橡胶模具教案.pdf

橡胶模具设计与制造 绪论 一 模具分类 按制品成型的方法和模具结构的不同可将模具分为两大类 贯通式模具 如 冲裁模 拉拔模 挤压模 粉末冶金压模等 型腔式模具 如 压弯模 压铸模 锻模 塑料注射模 橡胶模等 下面介绍一下这几种模具 冲压模具 将金属板材成形为制品的模具 成型方法 冲裁模 弯曲模 拉伸模 压缩模 塑料模具 将各种塑料成形为制品的模具 成型方法 压制成型模 注射成型模 挤出成型模 吹塑成型模 真空成型模 压铸模具 将液态金属在压力状态下成形为制品的金属模具 成型方法 压力铸造成型 低熔点合金 锌合金 铝 锡 铅等 锻造模具 将金属棒材或块材在加压状态下成形为制品的模具 成型方法 模锻成型 橡胶模具 将橡胶成形为制品的模具 压力成形 注射成形 粉末冶金模具 将金属粉末成形为制品的模具 压力成型 拉丝模具 将金属材料拉伸成为各种金属丝的模具 无机材料成形模具 将玻璃 陶瓷等无机非金属材料成形为制品的模具 玻璃 模 陶瓷模 铸造模 砂型模 石蜡模 金属型铸模等 橡胶模具的概念 是指利用特定形状的型腔 成形具有一定形状和尺寸精度橡胶 制品的工具 模具成型方法的优点 模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺 可提高生产效 率 保证零件质量 节约材料 降低生产成本 因而 德国把模具称为 金属加 工中的帝王 把模具视为 关键工业 美国把模具称为 美国工业的基石 日本把模具说成是 促进社会富裕繁荣的 动力 二 橡胶模具发展动态 1 国内现状 我国橡胶模具的设计与加工都落后于其它模具行业 不能适应橡胶制品的生 产与发展 主要原因如下 1 长期以来 国内多数相距企业和科研部门采用用户提供的模具来加工 橡胶制品 并且多数用户单位通常不十分精通橡胶模具设计和模具使 用情况 因而模具质量低劣 一模一腔模具 普遍存在 造成产品质 量不稳定 质量降低 2 橡胶生产企业及科研单位大都侧重于橡胶物理性能 新产品试制工 作 而不太重视模具结构的开发和研究 同时缺乏橡胶模具研究人员 和加工手段 通常依靠外加工 3 发展不平衡 长期以来 模具设计加工与使用不统一 使模具结构五花八门 标准 1 化较差 严重影响模具的通用性 降低了生产效率 2 国外现状 国外橡胶公司所属制品厂 都十分重视橡胶模具研究 均自行设计和制造部 分或大部分模具 包括骨架 弹簧等配件 大大提高了生产效率 随着橡胶制品品种的不断创新及产量的飞跃发展 对橡胶模具提出了越 来越高的要求 促使橡胶模具生产不断向前发展 橡胶模具设计和制造由经验设计阶段逐步向理论设计阶段发展 尤其向 高效率 自动化 标准化 精密 高寿命方向发展 对制品成型过程中各个 环节 进行定量分析和数值模拟 优化成型工艺 确定最佳模具设计参数 近年来 国内外橡胶模具的发展特点 专业化 系列化 标准化程度提高 重视薄飞边或无飞边 新型和特殊模具结构的研究 机械化 自动化程度高 如模具与主机配合使用 自动推出 顶出机 构或采用压缩空气从模腔中吹出零件 操作方便 迅速 重视研究 试验 技术改造工作 当今标准化的应用加快了橡胶 塑料模具生产的速度 而计算机辅助设计 与辅助制造系统 即 CAD CAM 系统 在国外橡塑工业中的应用更是模具生产中 的一项革命性措施 也是模具发展的一个重要里程碑 它的出现从根本上改变 了模具生产的面貌 其技术的经济效益是十分巨大的 不仅使模具的 当今标准化的应用加快了橡胶 塑料模具生产的速度 而计算机辅助设计 与辅助制造系统 即 CAD CAM 系统 在国外橡塑工业中的应用更是模具生产中 的一项革命性措施 也是模具发展的一个重要里程碑 它的出现从根本上改变 了模具生产的面貌 其技术的经济效益是十分巨大的 不仅使模具的生产效率 提高几倍甚至几十倍 生产效率 提高几倍甚至几十倍 更重要的是可以保证模具质量水平的提高 更重要的是可以保证模具质量水平的提高 CAD 是在人的参与下 以计算机为中心的一整套系统对产品自动进行最优 化设计 其中包括资料检索 计算 确定形状 自动制图和输出数控加工程序 CAD 是在人的参与下 以计算机为中心的一整套系统对产品自动进行最优 化设计 其中包括资料检索 计算 确定形状 自动制图和输出数控加工程序 CAM 也是在人的参与下 用计算机对产品的制造进行监督 控制和管理 CAM 也是在人的参与下 用计算机对产品的制造进行监督 控制和管理 CAM 的 输入信息直接来自 CAD 的输出信息 二者紧密配合 CAM 的 输入信息直接来自 CAD 的输出信息 二者紧密配合 总的来说 CAD CAM 就是计 算机控制的自动化信息流从产品的最初构思 设计直至最终制造 装配 检验 管理进行控制的集成系统 总的来说 CAD CAM 就是计 算机控制的自动化信息流从产品的最初构思 设计直至最终制造 装配 检验 管理进行控制的集成系统 据美国数控协会声称其 Compu Tool 从设计到加工完毕所需的时间据美国数控协会声称其 Compu Tool 从设计到加工完毕所需的时间减少 90 减少 90 可见其明显的经济效益 但由于投资巨大 目前国外大公司在产品开发 时 已大多采用 CAD CAM 技术 目前 我国也开展了这方面的研究和应用工作 非线性有限元数值模拟技术在模具开发设计广泛应用 对传统的模具开发 过程的变革产生了深远的影响 美国的模具行业采用了数值模拟技术 模具开 发的周期平均 可见其明显的经济效益 但由于投资巨大 目前国外大公司在产品开发 时 已大多采用 CAD CAM 技术 目前 我国也开展了这方面的研究和应用工作 非线性有限元数值模拟技术在模具开发设计广泛应用 对传统的模具开发 过程的变革产生了深远的影响 美国的模具行业采用了数值模拟技术 模具开 发的周期平均缩短了 30 40 缩短了 30 40 开发成本平均 开发成本平均降低了 30 40 降低了 30 40 目前美国的三大汽 车公司已经将数值模拟技术作为模具开发过程中不可缺少的环节 除简易模具外 一般模具的制造费用是十分昂贵的 一副优良的注射模具 可生产制品 目前美国的三大汽 车公司已经将数值模拟技术作为模具开发过程中不可缺少的环节 除简易模具外 一般模具的制造费用是十分昂贵的 一副优良的注射模具 可生产制品百万件百万件以上 压制模具约能生产以上 压制模具约能生产 25 万件25 万件 第一章 橡胶模具设计概述 一 橡胶的特性及用途 橡胶工业在国民经济中占有及其重要的地位 发挥着十分重要的作用 在工 程应用中 材料大致可分为两大类 一类是结构材料 主要用其强度 弹性等力 学性能 另一类是功能材料 主要用其声 光 电 磁等功能 橡胶既是重要 的结构材料 又具有一定的功能 因而是一种非常重要的工程材料 橡胶具有独特的高弹性 优异的抗疲劳强度 极好的电绝缘性能 良好的耐 2 磨耗性和耐热性 还有良好的防振性 不透水性 不透气性和化学稳定性等 因 而应用范围十分广泛 二 橡胶的形态与分类 一般橡胶原材料的形态 无论 NR 还是 SR 都呈板块状软固体形态 橡胶的种类 按按按按来来来来源源源源分分分分 按按按按用用用用途途途途分分分分 按按按按物物物物理理理理状状状状态态态态分分分分 按按按按形形形形态态态态分分分分 N N N NR R R R S S S SR R R R 通通通通用用用用橡橡橡橡胶胶胶胶 橡胶的分类 特特特特种种种种橡橡橡橡胶胶胶胶 专专专专用用用用橡橡橡橡胶胶胶胶 生生生生橡橡橡橡胶胶胶胶 熟熟熟熟橡橡橡橡胶胶胶胶 硬硬硬硬橡橡橡橡胶胶胶胶 混混混混炼炼炼炼胶胶胶胶 再再再再生生生生胶胶胶胶 板板板板块块块块固固固固态态态态橡橡橡橡胶胶胶胶 粉粉粉粉末末末末橡橡橡橡胶胶胶胶 液液液液体体体体橡橡橡橡胶胶胶胶 热热热热塑塑塑塑性性性性橡橡橡橡胶胶胶胶 3 三 常用橡胶的性能与用途 橡胶种类 主要性能 缺点 用途 天然橡胶 NR 有很好的耐磨性 弹 性和力学性能 滞后 损失小 在空气中易老化 遇 热变粘 易溶于汽油 和某些非极性溶剂 耐油性差 用于生产轮胎 胶管 带 胶鞋 日用 品 体育用品等 丁腈橡胶 NBR 国产 NBR 中含丙烯 腈的质量分数在 18 48 分三级 丁腈 40 丁腈 30 丁 腈 20 极性很强 有良好的 耐油和耐非极性溶 剂 丙烯腈含量越高 耐油 耐热性能越好 但耐低温性差 耐低温性和耐臭氧 差 用于制造各种耐油 制品 丁腈 40 用于 直接与油类接触及 耐油性能要求较高 的制品 油封 丁 腈 30 用于普通耐油 制品 油箱 印刷胶 辊 耐油胶管 丁腈 20 用于耐油性较低 的制品 丁基橡胶 IIR 气密性优良 是所有 橡胶中最好的 化学 稳定性好 耐热 耐 臭氧不易老化 耐强 酸 碱腐蚀 加工温度要求高 硫 化速度慢 粘着性和 耐油性差 永久变形 大 滞后损失大 弹 性小 用于生产内胎 硫化 胶囊 电缆 化工容 器衬里 耐热 耐水 的密封垫片等 丙烯酸酯橡胶 ACM 机械强度高 耐热性 能 耐高温性能 耐 候老化性能及耐臭氧 老化性能 气密性能 等都很良好 尤其是其耐热油性能 特别突出 耐水性能和 耐水蒸气性能差 电 绝缘性能低 耐寒性 能不佳 耐热耐油的制品零 件 如各种发动机中 的耐热元器件 高温 油的密封件等 使用温度范围是 10 180 聚氨酯 PU 具有优良的耐磨性 强力和弹性 并具有 良好的耐油 耐低温 及耐臭氧老化性 易水解 耐水性 耐 热性差 生热大 用于生产各种密封 件 油封 胶辊 胶带 胶鞋 实心轮 胎 硅橡胶 Q 具有耐热 耐寒 耐 臭氧 耐大气老化及 良好的电绝缘性 并 且无任何毒性 扯断强度 扯断伸长 率小 压缩变形大 不耐强酸 强碱 但 价格昂贵 耐高 低温橡胶制品 如垫圈 衬垫 密封 件 耐高温电缆 也 可用于食品 医疗行 业的制品 氟橡胶 FPM 具有良好的耐高温 耐油 耐强酸和强氧 化剂 耐各种溶剂 并具有良好的物理机 械性能 自粘性差 加工工艺 性不好 耐寒性差 用于石油 化工 航 天 火箭 导弹等领 域 最初是作为喷气 式飞机所用的耐高 温橡胶而研制的 使 用温度 30 250 4 四 橡胶模制品 通常是指胶料在其模具型腔中成型并硫化所得到的制品 橡胶模制品是橡胶制品中品种最多 应用最广的一类特殊制品 其特点是 制造容易 外形准确 尺寸精度高 表面光洁 质地致密 工艺简单 易于机械化和半自动化生产 生产效率高 成本低 在橡胶模制品零件的生产中 最广泛的生产工艺是模压成型方法和注射成型 方法 模压成型法 是将胶料或预成型半成品直接装入模具型腔 然后上机进行压制 同时加热硫化 从而得到制品零件的工艺方法 生产流程 胶料 剪切称量或其它预成型 装入模具型腔 加压 硫化 启模取 件 修除飞边 成品质量检查 注射成型法 是将胶料通过橡胶注射机直接注入模具型腔而硫化 从而得到制品 零件的工艺方法 生产流程 胶料预热塑化 注射入模 硫化 启模取件 修除飞边 成品质量检 查 五 橡胶模具的分类 1 橡胶模具的用途与结构 用途 用于成型橡胶制品的工具 结构 由成型件和结构件组成 成型件是指与胶料直接接触成型的零件 如上下模 中模 型芯 镶块等 结构件是指成型件以外用于组合模具 实现相互配合或自动开启 闭合所需的各 种零件 如 定位销 导向柱 顶出装置等 在模具中起安装 定位 导向 装配等 作用的零件 2 橡胶模具的分类 主要由压模 压铸模 注射模和压出成型模具四种 1 压模 压制成型模具 是指将一定形状的胶料 经称量加入敞开的型腔内 用压机闭模加压 然后胶料 在受热受压条件下呈现塑性流动充满整个模腔 经过一定时间后完成硫化 再脱 模和清除飞边得到所需制品的方法 特点 结构简单 通用性强 适用面广 操作方便 如 平板硫化机上用的模具 该类模具在生产中占较大的比例 2 压铸模 是指将塑炼过的胶料装入模具专用或通用外加料室中 通过规定的液压机压力 再将胶料由模具的浇注系统挤入预先闭合好的模具型腔内 保持规定的硫化温度 及时间以成型制品的方法 特点 型腔先闭合 再注入胶料 胶边少 制品致密性好 质量高 但压铸模造 价稍高 操作劳动强度大 适用于一些形状较复杂 细长 薄壁 多嵌件 以及直接装胶有困难的制品 3 注射模 是指注射机上 注压机 专用的模具 利用注射机的压力 将胶料直接由机筒注入模腔 完成成型并进行硫化的生产方 法 特点 先闭模 再注胶 胶边少 质量高 且生产和自动化程度高 但造价高 结构上比压铸模复杂 5 适于大型成批生产的厚 薄壁以及几何形状复杂的制品 4 压出成型模具 挤出口型模 通过螺杆的旋转 使胶料在螺杆和机筒之间受到强大的挤压力并不断向前移送 通过机头上的口型模而挤出各种截面形状的橡胶半成品 特点 成本低 效率高 制品致密性好 六 橡胶制品成型及其加工方法 按工艺过程和使用设备的差异 可分为两大类 模压法 平板硫化机 和注射法 注射机 生产工艺 见前述 生产所需设备及工艺条件 模压法常采用单层或多层平板硫化机 硫化时 常采用 0 4 0 5Mpa 蒸汽压力 硫化温度为 143 151 2 平板硫化机的工作压力控制在 12 15Mpa 一 般橡胶模压制品硫化时 需要的单位压力为 25 35kgf cm2 注射法采用立试或卧式螺杆 柱塞 式注射机 注射机工作压力为 100 140Mpa 硫化温度为 140 185 硫化时间短多为 1 5min 橡胶制品的半成品形状与成形 半成品胶料经过炼胶机加工 胶料被压成一定厚度和宽度的胶片 然后采用各种 不同的方法 按模具结构 型腔大小 预制一个形状类似的半成品胶料 具体方法有 人工剪切成形 切胶机切条 挤出机挤出预成形或采用精密预成形 机 称量 加入型腔中的半成品胶料重量应为制品重量加上 5 10 的飞边流失 半成品重量不宜过多 否则会使硫化时形成大量的外溢飞边 造成胶料浪费 外 观质量差 启模困难 半成品胶料也不宜过少 否则会使制品缺胶而有缺陷 微孔而报废 橡胶模制品成型过程 首先 对新模具按产品图样要求试压 1 2 模 并检查模具结构 操作性能 按产 品图纸核对试压样品的外形尺寸 核样 合格后投入正常生产 压制成型过程的步骤 1 将模具置于平板硫化机中 预热 10 20min 至硫化温度 2 将预热后的模具从平板硫化机中拉出 手工 或推出 机械 到工作台上 打开模板 把已称量过的胶料填入模腔中 而后将模板闭合 置于平板硫化 机中 3 启泵 将平板硫化机的平板升起 在高压下锁紧模具 进行硫化 一般启泵时 先用低压泵 10Mpa 阀门将平板快速升起 当升至上下平板接 触模具中凸起的半成品胶料时 速度放慢并将胶料缓慢压入型腔 在这一过程中 对准上下模定位导下销 型芯 镶块 使其正确无误合模 而后关闭低压泵 开 启高压泵 将模具紧紧锁住 4 在规定的压力 温度下 在规定的硫化时间内 使制品达到正硫化点 降泵 放下锁紧的平板 将模具从平板硫化机中拉出 置于工作台上 5 用专用工具或脱模机构顶出或手工撬开模具 并趁模具温度较高时 尽快取 出橡胶制品 防止模具冷却而使制品受冷收缩 影响制品取出和下一模硫化 时间 七 橡胶制品的工艺性 6 1 橡胶制品的形状力求简单 为了减少制品的内应力和收缩变形 橡胶制品的壁 厚应尽量设计成等厚或厚度相差不大 不同厚度的变化应缓和过渡 2 为避免制品在受负荷后产生应力集中 以及改善胶料在模具中的流动 制品的 内圆角半径应不小于 1 毫米 外圆角半径应不小于 2 毫米 但有时考虑模具分型 面的需要 也可以为尖角 3 模压制品不宜制出小直径的孔 一般孔的直径大于深度的 1 2 1 5 为宜 4 当橡胶制品有适当的凹凸部分时 由于橡胶制品有弹性 压制后脱模和抽芯均 较方便 一般无需脱模和抽芯装置 5 橡胶 金属嵌件由于二者的膨胀系数不同 常会因收缩不一致而产生内应力 使 金属嵌件变形 因此在设计金属嵌件时 其厚度应适当增加 一般平板金属嵌件 的厚度不小于 1 毫米 而空心嵌件的壁厚不应小于 1 2 毫米 嵌件与成型模具有 关的表面 应适当考虑间隙配合 一般为 H8 H9 f9或 H8 H9 b11 c10 11 以避免 嵌件放不进型腔以及嵌件与模具被压损现象发生 6 模压硬橡胶制品时 为便于脱模 应考虑脱模斜度 一般软橡胶由于具有弹性 不必考虑脱模斜度 7 橡胶制品的粗糙度应由模具来保证 7 第二章 橡胶压制成型模具 第一节 压制成型模具 一 压制成型模具概念 是指将具有一定可塑性的胶料 经预制成简单的形状后填入模具型腔 经加压 加热硫化后 即可获得所需形状制品的一种模具 二 压制成型模具设计原则 1 掌握和了解橡胶制品选用的橡胶材料 牌号 硬度和收缩率 2 模具结构合理 定位可靠 操作方便 易于清洗和制品修边 3 模具结构中开设模腔数量应适当 便于机加工和使用 4 在保证足够强度和刚度下 力求减轻模具 5 模具设计应符合系列化 标准化 能通用 三 压制成型模具的结构种类及主要用途 按结构 形状分类如下 1 开放式 开放模具利用上下模最终吻合时的压力压制制品 多余胶料从分型面外溢 制品有水平方向飞边 特点 易于型腔内气体的排除 结构简单 成本低 操作方便 但胶料流失 量大 10 15 适于形状简单 胶料硬度较低 并具有较好流动性胶料的橡胶制品 2 封闭式 该模具型腔上端有一定高度的镶嵌结构 压制过程胶料不易外溢而充分地充 满型腔 制品致密性好 胶料流失量小于 2 适于夹布 夹其它织物的制品以及硬度较高 流动性差的制品 特点 上下模板在模具型腔的延长部位直接进行导向和定位 缺点 排气性较差 模具加工精度比开放式的要高 启模困难 一般应设计 制作与模具配套使用的卸模架 3 半封闭式 从结构上讲 它兼有开放式和封闭式压模的优点 适于上下模带有型腔 制品同轴度要求较高的单腔模具 也适于内夹织物的 制品零件的模压生产 特点 排气性能较好 制品的致密度也较高 胶料流失小 启模取件较方便 8 目前 很多工厂仍多用敞开式和半封闭式橡胶模具 目前 很多工厂仍多用敞开式和半封闭式橡胶模具 4 铰链式 合页式 适于制品件较小或模具中的镶块或镶片暴露在凸模上 操作时容易碰伤的场 合 5 外箍压紧式 适于夹布胶带 夹锦纶 涤纶丝三角带 凭胶带等夹织物制品 第二节 压制模具与压机的关系 一 国产橡胶平板硫化机的主要技术特征 平板硫化即主要有柱式和框式两种 加热方式有蒸汽加热和电加热两种 平板上下移动的动力来源于液压站 液压介质为液压油或水 液压供给分高 低压力泵 低压为 0 5Mpa 1Mpa 用于快速升起 缓慢合模 高 压为 10 15Mpa 用于压 锁 紧模具 橡 胶 平 板 硫 化 机 的 吨 位 有250KN 450KN 1000KN 1400KN 1600KN 2000KN 2500KN 9 第三节 橡胶压制成型模具的设计 一 模具结构设计内容 压制成型模具设计的主要内容 1 模具结构的选择 2 分型面的选择 3 型腔尺寸的确定 4 镶块及型芯安装方法的确定 5 其它尺寸的确定 二 分型面的选择 一般模具由两块或两块以上的模板组合而成 根据模压制品的几何形状和质量要求 在模具结构上确定一个或几个分合面和机 械加工面的分离面 称为分型面 合模面 分型面的形状 斜面斜面平面平面 阶梯面阶梯面 曲面曲面 为保证制品质量及结构合理的模具 选择分型面应遵循以下原则 1 保证制品顺利取出与脱模 有利于 Fig2 16 型腔中气体的排除 10 2 模具的分型面应尽量避开制品的工作面 一般制品的工作表面有较高的光滑精度 较低的表面粗糙度 3 同一类型制品不同分型面的选择 11 4 分型面应选择制品的边角和圆弧突出点的面上 有利于飞边的修除 5 夹布 夹织物制品的分型面选择 既要考虑胶料与夹布织物的安放与填充 又要考虑胶料与织物的压紧和压 实 常用镶嵌深度一般为 H 3 6mm 12 6 橡胶制品中各类套管 防尘罩 橡胶轴承分型面的选择 13 7 保证制品精度 对同轴度要求高的制品的外形或内孔 应尽可能设在同 一块模板上 否则由于模板间配合精度不够 定位偏差将影响制品的同 轴度 常用 O 形圈的分型一般可分为 180 与 45 分型两种 另外还有 90 分型 180 分型面一般适于固定 静态 密封使用场合 45 分型一般用于往复 直线 旋转运动的动态密封场合 14 O 形密封圈的 90 分型结构有以下优点 其远离工作面 只有在上下模分 积大为 便 适于中等规格尺寸 O 1 将制品零件的飞边移到 90 方向上 使 型面上给制品留下了两处半圆形的小飞边 从理论上讲 在制品的工作 表面上只有两个点有飞边残留 这就提高来制品的密封性能 2 对内径从 40 65mm 左右的 O 形圈来说 可以使模具的工作投影面 缩小 便于采用一模多腔 提高生产效率 3 90 分型的模具结构简单 易于制造 操作方 形圈的大批量模压生产 15 分型面的结构形式是多种多样的 是由橡胶制品的形体结构特点决定的 常见的分型面有水平分型面 垂直分型面 阶梯分型面 斜分型面以及复合 分型面等 练习 判断正误 画出正确的图 三 分型面与镶块的关系 对几何形状比较复杂的橡胶制品 为便于脱模 操作方便 便于模具的机械加工 一般多采用镶块结构 但在模具设计时镶块采用越少越好 模具中镶块分为固定配合与活动配合 典型结构有 1 两瓣模 二哈夫 薄片镶块 16 2 嵌条制品的镶块 3 瓶状制品的带堵头式镶块 采用充气或水压脱模法 4 异形胶管制品的上下两瓣模镶块 镶块随着制品长度的变化 模具分型面也随着变化 Fig2 40 2 42 17 四 模具的定位 模具型腔一般由多块模板组合而成的 要确保制品在型腔中获得准确的形状与位 置 必须采用不同方式的定位 否则难以压出尺寸准确的制品 模具定位的结构形式 1 圆柱面定位 特点 结构简单 通用性强 加工方便 定位可靠 但应注意定位配合长度 即定位一定要与制品高度相适应 否则易压坏模 具 Fig2 43 圆柱面定位又分为双向加强定位和单向定位结构两种 双向加强定位结构适于长壁 套管之类的制品 模具采用盲孔双向定位结构 加 料方便 定位性能好 制品壁厚均匀 型芯不易歪斜的特点 Fig2 44 单向定位 带定向螺钉 结构 Fig2 45 18 2 圆锥面与斜面定位 特点 模具在工作时 相关构件能自动导向并定位 易于启模 配合面不易磨损 和拉毛 模具使用寿命长 但该结构的锥面部分的锥度配合要求比较严格 加工 制作要求较高 圆锥面与斜面定位角度采用 6 15 单向 较多采用 10 斜面 配合定位 高度为 6 10mm 3 分型面定位 特点 分型面是型腔的一部分 加工制造要求较严格 P42 Fig2 19 4 导柱 导套定位 适于多型腔模具定位以及定向定位 典型结构是三孔导销 柱 即丁字形排列 也可采用一大一小导销 对角排列 导柱 导销 有直销和锥销两种 外径系列根据模具大小不同常采用 6 8 12 16mm 长度系列 24 28 34 44 48 或比模具闭合后尺寸短 1 2mm 为宜 对带有型芯并有定位作用的模具 一般采用导销即可 尽量避免采用导套 对于上下模板均带有型腔或带有型芯较多 而本身不起定位作用的模具 需设计 导套结构 Fig2 50 其目的是提高合模时定位准确性和延长使用寿命 便于维 修 19 导柱大小数量及布置 一幅模具导柱数量一般为 2 4 个 5 镶块与挡板定位 镶块与 V 形挡板定位 适用于压制异形胶管 护套以及空芯嵌条等 卧式模具 它既能解决模具加工困难 又能拉紧型芯 Fig2 53 6 哈夫定位机构 哈夫定位机构就是两半块定位机构 其结构形式简单 加工制作比较困难 但它 却给模具整体的制造和操作带来了很大的方便 适于胶辊 胶套 管 的生产 20 7 螺钉定位 螺钉定位既可调节 紧固定位作用 又可起拉紧 定位作用 结构形式 1 螺钉调节高度定位 带有金属嵌件活门的制品 由于嵌件尺寸误差不相一致 如嵌件为上偏差 导致 压胶时嵌件高度变形 如嵌件我下偏差则造成制品缺胶或出现微孔不致密 若增 加胶料 则制品飞边增厚 用螺钉调节嵌件高度 可以避免压胶时所造成的变形 或缺胶 飞边增厚的现象 Fig2 54 2 骑缝螺钉定位 一般带方形或异形的型芯要求定向定位时 可采用骑缝螺钉或骑缝圆柱销定位 Fig2 55 3 嵌件与型芯螺钉定位 适于减震器 活门 基脚制品中镶件 嵌件 与螺钉定位以及各种异形胶管 护 套 空芯嵌条卧式模具中型芯带螺钉拉紧定位 Fig2 53 56 57 21 8 其它定位方式 1 平衡定位法 2 均匀定位法 工艺销定位 制品中由工艺销所引起的若干小孔 应不影响制品装配与适用 3 铰链 合页 定位 在模具结构上必须保持锐角或外凸薄壁型芯 在操作和使用中很容易碰伤和 损坏 直接影响模具使用寿命和制品外观质量 五 模具型腔尺寸的确定 一 胶料收缩率的确定 1 收缩率的概念 胶料收缩是指制品硫化后 从型腔内取出冷却至室温的尺寸与制品对应 型腔尺寸之差同制品实际尺寸的百分比 100 z zq D DD C C 胶料的收缩率 Dq 室温下模具的型腔尺寸 mm Dz 室温下制品的实际尺寸 mm 2 胶料收缩率的产生原因 1 温度变化引起的收缩 制品硫化温度一般在 145 165 有时高达 200 左右 硫化制品出 模后 温度下降至室温 制品体积收缩 尺寸减小 各种橡胶的体积 收缩率一般在 40 70 10 5 2 化学反应引起的收缩 胶料在模具中的硫化过程是一个物理 化学过程 橡胶在硫化时 由链 状比较自由运动的柔性分子 变为分子间产生化学交联点的网状结构 新 的化学键 使分子间距离缩小 体积也随之收缩 3 分子链取向引起的收缩 型腔内的胶料 在挤出成型 硫化过程中 要产生流动而充满型腔 当 橡胶分子链在粘性流动过程中 会沿流动方向取向 这种取向随硫化交 联而被固定下来 但当制品出模后 其分子的回缩力仍然存在 这就产 生了由于分子链取向而引起的收缩 并且这种收缩是有方向性的 沿分 子链取向方向 即胶料流动方向 收缩大 3 胶料收缩率的影响因素 1 含胶率和胶种 含胶率越高 收缩率越大 22 就胶种而言 收缩率大小依次为 CNR CSBR CCR CNBR CIIR CSI CFPM NR 是非极性的 而 NBR 是极性的 分子间作用力大 松弛时间长 被 拉伸的分子不易立即恢复原状 就被硫化固定 产生的回缩应力大 收 缩也就大 而 NR 分子链柔性大 松弛快 回缩应力小 收缩也就小 2 胶料硬度 胶料硬度越大 收缩率越小 100 02 08 2 AC A 硫化胶的平均邵氏硬度 3 硫化温度 正常的硫化温度范围是在 130 170 之间 硫化温度越高 收缩率就越 大 一般情况下 在正常硫化温度范围内 温度每升高 10 其收缩率 就增大 0 1 0 2 4 半成品胶料重量 办成品胶料重量大于或等于制品重量 5 时收缩率比大于等于制品重量 20 的收缩率波动范围小 所以硫化制品时 半成品胶料重量一般大于 制品重量 5 10 为宜 5 胶料加工工艺 胶料的可塑性越好 可塑性大 胶料容易流动 分子容易变形 不易取 向 回缩应力小 收缩率小 停放时间越长 胚料形状越接近制品 收 缩率越小 6 制品形状大小 收缩率随制品尺寸的增大而减小 环状制品的内径收缩率大于外径收缩 率 且随直径的增大而减小 4 胶料收缩率的一般规律 1 胶料压延方向和在模具中流动方向的收缩率大于垂直方向的收缩率 流动距离越长 收缩率越大 2 模具型腔中装入半成品胶料越多 制品致密性越高 其收缩率就越小 3 多孔模腔的模具 中间模腔压出的制品收缩率比边沿模腔压出的制品 收缩率要小 4 注射法成形的制品收缩率比一般模压法压制的制品收缩率略小 5 薄形制品 断面 厚度小于 3mm 的收缩率比厚制品 10mm 以上 收缩率大 0 2 0 6 6 一般橡胶制品的收缩率随制品的内外径和截面的增大而减小 7 棉布经涂胶后与橡胶分层贴合的夹布制品的收缩率 一般在 0 0 14 夹布层越多 收缩率越小 织物为涤纶线的制品的硫化收缩率为 0 4 1 5 含锦纶丝 尼龙布类织物的制品的硫化收缩率一般在 0 8 1 8 8 含有金属等硬嵌件的橡胶制品零件的硫化收缩率较小 且向嵌件的几 何中心收缩 收缩率一般在 0 0 4 9 硬质橡胶 邵尔硬度在 90 以上 含胶量在 20 左右时 制品零件的 硫化收缩率大约为 1 5 左右 10 橡塑并用制品的收缩率一般为1 1 1 6 约比同类橡胶制品小0 1 0 3 23 5 橡胶制品收缩率的计算公式 1 橡胶制品与模腔相应尺寸的计算公式 100 1 12 L LL C C 制品胶料的收缩率 平均值 L1 室温下测得的橡胶制品尺寸 L2 室温下测得的模具型腔尺寸 2 以邵氏硬度计算制品胶料收缩率的经验公式 100 02 08 2 AC C 制品胶料收缩率 A 硫化胶的平均邵氏硬度 3 以橡胶硫化温度计算制品收缩率的一般计算公式 100 RTC C 制品胶料的收缩率 平均值 橡胶的线性膨胀系数 模具材料的膨胀系数 T 硫化温度与测量温度 室温 之差 R 生胶 硫黄和有机配合剂在橡胶中的体积分数 此外 还可以查手册或经验数据 二 型腔尺寸的计算及公差标注 模具的型腔尺寸及公差是根据制品的平均尺寸 公差和胶料收缩率来计算 的 1 根据制品外尺寸 确定型腔尺寸 制品给定尺寸及公差后 可求得各对应外尺寸的最大值 Dmax和最小值 Dmin 平均尺寸为 2 1 minmax DDDp 由此模具的型腔尺寸及公差可按下式计算 2 1 CDD pq Dq 模腔尺寸 mm Dp 制品外尺寸的中间值 平均值 mm C 胶料收缩率的中间值 模具型腔的制造公差 mm 通常 5 1 3 1 制品外尺寸的公差值 mm 2 根据制品内尺寸 确定型芯尺寸 制品平均尺寸 2 1 minmax dddp 由此得模具型芯尺寸及公差 2 1 Cdd XX 24 X d 型芯尺寸 mm 模具型芯的制造公差 mm 5 1 3 1 C 胶料收缩率的中间值 制品内尺寸的公差值 mm 3 沿压制方向的模具型腔尺寸和型芯相对位置尺寸的计算 2 1 CHH P H 沿压制方向模具型腔尺寸和型芯相对位置尺寸 mm Hp 沿压制方向制品尺寸的中间值或孔距的中间值 mm C 胶料收缩率的中间值 模具型芯的制造公差 mm 5 1 3 1 制品内尺寸的公差值 mm 对压模来讲 因分型面上有胶边存在 所以将计算得到的型腔深度减去胶边 厚度 通常胶边厚度为0 02 0 2mm 有时取0 1mm hCHH P 2 1 h 飞边厚度 P99表2 10 根据经验数据计算型腔尺寸 厚薄制品 模具型腔的外径尺寸计算 11 CDDD D1 型腔外径尺寸 D 制品外径尺寸 C1 胶料收缩率补偿值 模具型腔内尺寸计算 11 Cddd d1 型腔内径尺寸 d 制品内径尺寸 C1 胶料收缩率补偿 值 模具型腔公差的选择和飞边对型腔的影响 橡胶制品总有一定的公差要求 但考虑到影响收缩率的因素较复杂 计算不 易准确 因而模具型腔的加工精度通常比制品的公差提高二至三级 其值约 等于制品公差的0 3倍 即 5 1 3 1 飞边厚度与半成品重量 硫化压力 胶料硬度直接相关 硫化压力高 制品 飞边薄 半成品重量越大 制品飞边越厚 胶料硬度越高 相对制品飞边越 厚 型腔厚度尺寸计算公式 hCHHH 11 H1 型腔厚度 H 制品厚度 C1 胶料收缩率补偿值 H 预定飞边厚度 估计或查表2 10 衬有金属嵌件制品的收缩率计算与模具型腔尺寸的标注 25 a 衬有金属嵌件橡胶制品 其收缩率较小 且朝向金属嵌件方向收缩 按下 列经验公式计算 双向制品时 CW HC U 1 2 图2 76 单向制品时 CW HC U 1 1 图2 77 U 自由收缩最深深度 H 制品胶料厚度 嵌件粘接高度 C 制品胶料收缩率 W 橡胶断面宽度 夹布或其它织物制品型腔尺寸的计算 夹布或衬有织物制品其收缩率范围应取0 1 0 为宜 一般夹布层数越多 硬度越高 其收缩率越小 1 2层夹布或其它织物制品 可按上限值收缩范 围0 6 1 计算 织物与橡胶各占制品体积50 左右 可按0 4 0 8 计算 织物多于橡胶的按0 0 4 计算 全部夹布制品可按0 0 2 计算 橡胶O形圈内径及断面尺寸计算 a O形圈型腔内径尺寸及公差计算 1 1 Cdd d1 型腔内径尺寸 d 制品内径尺寸 C 内径收缩率 平均收缩率 型腔内径公差 约为O形圈内 径公差的0 3倍 b 型腔断面尺寸及公差 1 1 CWW W1 型腔断面直径 W O形圈断面直径 C 收缩率 平均收缩率 模具型腔断面公差 取 0 05mm c 型腔断面半径深度计算 180 分型时 2 1 1 hcw H H1 型腔断面半径深度 W O形圈断面直径 C 制品胶料收缩率 取Cmax值 h 飞边厚度 查表2 10 取中间值 深度公差 取 0 025mm 45 分型时 Fig20 80 上模型腔 D A 0 0 05 0 1 A CD 中上 下模型腔 D A 0 0 05 A CD 0 1 中下 对新开模具 尽可能留有修模余地 待试样后修正 模腔是越修越大 型芯 是越修越小 注 26 制品与成型零件尺寸标注方法 制品与成型零件尺寸标注方法 轴类尺寸采用 轴类尺寸采用基轴制基轴制 标 标负差负差 孔类尺寸采用 孔类尺寸采用基孔制基孔制 标 标正差正差 中心距尺寸公差带 中心距尺寸公差带对称分布对称分布 标 标正负差正负差 其它尺寸的确定 1 余料槽 流胶槽 逃料槽 溢胶槽 作用 1 使多余胶料能排出型腔之外 2 能使型腔和胶料中空气逸出 结构 多采用45 60 V形或R形及槽形结构 使其加工方便 粗糙 度一般为Ra12 5 Ra25 V形余料槽深0 5 1 5mm R形深度或半径为0 5 1 5mm 槽形深度为 0 5 1mm 宽度为2 5mm 侧面导角15 30 适于 胶料硬度高或制品断面较大的型腔使用 距离型腔2 5 3mm 余料槽的沟通 1 凡是半成品胶料经严格称量 重量大于成品重量5 10 使用开 放式模具 余料槽不宜与外界沟通 不然会致使制品质地致密度差 并易造成制品缺胶 2 凡是使用半成品胶料重量超过制品重量20 余料槽必须与外界沟通 模外 否则飞边过厚 影响制品厚度尺寸公差要求 3 凡是制品厚度超过30mm的模具 不论开放式或封闭式型腔 余料槽 必须与外界沟通 否则致使制品易起泡和飞边过厚 4 胶料硬度 邵A 超过75度以上 采用开放式或封闭式模具 余料 槽要与模外沟通 以防止飞边过厚 影响制品厚度公差 不必开设余胶槽的模具 1 多模腔小规格 外径小于10mm 制品的模具 为便于整板取出 最 好不设余胶槽 否则制品取出不方便 2 特种橡胶及海面制品绝对不需设置余料槽 如氟硅橡胶以及海面制品 模具 因它们在定型硫化过程中 硫化速度较快 收缩率较大 合模 后必须紧密合缝 否则会造成缩边和带有裂口现象 3 胶料硬度低于55度时 流动性好 多数开放式模具不必开设或少开余 胶槽 27 2 启模口 作用 为了便于加料和制品取出 需设置相应的启模撬口 要求 启模口宽度一般为14 16mm 高3 mm 可开通 也可不开通 不开通的要求长度大于60mm 在设置启模口时应对称或对角设置 并应 靠近定位销一侧 常见结构P111 Fig2 88 2 89 2 90 或B P47 3 模具外形与压机的关系 常见压机吨位有250KN 450KN 1000KN 1400KN 2000KN 模具外形尺寸可按表2 12规定使用为宜 模具与压机关系 最大压力的校核 已知压机公称压力和制品尺寸时确定型腔数目 n k F机 pA型 已知压机公称压力和制品尺寸时确定型腔数目 n k F机 pA型 28 已知型腔数目和制品尺寸时确定公称压力 F机 p A型n k 模压所需的成型总压力 F模 kF机 其中 k 修正系数 一般取 0 75 0 90 而 F模 pA型n 其中 p 单位成型压力 MPa 查表 4 1 A型 每一型腔的水平投影面积 m2 n 压缩模内型腔的个数 已知型腔数目和制品尺寸时确定公称压力 F机 p A型n k 模压所需的成型总压力 F模 kF机 其中 k 修正系数 一般取 0 75 0 90 而 F模 pA型n 其中 p 单位成型压力 MPa 查表 4 1 A型 每一型腔的水平投影面积 m2 n 压缩模内型腔的个数 4 模具外形尺寸与手柄 为便于模具的移位 上下机台以及生产过程中的启 合模具等操作 对于 形体和重量较大的模具 应安装手柄 对手柄的设计要求 形状实用 美观大方 尺寸合适 连接牢固 使用可 靠 当模具直径或边长大于300mm 单块模板厚度大于20mm 重量超 过5kg时 模具应安装手柄 模具手柄有固定式和活配式两种 P119 120 方形模具手柄 圆形模具手柄B P49 5 嵌件 骨架 1 嵌件分类 嵌件分金属与非金属两种 带有嵌件橡胶制品 必须使橡胶与嵌件牢固地结合在一起 不允许有开裂 脱胶现象 因此需对嵌件表面加工处理 在嵌件的表面镀黄铜或其它化学处理 不锈钢 铝合金 铸铁等金属 采用表面喷砂 涂刷胶浆或粘结剂 聚 29 异氰酸酯胶JQ 1 以增强粘合力 非金属嵌件或金属嵌件 把接触面加工成齿形 滚花 攻螺纹 开倒沟 槽等形状 使嵌件增加接触面和钩住橡胶 2 嵌件在模具结构中形式与要求 3 嵌件精度 一般对嵌件配合精度规定如下 嵌件与型腔间隙配合 可选用H9 f9或H10 f10 要求不高的制品 模具 与嵌件可留0 05 0 1mm间隙 单向 配合面表面粗糙度为Ra6 3 Ra1 6 第三章 橡胶压铸成形模具 一 压铸成形基本原理 在普通模压法生产的橡胶制品模具上 增加压铸塞 加料室两个工件 其 压铸料腔起装填胶料的作用 在压铸料腔底部与相连接的模板或模腔部位 开置一定数量的压铸料流道口 压铸时 在平板硫化机的压力作用下 将 力传递至压铸塞 再通过压铸塞传递给胶料促使其压缩 受热 受压的胶 料快速挤入料道 充满模具型腔 通过硫化 定型 从而得到模压制品 二 压铸成形模具结构与应用 1 薄壁制品的压铸成形模具 h20mm Fig3 8 9 10 11 3 多孔 易弯小型芯的压铸成形模具 Fig3 12 13 14 31 4 夹织物制品的压铸成形模具 采用封闭或半封闭模腔 Fig3 15 16 17 5 正反压铸成形模具 Fig3 18 19 6 其它压铸成形模具 Fig3 22 23 25 32 三 压铸成形的设计 一 压铸成形模具设计要求 1 橡胶压铸模具应具有足够的强度和刚度 以防止压铸硫 化时 模具变形 影响制品质量 2 选择压铸流道 浇口 或压铸面的位置时 应避开工作 面或重要表面 并使流道尽量短一些 有利于快速挤满 型腔 缩短硫化时间 3 压铸模在结构上尽可能使模具闭合高度尺寸短些 以利 于压铸和脱模 4 模具应力求结构简单 使用方便 二 压铸模的部件设计 1 压铸系统的设计 1 加料室的设计要求 加料室必须有一定的容纳量 能一次装填胶料后 满足制品的成型所 需的用量要求 同时为增长其使用寿命 还应具有足够的强度和刚度 2 压铸料腔的结构形式 1 有底压铸料腔 圆形 多用 方形或多孔料腔 P150 Fig3 30 圆形有底压铸料腔 结构简单 加工方便 广泛应用 2 无底或带有台阶的压铸料腔 结构简单 通用性强 可单独从压机上取下 传递移模法 a b型结构较多采用 在加料腔底部加工成带40 45 斜面台阶形 状或圆角边框 这样当压铸塞施加压力时 压力也作用在边框环形投 影面上 将加料腔紧紧压在模具的压铸模板上 上模 以免胶料从 加料室底部 即与上模板接触面的间隙中溢出 加料腔底部与上模接 33 触面应磨平 粗糙度不低于Ra1 6 二者之间定位可用导销或带凹凸 台阶槽形镶嵌定位 子口定位 压铸塞与压铸料腔的配合精度H9 f9 3 带型腔的压铸料腔结构 主要适用于纯橡胶 薄壁制品或带金属嵌件的厚制品 但应注意 压 铸塞与压铸料腔配合尽可能避免采用锥面配合 否则模具闭合时 致 使部分胶料从锥面间隙中溢出 使制品缺胶或浪费胶料 但为了合模 启模方便 也允许局部配合面带有倒角或工艺锥面及圆 角导向结构 Fig3 34 35 4 有底加强压铸料腔结构 适于带有金属骨架制品或底部较大的橡胶制品 Fig3 36 37 3 压铸料腔的尺寸计算 1 压铸料腔与压铸塞的定位高度计算 在设计和计算压铸料腔具体尺寸时 应首先考虑到当料腔一次加料 后 压铸塞进入压铸料腔能将胶料一次性注入型腔内进行硫化 而 后考虑压铸塞进入料腔时的定位高度 按定位效果应越深越好 但 从加工使用考虑 定位高度应越浅越好 二者是矛盾的 应根据使 用效果 适宜选择定位高度 2 定位高度的尺寸计算与规定 34 常按压铸料腔外径大小或断面宽度的变化 选择适宜的定位高度 外径越大 定位高度应深一些 常用定位高度为5 10mm 包括导 向圆角或倒角 或选取定位高度为料腔总深度1 5范围 3 压铸料腔尺寸的计算 为得到致密性好 消耗胶料少的制品 除合理选择模具结构外 应 合理设计料腔尺寸 若加料室容积过大 特别是料腔断面底部面积 过宽 则压铸时阻力大 进胶慢 若料腔断面过小 则使压铸塞与 料腔配合高度相应提高和加深 给模具操作加工带来一定困难 在 实用中 胶料腔的容积与深度尺寸 可按表3 1经验尺寸选用 对特殊结构形式的料腔 可按下述步骤计算 考虑到成型工艺简便和加料方便 半成品胶料与加料室应保留 一定间隙 称为工艺间隙 其大小约为半成品体积的20 50 一般地 压铸料腔的总体积等于半成品体积 工艺间隙 与压铸塞进入料腔定位高度所占容积的总和 确定加料腔的断面直径D尺寸 水平投影尺寸 一般单腔模 可按制品的形状或大小确定加料直径 多腔模可按型腔分布情 况确定其直径D的大小 当确定料腔D后 可按如下步骤计算料腔的深度H a 制品的重量 V G V 制品体积 胶料密度 比重 半成品胶料的重量应比要求的理论重量大些 一般大5 10 b 压铸料腔尺寸计算 对有底压铸料腔深度尺寸计算 S G hhhhhhH 001 0 101 5 15 1 121321 H 料腔总深度 h1 压铸塞与料腔定位高度 查表3 2 h0 料腔加料工艺高度 310 hhh h2 料腔加料理论高度 h3 料腔加料后工艺间隙量 G 制品重量 g S 料腔投影面积 2 RS 胶料密度 g cm3 薄壁制品压铸料腔尺寸 4 001 0 101 2 1 22 1 dD G hH 厚壁制品压铸料腔尺寸 35 41410 2 001 0 101 3 12h S G hhhhH w Sw W断面圆环投影面积 mm2 可取1 2g cm3 4 浇注系统的设计 压铸料腔中进胶流道 又称压铸进胶通道 由于橡胶压铸成型方向性强 成型快 所以进胶流道开设的位置 形 状正确与否 直接影响到制品的成型和性能以及胶料在模具中的流动 情况 结构形式 1 圆柱孔进胶流道的设计 特点 加工方便 通用性强 应用最多 最典型 适于流道垂直模具平面方向进胶的流道 又称直浇口 直径范围为 1 5 10mm 其中 1 5 5mm进胶流道为直浇口 它 是直接由料腔挤入型腔的 1 5 10mm为直浇口 它经过分流道 进入型腔 浇口直径与孔数可按表3 4 2 分流道的设计 分流道起过渡和转