近年来兴起一种硫化模拟分析技术，其可对硫化过程中产品任意一处的硫化程度及温度进行预测，极大地提高了硫化工艺设计的效率，降低了生产成本。

本工作选择一种弹性车轮用弹性体元件（见图1），为确保其生产过程工艺参数的准确性和稳定性，采用经验公式设计硫化时间后，运用德国Magma公司提供的Sigmasoft模拟分析软件进一步对硫化工艺进行模拟分析，以有效缩短硫化时间，并测试硫化产品的尺寸和性能，验证硫化模拟分析技术的准确性。

1  研究对象

选用的弹性车轮弹性体元件为V形结构的纯橡胶制品，其主体材料为天然橡胶（NR），结构及三维图如图2所示。

2  硫化经验设计

橡胶制品的硫化时间与厚度关系较大，而由无转子硫化仪测出的正硫化时间一般只适用于厚度小于6 mm的橡胶制品，若厚度大于6 mm，则硫化时间应在t90的基础上延长。延长时间取决于胶料的导热速率，一般认为厚度每增加1 mm，硫化时间延长47 s。本产品的硫化时间（t，min）计算公式为

式中，h为产品厚度。

本产品采用NR胶料，其最适宜硫化温度为143 ℃。通过测试，本产品所用胶料在143 ℃时的正硫化时间为12.67 min，产品最厚处为26 mm，计算得本产品的硫化时间为28.34 min，考虑到进出模操作及合模过程中的热量损失，延长7.66 min的进出模安全操作时间，因此设计硫化时间为36 min。

3 

硫化模拟分析

3.1　模拟计算原理

胶料硫化时，在模具将热量传递到胶料的同时伴随着交联反应。因此，胶料内部某个部位的温度与其所在的空间、时间均有关。施斌等介绍了一种橡胶的瞬态传热方程：

式中：ρ为密度；Cp为比热容；T为温度；r，φ，z分别为圆柱坐标系的3个数轴；k为热导率；Q为橡胶的生热率。橡胶的比热容和密度也对其导热性能影响较大[9]。在Sigmasoft软件中，默认橡胶的密度为常数，比热容可随温度和硫化程度变化。

硫化过程的复杂化学反应可以用动力学模型进行定量描述，选择Sigmasoft软件中提供的Deng-Isayev模型对硫化过程进行描述，其动力学方程为

式中：C（t）为硫化程度关于时间的导数；n为反应级数；C为硫化程度；k0为反应时间；Ea为硫化反应活化能；R为气体常数，数值为8.314 3 J·mol-1·K-1。

3.2　模型构建

采用弹性体元件结构设计专用高压模具进行硫化，这种模具包含注胶系统、上模、中模、下模。高压模具有注胶系统，为确保模拟分析更符合实际生产情况，需额外创建注胶系统中的流道部分。模....