阀圈橡胶模具设计2

感谢各位老师参加我的毕业答辩！——胡红标学号：20050404课题名称：阀圈橡胶模具设计班级：2005级机制1班姓名：胡红标指导老师：文建萍2009年04月11日毕业设计序言•橡胶是具有高弹性的高分子化合物.具有优越的弹性、很好的柔软性优异的疲劳强度，很高的耐磨性，电绝缘性、致密性以及耐腐蚀、耐溶剂、耐高温、耐低温等特殊性能成为重要的工业材料•用于橡胶制品成型的模具，通称为橡胶模•橡胶模具的设计影响着产品的质量，好的模具设计能实现生产的高效率、低生产成本及减轻工人繁琐的操作等诸方面起着巨大的作用。•橡胶模具的分类：橡胶压模，橡胶传递模，橡胶注压模和橡胶挤出模。•模具结构的设计包括模腔数的确定、分型面的选择、余料槽和启模口的设计。•此次设计专门是为一个给出的产品样品进行测绘后设计出该样品的模具。•得到了文建萍老师以及江西农业大学工学院机械制造教研组的老师们的热情帮助和大力支持，在此，谨向他们致以衷心的感谢。由于本人专业水平有限,所设计的模具一定存在不少缺点和不妥之处，敬请老师们批评指正。总体设计方案分析选择模腔数的确定整体结构确定其他结构确定强度校核橡胶压模一腔一模分型面的选择计算应力状态考虑收缩率尺寸结构计算余料槽启模槽模具材料选择45GB/T699设计任务设计要求设计参数：橡胶件的成型工艺性能分析•产品名称：船用中心型船用蝶阀阀圈（150型）•产品材料：丁腈橡胶•产品数量：中批量（10万模）•胶件尺寸：图中所示塑件质量：160g•胶件颜色：黑色•胶件要求：胶件外侧表面较光滑，产品的主要工作面为内径部分圆弧面因此该处不能出现流痕、气泡，塑件收缩率为1.4%，零件表面按HG6-409-79三条（3）项要求，一般尺寸公差按HB5522-80三级精度。第一部分橡胶模具的设计特点及最优方案分析平板式硫化机根据产品的结构分析该模具结构宜选用橡胶压模结构，而橡胶压模结构的产品硫化设备即为平板式硫化机，如上图所示。1.4模具设计的最优方案分析橡胶压模：用于橡胶制品压制成形的工艺方法的一类模具，简称为橡胶压模。此种成形方法，就是将混炼过的、已成一定形状并经称量过的半成品胶料，直接放入秤埃的压模型腔中，而后将模具闭合，送入平板式硫化机中进行加压、加热，胶料在热和压力作用下硫化成形。开模后便获得具有一定形状和尺寸精度的橡胶制品。由于橡胶压模结构简单，操作方便，通用性强，适用面广，因而橡胶压模在橡胶制品的生产中占由很大的比重。橡胶模的分类橡胶压模橡胶传递模橡胶注压模橡胶挤出模橡胶传递模：用于橡胶制品传递成形工艺方法的一类模具，简称橡胶传递模。传递成形就是将混炼过的、限量的胶条对压料柱塞施压，迫使胶料流经模具的浇注系统注满模腔，经硫化定型后便可获得外观质量较好和尺寸精度较高的橡胶制品。橡胶传递模结构，虽然较压模复杂，但特适于薄壁、细长、易弯曲以及形状较复杂的橡胶制品成形。采用此类模具生产的橡胶制品，致密性好，质量也较高。橡胶注压模：用于橡胶制品注压成形工艺方法的一类模具，简称橡胶注压模。此种成形工艺，是利用注压机的压力，将已塑化好的胶料由螺杆或柱塞经喷嘴直接注入模腔，完成成形并进行硫化的一种生产方法。注压成形的特点，是把成形和硫化过程合为一体，成形周期短，废边料少，劳动强度低，生产效率高，产品质量好。目前，广泛用于橡胶密封圈、橡胶复合制品、减振制品及胶鞋等橡胶制品生产。橡胶挤出模：用于挤出成形各种橡胶型材的一类模具，简称橡胶挤出模。挤出成形工艺是生产橡胶产品的主要方法之一。它是利用挤出机使胶料在螺杆推动下，连续不断地向前运动，然后借助于挤出口模，挤压出各种所需截面形状的半成品，以完成不用造型或其他作业过程。它具有连续、高效、甚至不用金属模具，就能成形与制造多种不同截面形状的空心或实心半成品，以达到初步造型的目的。而后进过冷却定型，输入到硫化罐内进行硫化或作为压制法所需的预成形半成品胶料。该模具在橡胶工业中，亦占有及其重要的位置。尺寸结构如下图：R3R303020φ150φ155φ170R4φ165R100φ45φ356.511.51.5×45°φ170φ19734φ20135R15φ2430°45°φ22根据该产品的结构形状考虑该产品的模具适合采用橡胶压模结构模腔数的确定为了提高生产效率，在一副橡胶压模中可开设多个型腔。最常见的结构形式时在同一分型面上开设有数个或数个型腔的多腔压模，或在多各分型面上开设有多个型腔的多层压模，一般来说考虑到设备的硫化效率和产品的充分硫化，对于尺寸结构较大的产品采用一腔一模的模具结构形式，参照该阀圈产品尺寸分析得知该产品模具适合设计成一腔一模结构。下面给出该产品的模具整体结构如下：分型面的选择原则确保制品易于脱模确保制品工作面质量应避免模具产生锐角应利于简化模具结构应尽量选用封闭结构应有利于排气有利于制品精度便于生产操作由此分析可确定模具的分型面，结构大致如下：由上图结构将模具分为上模、中模、下模、模芯四大部分另外考虑到产品两侧还有阶梯孔，因此设计相应的部件构造出两侧的阶梯孔结构，因此得出下图所示结构：余料槽设计填入模腔的加料，要求稍有过量，以保证制品压实不缺料。这些过量的胶料，在模压过程中必须排除，以保证制品尺寸和使用性能。为此，需在型腔周围开设沟槽，以储存排除的余料。这种用于储存余胶的沟槽称之为余料槽或溢胶槽。余料槽尺寸余料槽形状，无严格要求，以加工方便，制品和余料易于从模具中取出为原则。通常采用如下图所示的结构形式允许采用倒角45°~60°V形余料槽或R形的半圆形余料槽，表面粗糙度一般为Ra12.5~25μm。大小应适度，V形余料槽深度为0.5~1.5mm；R形深度或半径为0.5~1.5mm；矩形槽深度为0.5~1.0mm，宽度为2~5mm，侧面倒角15°~30°，矩形余料槽适用于胶料硬度较高或制品断面形状较大的型腔使用。综合上述：各条件考虑该模具设置R=1.5的半圆余料槽启模口的设计用工具撬开模具的缝口，称之为启模口。启模口的尺寸，应根据启模力与模块重量而定。但采用统一的启口尺寸，有利于配合各种规格的启模工具。因此，启模口宽度较多选用14~16mm，高度3~5mm。其深度须视具体情况而定，可车成一周或刨穿的通口，启模口长度要求大于60mm。当模具很重时，可将启模口高度适当加高到5~6mm，加宽到20~25mm。若为矩形压模，可在两对角处，按45°刨成一定深度的缝口即可，在确定启模口位置时，应尽量对称或对角设置，并要求靠近模具定位处，以有利于减小启模力。根据本阀圈的实际尺寸结构可知，该模具整体结构为圆柱形结构，因此在开设启模口时从模具的外径向内径方向按相关标准设置启模口根据上述情况和特点结合该阀圈本身的的结构分析确定模具具体的结构如下：图中1为下模，2为侧模芯其作用时形成阀圈两侧的阶梯孔，有两个孔故需两个侧模芯，3为上模，4为哈夫中模（用线隔开方式将中模切割成两瓣以方便产品的取出），5为模芯。该模具哈夫中模的合紧原理为：硫化机在进行硫化过程中平板将施加12.5MP的压力，上模受到压力后经7°斜面传递给哈夫中模转换为径向的合模力，将中模夹紧。模腔设计胶料在模压与加热过程中，内部发生形变和交联反应，从而产生热膨胀应力。为此，模腔需要有一定的强度和刚度。当硫化胶料冷却后，模腔应力趋于消除，橡胶制品的线性尺寸成比例地缩小。因而，模腔尺寸必需适当增大，其加大的比例即为模压橡胶制品（或称胶料）的收缩率，通常用百分比表示。模腔尺寸的确定模具尺寸及公差，通常试根据制品尺寸及其公差以及胶料收缩率，经计算而确定的。此外，制品尺寸的波动还取决于合模压力和硫化工艺过程，也就是与模具结构和工艺因素有关。因此，在确定模腔尺寸试，除了须进行复杂的计算外，还须进行适当的修正，以获得合理的模腔尺寸，使做出的产品尺寸合格。一般制品的模腔尺寸计算1)径向尺寸压模型腔径向尺寸可按下式计算：Dm=D(1+S)式中Dm──型腔径向尺寸（mm）;D──制品径向尺寸（mm）S──胶料收缩率补偿值（%），S是工程技术人员通过对相应产品橡胶做试验获得的。（2）高度尺寸模腔高度尺寸应按下式计算：Hm=H(1+S)-h式中Hm──型腔高度尺寸（mm）;D──制品径向尺寸（mm）；S──胶料收缩率补偿值（%）；h──预计制品废边厚度，估计或查表，见下表该产品的胶料为丁腈橡胶，经过专业技术人员试验后测得其收缩率为S=0.14%接下来通过具体计算过程可计算出模具各部分的模腔所在的尺寸大小，各尺寸计算结构已在模具图上标注，详见各模具图尺寸标注。压模外形尺寸的确定模具外形尺寸的确定应充分考虑产品外形几何形状，压机技术规范及经济效果。（1）外形尺寸与型腔的关系在选择型腔数时，既要便于模具加工，又要操作简便，还要兼顾压机加工范围以及模具本身的强度和刚度。圆形压模外形尺寸系列，其直径（mm）为：100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300.当外径尺寸大于300时可按经验设定，但需根据硫化机的吨位与外形尺寸的关系设定。（2）外形尺寸与压机吨位的关系理论上，模具受压面积的计算公式应为A=1000F/σp式中A-----实际承压面积（空模状态）（平方毫米）F-----压机吨位（kN）σp----模具材料许用应力（MPa）45钢为80Mpa常用压机吨位有250、450、1000、1400和2000kN等5种。原则上是小模具用小吨位压机，大模具采用大吨位压机；不允许将小模具安装在大吨位压机上进行生产，以免损坏压机工作台面，或将小模具压变形而报废。为此压模的外形尺寸必须有一定的规定。详情可参照下列吨位与模具外形尺寸关系表.该产品的硫化压机吨位选择是1000kN，因此外径尺寸在合理的250到500mm间即可，该模具的外径按经验选择310mm.模具零件精度模腔及其各组成零件的尺寸精度，直接影响到橡胶制品的尺寸和外观质量，也关系到模具的正常使用与装拆。尤其时带有金属嵌件的橡胶制品压模，更应注意。为此，必须对压模各零件的尺寸精度做出规定。（1）精度选择原则有以下6点：①模具各零件高度公差总和不应超过规定的模具高度公差；②模具中各零件的同轴度公差不得超过0.05mm；③模具承压面的平面度公差不得大于0.05mm;④型芯、导柱、导套、柱塞等承压零件的垂直度公差，当其固定部分长度在30mm以内时，不得大于0.05mm；固定部分大于30mm时不得超过0.10mm;⑤当一个零件具有两个以上配合面时，应首先保证与制品直接接触的配合面精度，其余配合面可按模具结构、受压面主次程度，分别相应降低其配合精度。⑥当为多腔压模时，由于配合面数量多，；累积误差会造成干涉配合，装配后易发生卡滞或过紧现象，须仔细考虑其精度选择。（2）配合部位按国标GB/T1801-1999之规定，须注意以下6点：①轴与孔的配合公差，一般可选用间隙配合H8/f8或H8/f9;②封闭式或半封闭式压模配合，敞开式压模的锥面或斜面配合，可选用动配合，可选用动配合H7/h7或H8/h8;③导柱与模板的固定部分，选用过盈配合H7/s6，滑动部分选用间隙配合H7/f6;④锥面定位配合，一般可按过渡配合选取，通常在锥孔小端标尺寸及公差；⑤非柱面、非锥面配合，可根据制品所需要求的尺寸精度确定，一般间隙不大于0.05～０.１０mm⑥金属嵌件在模腔中的定位，须有适当的配合公差要求。一般选用间隙配合H9/f9；对于设有推出装置的压模，可选用过渡配合或间隙配合H8/f8；嵌件两面的高度公差与模腔闭合尺寸配合公差，通常以选用过盈配合为好，常用过盈两为0.02～０.０６mm，最大不得超过0.10mm（3）非配合部位按国际GB/T1800.4－1999规定的公差登记IT12，轴用h12.表面粗糙度橡胶模在使用过程中，由于长期受热、受压，且绝对禁止加油及其他润滑剂，因此，其配合面必须有表面粗糙度要求。当表面粗糙度大于Ra3.2μm时，易于拉毛或损坏。为此，橡胶制品与模腔表面粗糙度以及对模具结构零件表面粗糙度的要求，分别见下表：模具设计如材料的选择材料的选择除需考虑加工的合理性和工作的可靠性以外，还有模具的性价比，如当一个