本发明涉及非等厚橡胶球铰缩径装置及方法，用于非等厚橡胶球铰的缩径。
背景技术：
具有空实向结构的非等厚橡胶球铰结构如附图1~2所示，由金属外套，金属芯轴、橡胶组合而成，其中外套与芯轴中间的橡胶层设计有开孔结构，开孔成180°对称分布，具有开孔一则称为空向，无开孔一侧称为实向。硫化成型后，橡胶冷却收缩，橡胶与外套、芯轴粘接牢固，橡胶没有收缩空间，造成分子间存在拉伸应力。球铰工作过程中受外界载荷作用，使得一侧的拉伸状态得到缓解，另一侧的拉伸应力加大，此拉伸应力大于橡胶自身强度时，橡胶球铰内部出现开裂，导致球铰出现破坏。因此在非等厚橡胶球铰硫化成型后应对其进行径向预压缩处理，使得非等厚橡胶球铰橡胶分子间预先存在压缩应力，在工作受载荷时，避免拉伸应力过大造成橡胶开裂对球铰产生破坏。
现有的橡胶金属制品中金属外径的收缩工装及方法多种多样，主要分为：工件不动的径向抱紧式缩径及工件移动的轴向挤压式缩径两种。
（1）如《径向缩径工艺在油压减振器球铰中的应用研究》（mn61-1141/tq）、《球铰缩径机的开发与研制》（11-1812/tq）；《一种汽车摆臂衬套缩径工装》（mn201822049808.5）、《板簧后衬套缩径工装》（mn201420820538.2），所述径向缩径方式均属于工件不动的径向抱紧式缩径，其存在的问题是缩径模具工作部分均为圆形内孔，对于本发明所论述的结构球铰，由于球铰，橡胶层具有局部镂空结构，缩径后出现空向与实向尺寸偏差很大，导致产品外圆面圆柱度不合格。
（2）《一种组合式橡胶衬套径向预压缩模具》（mn201420571594.7）所述径向预压缩方式属于工件移动的轴向挤压式缩径，其存在的问题是下模分为上块及下块两层式结构，工作区分布在上块，工作区长度较短，挤压后产品高度方向不同位置会出现直径偏差较大，装配区与工作区均为圆形孔，过渡区为锥孔，当缩径量超过2mm时，过渡区锥孔台阶较大，挤压后产品外套会被搓伤，同时专利中结构未能实现自动化作业，生产效率偏低。
（3）《橡胶衬套挤缩模具》（mn201010133169.6）所述径向预压缩方式属于工件移动的轴向挤压式缩径，其存在的问题工装手动操作，一次缩径量有限，对于大缩径量产品，需要分多次进行，操作繁琐，工装费用高。
解决缩径后出现空向与实向尺寸偏差很大，导致产品外圆面圆柱度不合格的技术问题，是本发明的研发目的。
技术实现要素：
本发明提供的非等厚橡胶球铰缩径装置及方法，缩径后能补偿空实向橡胶回弹差异导致的尺寸偏差，减小球铰空向与实向的缩径量差异，提高缩径后球铰的圆柱度，提高缩径的可靠性和准确性，缩径装置的实用性更高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
非等厚橡胶球铰缩径装置，包括沿垂向支撑球铰的底座，置于底座上且可周向环抱球铰的夹头瓣模总成、用于对夹头瓣模总成施加径向压力的中模和用于带动中模升降的上模块，中模套于夹头瓣模总成上且与夹头瓣模总成锥面配合，夹头瓣模总成随中模的下降而径向压缩球铰，夹头瓣模总成由多个瓣模沿周向依次拼接而成，其特征在于所述的瓣模分为对球铰空向进行径向压缩的空向瓣模和对球铰实向进行径向压缩的实向瓣模，空向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量小于实向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量。
优选的，两个空向瓣模之间具有一个实向瓣模，两个实向瓣模之间具有一个空向瓣模，空向瓣模的内壁与实向瓣模的内壁之间平滑过度，所述的空向瓣模由多个瓣模一依次拼合组成，实向瓣模由多个瓣模二依次拼合组成，瓣模一与瓣模二的高度、所占圆弧角度均相同，瓣模一的内径大于瓣模二的内径0~1mm。
优选的，所述的空向瓣模中的瓣模一的数量为奇数个，且单个瓣模一所占的圆弧角度大于或等于球铰橡胶层中的开孔在橡胶层周向所占的圆弧角度，空向瓣模中位于正中的瓣模一与球铰橡胶层中的开孔径向对齐，实向瓣模中的瓣模二的数量为偶数个。
优选的，所述的中模的内锥面上具有凸台，夹头瓣模总成的外壁上具有与凸台相对应的凹槽，凸台为沿中模内锥面从下至上的条形凸起，凹槽开设在空向瓣模中位于正中的瓣模一上，且与球铰橡胶层中的开孔径向对齐。
优选的，所述的夹头瓣模总成还包括沿周向设置的环抱弹簧，瓣模一和瓣模二的外锥面上均具有沿径向伸入的盲孔，环抱弹簧设置于盲孔中将空向瓣模和实向瓣模沿周向弹性环抱。
优选的，相邻的瓣模一、相邻的瓣模二以及相邻的瓣模一和瓣模二之间均具有压缩弹簧，所述的瓣模一和瓣模二上均开有用于容纳压缩弹簧的容纳孔,容纳孔设开在瓣模一和瓣模二的中部且从侧面沿周向伸入，压缩弹簧的恢复弹力大于环抱弹簧的弹力。
优选的，所述的中模底部固定有水平设置的环形托板，所述的托板内径小于中模底部的内径，瓣模一和瓣模二的底部均具有与托板配合的限位台阶，限位台阶与托板接触将瓣模一和瓣模二限制在中模中。
优选的，所述的底座的中心位置具有与球铰芯轴配合的定位孔，定位孔中具有具有定位套，定位套与球铰芯轴间隙配合，且硬度小于球铰芯轴的硬度，底座上还具有可与托板接触对中模下降高度进行限位的限位面。
非等厚橡胶球铰缩径方法，采用以上所述的非等厚橡胶球铰缩径装置进行缩径，步骤如下：
第一步，参数确定：根据球铰中空向的开孔位置、开孔尺寸、橡胶层的回弹率以及球铰的缩径尺寸需求，确定空向瓣模的数量、周向角度和内径，根据空心瓣模的周向角度、橡胶层的回弹率以及球铰的缩径尺寸需求，确定实向瓣模的数量和内径；
第二步，仿真校验及制作：根据第一步确定的参数通过仿真软件合成夹头瓣模总成，形成夹头瓣模总成的不规则型内孔，再通过仿真软件来得到非等厚橡胶球铰在缩径并回弹后的圆柱度，如得到的圆柱度符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求，则根据第一步确定的参数制作出所述的非等厚橡胶球铰缩径装置，如得到的圆柱度不符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求，则进一步调整第一步确定的参数，直到得到的圆柱度符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求再根据调整后的参数制作出所述的非等厚橡胶球铰缩径装置；
第三步，装置和产品的安装就位：将制作出的非等厚橡胶球铰缩径装置安装到压力机上，其中底座与压力机上平台固定，上模块与上压力机下平台固定，之后将非等厚橡胶球铰支撑在底座上；
第四步：产品缩径：下压压力机上平台，中模下降使夹头瓣模总成径向压缩球铰，直至中模无法继续下降并保压10s~50s，再将压力机上平台上升，使夹头瓣模总成与非等厚橡胶球铰分离，即得到缩径后的非等厚橡胶球铰。
优选的，在第三步的安装过程中根据中模的凸台所在的位置，在中模内安装夹头瓣模总成，使凸台与凹槽对应配合，再根据凹槽的位置在底座上调整球铰放置方位，使缩径时球铰空向的开孔与凹槽径向对齐。
发明的有益效果是：
1.本发明的非等厚橡胶球铰缩径装置中中模与夹头瓣模总成锥面配合，中模的下降向夹头瓣模总成传递径向压力使球铰缩径，实现自动化缩径作业，且通过中模的升降即可实现夹头瓣模总成的自动开合，效率高适于批量作业，空向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量小于实向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量，缩径后能补偿空实向橡胶回弹差异导致的尺寸偏差，减小球铰空向与实向的缩径量差异，提高缩径后球铰的圆柱度。
2.空向瓣模中的瓣模一内径大于实向瓣模中瓣模二的内径，根据橡胶层中开孔的大小来设定瓣模一与瓣模二的内径差，使空向对应的橡胶层缩径尺寸更小，而实向对应的橡胶层缩径尺寸更大，球铰橡胶层经缩径回弹后球铰空向与实向的尺寸偏差更小，球铰的圆柱度更高，有效提高缩径可靠性。
3.在中模的内锥面上设置凸台，在夹头瓣模总成的外壁上设置凹槽，通过凸台与凹槽的配合防止各瓣模沿周向偏移，实现夹头瓣模总成与中模的周向定位，而且凹槽开设在空向瓣模中位于正中的瓣模一上，且与球铰橡胶层中的开孔径向对齐，球铰支撑在底座可根据凹槽及凸台所在位置，将球铰空向与空向瓣模方位对齐，球铰实向与实向瓣模方位对齐，为缩径前球铰的放置提供方位导向，保证缩径时空向瓣模压缩球铰空向，而实向瓣模压缩球铰实向，提高缩径的可靠性和准确性，增加缩径装置的实用性。
4.环抱弹簧将空向瓣模和实向瓣模沿调向弹性环抱，提高瓣模一和瓣模二的径向运动的稳定性，可有效防止瓣模一和瓣模二在夹头瓣模总成开合过程中倾斜倒塌，在夹头瓣模总成中设置压缩弹簧，有效防止中模与瓣模一和瓣模二卡死，提高夹头瓣模总成开合顺畅性，提高整个缩径装置的结构稳定性和使用可靠性，实现非等厚橡胶球铰缩径装置的自动循环作业。
附图说明
图1为现有技术中非等厚橡胶球铰的结构示意图。
图2为图1的a-a向剖视图。
图3为非等厚橡胶球铰缩径装置对球铰进行缩径时的示意图。
图4为夹头瓣模总成的剖视图。
图5为夹头瓣模总成的横截面示意图。
图6为中模的结构示意图。
图7为底座的结构示意图。
图8为采用非等厚橡胶球铰缩径装置对球铰进行缩径的过程图。
具体实施方式
下面结合图3至图8对本发明的实施例做详细说明。
非等厚橡胶球铰缩径装置，包括沿垂向支撑球铰的底座1，置于底座上且可周向环抱球铰的夹头瓣模总成2、用于对夹头瓣模总成2施加径向压力的中模3和用于带动中模3升降的上模块4，中模3套于夹头瓣模总成2上且与夹头瓣模总成2锥面配合，夹头瓣模总成2随中模3的下降而径向压缩球铰，夹头瓣模总成2由多个瓣模沿周向依次拼接而成，其特征在于所述的瓣模分为对球铰空向进行径向压缩的空向瓣模21和对球铰实向进行径向压缩的实向瓣模22，空向瓣模21对球铰橡胶层的径向压缩量小于实向瓣模22对球铰橡胶层的径向压缩量。
以上所述的非等厚橡胶球铰缩径装置中中模3与夹头瓣模总成2锥面配合，中模3的下降向夹头瓣模总成2传递径向压力使球铰缩径，实现自动化缩径作业，且通过中模3的升降即可实现夹头瓣模总成2的自动开合，效率高适于批量作业，空向瓣模21对球铰橡胶层的径向压缩量小于实向瓣模22对球铰橡胶层的径向压缩量，缩径后能补偿空实向橡胶回弹差异导致的尺寸偏差，减小球铰空向与实向的缩径量差异，提高缩径后球铰的圆柱度。从图1中可以看出夹头瓣模总成2置于底座1上，球铰也置于底座1上，中模3与夹头瓣模总成2锥面配合，当中模3下降时，由于锥面配合的水平推力使夹头瓣模总成2产生径向压力，传递至球铰上即使球铰形成径向压缩，球铰径向压缩时夹头瓣模总成2中的空向瓣模21和实向瓣模22即产生径向运动，空向瓣模21压缩球铰空向对球铰橡胶层的压缩量更小，实向瓣模22压缩球铰实向对球铰橡胶层的压缩量更大，当中模3与底座1接触后无法再继续下压时，保压一段时间再将中模上移，夹头瓣模总成2随之上移，松开对球铰的压紧，球铰橡胶层进行一定的回弹，由于球铰实向的橡胶层厚度更大则回弹量更多，而球铰空向的橡胶层厚度更小则回弹量更小，所以在缩径时空向压缩量小于实向压缩量，正好可使空向和实向的橡胶层在压缩回弹后厚度更接近，缩径后能补偿空实向橡胶回弹差异导致的尺寸偏差，减小球铰空向与实向的缩径量差异，提高缩径后球铰的圆柱度。
其中，两个空向瓣模21之间具有一个实向瓣模22，两个实向瓣模22之间具有一个空向瓣模21，空向瓣模21的内壁与实向瓣模22的内壁之间平滑过度，所述的空向瓣模21由多个瓣模一21.1依次拼合组成，实向瓣模22由多个瓣模二22.1依次拼合组成，瓣模一21.1与瓣模二22.1的高度、所占圆弧角度均相同，瓣模一21.1的内径大于瓣模二22.1的内径0~1mm。空向瓣模21中的瓣模一21.1内径大于实向瓣模22中瓣模二22.1的内径，根据橡胶层中开孔的大小来设定瓣模一与瓣模二的内径差，使空向对应的橡胶层缩径尺寸更小，而实向对应的橡胶层缩径尺寸更大，球铰橡胶层经缩径回弹后球铰空向与实向的尺寸偏差更小，球铰的圆柱度更高，有效提高缩径可靠性。从图5中可以看出空向瓣模21由三块瓣模一21.1依次拼接形成，而实向瓣模22由两块瓣模二22.1依次拼接形成，空向瓣模21和实向瓣模22的数量均为两个，在设计瓣模一21.1的半径时可根据球铰空向中开孔的尺寸，橡胶硬质和球铰的缩径需求，来确定瓣模一21.1的半径。空向瓣模21的内壁与实向瓣模22的内壁之间平滑过度，使空向瓣模21与实向模瓣22之间形成顺沿过渡，不影响球铰缩径后的外观和圆柱度。
其中，所述的空向瓣模21中的瓣模一21.1的数量为奇数个，且单个瓣模一21.1所占的圆弧角度大于或等于球铰橡胶层中的开孔在橡胶层周向所占的圆弧角度，空向瓣模21中位于正中的瓣模一21.1与球铰橡胶层中的开孔径向对齐，实向瓣模22中的瓣模二22.1的数量为偶数个。图5中空向瓣模中瓣模一21.1的数量为三个，实向瓣模22中瓣模二22.1的数量为两个，空向瓣模中位于正中的瓣模一21.1与球铰橡胶层中的开孔径向对齐，在位于正中的瓣模一21.1的两侧各设备相同数量的瓣模一21.1，可保证球铰开孔位置以及靠近开孔位置的两侧被同步压缩，而球铰的实向被瓣模二22.1同步压缩，橡胶层的压缩可从空向至实向顺利过度，提高缩径后球铰的圆柱度。
其中，所述的中模3的内锥面上具有凸台31，夹头瓣模总成2的外壁上具有与凸台31相对应的凹槽23，凸台31为沿中模3内锥面从下至上的条形凸起，凹槽23开设在空向瓣模21中位于正中的瓣模一21.1上，且与球铰橡胶层中的开孔径向对齐。在中模3的内锥面上设置凸台31，在夹头瓣模总成2的外壁上设置凹槽23，通过凸台31与凹槽23的配合防止各瓣模沿周向偏移，实现夹头瓣模总成3与中模3的周向定位，而且凹槽31开设在空向瓣模21中位于正中的瓣模一21.1上，且与球铰橡胶层中的开孔径向对齐，球铰支撑在底座1上可根据凹槽23及凸台31所在位置，将球铰空向与空向瓣模21方位对齐，球铰实向与实向瓣模22方位对齐，为缩径前球铰的放置提供方位导向，保证缩径时空向瓣模压缩球铰空向，而实向瓣模压缩球铰实向，提高缩径的可靠性和准确性，增加缩径装置的实用性。
其中，所述的夹头瓣模总成2还包括沿周向设置的环抱弹簧24，瓣模一21.1和瓣模二22.1的外锥面上均具有沿径向伸入的盲孔k，环抱弹簧24设置于盲孔k中将空向瓣模21和实向瓣模22沿周向弹性环抱。
相邻的瓣模一21.1、相邻的瓣模二22.1以及相邻的瓣模一21.1和瓣模二22.1之间均具有压缩弹簧25，所述的瓣模一21.1和瓣模二22.1上均开有用于容纳压缩弹簧25的容纳孔l,容纳孔l设开在瓣模一21.1和瓣模二22.1的中部且从侧面沿周向伸入，压缩弹簧25的恢复弹力大于环抱弹簧24的弹力。
如图5所示，b-a,a-j和j-i以及g-f,f-e和e-d均为瓣模一21.1,d-c和c-b以及g-h和h-i均为瓣模二22.1，在相邻的瓣模一21.1、相邻的瓣模二22.1和相邻的瓣模一21.1和瓣模二22.1之间均设置压缩弹簧25，而在整个夹头瓣模总成2的周向具有环抱弹簧24，压缩弹簧25即处于压缩状态的弹簧，缩径过程中压缩弹簧25无法克服维面配合的压力，夹头瓣模总成2被加紧，缩径完成后中模上升，中模3对夹头瓣模总成2的压力消除，由于压缩弹簧25的恢复力使得相邻的瓣模一21.1以及瓣模二22.1被伸开，被伸开后由于重力的作用瓣模一21.1和瓣模二22.1会相对于中模3向下运动，相邻的瓣模一22.1以及瓣模二22.1径向向外分开，对球铰的夹持力消失，球铰可留在底座1上，而夹头瓣模总成2会随中模3的上升而上升，压缩弹簧25的设置在缩径后中模上升时使相邻瓣模一22.1以及瓣模二22.1及时分开，不会因锥面配合压力而卡死在中模3内，保证夹头瓣模总成2的开合顺畅性，而环抱弹簧24将夹头瓣模总成2沿周向环抱，在相邻的瓣模一22.1以及瓣模二22.1径向向外分开时提供一定的缓冲力，对瓣模一22.1和瓣模二22.1的径向运动进行牵制，提高瓣模一21.1和瓣模二22.1的径向运动的稳定性，可有效防止瓣模一21.1和瓣模二22.1在夹头瓣模总成开合过程中倾斜倒塌，提高整个缩径装置的结构稳定性和使用可靠性，实现非等厚橡胶球铰缩径装置的自动循环作业。
其中，所述的中模3底部固定有水平设置的环形托板32，所述的托板32内径小于中模3底部的内径，瓣模一21.1和瓣模二22.1的底部均具有与托板32配合的限位台阶m，限位台阶m与托板32接触将瓣模一21.1和瓣模二22.1限制在中模3中。托板32对夹头瓣模总成2相对于中模3的向下运动进行限位，限位台阶m与托板32接触，夹头瓣模总成2相对于中模3不能继续向下运动，防止夹头瓣模总成2从中模3中脱出，同时通过托板32与底座1的接触，限制中模3的下降高度，避免球铰因缩径过限而压伤。
基中，所述的底座1的中心位置具有与球铰芯轴配合的定位孔11，定位孔11中具有具有定位套12，定位套12与球铰芯轴间隙配合，且硬度小于球铰芯轴的硬度，底座1上还具有可与托板32接触对中模3下降高度进行限位的限位面13。定位套12用于保证在缩径过程中的下压力不会压伤球铰芯轴，而限位而13与托板32配合，可限制中模下压高度，对球铰缩径进行限位，避免球铰缩径过限。
如图8所示采用非等厚橡胶球铰缩径装置对球铰进行缩径的过程为：
使用前非等厚橡胶球铰缩径装置装在压力机上下平台之间，如图8中ⅰ所示托板32与底座1是接触的；然后上移压力机的上平台使中模上升，夹头瓣模总成2下降至与托板32接触，呈打开状态，如图8中ⅱ所示；之后在底座1上放置球铰，球铰通过底座1的支撑沿垂向设置，如图8中ⅲ所示；接着下移压力机的下平台，使中模下降，夹头瓣模总成2随中模的下降而合拢与球铰外套接触，并随中模3的进一步下降而径向压缩球铰，直至托板32与底座1接触，并保压一段时间，使球铰中的橡胶层被有效压缩，如图8中ⅳ所示；保压到时后，上升压力机上平台使中模上升，夹头瓣模总成2随中模的上升而打开，消除对球铰的压力，夹头瓣模总成2随中模3上升与球铰分离，即可从底座1上取走球缩径后的球铰，如图8中ⅴ所示；在底座1上再放置待缩径的球铰，并下降压力机上平台，则可对进行又一轮球铰缩径。
本发明还保护非等厚橡胶球铰缩径方法，采用以上所述的非等厚橡胶球铰缩径装置进行缩径，步骤如下：
第一步，参数确定：根据球铰中空向的开孔位置、开孔尺寸、橡胶层的回弹率以及球铰的缩径尺寸需求，确定空向瓣模21的数量、周向角度和内径，根据空心瓣模21的周向角度、橡胶层的回弹率以及球铰的缩径尺寸需求，确定实向瓣模22的数量和内径；
第二步，仿真校验及制作：根据第一步确定的参数通过仿真软件合成夹头瓣模总成2，形成夹头瓣模总成2的不规则型内孔，再通过仿真软件来得到非等厚橡胶球铰在缩径并回弹后的圆柱度，如得到的圆柱度符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求，则根据第一步确定的参数制作出所述的非等厚橡胶球铰缩径装置，如得到的圆柱度不符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求，则进一步调整第一步确定的参数，直到得到的圆柱度符合非等厚橡胶球铰缩径后的圆柱度要求再根据调整后的参数制作出所述的非等厚橡胶球铰缩径装置；
第三步，装置和产品的安装就位：将制作出的非等厚橡胶球铰缩径装置安装到压力机上，其中底座1与压力机上平台固定，上模块4与上压力机下平台固定，之后将非等厚橡胶球铰支撑在底座上；
第四步：产品缩径：下压压力机上平台，中模3下降使夹头瓣模总成2径向压缩球铰，直至中模3无法继续下降并保压10s~50s，再将压力机上平台上升，使夹头瓣模总成2与非等厚橡胶球铰分离，即得到缩径后的非等厚橡胶球铰。
其中，在第三步的安装过程中根据中模3的凸台31所在的位置，在中模3内安装夹头瓣模总成2，使凸台31与凹槽32对应配合，再根据凹槽32的位置在底座1上调整球铰放置方位，使缩径时球铰空向的开孔与凹槽32径向对齐。
以上所述的非等厚橡胶球铰缩径方法中模的下降向夹头瓣模总成传递径向压力使球铰缩径，实现自动化缩径作业，且通过中模的升降即可实现夹头瓣模总成的自动开合，效率高适于批量作业，空向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量小于实向瓣模对球铰橡胶层的径向压缩量，缩径后能补偿空实向橡胶回弹差异导致的尺寸偏差，减小球铰空向与实向的缩径量差异，提高缩径后球铰的圆柱度。球铰支撑在底座可根据凹槽及凸台所在位置，将球铰空向与空向瓣模方位对齐，球铰实向与实向瓣模方位对齐，为缩径前球铰的放置提供方位导向，保证缩径时空向瓣模压缩球铰空向，而实向瓣模压缩球铰实向，提高缩径的可靠性和准确性。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。