平板硫化机说明说

1、一.概述1.1平板硫化机的最新进展 橡胶制品的硫化成型，分为平板硫化机压模成型，注射成型，连续硫化及硫化罐硫化等多种形式。三是目前使用最多的还是平板硫化机硫化。 下面将讨论平板硫化机硫化生产问题的四个原因(一)平板硫化机本身（二）模具（三）胶料（四）硫化机成型加工技术1.1.1用平板硫化机进行模压成型和硫化在分析这些问题时，必须把握住橡胶特有的性质，橡胶与塑料不同，它已具有以下四项特征：（一）由于会产生硫化交联现象，所以胶料在模具内流动时会因焦烧作用而导致粘度发生变化。（二）改变模具内的流道，会产生压力损失。在使用简单的模具时，用平板硫化机硫化成型则不宜导致压力损失，若使用旋转模硫化成型，胶料

2、从斜槽向模腔流动的部位上产生压力损失，与塑料相比该压力要大的多。压力损失可以认为是胶料与管道壁之间的摩擦及胶料本身的动态损失造成的。（三）随着模腔内胶料硫化的开始，压力也随之上升，这样就起到了除去模腔内的气孔，提高制品外观质量的效果，若表面凹缩，则合模面上的压力会上升，带来压力集中的负面效果。该压力上升，会使与合模面接触的胶料形成早期硫化薄膜，由于这种模起到了密封的效果，因而由于内部胶料温度上升，产生了膨胀现象。（四）在胶料硫化时产生硫化机分解气体与原来被裹进胶料中的气体及挥发的蒸汽气体容易在硫化胶内部形成的小气泡。 1.1.2平板硫化机用模具设计的重要性 为了制造品质优良得到模压橡胶制品，充

3、分了解模具内胶料的流动及硫化动态，选用合适的硫化机，模具，掌握熟练的操作技术是非常重要的。特别是模具尤为重要。1.1.3平板硫化机在硫化成型中的不良现象及其预防措施平板硫化机在硫化成型中发生的不良现象可分为孔洞（气体），凹缩（开模缩裂），表面花纹的外观不良现象以及尺寸不精确，胶料流动不良（缺胶），模具污染等质量问题。发生不良现象及原因可以从胶料，模具，硫化成型技术等各方面进行分析。1.2平板硫化机的用途，类型及工作原理1.2.1 用途和类型（一）用途：平板硫化机是橡胶工业常用的设备。在塑料工业中用作加工热固定或热塑性的压纸机主要由热板，封闭受力构件和加压机构组成。平板硫化机的主要功能是提供硫化

4、所需的压力和温度。（二）类型： 1.按用途可分为：橡胶模制品平板硫化机，橡胶平带平板硫化机，橡胶三角带平板硫化机，橡胶板平板硫化机。 2.按传动系统分：液压式平板式硫化机，机械式平板硫化机，液压机械式平板硫化机。 3.按操作系统可分为：非自动式平板硫化机，半自动式平板硫化机，自动式平板硫化机。 4.按结构形式可分为： （1）按支架结构可分为：柱式、框式、侧板腭式，连杆式及回转式板硫化机（2）按加热平板的加热层数分为：单层式和多层式平板硫化机。 （3）按液压缸的数目分为：单压缸和多压缸式平板硫化机。（4）按液压缸的位置可分为：上缸式和下缸式平板硫化机，垂直式和横卧式平板硫化机。 5按平板加热方式

5、可分为：蒸汽加热，电加热及过水加热平板硫化机。1.2.2基本结构（一） 主机部分：柱塞，热板，活动平台，垫台，上横梁等。（二） 辅机部分：模具托板滑道，模板推出的生气装置及支架。（三） 液压部分：（略）（四） 电控部分：（略）1.2.3工作原理 此平板硫化机属下缸式，工作时，模具能通过工作缸能自动推进和拉 进，上下模板能自动退出并且上模板能自动展开一个角度便于取出制品。锁模保压用主油缸，采用电加热方式。上横梁通过立柱采用上下螺母固定，可使热板间距在300-400的范围内可调。工作时，具体的动作过程如下： 装料合模入模平台上升顶压放气保压硫化平台下降 出模开模制品取出完成循环。1.3规格与技术特

6、征 平板硫化机的规格用加热板的“宽度*长度”及公称吨位来表示。例如： 100/600*600平板硫化机。第一个数字代表平板硫化机的公称吨位，后面的 数字表示加热板“宽度*长度”，单位为毫米。 工作液的压力一般为：水压为120公斤/厘米2 油压为：125， 160， 200， 320公斤/厘米2 主要技术特征包括：型式，热板规格，公称吨位，层数，热板间隔， 柱塞最大行程，机台尺寸，重量等。二基本性能参数基本性能参数的确定：公称合模力：0.6MN热板规格：450450热板间距：125cm电加热板最高温度：200最大热压力：23Mpa工作液压力：16Mpa柱塞行程：250mm外型尺寸：8205201

7、600mm三主要零部件的设计及校核3.1柱塞 柱塞是平板硫化机的主要零件之一，他与工作刚，密封装置，压紧法兰盖等组成了传递亚能的部件，将液体的压能转变为带动平台或可动的横梁于东的功能。柱塞的结构型式是根据平板硫化机的吨位大小，工作缸液压的变动情况，平台的运动速度以及行程进行设计。3.1.1柱塞的选材HT200结构尺寸及强度计算 （1）柱塞外径的确定： D=P0.785p = 600000.785160=23.85cm （3.1） 取D=250mm 式中：D为柱塞外径，250mm P为平板硫化机公称总压力，0.6MN P为工作液的最高压力，160kg/ cm2当柱塞直径大于150mm时，为了节省

8、材料，减轻重量，应制成空心，本设计采用空心柱塞。 （2）柱塞壁厚的确定 =r21-y-Kpy （3.2） 式中：y为铸铁的许用压力，kg/cm2 n为柱塞安全系数 n= 57 取n=6 K为常数 铸铁柱塞 K=2 r2=D2=125mm P为工作液的最高压力 P=160kg/cm2 所以=125（1-1000-21601000）=36.7 规定min大于等于40mm 所以取40mm （3）柱塞内径：D1=D2-2=250-2×40=170mm （4）柱塞长度： 柱塞长度应充分考虑工作行程，工作缸长度及主机安装情况，综合加以确定，结构尺寸如图3-1：图3-1柱塞结构尺寸3.2液压缸液压

9、缸是平板硫化机传递力量的主要零件，属于高压下操作的厚壁容器。3.2.1结构形式 本设计采用常见的带有外部密封装置的工作缸。密封零件填于工作缸上部得凹沟内，并采用法兰压紧填料，法兰用螺栓固定在工作缸的凸缘上，工作缸的周壁到缸底应采用大圆弧渐次过度连接，以防止缸壁方向变化引起应力集中。3.2.2材料 根据液压，柱塞速度，规格尺寸等因素综合考虑，选取ZG45材料。3.2.3结构尺寸 （1）工作缸内腔直径： 工作缸内腔直径按柱塞的直径选定，较柱塞直径大。由于柱塞直径在250mm以上，工作缸内腔直径应比柱塞直径增大25mm，所以工作缸内径D2=250+25=275mm。 （2）工作缸壁厚的确定： 铸造的

10、工作缸： =r1（-2P-1） cm （3.3） 式中：r1工作缸内腔直径， r1 =170mm 材料抗压许用应力，kg/cm2 =bn （3.4） 式中：b材料抗拉强度极限，kg/cm2 b=5700 kg/cm2 n工作缸安全系数，n取6 所以=bn=57006=950 kg/cm2 P工作液压力，P=160 kg/cm2 所以=137.5×（950950-2×160-1）=62.5 工作缸外径D2=D1+2=275+2×62.5=400mm（3）工作缸各部分尺寸的确定：1.过渡圆半径 r=0.4r1=0.4×162.5=65mm r14r=14&#

11、215;250=62.5mm 取r=65mm2.工作缸凸肩的高度确定 h=1.5 （3.5） 工作缸壁厚 : =40 h=1.540=603.导向长度 l2=0.3×0.6D2 D柱塞外径 D=250mm 取l2=0.5D=0.50.5×250=125 取120mm4.凸肩出圆角半径 r=0.150.25 （3.6） 取r=0.2=0.2×40=80mm5.球底半径 r=（12）r1 r1工作缸内半径取r=1.5r=1.5×162.5=243.75mm 取r=250mm为了使密封件内进油以增强密封效果，应留15mm斜度。 6.初算工作缸内径深度 L=S+

12、l1+l2+l3 （3.7） 式中：S柱塞最大行程 取S=250mm l1密封装置长度 初选l1=40mm l2导向长度 l2=150mm l3其他长度 l3=50mm 所以L=250+40+150+50=490mm 此深度待密封件确定后应适当调整，由于工作缸深度估算柱塞长度。 所以 L柱=490-50=440mm 此长度应适当调整 柱塞细长比440/25010，为短柱。故不必验算其稳定性，其应力应按纯压缩压力考虑。平板硫化机采用上述形式的柱塞及工作缸，所存在的问题是升降速度较慢，尤其是柱塞下降时完全靠其自重下降，下降速度无法控制，为解决这一问题我们采用了将工作缸与整体铸造的形式，即工作缸与底

13、座合为一体，并在工作缸两侧辅以两个小的合模固定于底座，利用两个小油缸来保证快速升降的要求。 （4）工作缸工作是受内压作用，从而产生周向应力1。 径向应力r和轴向应力z按要求这三种应力均应小于许用应力。此时外压P2=0，内压P1=P=169kg/cm2三向应力为： （1）径向应力：r=-P=-160kg/cm2 (3.8) （2）周向应力：1=P （r22+r12）（r22-r12） （3.9） 式中：r2工作缸的外半径，r2=25.5cm r1工作缸的内半径， r1=21.5cm所以t=160×（25.52+21.52）（25.52-21.52）=160×1112.5188

14、=946.8kg/cm2 （3）轴向应力：2=Pr12（r22-r12） （3.10）所以z=（160×21.52）（25.52-21.52）=393.4 kg/cm2ZG45的抗拉强度极限b=5700 kg/cm2工作缸的安全系数n=57，取n=6所以需用抗拉应力b=bn=950 kg/cm2三种应力均小于许用应力。故设计安全。3.3密封装置 密封装置是工作缸与柱塞组合件的重要部分，平板硫化机能否正常工作，在很大程度上取决于工作缸密封结构的完整程度。3.3.1对密封装置的要求 （1）密封性能要好，密封装置必须保持良好的密封性，以免造成工作液的流失，影响液压的保持。 （2）结构要简单

15、，全部密封结构所消耗饿金属材料要少，制造方便，不要求过高的加工精度和光洁度，制造费用低。 （3）耐久性好，安装和拆卸方便。 （4）摩擦阻力要小。这个不但为了减少动力消耗，而且也可以减少柱塞表面和密封装置本身的磨损。3.3.2密封件密封圈是一种是用最普遍，用来密封运动部件的元件，此设计采用U型轴用密封圈，属于自禁式密封，该密封形式密封性能在高压下效果良好。该密封圈的结构尺寸如图3-2： 图3-2：U型橡胶密封圈3.4垫台3.4.1结构及尺寸 此设计采用工作缸和垫台铸造为一体的结构，如图3-3所示 图3-3：垫台结构简图3.4.2材料 选取ZG45 取安全系数n=6 其许用应力b=bn=950 k

16、g/cm23.4.3受力分析 当工作缸和底座连成一体时，受力情况十分复杂，力的简化方法也比较多。此时，计算机座时，只取A-A剖面之上的抗弯断面模数，不包括缸体部分，此时作用于缸底的液压作用力通过缸壁传递到底座上部，是底座弯曲变形，根据壁厚容器的受力分析缸壁的轴向作用力b沿壁厚均匀分布。 z=Pr2（R2-r2）=r2R2-r2 kg/cm2 （3.11） 式中：P=160 kg/cm2 R=25cm r=17cm 故z=160×172252-272=289.4kg/cm23.5活动平台活动平台与柱塞连接，当柱塞受液压而下降时，平台亦随之升降，当与上部横梁或热板接触则平台均匀受压，平台

17、的变形会影响柱式平板硫化机的精度。3.5.1 结构 此设计采用单柱塞平板，当柱塞有立柱的导向孔，在加工立柱孔时，必须严格保持其轴线垂直于平台工作表面。3.5.2 材料 HT200铸铁 弯曲极限疲劳应力=3400kg/cm 安全系数n=56 取n=6 许用应力：= n=34006=566kgcm （3.12） 弹性模量 E=1.15x10kg/cm3.5.3 平台负载荷及弯矩受力情况由于平台工作时在框板上自由滑动，故可简化成有两个自由支点的悬臂梁，受力长度为450mm即热板长度，承受均布载荷，两支点间距为柱塞中径。 12 （250+170）=210均布载荷 q= 6000450=83.7kg/m

18、m=837 kg/mm可动平台的弯矩方程如下：M=- 12qx 0x9.5 （3.13）当x=9.5时有最大弯矩:-M= 12qx=- 12x837x16.5 =-113967kg·cm （3.14） M=ql2x-16.54- 12qx16.5x30 （3.15）当x=20时平台中心处弯矩为： M=63000220-9.5- 12x15702x20=15750 kg·cm （3.16）受力分析如图3-4：图3-4：活动平台受力分析3.5.4 强度校核（1）-截面可动平台中心处，截面形状尺寸如图3-5：图3-5：活动平台结构简图截面形心位置：e=129×332+3

19、3×332+225×452+33×1122×（33×129+33×33+45×225+11×33）=2.01cm e=11-2.01=8.99cm截面惯性矩J：J1=129×3.33+3.33+225×4.53+33×1.13+9×3.333=4257.4cm4抗弯截面模量： wwi=j1e2=4257.48.99= 473.5cm3 （3.17）平台中心处I-I截面应力WI=MwmMwl=75150473.5= 158.7<w （3.18） (2)IIII截面柱塞中径

20、处，截面形状尺寸如图3.6所示 （3）图中AB = 116mm的确定 AC=2AB=2×2252-1742=14.2cm 图3-6；可动平台IIII截面简图及平台与柱塞连接计算图截面行心位置e1=174×332+102×4522×(33×174+45×102）=1.92cm e2=11-1.92 = 9.08cm 截面惯性矩J1：JII=174×3.33+102×4.533=4386.7cm4抗弯截面模量： W=je2=4386.79.08=484.2cm3平台中心处-截面应力=MmaxW=2269204

21、84.2=468.6kg/cm2<经校核两处应力均小于许用应力，所以安全。可动平台中心处挠度ym：单柱塞平台，当柱塞直径较小时，其力学模型可近似看作是在柱塞与平台连接的着力点处即柱塞半圆截面重心处。为固定端的外伸是臂梁。平台中部柱塞着力范围内七挠度为零。平台悬边处挠度最大该处挠度应为平台重心处的挠度。再加上重心处以外至悬边处的挠度增值。这部分挠度增值通过变形的几何相似关系便可求的。平台的挠度应尽量小，且不能超过工艺上对制品厚度的公差范围及厚度均匀度的要求 ym=P6EJ=(L4-l2)3 =1000006×1.15×106×3542.4×(55/4

22、-27/2)3 =0.64×10-7cm （3.19） 可动平台在工作时以热板全部用上为最危险，故不必校核最小模具产生的弯曲应力。3.6上横梁上横梁和底座的作用是用来承受平板硫化机加压时产生的作用力，这些零部件用立柱连接在一起，并形成一个坚固的封闭构架。3.6.1材料选取HT200，弯曲极限应力w=3400kg/cm2安全系数n=56取n=6，许用应力：w=wn=3400kgcm26=566 kg/cm3.6.2受力分析上横梁的结构受力情况如图3-7所示。上横梁可以看作是一个自由放置在两个支点上受均布载荷的梁。-及-截面为受力危险截面，平板硫化机运转时，由于载荷偏载，或立柱的螺母松紧

23、不一，螺母松的立柱受力小，或其他立柱的载荷就会增加，出现这种现象就有可能导致上横梁的断裂。3.6.3弯矩及弯曲应力 上横梁受载荷时，沿中心载荷上的弯曲应力最大，危险截面取在中部加强筋的边缘，即-截面（1） -截面强度计算：最大弯矩为：Mwmax=P4（L-l2）=500004×（80-602）=625000kg.cm （3.20） 其中：L=800mm l=600mm -截面形状尺寸如图3-9所示。 -截面型芯位置： e1=8×172+32×42+10×2822×（8×17+32×4+10×28=11.11cm e

24、2=28-11.11=16.89cm 截面惯性矩J1=50×11.113-32×7.113+8×6.983+10×16.8933=39954.7cm4抗弯截面模量W1： W1=J1e2=39954.716.89=2365.58cm3故-截面处的最大弯曲应力为： =MmaxW1=6250002365.58=528.4kg/cm2<W（1） -截面的强度计算：两个侧板，每个侧板承担二分之一的公称吨位的力，侧板有螺母紧固与上横梁支持臂内，在拧紧螺母时会产生预紧力，在所承担的力上加上20%25%，则： P2=12（1.21.25）×P=12

25、15;0.625×500000=15625kg -截面的弯矩与弯曲应力为： MWII=P2l1=15625×8.5=132812.5kg.cm （3.21） 式中：l1立柱支持臂圆孔中心至-截面断面距离，cm -截面形状尺寸如图3-10所示。 图3-7：上横梁的结构 图3-8：上横梁的载荷图 图3-9：上横梁-截面简图 图3-10：上横梁II-II截面简图-截面型心位置：e1= 4×172+12×172+8.5×422×（4×17+12×17+8.5×4=7.83cme2=17-7.83=9.17cm截面

26、惯性矩J：JII=24.5×7.833-8.5×3.833+4×9.173+12×9.1733=6673.7cm4抗弯截面模量WII=Je2=6673.79.17=727.8cm3故-截面处的最大弯曲应力为： WII=Mww=265625727.8=365kg/cm2<w所以安全，符合要求。（2） 上横梁最大挠度（在中部）： ymax=qt384EJ1（8L3+l3-4Ll2） (3.22)式中：E材料的弹性模量， E=（1.151.6）×106kg/cm2 J-断面的惯性矩， cm4 L上横梁两立柱中心距，cm l上热板长度，cm 所以

27、ymax=50000384×1.4×106×39954.7×8×803+603-4×80×602=3.18×10-3cm综上所述，上横梁符合设计符合要求。3.7热板 热板是平板硫化机的重要部件之一。热板在硫化操作时作为加压及加热制品和模具之用，热板温度分布是否均匀，直接影响被硫化只凭的质量。平板的工作面需经精细加工，要求平面平直光滑，使被硫化制品或模具与平板接触良好。以保证制品或模具与平板接触良好，以保证硫化制品受压及加热均匀。3.7.1结构与材料本设计上热板的材料为45号钢采用蒸汽加热，初定尺寸为450×

28、;450×60蒸汽加热元件的功率 Q=（CG(t1-t0)）860 （3.23） 式中：C比热 取C=0.117kal/gt G热板重量 G v=7.8×103×（0.45×0.45×0.058）=100kg t1最高工作前温度 取t1=200 t0加热前温度 取室温t0=20 加热时间 取=50min=5/6h 热效率 取=0.7 所以Q=0.117×100×（200-20）860×5/6×0.7=4.2kw 蒸汽加热热板，在平板的每一边钻一孔道与横向排孔相通，在两头由不带螺纹的堵焊封闭，使加热或冷却水

29、在平板内蛇形流动，一热板的奇偶数交错排列方向流通最好。热板内蒸汽通路的布置，应按热板表面各部温度均匀，能迅速上升及下降为原则。热板外形尺寸如图3-11： 图3-11：热板外形尺寸结论本学期一开始，毕业设计工作就进入了准备工作阶段。老师给我们布置了设计QLB-Q60/450×450×2框式平板硫化机的任务。收集国内外有关框式平板硫化机的技术资料，我们花费了大量的时间在学校的图书馆查阅了目前现有的有关橡胶工业的期刊和书籍。有关平板硫化机的资料却很少，最初的一段时间内我们处于一种忙碌却又毫无进展的状态。这时，指导老师董老师帮我们收集了有关平板硫化机的资料，对我们帮助极大。我们在此

30、基础上开始进行方案设计，确定主要技术参数、总体方案图、零部件图等，一边设计一边完善。在老师的指导和同学们的帮助下终于顺利的完成了整个设计任务。由于我们能力和经验有限，所以尽管我们花费了很多精力，设计仍然有许多地方考虑的不够周到，难免出现一些疏漏，所以我们没画完一次图都要拿给董老师评阅修改，董老师耐心的给我们讲解。但从这次设计中我们还是学到了不少的东西，特别是从老师那里学到了一种严谨的工作态度和正确的工作方法，这对我们将来的工作会有很大的帮助。在设计结束时，我在此对各位老师在整个设计过程中所给予的大量帮助和关心谨表谢意！ 参考文献1 吕百龄，21世纪我国橡胶工业发展趋势，橡胶技术与装备.2004

31、年第5期2 于清溪.橡胶产业机构形态分析，橡胶技术与装备，2004年第8期3 于洪林.平板硫化机的形状和发展趋势，橡胶技术与装备，1995，26284李纪生，湖州橡胶机械厂.我国平板硫化机的技术进步与市场分析，橡胶技术与装备，1997，7105 成大先.机械设计手册（第一卷）.M北京：化学工业出版社6 成大先.机械设计手册（第二卷）.M北京：化学工业出版社7 成大先.机械设计手册（第三卷）.M北京：化学工业出版社8 成大先.机械设计手册（第四卷）.M北京：化学工业出版社9 成大先.机械设计手册（第五卷）.M北京：化学工业出版社10 马占兴，何月梅.橡胶机械设计（下册）.M北京：化学工业出版社，198111 张玉，刘平主编.几何量公差与测量技术（第三版）.M沈阳：东北大学出版社，199912 杨顺根，桂林橡胶工业设计研究院.国内外工艺制品机械发展概况（二），橡胶技术与装备，1994，131713 付广艳主编.工程材料.M北京：中国石化出版社，200614 杨顺根，白仲元主编.橡胶工业设计手册 第九分册（下册）.M北京：化学工业出版社，199415 刘朝儒，吴志军，高政一等主编.机械制图（第五版）.M北京：高等教育出版社，200616 濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第八版）.M北京：高等教育出版社，200