橡胶模具设计举例

11.序言毕业设计是大学学习的最后一个教学环节，是本专科人才培养计划的重要组成部分。通过毕业设计既可以巩固学生在学校学过的理论知识，培养学生运用所学知识分析和解决工程实际问题的综合能力，又可以使学生初步掌握科学研究的基本方法和撰写符合规范要求的专业技术文件的能力。搞好毕业设计工作，对培养学生的实践能力、创新能力和创业能力，全面提高教学质量和促进学生顺利就业具有重要意义。.大学四年的本科学习和生活就要结束了，毕业设计是其中最后一个学习和锻炼的重要环节，是对以前我们所学过的理论知识及所掌握的设计创新思维在实际中的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，特别是十一五规划完成以来，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。随着中国制造的崛起，我国模具产业发展迅速，模具已成为当代制造业的主流装备。目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，家电、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批基础工业高速增长行业发展势头强劲，构成了对模具市场的巨大需求。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉介绍，中国已成为世界第一大模具市场，预计2015年模具产值将达到2500亿元，其中中高档模具、经济型模具的比例会大幅增加。在这大学四年的课程学习中，我基本上掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，在生产和参观实习中思考运用所学知识，再加上我一个月来在单位实践学习，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于橡胶模具设计这个实践性非常强的设计课题，我在单位进行了大量的实践考察和学习。经过在宝鸡真空股份有限公司的参观实习，尤其是在咸阳时代密封科技有限公司设计部近一个月的生产工作实习，我对于模具特别是橡胶模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的橡胶模具实体，明确了橡胶模具的一般工作原理、制造、加工工艺，并在图书馆借阅了许多相关模具设计手册和书籍资料，在设计中，我将充分利用2和查阅各种资料，并与同学、老师和工人师傅进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，肯定会遇到一定的困难，但是我相信有指导老师和工人师傅的悉心指导和自己的努力下，肯定会圆满的完成这次毕业设计任务。当然，由于学生水平有限，而且缺乏长期的实践经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。2.产品图纸审查产品审查是对将要生产的橡胶制品的图纸用途所用胶种和生产量及生产工艺的全面了解。通过产品图纸的审查可以保证模具设计是建立在正确的图纸基础上的，并能根据生产量不同选择不同的模具结构。O形密封圈产品图纸上尺寸和公差为（24.4±0.03）mm×（002.06.3−）mm，其表示O形圈内径d1×截面直径d2；矩形密封圈产品图纸上尺寸和公差为（40.64±0.38）mm×（5.16±0.13）mm。根据橡胶制品收缩率公式（参考[1]）C=（D模-D制）/D制×100%2—1Cb=Cc/Dz×100%2—2式中C—橡胶硫化收缩率，%;D模—模具尺寸，mm;D制—硫化后制品尺寸，mm;Cc—产品尺寸允许的变动量（Cc=产品尺寸的上偏差-产品尺寸的下偏差），mm;Cb—产品尺寸允许的收缩率浮动量，%;Dz—产品尺寸，mm。一般情况下，当产品尺寸小于160mm时，可以不用计算尺寸允许的收缩率浮动量，直接将产品尺寸公差与国家标准GB/T3672—2002模压制品尺寸公差表1-2[1]中的尺寸公差进行对比，应不小于M1级公差：当产品尺寸大于160mm时，采用公式2-2计算出产品尺寸允许的收缩率浮动量，其值不应该小于0.6%（因为在橡胶产品实际生产中最高M1级的公差为±0.3%），当产品尺寸允许的收缩率浮动量远小于M1级时，实际生产难以保证，属于尺寸公差过严导致无法生产3合格产品。这是应该与产品用户沟通协商，根据使用要求选择合适的收缩率。当然这里也有一个尺寸经济性问题，产品尺寸公差越小，需需要控制的工艺条件越严格，生产成本越大。所以产品公差应在满足使用要求的前提下，尽量越大越好。图2.1O形密封圈产品图纸和技术要求图2.2O形密封圈产品图纸和技术要求通过对产品图纸中尺寸和公差的了解，明显产品尺寸均小于160mm，所以根据2-2计算其内径尺寸允许的收缩率浮动量Cb=[0.03-(-0.03)]/24.4×100%=0.246%4其值小于0.6%,在实际生产中很难保证，不符合橡胶行业制品公差要求。按照用户特殊要求，参照国家标准GB/T3672—2002模压制品尺寸公差中M1级的公差，再参考文献[1]表3-1中小型O形圈所用胶种收缩率和模具型腔尺寸经验参考值，经协商重新定制这批O形密封圈产品尺寸和公差为（24.4±0.2）mm×（3.6±0.1）mm；这批矩形密封圈尺寸和公差为（40.64±0.38）mm×（5.16±0.13）mm，满足M1级公差要求，不需要重新定制尺寸和公差。由于公差标准M1在橡胶行业中属于最高级精度，在实际生产中要求严格，所以在生产中一定要通过实验测定一下收缩率。如图2.1该O形密封圈产品技术要求是颜色为黑色，材料为丁腈橡胶P229，邵尔硬度为70±5，，多次供应该产品。丁腈橡胶的流动性好，较易充满形腔，模压工艺一般，其收缩率范围为1.2~2.25%，收缩率常取1.8%，该O型密封圈为中批量生产。如图2.2该矩形密封圈产品技术要求是颜色为黑色，材料为三元乙丙橡胶，邵尔硬度为80±5，，多次供应该产品。三元乙丙橡胶基本上是一种饱和的高聚物，耐老化性能非常好、耐天候性好、电绝缘性能优良、耐化学腐蚀性好、冲击弹性较好。模压工艺也一般，其收缩率范围为2.0~2.65%，根据参考文献[1]表2-3收缩率常选取2.3%。3.拟定模具结构形式和腔数对产品图纸审查完成以后，对该产品的尺寸﹑形状﹑所用胶料的工艺性能﹑加工工艺过程和产品生产量都有了很清楚了，下一步就是模具结构的设计阶段。模具结构设计是模具设计中最重要的步骤，是模具设计的关键。其中包括：模具大的结构形式的确定（主要包括压制结构﹑压铸结构﹑注射结构三种模具结构）；腔数的确定；分型面的选择；模具的定位；设计余胶槽和启模槽；最后是模具外形的确定。3.1模具结构形式和腔数的确定大部分产品的的模具结构形式和腔数是根据产品生产量和设备情况等因素综合考虑来确定的，并考虑所用胶料的工艺性能，个别产品的生产要根据产品5的工艺性能来确定。在实际生产中，通过调查相关资料知道对于中小批量的橡胶密封产品的生产大多数采用模压结构和压铸结构，注射结构模具在橡胶制品的实际生产中很少用到。模具的腔数是指模具中型腔的多少，也就是一次流化过程中，该副模具能生产产品的数量。模具腔数的确定主要根据该产品产量和硫化平板的吨位﹑压力来确定。对于小直径的橡胶产品不宜采用单腔模具结构，一方面会使模具重量和体积过小，其次在实际生产中虽然减小了工人师傅的劳动强度但是大大降低了劳动生产率，不是很经济。因此，对于小直径O形密封圈和矩形密封圈的模具结构均选择多腔压制成型结构。图3.1O形密封圈模具结构和腔数6图3.2矩形密封圈模具结构和腔数3.2分型面位置的确定分型面是指模具中模块的分合面。橡胶模具一般有两块或两块以上的模块组成，所以模块的分型面一般有一个或一个以上。选择分型面是模具设计中最关键的环节，它直接影响模具的加工﹑模具的使用和模压产品的质量。模具分型面的选择主要考虑以下几个方面：要有利于启模和制品的取出；分型面的位置要有利于飞边去除；是压制结构有利于装胶容易；密封制品模具的分型面要尽量避开产品密封部位；模具加工容易，强度足够。而在实际生产中O形圈模具主要有180°单腔﹑180°多腔﹑45°单腔﹑45°多腔四种结构，其中整体模压O型圈的模具结构在橡胶模具中是最简单的，但其设计思路在实际生产其它类型橡胶产品中都会用到，是比较基础应用。由于实际中180°分型面模具易于加工，有利于取出飞边，与45°分型面相比有利于启模和制品取出。因此，选择180°分型面比较合适。图3.4O形密封圈模具分型面的选择7图3.4矩形密封圈模具分型面的选择3.3模具定位模具的定位包括模具各模块之间的定位和模具与硫化设备之间的定位。模具中各模块或板之间的定位方式有圆柱面定位﹑圆锥面定位﹑斜面定位和定位销（导向销﹑圆柱销﹑圆锥销）定位。模具与设备的定位主要存在于注射模具和小部分压制模具中，其定位方式主要与设备对应的螺栓固定和T形槽配套螺栓定位。外形为圆形的模具在模具中所占比例是很大的，其中绝大多数是圆形制品的单腔模具，而圆形模具的定位方式主要是圆柱面定位和圆锥面定位。由于圆锥面定位有以下优点：配合同轴度高；装拆容易，多次拆装后能够保证精确地定心作用；当锥面角度较小时，可传递很大的扭矩。圆柱面定位较圆锥面定位易于加工，但模具拆卸不如圆锥面定位容易，而且圆柱面定位一旦磨损就会影响模具定位精度。而大直径O型密封圈为中批量生产，多次供货，因此选择圆锥面定位最为合适。8图3.5O形模具定位的选择图3.6矩形模具定位的选择综上，对于小直径O形密封圈的模具结构和矩形密封圈的模具结构都选择多腔压制成型矩形结构，两开模圆柱销定位是经过实践证明的最佳结构。3.4余胶槽和启模槽的确定余胶槽和启模槽是橡胶模具一个重要的组成部分，其中没有没有多大技术上的要求，只要掌握以下一些原则，灵活应用即可。余胶槽的主要作用是是多余的胶料能尽可能的流入其中而不留在分型面处产生大厚胶边，影响产品质量。另外余胶槽还有跑气作用并使分型面面积减少，使分型面压强增大。实际橡胶模压制品和其他所有制品一样，为为了使型腔有足够的压力将胶料压密实，半成品的体积就会比模腔大一些，多余胶料就会流入余胶槽。余胶槽主要有普通型余胶槽﹑薄片型余胶槽﹑剪切型余胶槽﹑整体型余胶槽四种，当让不是所有的橡胶模具都需要余胶槽，这必须根据实际情况确定。根据O形密封圈产品的模具结构选择为单腔压制成型圆形结构，为了便于成型刀具加工，余胶槽选择普通型余胶槽中的半圆形余胶槽，如下图所示。9图3.7O形密封圈模具启模槽高度和宽度（上图）图3.8矩形密封圈模具启模槽高度和宽度（上图）启模槽的作用就是便于将启模用的工具（铜启子﹑橡胶撬棒等）插入启开模具。如果没有启模槽，在实际生产中很难将橡胶模具个模板打开装胶进行生产，所以启模槽的设计是很必要的。一般情况下，圆形模具启模槽为圆环状，通常只对启模槽的高度和宽度有要求，而长度可根据加工方便开通或不开通，但不开通时的启模槽最小长度应该不小于50mm。由于O型圈模具整体结构为圆形，所以启模槽选择为圆环状。参考文献[1]中表2-2选择启模槽高度（H）为10mm,宽度（H1）为20mm。104.收缩率的确定收缩率的确定是模具型腔尺寸确定中一个关键环节，在实际中往往由于设计时没有选好合适的收缩率而造成模具的返修甚至报废。由于橡胶在硫化前后，其分子结构发生了变化，由线性结构变成了立体网状结构。而且在硫化过程中也发生了一系列的化学反应，放出一些气体，与硫化前相比，橡胶体积变小，相应的线性尺寸也变小了。硫化后的橡胶制品与模具之间存在的尺寸差异现象称为收缩。在橡胶模具设计中，橡胶硫化收缩率指在一定工艺条件下生产橡胶制品，硫化后的橡胶制品尺寸与模具尺寸差同制品尺寸之比。根据橡胶制品收缩率公式（参考[1]）C=（D模-D制）/D制×100%2—1于是推导出D模=D制×（1+C）2—4D制=D模/(1+C)2—5式中C—橡胶硫化收缩率，%;D模—模具尺寸，mm;D制—硫化后制品尺寸，mm;胶料在硫化过程中，其收缩率不仅受到胶种和胶料配方的影响，而且还要受到模压硫化条件的影响，例如温度﹑压力和时间的影响。另外也与制品的形状﹑尺寸﹑结构以及模具结构有关。因此，通过对产品图纸审查了解到O形密封圈所用胶种为丁腈胶P229，邵尔硬度为70±5。而且根据产品公差情况判断产品的公差等级为M1，由于公差标准M1在橡胶行业中属于最高级精度，在实际生