氟塑料衬里阀门模压模具的设计.docx

文章编号: 1002-5855( 2013) 02-0019-05氟塑料衬里阀门模压模具的设计胡远银1 ，胡思文2 ，金力强1( 1 上海耐腐阀门集团有限公司，上海 201611; 2 华中科技大学武昌分校，湖北 武汉 430064)摘要 介绍了氟塑料衬里阀门模压模具的结构特点、材料要求及需要注意的问题。在模具设计中，运用了并行工程，效果明显。关键词 氟塑料衬里; 阀门; 模具; 设计中图分类号: TH134文献标志码: AThe Mold Design about Fluoroplastic Lined ValveHU Yuan-yin1 ，HU Si-w en2 ，JIN Li-qiang1( 1 Shanghai Anticorrosive Valve M anufacturing Group Co ，Ltd，Shanghai 201611，China;2 Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch，Wuhan 430064，China )Abstract: This paper discusses the mold design about fluoroplastic lined valve and its structural featuresas w ell as some problems In addition，concurrentdesign is implemented in the mold design and the re- sult is distinctKey words: fluoroplastic lining ; valve; model; design概述氟塑料衬里阀门是将一定数量的氟塑料釆用特 殊方法衬于金属表面上( 或包覆在金属零件表面) ， 形成一定厚度的膜，隔绝腐蚀性介质与金属表面接 触，从而保证金属表面不被腐蚀，达到延长金属阀门 使用寿命的目的。氟塑料衬里阀门质量与产品结 构、氟塑料品质和衬里工艺等条件相关，还与模压模 具结构和制作精度相关。在模具设计过程中引入并 行工程，对于提高氟塑料衬里阀门设计结构的合理 性，满足氟塑料衬里的工艺性要求，缩短产品开发周 期，降低生产成本，效果非常明显。本文对氟塑料衬 里阀门模压模具的设计进行了探讨。2 产品结构国内的氟塑料衬里阀门主要采用模压法成型。 目前，氟塑料衬里阀门主要有闸阀、截止阀、止回阀、 球阀、蝶阀、旋塞阀和隔膜阀等多个品种。所用的氟 塑料主要有 PVDF、FEP ( F46 ) 、ETFE、PFA 、M FA 、 PCTFE 和 ECTFE 等数种，这几种树脂在塑化温度 下均有一定的流动性，因此，这几种氟塑料均可用模 压法成型，其工艺除温度有差别外，其余基本相同。壳体氟塑料衬里阀门在设计制造过程中，既要考虑 产品设计的先进性，结构的合理性，还要考虙制造工 艺可行性，模具制造的简易性，使用的可操作性。例 如，普通截止阀( 图 1 ) 与隔膜阀( 图 2 ) 流道弯曲并 呈椭圆形，这种结构难以脱模，衬里工艺性不好。故 必须将产品图流道改直( 图 3、图 4 ) ，不仅脱模容 易，便于模具制作，也符合衬里工艺要求。12 1图 1 截止阀作者简介: 胡远银( 1947 ) ，男，湖北武汉市人，高级工程师，长期从事阀门设计和防腐蚀技术工作。阀门202013 年第 2 期( a) 分体式 ( b) 连体式图 5 球体与阀杆连接图 2 隔膜阀( a) 分体式 ( b) 连体式图 6 蝶板与阀轴连接图 3 氟塑料衬里截止阀图 4 氟塑料衬里隔膜阀阀杆与关闭件球阀的球体与阀杆( 图 5 ) 、蝶阀的蝶板与阀杆2 2( a) 分体式 ( b) 连体式图 7 闸板与阀杆连接( 图 6) 、闸阀的闸板与阀杆( 图 7 ) 和截止阀的阀瓣与阀杆( 图 8) 按常规阀门设计时是分开的，如果氟 塑料衬里阀门的阀杆与关闭件采用这样的连接方 式，其对氟塑料衬里工艺性没有影响，但使用效果上 有问题。阀杆头部连接部位在反复交变受力过程 中，容易损坏衬里层，钢质骨架会受到腐蚀性介质的 腐蚀而失效，导致阀门使用寿命缩短。所以，衬氟阀 杆与关闭件通常设计成连体式。模具设计模具的强度与刚性阀体和阀盖在氟塑料衬里压制过程中要承受33 11 5 7M Pa 的压力。故阀体和阀盖等壳体零件应采用铸钢或球墨铸铁制造，并要有合适的壳体壁厚， 以保证有足够的强度承受压制压力。氟塑料衬里阀 门设计压力一般约 1 6M Pa，但模压过程中，将氟塑阀门212013 年第 2 期料压入或注射至体腔内需要数倍于设计的公称压力，即衬里过程时的压力超过了阀门设计的公称压 力。所以，模具设计时要充分注意这一点。模具的 设计强度至少应等于阀体的设计强度，一般情况应 是阀体强度的二倍。图 9 常规闸阀( a) 分体式 ( b) 连体式图 8 阀瓣与阀杆连接3 2 模具结构氟塑料衬里阀门的基本形状一般由产品开发人 员根据产品的功能要求和外观要求进行设计。在进 行模具设计时，为了保证产品衬氟成型工艺的可行 性和成型后的质量，模具设计人员在充分考虑到加 工、衬里、装配、检验和维修等因素后，要对产品结构 做必要的修改或增加某些工艺辅助特征。因此，产 品设计师与工艺师及模具制作技工要密切配合，运 用并行设计工程技术，完成好氟塑料衬里阀门模具 设计制造工作。( 1) 阀体模压模具以闸阀( 图 9) 为例。常规设计时阀体从中法兰 面至阀体底部高度没有限制。但衬氟闸阀( 图 10 ) 要求不同，阀体中法兰至阀体底部高度太深会增加 模具衬里难度，特别是大尺寸闸阀，膜压困难，拨模 不易，容易出现废品。因此应根据生产设备，合理地 确定相应尺寸，修改产品设计图，将产品图设计与模 具设计并行。闸阀阀体衬里模具( 图 11 ) 设计与产 品设计并行，使衬氟闸阀阀体的内部设计简单，无复 杂的结构形状，便于模具制作，模具定位准确，牢固， 使衬里的工艺性得到改善，保证产品质量。模具设 计时，尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段，使设 计的产品便于制造，易于维修，为产品质量的“零缺 陷”提供保证，使得制造出来的衬氟阀门质量好，成图 10 氟塑料衬里闸阀1 阀体2 下模 3 中腔模具 4 上压头图 11 闸阀阀体衬里模具5 料筒( 2) 闸板模压模具闸板衬里模具( 图 12 ) 设计采用与闸板结构设 计并行的方法。经分析，将原设计的锥面中板改为本低，周期短。阀门 22 2013 年第 2 期平面( 图 13) ，闸板密封面按原设计不变，闸板的强度经验算符合设计标准。这样设计经济合理，特别 是大尺寸闸阀，闸板质量平均减少 20% ，衬里的工 艺性得到改善，便于机加工与模压成型，便于模具制 作，模具定位准确，牢固，克服了因斜面滑动，定位不 准，容易造成衬里层厚薄不均的缺陷。为了保证衬 里层紧贴闸板钢体，不脱壳，在闸板上均布直径 10mm 工艺通孔，使氟塑料像铆钉一样将衬里层铆 接在闸板钢体上。经使用证明，效果良好，不仅保证 了产品质量，也符合节能降耗原则。mm 。( 2) 为准确控制氟塑料塑化温度，除烧结炉温 度计，还必须在模具里面插上温度计，每一模具上面 都应设计有温度计插口( 采用远红外线测温计观测 除外) ，压制冷却时，水也从此口通入，这样测得的 温度基本上接近物料温度。( 3) 在模具上开设排气 孔，孔径一般不超过 3mm ，用于排气和观察氟塑料的塑化状况，防止衬 里层产生气泡与气孔。( 4) 模具在滿足氟塑料衬里所要求的强度下， 模具壁厚与料筒壁厚尽量减簿，或做成空心的，这样 便于水冷，易于撑控氟塑料塑化与交联的模压工况。( 5) 为了便于管理，防止错乱，应在模具设计图 醒目的位置上标识模具代号及适用的产品零件代 号，并将代号刻印在模具相应的位置上。5模具材料氟塑料烘烧熔融时温度约 340 ，模具材质选用 12CrM o 或 38CrM oAlA 等合金钢，或 45 号钢表面镀铬，以防生锈并增加表面光滑性和硬度。但镀 铬层在使用过程中容易损坏，常需重新电镀。比较 方便的办法是用不锈钢制作。铜在高温下促使 F4 分解，所 以 不 宜 采 用，铝太软也不宜选 用。 由 于 PFA 的熔融黏度比 FEP ( F46 ) 大，为了防止高温氧 化及遇水生锈，模具需要有良好的耐腐蚀性。因此， 模具最好釆用不锈钢制作。1、2 定位螺钉 3 上压头 4 上模5 套管 6 下模 7 闸板图 12 闸阀闸板衬里模具模具的使用与保养模具在使用装配时，其表面要用丙酮或乙醇 ( 无水) 擦去污物。干后再均匀地抹上一薄层耐热 硅油或硅脂脱模剂。使用时用甲苯稀释，配成 10% 的有机硅溶液。也可将上了脱模剂的模具在 290 300 下烘烤 2 3h。脱模剂可在模具表面形成一 层薄而牢的涂膜，可使模具连续使用数次。无论截止阀或隔膜阀，阀体模具装配时，两侧流 道模具的角度应调整好，才能保证各部位衬里厚度 的均匀，同时也可避免上模芯下压时与流道模具相 碰的危险。为了可靠，待料筒和流道模具装好后，需 将上模芯放入料筒进行试验，如果模芯下不去，说明 模具装的不正确，应松动螺栓，加以调整，直至模芯 顺利下到底。其次法兰螺栓要上匀上紧，以免压制 时漏料。脱模时，工件要摆放平稳，操作要缓慢细心，不 能太快太猛，避免弄坏模具或衬氟工件。湿气留存在模腔内或只在模具的内表面，成型6( a) 修改前图 13( b) 修改后闸板4 模具制作模具制作时应注意下面几个问题。( 1) 模具应制造简单，装卸方便，成本低廉。模 具要有定位基准，保证衬里层均勻，不发生偏移，符 合产品图规定的厚度。模压时，溶融氟料在模具内 流动顺畅，要求模具表面光滑平整，表面粗糙度为Ra1 6m ，所有转角处呈圆弧过渡，圆弧半径 R 2阀门23 2013 年第 2 期构的合理性和工艺性，缩短产品开发周期，降低生产成本，从而提高企业的竞争力。时会变为蒸汽而产生气泡。模具使用后要清理干净，进行干燥处理，并储存在干燥的区域或模架上。 长期不用的模具，应擦拭干净，涂油封存，按编号摆 放在专用的模架上。参 考 文 献1 黄锐 塑料工程手册M 北京: 机械工业出版社，20002 胡远银 衬氟塑料阀门设计若干问题的探讨J 阀门，2007( 1) 3 胡远银 聚全氟乙丙烯塑料性能与衬里工艺J 阀门，2009( 4) 4 钱知勉，包永忠 氟树脂加工与应用M 北京: 化学工业出版 社，2010( 收稿日期: 2012 07 12)7结语氟塑料衬里阀门模具设计时，为了保证产品衬氟成型工艺的可行性和成型后的质量，产品设计与模具设计密切结合，运用并行工程技术完成氟塑料 衬里阀门模具设计工作。在模具设计过程中引入并 行工程技术，是模具设计自身发展的需要，也是市场 竞争和技术进步的要求。它有利于提高产品设计结檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧( 上接第 6 页)檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧( 上接第 7 页)3 工作原理水泵开启后，介质将阀瓣推起，实现介质的 正流输送。同时，介质由进口管道的引流孔通 过缓闭系统的过滤器和球阀进入缓冲缸将活塞 杆顶出。当停泵后，受远端管道中介质反向压 力的影响会形成回流的水锤波。此时由于阀瓣 失去了介质的推力而迅速关闭。当阀瓣旋转到 接近完全关闭位置时，活塞杆将顶住阀瓣使其 缓慢关闭，实现自动消除因停泵产生的破坏性 水锤和阀瓣关闭的撞击声，确保管道系统的安 全运行。阻尼系统的球阀可以调节回路的阻尼 速度，还可以控制阀瓣的缓闭时间，以适应不同 压力和通径管道的需要。( 11)FDF = 2BN M DP p式中 FDF 垫片上密封力，N BN 垫片有效宽度( 查表) ，mm M DP 垫片系数( 查表得出)FDT 垫片上弹性力( FDT = 0. 2FM J ) ，N螺栓拉应力 L 为( 12)L = FLZ / ZA L式中 Z螺栓数量A L 单个螺栓有效截面积，mm2螺栓拉应力 L 满足 L L为合格。L为螺栓许用拉应力。左阀体与右阀体连 接螺栓和右阀体与阀盖连接螺栓应满足 ASM E B16. 34 2009 中的相关要求。4 结语直流式截止阀以其流道通畅、不易沉积物 料等结构上的优点，在煤化工和电解铝行业中 得到广泛的应用。分体直流式截止阀还能广泛 用于矿冶、造纸和化工等行业类似的工况中。 正确的阀门结构设计，合理的阀门部件计算，才 能保证阀门对特定工况的适应性。结语由于止回阀缓闭装置直接利用管道中的介 质压力实现缓闭动作，无需另外增加封闭的油 路系统，因而结构简化，动作灵敏，实现阀瓣先 快闭后缓闭，防止破坏性水锤的产生。另外活 塞杆和压缩弹簧( 均采用 304 ) 、活塞套和密封 环不受介质腐蚀，不会产生卡阻现象，可确保缓 闭动作的实现和管道系统的安全运行。4参 考 文 献1 杨源泉 阀门设计手册M 北京: 机械工业出版社，19922 陆培文 实用阀门设计手册M 北京: 机械工业出版 社，20023 ASM E B16