橡膠密封件的模具設計

橡膠密封件的模具設計江西高安宜春地區(qū)拖竝機廠 蔣金海 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/近代液壓傳動肌構應用很廣，而要保證液 壓機構的正箱工作，與謖封件的質量好壞關系 按犬。密封件育金覆和非金履的,非金屬的材 科如據(jù)膠、塑料和皮啟等，其中尤以橡膠密封 件應用甚廣，找廠由于維護修理新老設備以及 技不的需要，有燈婆直制一些非標準的或貨源 俎講的核肢撈封件“現(xiàn)將我們對于橡膠密封件 的英具設計和制造中一些不成熟的經(jīng)驗作如下 介紹,僅佻參潯。1、材料1常用的橡膠材料夭然膠NR、丁基膠1IR、丁苯膠SBR、顧 丁膠BR、丁臘膠NBR、氧丁膠CR等.2. 常用的央織物棉簾布（最常用的夾織物）、人造絲和錦綸 簾市、滌綸簾布、雛綸織物、玻璃纖維簾布等.3. 橫具材料常境勺真必材甘為低碳鋼A 3或20,滲碳 層深工8、1.1亳米：中撅鋼45,竇面淬火坯度 可達HRC4047,鼓髙達55；鑲塊和一些小 的或細長旳型芯可選用臺金鋼，如40Cr加熱 賁830850 C油淬后,3603701回火.HRC 可達4244加熱到850 -870*0油淬后，180 200C回火；HRC可達5267）高碳低合金 鋼9Mn2做模具比較合適。在正常條件下，油 淬溫度最好為8001D,回火溫度不超過200C 般采用160-180特殊的漠具也有用鑄鋼、 鑄銘的，但任工藝上必須潸除砂眼、縮孔后才 能使用。制品的表面光潔度要求高時，模腔鍍鉆， 鍍層厚在0.008001送米，并且要拋光.常用嫌膠.填充柯、：fe屈等的線脹系數(shù)見 表1 C二、橡膠的收縮率要使慳膠制品符合設計中的公差要求，首 先必須卑握橡膠的收縮率。椽膠硫化后的收縮 率（相對模型尺寸而言）一般為1.33.0%,膠 料收館率值K可按下式計算：表1常用梯膠、填尢劑、金屬爭的線底致材料g林天然丘NR216X10-1丁笨蔗SBR216X10-1T訥舷NBRi 計i1 TCR.oxjo-1T懇膠HR194X10-1填克創(chuàng)(5 ;0)X10"<t熾i(10.6122)W1L2X10-1怡久啟-23.8X10*1富：彩計溫岌力2L100C時計畀；袋頭工作溫反以6Z 8JTC力宜.K = P,PxiOQ%式中K一膠料收縮率，;D一模具型腔尺寸，亳米D橡膠制品的公稱尺寸，毫米）D硫化活的橡膠制品尺寸，毫米 在設計模具時，總要使D = D,故模具型 腔尺寸Di = D + KD0硫化后的收縮能使制品岀模方便，但很不 利于章握橡膠制品的公差。抿據(jù)椽膠工業(yè)生產(chǎn)實踐，幾種橡膠的硫 收縮率見衣2。： I農(nóng)2化種橡膠坍疏化收編羊%011(1.00!42.C尺感加(100 獲金淤弋501憶顧髙坤氏501.7文熱茫：U10 )1.6元肚/丁睛膠 (10/90 )1比憑禽時眶5fi1.8THt(lOO)撫t(yī)ojatih1 .HTlfr&dOO)j撫呱選舟(撫順詵氣42.屯樓TlfrR(lOO)(撫順通用 氣59.4J. 8-2.0膠(50/60 )撫頫淀乞1撫順高甘金41二枝1.6TR(IOO)1撫順泥弋357L6由表2可知，影響橡膠硫化收縮率的因素 很多，如膠種不同、同一膠種的含膠量不同、 填充劑品種不同、硫化程度不同等，都使收縮 率發(fā)生變化。即使從生產(chǎn)實踐測得，也只是個 近似值。往往資料所栽和制造廠的實際不同， 甲廠數(shù)據(jù)和乙廠數(shù)據(jù)不同。為此，當我們需要 制作橡膠密封件的模具時，必須遵循的工作步 驟如下：先確定承制廠一該廠的橡膠磕化收 縮率一設計制造模具一樣品試制和測 定一最后修整模具一正式投產(chǎn).切不可輕 昜的依據(jù)資料便動手設計制造模具，以致便側 胡的質量達不到公差要求，影響液壓機構的正 常工作。確定橡膠收縮率時，還應注意如下二點：1.橡膠制品在收縮過程中有二個收向： 第一是不論制品的外徑和內(nèi)徑都朝向該密封圈 旳圓心點收縮，這個枚縮魚最大)第二是以膠 質截面中心線A-A為軸心，外側向內(nèi)縮，內(nèi) 側向外縮.因為內(nèi)側牧向和其他的相反，影響 了第一種的收縮率.所以實際生產(chǎn)中按同一個 收縮率設計出來的制品，往往內(nèi)徑收縮累不準 豳，要少一點，影響了密封圈的尺寸公差。為 此,荽排除沫亍渓菱,按下面公式計算痰腔的內(nèi) 徑(見國1)0io-：aT K ( d - B /式中To何兵的械腔設計內(nèi)總，A. 膠料收縮率.%、(【一制品公稱肉徑，亳來！B -1K品公稱寬岌.宼米。2.嶷具亦硫化時加溫膨脹(工作溫度I 般為60MOt,不超過1009,模具材料的線脹 系數(shù)見“東摘定捺膠收縮率時,亦應排除 這個逞蘆戲淖舉咬科線帳系益減去梭具材料三. 模具設計1設計要求(1 )首先要滿足制品的使用要求。為此， 模腔的幾何收縮率要正確，具有足夠的稿度和 光潔度.定位可靠，不流失膠料，各部受熱均 勻。(2 )模具加工方僅.結構簡單，漠腔不 可犬務.留有今后修颶的金地。(3丿讒作紂鏡、生產(chǎn)率高，棧體輕巧， 易干!沏”(4)具有足夠的強度 堿化時不產(chǎn)生2.縝具的結構耍聚iI)分型而 制品的第一個質懾關犍懸 分型面的選擇是否正確，只有分型面正確且結 構又簡單，才能便制品獲得高質量,這樣的沒 計才被認為既合理又經(jīng)濟。虎貝分型嘮的選澤 應注獵以下幾點，A、模具的分型面應盡盤避開橡阪制品的 使用面和工作面(見圖2)。挺貝的分型面狽設置在制品邊角的適當位置，以便排出空氣，使膠料充滿模腔，得 到豐滿結熹的探膠制品。圖3所示為矩形擦膠也2 膜耳分即而凌譯之一A分T治不2制品工:乍呵上（正M）;B分朮而心翻二工作Q上（不正瑙）墊圈模。如果制晶渙求不髙，而且厚度小于3圖3 橫X分劊阪送釋之二毫米、斷面寬度大于4克米.或厚度小于6毫 米、斷面寬度大于癢度的二倍時，則可釆用A 結構；一股的大多釆用B、C結構；對密封性 要求高，抽真空密封的橡膠矩形墊圈模具，都 采用三塊分型的C結掏。C、分型面的選擇需考慮制品的情度。對 同心度要求高的識腔衛(wèi)盡可能設計在同一塊棋 塊上，防止相對位置貓動。石則,制造精度不 易保迂特別在婪用巾艮定位銷和套摩損，誤 差增犬，制品質雖譯低（見圖4 ）。圖4 檳具分型向選樣之三A刨品同心軸度不易保遼；B的品島于円心又較復雜或薄壁產(chǎn)品時，更應注意這方面的要 求。E、夾布、夾纖維的核膠制品的模具分 型，應該設計成模腔嵌進的結構（見圖5 ）。出5央布處妙建圓模否則，布和纖維就容易訂出模腔被模板壓傷而 報廢。F、分型面設計盡可能簡單，復雜的分型 結構會增加模具消理的困難。G、分型面應當考慮制品的取出方便，避 免過深的模腔。模腔太深，也使殯板又厚又 重。H、分型面應考慮制品的外觀質顯和消涂 廢邊，考慮模具面積與高度的比例，過高了模 具導熱性不良，加熱不均勻。（2 ）余料巒 除海綿橡膠制品外，校具 都要設迓余料槽。膠料雖經(jīng)稱昱，但總有謀 差，而且在操作過程中也得稍為過量，以求壓 實制品。多余膠料自模腔溢岀排入型腔周圍一 條溝槽內(nèi)，使槌具分型面匕不致增加過厚的廢 邊。所以合理地設置余斜槽.對壓實制品、侏 證尺寸精度和外觀質址有很大的作用。對分型面平行度要求高的和對稱性要求髙 的也應特別注意。如0形橡膠密封圈模板在分 型面處，當合模不嚴密時出現(xiàn)廢邊；模腔不對 稱時出不圓和難出筷現(xiàn)象，廢邊的厚度一般不 應趙過0.10.5毫米。D、選擇分型面應當考慮膠料的安放與填 充，特別在膠料流動性較低而制品的幾何形狀余料槽過小時則容納不了排出的余膠，過 大時則有可能使膠料未進型腔而先到余料槽， 造成模腔缺料。余料槽設計應根據(jù)制品情況而 定，一般較小的壓模開設在離模腔邊3毫米 處，槽深1毫米，槽寬2毫米，槽可接通外邊 也可不接通（見圖6 ）, 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/(3 )鑲塊組合模 當模腔復雜和要求 高，且制品尺寸大時，采用鑲塊拼合結構，這 樣能節(jié)約優(yōu)質鋼材，便于模腔加工，在熱處理 時可以排除其余模板苣變形，只要單獨修理鑲 塊就行，也有利于排氣和型芯的安裝。其缺點 是模具結構外形尺寸大，模具件數(shù)多，費工費 時，拼縫又容易出廢邊，影響制品的質凰。鑲塊外形應盡量做成圓形或方形，有規(guī)則 的形狀便于達到校高的精度。拼縫盡蛍避開膠 料能宜接鉆入的地方(見圖7 )。圖7 鎮(zhèn)塊俎合示丸圖四、模腔的尺寸標注和技術要求1 .由于收縮率只是一個近似值，影響收 縮率的因素很多，實際工作中較難掌握，這給 模腔尺寸的標注帶來困難，為此，模腔的尺寸 標注通常采取以下幾種方法。(1 )橡膠制品的尺寸較小，膠料收縮率 實際誤差比橡膠制品的允許公差小時，可以提 高制品的精度(即縮小制品的公差范圍)來保 證制品的質量。例如有個0形密封圈，內(nèi)徑 4>200、2,斷面直徑為4)4 0.1,根據(jù)所用膠 料的收縮率為1.8%,又根據(jù)多次生產(chǎn)實踐經(jīng) 驗，內(nèi)徑收縮誤差一般不超過0.10,斷面直徑 誤差不超過0.05,其模腔尺寸計算如下：內(nèi)徑 20X( 1 + 1.8%) = 20.36 毫米，斷 面 4 X( 1 +1.8%)=4.嘰2亳米模腔尺寸公差(見圖8 )計算如下：內(nèi)徑0.2干0.1 = 0.10亳米，斷面0.1 干0.05 = 0.05 毫米。(2 )制品公差小和模腔尺寸大的公差， 膠料收縮率實際誤差比制品允許公差大，提高 賽具制造精度無法保證制品公差時，采用三種方法：a、釆用形狀和大小類似的模具試壓，測出實際收縮率，這樣可以誡少決差，其次，在 出現(xiàn)超差時考慮有修正模具的余地.b、根據(jù)制品的工作特點，采用經(jīng)驗控制 法。如靜態(tài)0形密封圈的內(nèi)徑宜小不宜大，收 縮率就盡可能取得小一些，直徑取公差下限， 截面取公差上限。c、在制品的工作國上，對一些不更要的 尺寸往往不注明公差，設計時除按收縮率標注 模腔尺寸外，其公差都照國際(GB169 59)基 準件公差46級粘度執(zhí)行.2.模具的技術要求(1)模具承壓面的不平行在直徑(或最 長一邊)小于200亳米時，不超過0.05亳米當 在200350亳米時，則不超過0.1亳米。(2 )模具分型面、鑲塊拼合縫的局部間 隙不超過0.05毫米。鑲塊不可低于模座平面， 一般可稍高，但不得超過0.05冬米。(3 )疾具的定位配合部分，如導銷和導 套、模芯和模孔、注壓活塞和注壓料筒等結構的 同心度允差為0.03亳米，其拔模斜度為1：100(如 果定位要求不高時亦可加大斜度)、與模具分型 面不垂直度允差(200毫米時)不趙過0.10毫米， 但要靈活掌握。(4) 模具的模腔及分型面處，光潔度應 在以上，配合部分為 6,其他部分為 4 5 o(5) 模腔與分型而相接處應保持清角， 模腔與模腔接觸誤差盡雖最小，一般不超過 0.050.10毫米。(6 )模具必須在規(guī)定部位打上標記，例 如編號、產(chǎn)品型號、制造日期等。五、模具的配合及外形尺寸1, 般的制化鯉百的板國帳（G B）規(guī)住 選澤，軸孔配合：靜紀合：恥10時為-空大于忙阿為爐豹配合：-加工中必須注恵同一副腹具應由一個人加 工，先加工比較難控制的零件和尺寸，然后仍 按上述公差帶推算著配其它零件。例如；么 稱尺寸為46的動配合學，孔是4>45"”，（1C軸是機必:鷺。軸只許可比孔小0.077- 0.025亳米。如果孔已車成455奈米，軸可 做未&45.15乂器；亳米, 即4> 45.073 - $ 45.125 奄米。非圓孔和非圓柱的配合，活動間隙小于0.10.2毫米。2. 模具外形尺寸應盡量做到既不影響模 具壽命，又不過分笨重，應充分估計膠料硫化 時對模具的脹力，對尺寸大的厚制品尤應注意。為達到上述要求，選用優(yōu)質鋼材，適當熱 處理外，對厚制品衽脹力大又不易排料的封閉 式結構，采用上、了棋將中模反包的特殊辦法 （見圖g）S9尺包疑具外構夾布橡膠密封圈模具外形尺寸參照表3、 表4所列，表中代號見圖10所示。六. 模具的定位、啟模、測溫 及制品取出1. 模具定位方式（1 ）圓錐面定位 常用定位斜度為15，配合高度為610奄米。如不影響賀農(nóng)3 夬布椽膠卷封出濮幷形尺T芒一毫來）尺;2”. i)30 >1145 14635：2b紳13u處14i、3!;0aw159156、3G250451168、450 66Q60O 1G7說5U&188表4央布洋膠密封國校卄燈尺于丈二（毫來）卜刁血,f. flA昇K；L_3S器H；s7A Id a u76“5:lJ9、226r.、22 “6：364板厚度則配合高度允許適當加高（見圖11, 圖 12）.（2 ）中央圓柱定位 配合處要歸 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/毫米密合，其余部分做成310的斜度(見B13),(5)斜邊定位長條形制品模具多用此定位. 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/Uil H 以西 NiiZ-S16導館6導*2.啟模結構設湮撞口、手柄、吊鉤等(1)撬口模具土和寬都在260電米以 內(nèi)、厚度在75毫米以內(nèi)的,據(jù)口深度約4乞米、 寬15奄米，規(guī)口倒角0.5米,可設計成圓周 形，也可銃口。不良的楡口如圖16所示。(3 )導銷導套定位用于非軸心對稱 的橡膠模具。導銷尖瑞做成半圓形，使導銷易 于滑入導套,長度稍短于摸具總厚，伸岀模板部 分一般最長為4666毫米。導套為防止導銷孔 磨損而加設，日后可以修理(見圖14.圖16).(2 )手柄 一般克僥大于$450毫米的 圓形模具或重凰超過藥公斤的模具耍裝手柄 用816髦米圓鐵彎成unM形，數(shù)於一般 為二個3.制品出模應避免受剪切軋斷例如為 了保持泊封內(nèi)徑d的精度，常將汕封上、下棋 的分型處設在非工作面上(見圖17).但此時 必須保持(一卜，否則出模時軋壞制品 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/K14ffll7a處分型 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/(4)齊縫螺釘定位 用齊縫螺釘固定圓 形件的配合。 4.測溫孔 簡單的形式是在中模上鉆 切8的孔，深度在3040毫米,即可測魚溫度.七、常用橡膠密封圈的模具結構形式1 . 0形椽膠密封圈模具單孔和灰孔0形圈模結構如圖18、圖19所 示。45分型0形圈模結構如圖20、圖21、圖22 所示.模壓0形囲在分型處不免產(chǎn)生廢邊，因 此型腔深度每邊要比原來小0.020.04亳米。圖23所示結構，由于結合錐面較小，余膠 易入余料槽，減少廢邊。結構中增加臺扃為了 使加工中增加基準面，臺肩間隙控制在o0,03 奄米。2. V形橡膠密封圈模具（見圖24. 25.26、 27 ）圖2S 46分型0謝IB填圖25所示模具雖加工困難一些，但不易脹 壞模具。圖26模具可防止夾織物在硫化時滑出 模腔壓傷制品。624 介涇小-T14C4不興幟加律處玄奸環(huán)根3 25外徑大于140走來的V町不大僅的榕 枕窗対環(huán)帳 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights reserved. h(tp;/圖28、29分別是支承環(huán)模和壓環(huán)模，與密封圈史套使用。3. Y形、U形橡膠密封圈模如圖30、31 所示。J形、U形無骨架汕封模如圖32、33所 示。326外徑小于140無來的V彫夬趺輸松膠密封環(huán)康BB31 U彭權膠密対田橫3 27外徑大f 1404米的V邢充俁舫跟 處番井環(huán)接8328 VO&支禾環(huán)槐圖32 J彫無骨采油甘根圖29壓環(huán)核S33 U砒無管條油対棧其余各種橡膠密封圈?？蓞⒖荚O計。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights resvrvcc3$ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights resvrvcc3$ $30 丫用慘狀密封田爆參考資料1. 機械設計手冊上.下笊 恿化工業(yè)版.IMS半2. 合機床設計第二爭液九部分 憂以工業(yè) 版.1915+3. 跟膠工女手爭第三研基本工藝石化工並 * 1976 年4. 1973牛箱 5期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House, All rights resvrvcc3$