橡胶密封制品--华山论剑(五）
| 橡胶密封制品技术讲座《五》 模具设计： 一、模具设计需考虑的因素 （一）能保证产品有正确的轮廓与尺寸 （二）在保证有足够强度的条件下，应尽可能地减轻模具重量，而且要求定位可靠，启模、装模等操作方便 （三）在保证产品质量的前提下，应尽量使模具易于加工 （四）要求有一定的光洁度、合理的分型面、容易修整胶边（我公司要求加工模具光洁度模腔配合面其它） （五）有适当的流胶，容易排气 二、模具分类：从模具的用途可分为：压模、压铸模和注压模 （一）压模：压模为本公司模具硫化最常用的模具，根据模具的形式，压模又可分为：开放式、半封闭式和封闭式。其中，开放式（图1-1a）上模板无导向。定们部位模具结构简单，空气易逸出，因压制过程中胶料承受的单位压力小，新的只适合制造断面形状简单的制品。同时因上模板无定位，在压制过程中边沿容易磨花，影响制品边沿部分的光洁度。封闭式（1-1C）由于填胶的模腔，比产品体积大，而且胶料容易直接从上模板两边排出，新的填胶容易充满模型，胶料所受的单位大无畏压力大，适当制造复杂断面及有夹层的制品。加工出来的产品，质地密实，但模具加工难度大、成本高。半封闭式：此种模具的特点，介于开放式与封闭式之间（如图1-16），适用于加工一些较复杂断面及无夹层的制品。 （二）压铸模：压铸模的特征是胶料不是直接填入制品的模具，而是填入压缩室。（衅1-2a为一个复杂断面密封圈模，图1-2b为一个管状制品模）经柱塞之间压力，使胶料经过铸造流入模腔，胶料经细窄的铸胶适时得到较均匀的预热，流动性好，易充满模腔，硫化的制品质量均匀而密实。适合制造复杂断面及模腔的填胶，质量要求高的产品。（如图1-26） （三）注压模（或称注射模）：这种模具是与注压机使用的模具，结构复杂，材料要求强度高，最简单的形式如图1-3所示，注射机注射的产品精度高，质量均一向密实，且胶边少，但模具成本高。我公司从日本引进的立式注射机、卧式注射机即将投产，首批生产的是为日本鬼怒川橡胶工业株式会社加工的空调器减震部件。 图1-3注压模平面示意图。 三、制造模具的材料与处理：模具所用的材料有合金钢（铬、锰合金，防腐蚀用的镍铬合金）还有硬铝、炭钢。一般合金钢较贵，多用于模具工作面的镶块。单独由优质合金钢制得的模具强度高，经久耐用。硬铝导热性好，加工易，但强度低，我公司经常用的材料为45#钢，它的特点是来源广、切削性能、调质后加工性能好，能满足强度要求。 （一）热处理：45#钢，采用一般的淬火方法，容易使用模腔变形、对于精度要求高的制品，则采用调质处理。先经粗加工后在820℃淬火到HRC-50-52（洛氏强度）然后在600～620℃回火到洛氏硬度HRC˜35˜40（约四小时）再进行加工，这样可以减少热处理后变形，若采用高频淬火，可更好地解决模型热处理后变形问题。 （二）模具表面处理：为提高型腔表面的耐用程度及光洁度，以及在硫化过程中的抗腐蚀能力，专型腔表面可镀一层铬。铬层厚度为0.006～0.01毫米，镀铬前的粗糙度，注意，镀层不能过厚，重刻与剥离，镀铬后，仍要进行抛光。但是复杂断面模腔镀铬存在不少困难。 四．组成模具的零件： （一）成型零件：构成产品的形腔，决定制品的形状与尺寸部份，称之为成形零件，根据产品的复杂程度不同，有中模、下模和模芯等。 （二）结构零件：将成型零件装配在一起，所用的定位、导向、连接螺丝、手柄等，称之为结构零件。 四、模具各部位尺寸的确定 （一）形腔各部位尺寸的确定 1.收缩产品的确定（无缝项目）：收缩率K值按下式近似值计算 K=（D1-D）/D）*100%（1-1） 式中：D1---模腔与空模的尺寸 D—制品与空膜的尺寸 K值的大小与下列因素有关： ① 胶料的硬度：制品设计的胶料硬度愈大，收缩率愈小，反之硬度小的，则收缩率大 ② 生胶含量：新设计的胶料含胶率高，收缩率大，含胶率低，收缩率小 ③ 生胶的种类：收缩率随选用的胶料的种类不同而有差异，收缩率与生胶的种类的关系排列，顺序如下：天然胶＜丁苯胶＜氯丁胶＜丁腈胶＜丁基橡胶＜硅橡胶＜氟橡胶 ④ 金属骨架与织物夹层的影响：专有织物夹层和金属骨架的部份收缩率小 ⑤ 模具的结构、加工方法、硫化程度等对收缩率都有影响，采用压铸模硫化的产品，比一般的模压制品收缩率小、而注压模又比压铸硫化的制品收缩率小，这在设计模具时要特别考虑，一般无骨架密封制品，影响收缩率较显著的为硬度与含胶率两项。其实验公式如下： 收缩率（径向）=2.1-0.012*硬度（邵氏A）值+0.9*含胶率 通过实验，测得的骨架油封收缩率为 外径0.03~0.08% 内径1.5~1.7% 2.形腔尺寸的计算： D1=D（！+K）±A/2 （1-2） D=模腔与室温的尺寸 D---制品与温的尺寸 K---制品的收缩率 A---制品的公差 (见表1) 而通常的密封制品采用六级精度,而模具成型件采用3级精度,刚好为制品公差的二分之一。若制品要求的公差不是六级精度，则视对产品的要求而定，一般模具成型件的精度比制品的精度提高2-3级，制品公差单向分布时，模具成型件按制品，原为负取负，原为正取正。若制品公差等值双向分布时，+A/2项为零，按式计算毕后，按精度要求的公差标注等计算的D1右上角。 （二）模具最小承压面积的确定： Fmin=R/R6-------------（1-3） 式中：Fmin---模具最小承压面积（厘米2） P----液压机的吨位（最大工作压力：公斤）设计模具时，要求模具的承压面积F≥Fmin F=（∏/4）*（D2-d2） 见图1—4 （三）最小外形面积的确定：直接与平板接触的面积称之为模具的外形面积，外形面积太小可能损坏硫化机的平板，根据平板材料特性和结构特点要求模具最小外形面积： 圈模＞∮110毫米 图1—4承压面积示意图 四、模具壁厚的计算： 在计算模具壁厚时，若园形模具不是穿孔的（图1-5），我们把它看成一个厚壁的高压容器，则不能按薄壁容器的计算方法较准确地计算出来，否则，误差太大。一般K=R／r＞1.1时就称之为厚壁容器，K＜1.1时（R—模型外半径）为薄壁容器 1、 园模计算公式 （1） 不穿透的园模计算公式： 图1—5不穿透的园模 式中：--模具壁厚 厘米 --材料的许用压力（公斤/厘米2） --模腔内压（公斤/厘米2） --模具内半径（厘米） （2） 中心穿透的模具计算公式： 可用下式验算： 式中：--模具承受的最大应力，公斤/厘米2 --模的外径 厘米 其它符号与公式（1-4相同） 2、 矩形模具的计算 按图1-6，矩形模具主要检验A-A；B-B断面的弯曲变形： 式中：--短边总压力 公斤 --胶层厚度 厘米 --PO左L2 --弯曲力矩 M=P1L1/12，公斤/厘米 --长边总压力 P1=P0L1B 公斤 --抗弯断面系数 厘米3 --模型的断面积 厘米2 在模具设计中，P0（模腔内压）的造取是很重要的，对于一般模具，胶料在型腔中的内压决定于平板硫化机的总压力，面对于一些特殊模具，如压铸模、注压模，胶料经狭窄的小口进入模腔，胶料的胀力很大时，不能使上模产生足够的反作用力，使上模和平板产生一定量的位移时，此时主要考虑胶料的胀力，胶料的胀力最大时可达800—1200公斤/CM2，此时超过材料的许用应力，模具就不能在这种条件下使用，尽管模壁加厚，按式（1-4）及式（1-5）分析是无效的，只有采用亲的强度更高的材料，在胶料胀力不是很大时，在材料许用的范围内时，模具的壁厚直接与模具内r有关，当需要制造大直径的产品时，模壁就要求很厚，这样模具就很笨重，为了减轻重量，可从模具的结构改进达到这一要求 （1）上、下模反包中模 （图1-7a） （2）上、下模交注中模 （图1-7b） （3）矩形胶板模具，可以是中模模框上、下设几处销钉 图1-7 合模时插入上、下模板，增强模框的抗弯曲变形能力。 六、模具总高度和模板厚度的确定 规定模具总高度的等级，便于在同一平板上，同时放几付模具，提高生产效率，在确定模具衷情高度时，应注意模具的外形尺寸与高度之比要小于2：1，否则传热不均，模具总高度有下列等级： 20-0.10 25-0.10 30-0.10 35-0.10 40-0.10 50-0.20 60-0.20 70-0.20 80-0.20 90-0.20 100-0.20 模具厚度参考下列数据确定： 1、 模具外形尺寸小于150*150毫米2或？150时，简单模腔不得小于6毫米，复杂模腔不得小于8毫米。 2、 模具的外形尺寸在150*150---300*300毫米2时，或（？150—300）时，简单模腔不得小于12毫米，复杂模腔不得小于15毫米。 六、模具成型件之间的定位： 何氏密封条有限公司荣誉出品！（一）园柱定位：如图1—8a，园柱有5—8毫米的死合面高度，其它为5—10度的倾斜面，死合面高度太大，启模困难。太小，影响定位的可靠性。 （二）锥面定位：如图1—8b，要求锥面配合接触面积不低于20—90% （三）销钉定位：如图1—8C1，H1=HS，H2=4—6，H=1*45度，H4=1，C=15—20ɑ度，而图1—8C2为有套筒的与销钉的动配合，磨损后将套筒模操，可提高模具的使用寿命。 定位配合，凡轴与孔的配合当直径？3-10毫米时，静配合为D3/jc3，大于10毫米时，静配合为D3/jc3；动配合时，要求高的为D/dc；一般为D3/dc3，要求不高的为D4/dc4 （四）定位注意事项： 1、模板转向或翻身不致损坏柳模具，或造成不合格产品，这样需保证正反都有同样的尺寸和精度（如图1—9a）；中模可以转向或翻身，若不能满足上述要求时，要以正、反都有明显的尺寸差别，使用销钉定位时，可采用几个明显尺寸差别的销钉，也不容易搞错而损坏模具，或造成不合格品，V制造部也曾在硫化产品时，由于销钉无明显尺寸差别，把模板有时放反，造成压坏模具。 2、模具定位要考虑到装胶后，上、中模不易吻合，要有足够的导向长度，填胶量多，或断面复杂的模腔更应注意，否则轴与孔脱节，无法导向容易压坏模具。（图1—9a） 3、带有嵌件的制品，还需考虑嵌件的定位，如图1—10a中，嵌件用芯轴定们，油封金属骨架的定位如图1—10b、c、d，b为中模径向定位，c、d分别为下模的突台和定位销定位，在突台上车有径向沟级，或钻孔使胶料能流过，而定位销是另外插几个销子，与突台定位款式，在销子之间胶料可以流过。 （图1—10a 标准轴套模） （图1—10b 骨架由中模径向定位） （图1—10c 骨架由下模突台定位） 七、模具分型面的设置 为了取出产品容易，便于模具加工，所以模具都是由两个或两个以上的部件组成，这些部件的相互配合，这些部件的相互配合面称为分型面。分型面的选取应根据以下几点考虑： （一） 分型面应尽可能避开工作面，如图1—11a分型面在工作面上，且不易取出产品，如图1-11b分型面不在工作面上，且取出产品容易，“O”形圈模具采用180度和45度分型都是为了避免工作面，如前面的图1—8就是180度分型，45度分型如图1—11C，但45度分型的模具加工难度大，成本高，目前国内外修边技术的发展，动态密封的“O”型圈也采用180度分型。采用液氮冷冻修边，表面抛光等技术，可以把毛边清除干净，表面加工光洁。 （二） 分型面应考虑保证断面的精度 对于同心度，厚度，等尺寸精度要求高的部分，应设在同一层模板上，如图1—13a同心度较差，而上模同心度较好。（图1—13a、b）（图1—13c、d）在图1—13C中同心度较差，而d模同心度较好。 （三） 分型面的设计，应考虑模具加工方便，取产品容易，胶边应尽量落在断面的边角处，修边容易，如图1—14a（结构简单，加工方便，但只适合于产品断面宽大于厚度的二倍，而宽度又要求在4毫米以上，厚度要在6毫米以下，否则填胶与启模取产品都很困难。）图1—14C填胶取产品都较容易，但结构复杂，b模填胶比困难，特别是制品断面宽度小时更突出，图1—14d采用两半的内套，中模将内套箍紧，这样便于取出产品，a、b、c结构的模具都不便于硫化来层制品，织物很容易在上下模板的分型面处压坏，而且产品不够密实，带有强物夹层的制品，运用于图14E结构的模具，填胶取产品都容易，且压制产品密实。 （四） 设置分型面时，应注意避免锐角，分型面尽可能采用平面，锥面如衅1-15a中，下模的分型面落在产品底部，取产品容易，又无锐角，而图1-15b中，中下模分型面在产品的侧部， 而且下模构成锐角模具很容易损坏，启模时产品落在下模难以取出（图1-14d图1-14E，图1-15a图1-15b） 八、余胶槽（流胶槽）的设置：为了充满模腔，半成品胶的体积，总是要比模腔的体积（成品的体积）要大一些，多余的胶除少部份形成肢边外，大部份流入余胶槽，余胶槽的形式如图1-16a、b、c。最常见的半圆形（图1-16a）。余胶量较多的大型模具，一般多采用梯形断面的余胶槽（图1-16c）除a、c两种形式外也有采用三角形断面的余胶槽，如图1-16b，余胶槽有布置，通常距产品边缘较近（3-15毫米）多槽模余胶槽的布置要视产品的大小和胶料的流动性质而定，一般小规模产品且胶料流动性好、余胶槽可距产品较无的地方集中布置，使模具加工方便（如图1-16d）较大规模的产品且胶料流动性差，余胶槽要围绕产品边缘较近的地方布置（如图1—16E）图1—16余胶槽的形式与布置 九、启模口的设置：启模口（或撬口）的形式、规格与模具的规格、结构及启模力的大小有关，一般的中、小模具的启模口形式、规格如图1—17d。启模口深度为4毫米、宽度为15毫米，沿周边的长度、视模具的具体情况而定。如图1—16E启模口沿周向分布，这样可以减小承压面积，模型重量，使加工方便，若无定位销定位，是中心圆柱定位，则可以沿整个周边车成4毫米的阶梯。矩形模具，一般斜对角设两处启模口即可，启模口不定有侧角（如图1—17a）启模更加困难，也不能将启模口深度车的太大（如图1—17c）启模时难以受力。夫定一定规格的启模口，或使用专用的启模口，或利用螺钉的旋力来启模。 图1—17 a、b、c、d |
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