橡胶模具设计举例

1.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（24.460.03）mm3（）mm，其表示O形圈内径d13截面直径d2；矩形密封圈产品图纸上尺寸和公差为（40.6460.38）mm3（5.1660.13）mm。根据橡胶制品收缩率公式（参考1） C=（D模-D制）/D制3100% 21 Cb=Cc/Dz3100% 22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/T36722002模压制品尺寸公差表1-21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60.3%），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2.1 O形密封圈产品图纸和技术要求图2.2 O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)/24.43100%=0.246%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/T36722002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（24.460.2）mm3（3.660.1）mm；这批矩形密封圈尺寸和公差为（40.6460.38）mm3（5.1660.13）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7065，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1.22.25%，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8065，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2.02.65%，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3.1 O形密封圈模具结构和腔数图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3.4 O形密封圈模具分型面的选择图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。图3.5 O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。图3.7 O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。 4. 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3100% 21于是推导出 D模=D制3（1+C） 24 D制=D模/(1+C) 25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7065。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，在实际生产中对生产工艺要求特别严格，所以在生产中一定要通过实验测定一下收缩率。对于高精度产品收缩率的进行测定，测定方法如下：选择一副与该产品形状和尺寸相近产品的模具，测量各尺寸后，在与新产品相近的硫化条件下压出三件产品；将该产品放置24小时后检测各尺寸运用公式2-1计算出该产品实际的收缩率，就作为新产品实际的收缩率。应用以上方法选择与该O型密封圈尺寸相近的O形密封圈模具（下图）作为测定腈胶P229实际收缩率的实验实体，相关数据如下：实验一：相近尺寸O形密封圈模具下测定丁腈橡胶实际收缩率 测量次数内径方向尺寸单位(mm) 模具尺寸 （D模）模具尺寸 平均值 （D模）制品尺寸（D制） 制品尺寸 平均值（D制）第一次28.5328.5127.8927.92第二次28.4927.93第三次28.5027.96表4.1 实验相近O形密封圈产品内径方向模具与制品尺寸 测量次数 截面方向尺寸 单位(mm) 模具尺寸 （D模）模具尺寸 平均值 （D模）制品尺寸（D制） 制品尺寸 平均值（D制）第一次3.553.583.513.50第二次3.613.49第三次3.583.50表4.2 实验相近O形密封圈产品截面方向模具与制品尺寸图 4.3 实验中所用O形密封圈产品图样图4.4 实验中所用O形密封圈模具结构实验二：相近尺寸矩形密封圈模具下测定三元乙丙橡胶实际收缩率 测量次数内径方向尺寸单位(mm) 模具尺寸 （D模）模具尺寸 平均值 （D模）制品尺寸（D制） 制品尺寸 平均值（D制）第一次39.2839.2838.4138.39第二次39.2538.37第三次39.2838.39表4.5 实验相近矩形密封圈产品内径方向模具与制品尺寸 测量次数 截面方向尺寸 单位(mm) 模具尺寸 （D模）模具尺寸 平均值 （D模）制品尺寸（D制） 制品尺寸 平均值（D制）第一次4.924.934.814.82第二次4.944.84第三次4.934.80表4.6 实验相近矩形密封圈产品截面方向模具与制品尺寸图 4.5实验中所用矩形密封圈产品图样图4.6 实验中所用O形密封圈模具结构 对于这样公差要求严格的橡胶制品，测定收缩率时的硫化条件与生产O形密封橡胶产品的硫化条件相同或相近，要严格控制硫化条件，以保证测定的实际收缩率真实可靠，达到我们实验的目的。实验一 已经测得相近O形模具型腔径向尺寸三次测量均值为D模=28.51mm，模压三件产品后测得制品的相应尺寸平均值D制=27.92mm，那么应用公式2-1可以计算该产品所用丁腈橡胶在这一硫化条件下内径方向的实际硫化收缩率：C1=（D模-D制）/D制3100%=（28.51-27.92）/28.%=2.07% 截面方向三次测量均值为D模=3.58mm，模压三件产品后测得制品的相应尺寸平均值D制=3.50mm，那么应用公式2-1可以计算该产品所用丁腈橡胶在这一硫化条件下截面方向实际硫化收缩率： C2=（D模-D制）/D制3100%=（3.58-3.5）/3.%=2.24%实验二 已经测得相近矩形模具型腔径向尺寸三次测量均值为D模=39.27mm，模压三件产品后测得制品的相应尺寸平均值D制=38.39mm，那么应用公式2-1可以计算该产品所用丁腈橡胶在这一硫化条件下内径方向的实际硫化收缩率：C1=（D模-D制）/D制3100%=（39.27-38.39）/39.%=2.24% 截面方向三次测量均值为D模=4.93mm，模压三件产品后测得制品的相应尺寸平均值D制=4.82mm，那么再应用公式2-1可以计算该产品所用三元乙丙橡胶在这一硫化条件下截面方向实际硫化收缩率： C2=（D模-D制）/D制3100%=（4.93-4.82）/4.%=2.23%5. 型腔尺寸的确定5.1型腔尺寸的确定时考虑的相关因素 由于橡胶收缩率的复杂性和模具使用条件的不同，确定模具尺寸时也要综合考虑一些相关因素的影响。 1）模具的可修性 在具体橡胶模具设计时，根据产品具体要求有选择性的判断是否考虑模具的可修行。对于一般的产品当精度要求不高时，而且对收缩率很有把握（基于长期的实践基础上）可以不用考虑模具的可修性。以下三种情况必修考虑模具的可修性： （1）产品尺寸要求过严 ，公差在M2级以上的产品模具，要适当考虑模具的可修性。例如对于孔类尺寸可以适当取消一点，轴类的尺寸适当取大一点。 （2）对于高度较大的产品，要充分考虑可修性。特别是一些造价特别大的模芯，要将收缩率取大，使模芯足够长，以免造成不必要的浪费。 （3）对于一些收缩率难以把握的，而且比较特殊的夹布类制品和其他一些骨架制品，要更加慎重的考虑收缩率的最大和最小值的可能性。以便边模压边修边，有充足的可修空间，尽量避免模具的报废。2）产品公差 无论产品的哪个尺寸，只要有公差，在给定模具尺寸时都不要只是简单的考虑收缩率。参考公差是必要的，但是很多时候往往直接将产品的尺寸上限作为模具的型腔尺寸。5.2型腔尺寸公差的确定 型腔尺寸公差一般都是计算完后直接给出的，一般有以下几种确定型腔尺寸公差的方法： 1）对于精度在M3级和M3级一下的产品，可以直接把产品公差的1/31/5作为模具尺寸公差。尺寸大时取 1/5 ，小时1/3。尺寸无公差时，应该看在模具中未知情况标注公差，当然一般模具型腔尺寸都有公差。 2）对于精度要求在M2级和M2级以上的产品，有以下几种确定公差的方法： （1）把型腔尺寸计算至小数点后第二位数字作为此尺寸的公差。这种情况适合于500mm以下的尺寸。 例如某型腔尺寸4533（1+1.8%）=461.154mm，可将型腔尺寸及公差取461.1+0.05 。 （2）弥补的尺寸公差。例如O形圈，断面尺寸按其上差值取模具直径尺寸为7.5mm。为了保证 模具加工尺寸不大于7.5mm，给尺寸公差取下差7.5（0，-0.03），以保证模具断面尺寸不大于产品尺寸上限。 （3）考虑可修行的公差，又时为了适当的考虑一下模具的可修性，将高度和模芯尺寸给上差，孔类给下差。 模具型腔尺寸公差的确定时必须灵活，综合运用以上方法，下面型腔尺寸计算时就会具体用到。 5.3型腔尺寸的计算 小直径O型密封圈的截面尺寸受胶边和硫化机热板精度的影响，所以对于测量的截面方向实际硫化收缩率只能作为参考，应参照所用胶种的收缩率范围再取一个合适的收缩率。 直径（内径）方向的尺寸往往不受胶边和硫化机热板精度的影响，一般可以将所测量的实际硫化收缩率作为模具型腔尺寸确定时所用的收缩率，直接应用公式2-4计算模具型腔尺寸。根据上面所测量的收缩率，并参考所用丁腈橡胶收缩率表（2-1）的范围为1.22.25%，将这批小直径O橡胶密封圈直径（内径）方向的收缩率取2%，截面方向收缩率取所用胶料收缩率范围的上限稍微偏下2.2%，根据公式2-4计算模具型腔尺寸：D1=24.43（1+2%）=24.8560.04（mm)D2=3.63（1+2.2%）=3.6660.02（mm)其中D1模具型腔内径；D2模具型腔截面直径。再次验算型腔尺寸所允许的收缩率浮动量，小直径O橡胶密封圈尺寸和公差为（24.460.2）mm3（3.660.1）mm。根据2-1计算其内径方向尺寸允许的收缩率浮动量C1上=（24.85+0.04）/（24.4-0.2）-1=2.85%C1下=（24.85-0.04）/（24.4+0.2）-1=0.85%所以内径尺寸允许的收缩率浮动量为0.852.85%，但是丁腈橡胶收缩率表（21）的范围为1.22.25%，所以应该把收缩率向中心调整使模具尺寸所允许收缩率值在丁腈橡胶收缩率范围之内。取1.8%收缩率再次按照上面相同的方法计算出模具型腔尺寸：D1=24.43（1+1.8%）=24.7860.02（mm)再根据2-1计算其内径方向尺寸允许的收缩率浮动量C上=（24.78+0.02）/（24.4-0.2）-1=2.48%C下=（24.78-0.02）/（24.4+0.2）-1=2.30%所以内径尺寸允许收缩率允许的范围为2.30%2.48%，在丁腈橡胶收缩率表（21）的范围1.22.25%之内满足要求。截面方向尺寸允许的收缩率取其上限稍微偏下2.3%完全能够满足使用要求。综上，将这批小直径O橡胶密封圈直径（内径）方向的收缩率取1.8%，截面方向收缩率取所用胶料收缩率范围的上限稍微偏下2.3%。根据公式24计算模具型腔尺寸：D1=24.43（1+1.8%）=24.7860.2（mm)D2=3.603（1+2.30%）=3.6560.1（mm)当然，在加工模具型腔的R成型刀具在制作时，一般都会考虑刀具的可修行，而将刀具直径取上差。所以加工模具型腔的R成型刀具直径一般是3.66mm，公差取小一些以保证R成型刀的公差范围不致过大。图5.1 O形模具型腔尺寸图矩形型密封圈的截面尺寸受胶边和硫化机热板精度的影响小，对于测量的截面方向实际硫化收缩率可以作为参考，再参照所用胶种的收缩率范围取一个合适的收缩率。 直径（内径）方向的尺寸往往不受胶边和硫化机热板精度的影响，一般可以将所测量的实际硫化收缩率作为模具型腔尺寸确定时所用的收缩率，直接应用公式2-4计算模具型腔尺寸。根据上面所测量的收缩率，并参考所用三元乙丙橡胶收缩率表（2-1）的范围为1.62.6%，将这批矩形橡胶密封圈直径（内径）方向的收缩率取2.1%，截面方向收缩率取所用胶料收缩率范围的下限稍微偏上1.93%，根据公式2-4计算模具型腔尺寸： D1=40.643（1+2.1%）=41.1060.09（mm)D2=5.163（1+2.5%）=5.1460.03（mm)其中D1模具型腔内径；D2模具型腔截面直径。再次验算型腔尺寸所允许的收缩率浮动量，矩形橡胶密封圈尺寸和公差为（40.6460.38）mm3（5.1660.13）mm。根据2-1计算其内径方向尺寸允许的收缩率浮动量C1上=（41.10+0.09）/（40.64-0.38）-1=2.31%C1下=（41.10-0.09）/（40.64+0.38）-1=-0.024%所以内径尺寸允许的收缩率浮动量为-0.0242.31%明显不符合实际，但是三元乙丙橡胶收缩率表（21）的范围为1.62.6%，所以应该把收缩率向中心调整使模具尺寸所允许收缩率值在丁腈橡胶收缩率范围之内。取2.45%收缩率再次按照上面相同的方法计算出模具型腔尺寸：D1=40.643（1+2.45%）=41.66（+0.01，0）（mm)再根据2-1计算其内径方向尺寸允许的收缩率浮动量C上=（41.66+0.01）/（40.64-0.38）-1=2.26%C下=（41.66-0）/（40.64+0.38）-1=2.53%所以内径尺寸允许收缩率允许的范围为2.26%2.53%，在丁腈橡胶收缩率表（21）的范围1.62.6%之内满足要求。截面方向收缩率取所用胶料收缩率范围的下限稍微偏上1.93%完全能够满足使用要求。所以，将这批矩形橡胶密封圈直径（内径）方向的收缩率取2.45%，截面方向收缩率取所用胶料收缩率范围的下限稍微偏上1.93%。根据公式24计算模具型腔尺寸：D1=40.643（1+2.45%）=41.66（+0.01，0）（mm)D2=5.163（1+1.93%）=5.2060.05（mm)当然与前面O形密封圈模具类似，在加工模具型腔的R成型刀具在制作时，一般也会考虑刀具的可修行，而将刀具直径取上差。所以加工模具型腔的R成型刀具直径一般是5.25mm，公差取小一些以保证R成型刀的公差范围不致过大。图5.2 矩形模具型腔尺寸图6.模具外形尺寸的计算 由于模具在模压过程中的受力很复杂，难以进行准确的受力分析和计算。所以，目前橡胶模具外形尺寸的确定任然采用以经验估算法为主，理论计算为辅的方法。而且大部分的模具外形尺寸不需要进行受力计算，而只要进行经验估算即可。因此，对于小直径O形橡胶密封圈产品的模具采用实践中常用的经验估算法。 小直径O形密封圈产品的16腔模具做一幅，模具编号为MJO001如下图，现在分别计算它们的外形尺寸。图6.1 O形模具外形尺寸模具外形做成矩形结构，十六腔对称分布以便模压和启模时受力均匀，生产出合格的产品。具体模具外形尺寸计算如下： 模具长度L=24.78（模具型腔内径）+233.6（截面直径的二倍）+1（余胶槽位置与型腔尺寸间距）+4（余胶槽截面直径）34+3310（启模槽间距）+1532（余胶槽位置尺寸）+3032（启模槽位置尺寸）=240.9240（mm）,取240mm.模具宽度和长度相等，具体尺寸如图下图所示。根据模具外形尺寸并参考其边沿厚度，确定模具的厚度尺寸H1=15mm,H2=20mm(如上面图中所示)图6.2 O形密封圈模具下模尺寸图6.3 O形密封圈模具上模尺寸矩形密封圈产品的4腔模具也做一幅，模具编号为MJO002如下图，现在分别计算它们的外形尺寸。图6.4 矩形模具外形尺寸模具外形也做成矩形结构，四腔对称分布以便模压和启模时受力均匀，生产出合格的产品。具体模具外形尺寸计算如下： 矩形模具长度L=41.66（模具型腔内径）+235.17（截面直径的二倍）+1.532（余胶槽位置与型腔尺寸间距）+432（余胶槽截面直径）32+12（启模槽间距）+2132（启模槽位置尺寸）=176180（mm）,取180mm.矩形模具宽度和长度相等，具体尺寸如图下图所示。根据模具外形尺寸并参考其边缘宽度，确定模具的厚度尺寸H1=15mm,H2=20mm(如上面图中所示)图6.5 矩形密封圈模具下模尺寸图6.6矩形密封圈模具上模尺寸7. 模具精度的确定模具的精度一般应该包括尺寸精度形位公差和表面粗糙度三个方面。前面我们已经确定了模具型腔尺寸和模具外形尺寸，下面我们通过相关模具精度理论确定模具各部分形位公差和表面粗糙度。7.1形位公差的确定 一般要求的模具制品，其形位公差按照7级精度取值。对于要求较严格的制品，一般每块模板上下面的平行度不大于（0.0150.02）/100；各水平面与轴线不垂直度不大于（0.0150.02）/100，圆形型腔与圆形定位面不同轴度不大于（0.0150.02）/100。模具合模后上下平面不平行度不大于0.02/100。 由于我们设计产品的要求比较严格，精度等级为M1，所以模板上下面的平行度取0.1/1007.2模具表面粗糙度的确定 模具表面粗糙度与产品形状和尺寸要求有关。不同产品其模具型腔的表面粗糙度要求不同。表面粗糙度越低，产品质量越好，对模具加工的要求和模具材料的要求也越高，当然意味着模具造价的提高。表面粗糙度要求越低，特别是粗糙度低于0.2，要求模具的刚度和硬度高热处理要合适，有些型腔比较复杂时要花费大量的手工研磨时间。 所以从经济度考虑，针对不同产品的要求适当选择模具的表面粗糙度是很必要的，下面是常用的选择原则： （1）一般的民用产品，尺寸精度M2级以下，其其型腔表面粗糙度取1.6，模具和各模块上下面分型面取3.2，其他部位取12.5. （2）尺寸精度在M2级和M2级以上的产品，其型腔的表面粗糙度取0.8，特殊要求的取0.20.05，模具和各模块上下面分型面取1.6，其他部位取6.3。 (3)对于一些高度大或长模芯的模具，应注意型腔的表面粗糙度会影响产品的取出，所以，其表面粗糙度一定要低，一般在0.8以上，以利于产品的顺利取出。 （4）对于有些产品，为了在脱模时使其留在有利于产品取出的模板上，在保证产品质量的前提下，可有意使有利于取出产品的模板型腔表面粗糙度比其他模板低一级，便于产品的取出。 由于产品精度等级都为M1，精度要求比较严格，所以O形密封圈模具和矩形密封圈模具的型腔表面粗糙度都取0.8，模具和各模块上下面分型面取1.6，其他部位取6.3。8. 模具手柄的确定对于一些外形和质量较大的模具，为了硫化和搬运方便，需要安装相适应的手柄。这次我们设计的模具体积比较小，质量也不是很重，但是手柄的设计是很必要的。当然，在模具手柄设计中，一般在满足硫化操作和搬运的情况下，已制作和选材方便为原则。下面就是常用的几种手柄形式： 1）简易手柄 如下图1-1所示简易手柄直接用直径812mm的钢筋弯制而成，然后焊接在模板上。这种手柄的制作简单，材料易得，不需要其他机械加工，造价最低。但是其不美观，焊接时可能使模具局部变形。遇到模具返修时，有时返修要割开焊接处，返修后要重新装手柄，很麻烦。简易手柄一般适用于简易模具，模具使用期短，质量不大（低于10kg），但但模板厚度在15mm以上的情况。图8.1 简易手柄 2）简易装配手柄 如下图1-2简易装配手柄是将两段长度120160mm的钢筋（直径1016mm）弯成90度，与模具采用螺纹连接（螺纹深度1220mm），旋入模具中然后将两端焊接牢固。这种手柄的制作也较简单，与模具采用螺纹连接，能够承受较大的质量，在实际中应用广泛。手柄的钢筋直径随模具的质量加大，一般选用直径在1216mm。但是此手柄在模具返修时，也休要隔开焊接处，较为麻烦。图8.2 简易装配手柄 3）活配式手柄 如图1-3所示为活配式手柄，此手柄与前面两种相比，安装和拆卸都很容易，方便模具的返修，而且美观。但制作较麻烦，需需要车制套筒，多次打孔攻丝，最后安装成功。它适宜批量生产，一般在单套模具中较少使用，而适用于中小型批量生产的模具以及专业模具厂批量生产备用。图8.3 活配式手柄 安装手柄时应该注意以下几个方面的问题： （1）手柄的直径要与模具的质量相适宜。焊接要牢固u，以保证硫化操作和吊起时不变形不脱落。 （2）手柄采用螺纹连接时，深度要足够，以免拉脱，一般深度不小于12mm。而且模具质量越大，要求手柄的直径越大，螺纹选入深度越大。 （3）不同的手柄要错开，不能错开而在同位置的手柄要错开，不能错开的而在同位置的手柄要通过调整角度或长度而形成空间，以便操作如下图。图8.4 手柄的合理布置很明显O形密封圈模具和矩形密封圈模具整体结构具有相似性，模具手柄理论上都应该选择简易装配手柄，但在实际中由于模具体积相对小，质量也不是很大，所以大多数选择简易手柄，除非客户有特殊要求是才选择其他两种手柄。9. 模具材料的的选择和热处理模具常用的刚才有碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是铁和碳的合金，理论含碳量不能大于2%。碳素钢是我国应用量最广，用量最大的钢材。与合金钢相比，其价格低廉而且有一定的力学性能。所以在一般情况下，应用首选他塑钢作为模具材料，只有当碳素钢不能满足使用条件下，才考虑使用合金钢。1) 碳素钢 我国生产的碳素钢分为普通碳素钢优质碳素钢和碳素工具钢三大类。（1） 普通碳素钢 根据出厂时保证条件的不同，普通碳素钢又分为甲类钢乙类钢和特类钢。乙类钢和特类钢在模具中很少用，因为凡是重要的设计都直接采用优质碳素钢。 对于一些不重要的零件，比如手柄螺钉和模具的垫块等常用甲类钢中的Q235（A3）而一些骨架类材料则选用Q275（A5).甲类钢在实际应用中不需要进行热处理。（2） 优质碳素钢 优质碳素钢中的有害杂质（如硫磷等）的含量比普通碳素钢低，其综合性能比普通碳素钢好。更具含碳量的不同，优质碳素钢可分为低碳钢中碳钢和高碳钢。其牌号有两位数字表示，例如15#45#75#钢，数字表示该牌号的碳素钢平均含碳量的万分之几。 优质碳素钢中的中碳钢45#钢，在调质（淬火后高温回火）后具有良好的综合力学性能，不但在其他机械行业中得到广泛的应用，而且在橡胶模具中应用最多。除了一些用于大批量生产的模具型腔零件或有特殊要求的模具外，一般用于中等生产量以下的模具，其材料全部采用45#钢。（3） 碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量很高（0.7%1.4%）的优质碳素钢，由于具有很高的含碳量，在淬火后具有很高的硬度很耐磨性。因此模具设计中一般用它做一些重要模具的模芯和其它构成型腔的零部件。碳素工具钢分为优质碳素工具钢和高级优质碳素工具钢，其牌号为T7(T7A)T8(T8A)T13(T13A).T代表碳素工具干个，后面数字代表含碳量的千分之几；有A表示优质，无A表示一般。其含碳量越高，耐磨性越好，但淬硬性增大，在模具中国常用到的有T8T10T12T8AT10A和T12A。碳素钢的优点是来源丰富价格较低，热处理后具有较高的硬度和耐磨性。缺点是淬透性小，一般油淬只能淬透57mm，所以一般用作模具中的小零件，比如导向销小模芯等。2） 合金钢 合金钢就是就是合金元素超过低合金钢的限度的钢。合金钢因其含有锰硅铬钼钨等合金元素，从而是钢的性能有很多特点：（1） 使钢的强度增加而塑性降低较少。（2） 使钢的淬透性大大增加，这样大的零件就能被淬透，也可以在较慢的冷却速度下淬硬以减少淬火应力和变形，这一点在复杂性强的设计中是很重要的。 （3）是港具有特殊的物理和化学性能，能耐酸碱等的腐蚀。（4） 增加了钢的热硬性，使其在高温下仍具有高硬度。合金钢包括合金结构钢合金工具钢和特殊性能钢三大类。一般在橡胶模具中选用合金结构钢和合金工具钢。模具中常用的合金结构钢有40Cr45Cr18CrMnTi和12CrMo等；合金工具钢有CrWMn和9CrSi，其适宜制作形状复杂精杜要求高的型腔和型芯，其热处理硬度为HRC6162左右。合金钢的优点是综合力学性能优良，但需要注意的是合金钢的硬度和高耐磨性等优良特性只能在正确的热处理后才能显示出来，所以选用了合金钢而不进行热处理是不合理的。合金结构钢主要分为低碳钢和中碳钢；热处理主要包括正火调质渗碳和表面淬火。合金工具钢是高碳钢，热处理主要为球化退火和淬火加低温回火。当然，随着对外开放和工业发展，从美国引进的通用塑料模具钢3Cr2Mo（P20）3Cr2MnNiMo4Cr5MoSiV1等一些新材料在橡胶模具中的应用逐渐增多，3C r2Mo是国际上较广泛应用的塑料模具钢，其综合力学性能好，淬透性高，可以使较大截面的钢材获得较均匀的硬度，并具有很好的抛光性能，模具表面光洁度高。用该钢制造模具时，一般先进行调质处理，硬度为HRC2835（即预硬化），再经冷加工制造成模具后，可直接使用。这样，即保证模具的使用性能，又避免热处理引起模具的变形。因此，该钢种宜于制造大.中型的和精密的塑料模具以及低熔点锡，锌 ，铅合金用的压铸模等。因为模具的结构和使用要求不同，不同的模具，模具不同部位，应根据实际使用情况选择适宜的材料，而且随着新材料的出现，模具材料的选择也不能一成不变。选择材料的总原则是在满足使用要求的前提下，要考虑经济型，尽量选择价格低的材料；同时，一副模具使用的钢材种类不宜过多，热处理工工艺尽量一致，便于模具加工制造。我们根据以上关于各种模具钢材的对比，结合小直径O形密封圈模具和矩形密封圈模具各只生产一副，属于小批量生产，参考资料1表2-6，我们所设计的模具选择45#钢较为经济合理。模具热