时间。

鉴于其缺点之一是每加工一个单位需要较长的时间，因此单位成本往往高于大批量生产的模塑成型。　　此外，由于刀片的加工特性，很难获得像模具成型那样光滑的表面（滑面），而且会留下切割痕迹。　　此外，非常薄壁的复杂形状（如波纹管）也很难加工。

相比之下，模具成型的优势在于，一旦模具制作完成，相同形状的产品就可以在短时间内以稳定的方式大量生产，从而大大降低了批量生产过程中的单位成本。　　然而，如上所述生产模具所需的初始成本和时间都很高，因此不适合小批量生产。

因此，两者各有利弊。　　因此战略性地使用不同的方法，例如 "切割用于原型和小批量生产，一旦决定批量生产，就转而使用模具成型"，是一种非常有效的高效开发方法。情况将会如此。

切割还是工具？盈亏平衡点概念

对于设计人员来说，最令人头疼的问题之一就是 "从多大产量开始，模塑成型变得更有优势"。　　切割和模具成型的总成本发生逆转的这个数量被称为 "盈亏平衡点"。

盈亏平衡点因零件形状、尺寸和材料的复杂程度而有很大不同，因此 "需要多少模具 "这个问题没有统一的答案。　　不过，设计人员可以根据自己的想法做出决定。

首先，粗略估算项目的计划总产量。如果是几件到几十件，应毫不犹豫地选择切割方式的确如此。　　当你的销售量达到数百或数千台时，你需要注意盈亏平衡点。

其次要考虑设计的复杂程度。　　对于几何形状简单的垫圈，盈亏平衡点可能在几百个单位的水平，因为可以使用相对便宜的模具，即模切模具（汤姆逊模具）。　　另一方面，对于具有复杂三维形状的零件，由于模具成本较高，因此切割更有利的时期较长。　　即使是几千件的生产，也可以选择切割。

因此、最可靠的方法是在设计师确定了一些生产前景和设计规格后，咨询专门从事橡胶加工的制造商。以下是最重要的因素清单。　　这样，同时对 "切割 "和 "模具成型 "进行询价，就能明确具体的盈亏平衡点，并根据客观数据决定最合适的制造方法。　*不过，由于不计成本的模具报价是制造商的负担，我认为设计一个原型到评估部分也很重 要，在那里可以通过切割和加工来确认规格。

为什么橡胶的固有弹性会导致加工困难？

切割橡胶与加工金属或树脂有着本质区别，因为橡胶具有独特的弹性。　　这一特性为实现高精度加工带来了巨大挑战。

最主要的问题是加工过程中的 "逃逸 "和 "变形"。　　使用刀片切割金属等硬质材料时不会产生变形。　　然而，橡胶是软质材料，因此当刀片与之接触时，材料首先会被挤压或拉伸，然后变形。　　如果想象一下用剪刀剪橡皮筋时，橡皮筋在最终被剪断之前会被拉伸的现象，可能会更容易理解这一现象。　　刀片穿过后，橡胶会试图恢复到原来的形状，但这一系列的变形和恢复过程很难达到理想的尺寸。

其次是摩擦热问题。　　橡胶的导热性较低，容易储存热量。　　切割过程中工具和材料之间产生的摩擦热往往会在工作点积聚，使橡胶软化和膨胀。由于加工过程中的尺寸变化和加工后冷却造成的收缩，导致最终尺寸出现误差。情况将会如此。

为了克服这些挑战，切割橡胶需要各种创新技术来控制材料的弹性，例如使用非常锋利的专用刀片、调整加工速度，以及在某些情况下使用冷冻切割等特殊技术。

为何选择切割技术进行原型制作和小批量生产

在橡胶部件的开发过程中，在原型和小批量生产阶段经常使用切割技术的原因显而易见。　　这是因为它最大限度地减少了开发过程中的时间和经济风险。

主要原因是不需要模具。　　在一般的模具制造中，首先需要制造一个刻有产品形状的模具，通常需要花费几十万到几百万日元，耗时约一个月。　　如果在原型评估阶段需要更改设计，则需要花费额外的成本和时间来修改和重新制造模具。

另一方面，利用橡胶块或圆棒等材料和 3D CAD 数据就可以立即开始切割。　　由于完全不需要模具制作过程，因此可以大大缩短开发周期。　　例如，如果设计发生变化，只需修改 CAD 数据即可快速处理，并可立即生产出形状改变后的原型。

因此、切割是一种非常灵活的方法，可以满足早期开发阶段的需要，例如 "我只想检查一件作品的形状 "或 "我想制作一个图案的几个原型并进行比较"。这就是。　　这样就可以在接近实际产品的产品上验证其功能和形状，而无需大量的模具初始投资，从而降低了总体开发成本，提高了项目的成功率。

设计阶段需要了解的加工基础知识。

与金属或塑料零件的设计不同，在设计通过切割制造的橡胶零件时，需要考虑橡胶的独特属性。　　了解这一点是避免后端流程出现问题并生产出具有成本效益的产品的关键。

首先，虽然橡胶的弹性对加工精度有直接影响，但它也可以成为一种设计优势。　　例如，在密封部件中，橡胶本身的弹性可吸收轻微的尺寸偏差，确保密封。　　利用这一特性并在功能可接受的范围内设定适当的尺寸公差非常重要。过度严格的公差与金属加工一样，会导致生产成本不必要地飙升。

还有形状设计也必须谨慎。是。　　例如，壁厚太薄的壁和肋会导致材料在切割过程中受压 "颤动 "或 "偏移"，从而大大降低尺寸精度。在可能的情况下，壁厚应足够厚，以确保刚性就是这样。　　同样，内角加工（如袋状加工）总会根据所用刀具的半径留出 R 的半径。由于显示尖角 (R) 需要额外的施工方法并增加成本，因此如果不是功能性问题，建议在设计时预留 R。

从设计的最初阶段就了解橡胶切割中的这些和其他制造限制，并将其纳入图纸中，对于顺利生产和成本控制至关重要。

适合切割橡胶的材料和主要加工方法。

什么是决定机械加工性能的橡胶硬度？

决定橡胶切割工艺成败的最重要物理特性是硬度"。　是的。橡胶硬度通常使用 "硬度计 A 型 "测量仪器进行测量，单位为 "邵氏 A"。　　数值越大表示硬度越高，数值越小表示越软。

硬度和易切削性（可切削性）之间有着密切的关系。　　硬度高的橡胶（如邵氏 A 80-95）在加工过程中变形较小，可以像加工树脂一样进行加工。　　由于使用刀片时的 "逃逸 "现象被抑制，因此更容易实现尺寸精度，切割表面也更美观。

相反，硬度较低的橡胶（如邵氏 A 30-50）则非常柔软，在切削过程中变形较大，加工难度明显增加。许多处理器都能处理从 30A 到 95A 的硬度范围，但可能需要下文所述的冷冻切割等特殊技术，尤其是在对硬度较低的材料有高精度要求时。

作为设计人员了解硬度的指南，一般橡皮擦的硬度为 30A-40A，汽车轮胎的硬度约为 60A-70A。　　在设计中，选择一种能在零件所需的功能（如密封性能）和加工所需的硬度之间取得平衡的材料非常重要。

易于加工的聚氨酯橡胶的特性。

在众多橡胶材料中，聚氨酯橡胶（U）尤其适合切割操作。　特别是那些硬度达到邵氏 A 90 的产品，具有极佳的可加工性，可以像加工塑料树脂一样进行加工。

聚氨酯橡胶具有高硬度和机械强度，因此易于切割。　　这意味着在加工过程中使用刀片时，材料不易变形或 "逃逸"，从而实现稳定切割。　　因此，与其他橡胶材料相比，它更容易获得更高的尺寸精度和更光滑的加工表面。

聚氨酯橡胶还具有极强的耐磨性。　　这一特性使其非常适合用于反复摩擦和撞击的部件，如滚轮、密封材料、缓冲材料（保险杠）和衬垫。

因此，聚氨酯橡胶兼具 "易加工性 "和 "出色的功能性"，是一种用于切割生产橡胶部件的材料、它被认为是首先要考虑的最有前途的方案之一。　　它对于精度要求较高的原型和小批量生产尤为重要。

具有优异耐油性能的丁腈橡胶加工点。

丁腈橡胶（NBR）是一种合成橡胶，因其出色的耐油性能而被广泛应用于工业领域。　它是油封、填料函和 O 形圈等部件的标准材料选择，这些部件用于接触矿物油和润滑油的环境中。

从切割角度来看，丁腈橡胶是一种比较容易加工的材料。　　特别是硬度为 65A-80A 的常用牌号，其硬度适中，可实现稳定的切割。　　虽然硬度不如氨基甲酸乙酯橡胶，但可以达到良好的尺寸精度和表面光洁度。

在加工丁腈橡胶时，关键是要考虑其预期用途。　　由于丁腈橡胶通常用作需要耐油性的密封部件，因此密封面的表面粗糙度可能很重要。　　然而，正如上文所述、由于很难通过切割获得类似模制件的光滑表面，因此在设计阶段必须明确所需的表面粗糙度，并在图纸中注明。

另一方面，丁腈橡胶的缺点是耐候性差。　　长时间暴露在阳光（紫外线）和臭氧的直射下会导致开裂和其他劣化现象，因此不适合在室外使用。　　因此，在将丁腈橡胶应用于适当工作环境的部件之前，有必要了解其优异耐油性的优点和低耐候性的缺点。

关于难加工材料硅橡胶的说明

硅橡胶 (Si)是一种广泛应用于食品、医疗和工业产品的材料，因为它的温度范围广（具有出色的耐热性和耐寒性），安全性高。　　然而难加工 "材料之一，从切割角度来看很难处理。被称为

其主要原因是大多数硅橡胶的硬度较低--邵氏 A 30-50。　　由于硅橡胶非常柔软且具有高弹性，在使用刀片时会产生很大的变形，因此很难将其切割成精确的尺寸。　　强制加工会导致切割表面粗糙，经常出现毛刺。

因此，切割硅橡胶可能需要特殊的技术和智慧。　　例如，使用非常锋利的专用工具和精确控制的加工条件。　　此外，在需要高精度或加工特别软的材料时，有时会使用一种称为 "冷冻切割"（如下所述）的特殊方法，即在切割前用液氮或类似物质暂时硬化材料。

作为一名设计师，您应该知道，在切割硅橡胶时，有必要设置比其他橡胶材料更宽的尺寸公差。的确如此。此外，切割工艺的优势在于无需模具，因此将其应用于原型和小批量生产是一个现实的选择。

使用车削和铣削操作

最典型的橡胶切割方法是车削和铣削。　　这两种加工方法的本质区别在于工件（材料）或刀具是否旋转，而且每种方法都有其专门的几何形状。

车床

车床车削是一种通过高速旋转橡胶圆棒或其他待加工材料，并在其上使用固定刀头（刀片）的加工方法。　　当材料旋转时，可用于生产具有圆柱形或同心圆的旋转零件，如 O 形环、滚子、轴和套筒。　　它可以剃去外径和内径，并将端面削平。

铣削

铣削与车床车削相反，在铣削过程中，切削工具（刀片）（如立铣刀）高速旋转，对固定的橡胶材料进行切削。　　通过在 X、Y 和 Z 轴方向上移动刀具，可以切割平面、挖槽和凹槽（凹槽）以及开孔。　　它适用于在方形物体或板材上制作三维形状。

基本原则是，如果要设计的零件是圆柱形，则使用车削工艺；如果是方形或复杂的三维形状，则使用铣削工艺。　　有些零件可能同时使用这两种工艺制造。切割基础知识最好能在设计组件的同时了解

无热效应的喷水加工

在准备这篇文章的过程中，我自己也想到了这种创新。水刀。的确如此。　　这是一种非常独特的工艺，利用水的力量来切割材料。 超高压泵将水压缩到几千倍于大气压力，然后以大约三倍于音速的速度通过一个微型喷嘴喷射出来。　　这种强大的水能被用来切割材料。

这种工艺的主要优势在于它是一种 "非热处理工艺"，即在加工过程中不会产生热量。产品位于以下区域。　　即使是橡胶等对热敏感的材料，也绝对不会有因受热而变形或变质的风险。此外，由于非接触式工艺不使用刀片，因此不会对材料施加压力，即使是软橡胶也能按照设计的形状切割出来，而不会变形。

在用橡胶板生产具有复杂轮廓的垫片和密封件时，它的作用尤为突出。　　由于可以根据 CAD 数据切割成任何形状，因此无需生产模具（模切机），甚至可以用一张橡胶板快速、低成本地生产出原型和维修零件。

实际处理案例、Yamakata 公司等专业制造商的网站。以及出版的各种橡胶材料加工实例都非常有用。

什么是有效的软橡胶冻切？

如上所述、硅橡胶等非常柔软的橡胶通常极难切割　低温加工就是这种情况。　　可以说，"低温切削"（低温加工）是解决这些问题的 "王牌"。　　在研究这篇文章的过程中，我们了解到这项技术为难加工材料的加工提供了更多的方法。

这是用液氮（约 -196°C ）或类似物质冷却待处理的橡胶材料，使其暂时冻结和硬化的技术。就是这样。　　玻璃状硬化橡胶可使用车床和铣床等普通机床进行切割。

冷冻可显著减少材料在加工过程中的 "逃逸 "或变形，即使是在正常状态下无法加工的软质材料，也能以高尺寸精度进行切割。　　一旦加工完成，材料恢复到室温，橡胶就会恢复原来的柔软度和弹性。

这种方法可用于生产其他加工方法无法处理的低硬度橡胶部件原型，或用于生产粘性大到会缠住叶片的材料原型。　　不过，由于需要使用液氮等特殊设备，成本往往相对较高。　　专业承包商使用这种技术来解决难以加工材料的问题。

设计师必备！橡胶切割的精确性

现实的尺寸公差方法

尺寸公差是绘制橡胶零件的一个非常重要的方面。　　对于具有丰富金属加工经验的设计人员来说，特别容易陷入与金属相同的严格公差设置陷阱。

首先是基本前提是，JIS B 0405 等用于金属切削操作的通用公差不应直接应用于橡胶切削。是橡胶的尺寸随温度的变化（线膨胀系数）是金属的 10 倍以上。而且由于弹性变形的原因，对它们进行与金属相同精度的控制并不现实。

橡胶切割所能达到的尺寸公差主要取决于材料的 "硬度"。硬度越高，变形越小，因此可以达到更严格的公差要求。　　设计人员需要根据所用橡胶的硬度，确定可制造的实际公差。　　以下是不同硬度的公差指南。

注：以上仅为一般指南，根据部件的形状和尺寸会有所不同。

只有在功能性要求绝对高精度的地方才采用严格的公差，而在其他地方则尽可能保持宽松的公差，这是设计出既经济又易于制造的零件的关键所在。

表面粗糙度应在绘图说明中注明。

表面粗糙度　是衡量部件表面光滑或粗糙程度的标准。　　在图纸中，通常使用算术平均粗糙度 "Ra "来表示。

关于机加工橡胶件的表面光洁度，设计人员需要认识到的最重要一点是，它们的表面光滑度与模制件不同。　在模塑过程中，抛光的模具表面会直接转移到产品上，因此表面非常光滑。　　而切割时，刀片经过的地方总会留下痕迹（刀痕），导致一定程度的粗糙。

建议仅在需要功能光滑度的地方，如密封面等滑动区域或影响流体流动的地方标注表面粗糙度。　　在许多应用中，橡胶的弹性可吸收接触面上的轻微不规则，因此不需要过于严格的表面粗糙度要求。

虽然这只是一种猜测，但一般切削加工中按硬度可达到的表面粗糙度大致如下。

注：以上为一般切割光洁度的参考值，并非保证值。可通过抛光或其他表面处理工艺获得更光滑的表面。

同样值得注意的是，非常柔软的橡胶可能难以用接触式粗糙度仪进行精确测量，因为测量仪器的测针可能会咬住表面。

摘要：橡胶切割必备。

本文全面概述了机器设计师在设计橡胶切割部件时需要了解的知识。　　最后，还指出了做出最佳选择的要点。

• 切割过程无需工具，可大大降低初始成本和交货时间。
• 这种方法非常适合原型、小批量和多品种小批量生产
• 在大规模生产中，成本低于模具成型
• 橡胶弹性导致的 "跑偏 "或变形会给加工带来困难。
• 加工过程中的摩擦热也会影响尺寸精度。
• 可加工性的关键在于 "硬度"，硬度越高越好。
• 聚氨酯橡胶（特别是硬度 90A）具有极高的机械加工性能。
• 丁腈橡胶是一种通用材料，具有出色的耐油性和良好的切削性能。
• 硅橡胶较软，难以加工。
• 圆柱形基本上是 "车 "出来的，三维形状基本上是 "铣 "出来的。
• 水刀加工没有热效应，非常适合切割软质材料。
• 冷冻切割是一种加工超软材料的特殊技术。
• 尺寸公差是根据橡胶硬度而非金属标准设定的。
• 只有在功能需要时才应标明表面粗糙度，以避免质量过高。
• 合理的流程是在早期开发阶段使用切割，在过渡到批量生产时再考虑模具。

摘要：与橡胶切割工艺有关的链接。

以下五个网站提供了有关 "橡胶切割工艺 "的有用信息。

• 富士橡胶化学工业株式会社
  • URL:. https://www.fujigom.co.jp/manufacturing/molding-method/54/
  • 描述：该公司专门从事橡胶加工方面的深入研究。特别是，本页详细比较了切割和模具成型的优缺点，并汇编了非常有用的信息，帮助设计人员决定如何从原型生产到批量生产中使用它们。此外，还介绍了冷冻切割等特殊加工工艺。
• 小野橡胶工业株式会社
  • URL:. https://www.onogomu.co.jp/knowledge/
  • 说明： 本页涵盖与橡胶有关的广泛主题，从基础知识到专业加工技术。以通俗易懂的方式解释了每种橡胶的特性以及模具成型和切割之间的成本结构差异，为材料选择和成本计算提供了权威的参考信息。
• 大洋橡胶工业株式会社
  • URL:. https://jushi-gomu-sessaku.com/qanda/1131/
  • 描述：该技术信息网站专门用于树脂和橡胶的切割。网页提供了非常专业和实用的信息，可直接帮助机器设计师绘制图纸，并以具体数字说明不同硬度橡胶可达到的尺寸公差。
• 山形株式会社
  • URL:. https://www.yamakata.co.jp/waterjet/works_rubber.html
  • 描述：该公司专门从事水刀加工。本页包含大量水刀加工各种橡胶材料（包括天然橡胶和硅橡胶）的实例和照片。在考虑水刀加工时，这是一个特别可靠的信息来源，因为用户可以通过它看到非热、非接触加工的实际效果。
• 克莱图斯公司
  • URL:. https://cretas.co.jp/rubber_processing_detail?actual_object_id=554
  • 描述：一家专门从事工业橡胶和塑料产品的贸易公司。本页系统地组织了不同类型的橡胶加工，特别是清楚地解释了 "成型加工 "和 "切割加工 "之间的基本区别。该结构对于初次学习如何加工橡胶的设计人员来说易于理解，对于获得基本知识来说也是可靠的。

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