Y型密封圈模具设计说明书.docx
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Y型密封圈模具设计说明书
Y型密封圈模具设计说明书
1、橡胶模具简介
橡胶模具是将胶料模制成制品的装置。
具有一定可塑性的胶料，经预制成简单形状后填入或直接注入型腔，经加压加热硫化后，即可获得所需形状的制品。
橡胶模具的结构、精度、型腔的表面粗糙度以及使用寿命等因素，都直接影响橡胶模制品零件的尺寸精度、表面质量、劳动强度、生产成本和生产效率等各个方面。
不仅如此，模具结构的设计、主要构件使用材料的选择及其处理要求、制造工艺和组装质量等方面，还会影响到模具自身的使用寿命。
所以，在设计模具时，首先要对制品零件的结构特点进行认真的分析、研究，并以此为据，选择合理的模具结构，满足制品零件的设计要求、生产工艺要求以及模具的使用操作要求。
此外，还要合理地选择模具各个构成零件的材料及其热处理要求，以使模具的使用寿命达到最理想的程度，收到最大的技术效果和经济效益。
2、模具的组成与分类
（1）模具的组成
橡胶模具可分为成型件和结构件。
成型件是与胶料直接接触成型的零件。
如上模、下模、中模、型芯、镶块等。
决定制品的形状、尺寸、粗糙度等。
是模具的主要组成部分。
为了保证制品质量和操作方便，在成型件上还需开设余胶槽、排气孔、启模口等。
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。
（2）模具的分类
橡胶模具按模制方法可分为压模、压铸模和注射模三种。
压模是将一定形状的胶料，加入敞开的型腔内，用压机闭模加压，在平板硫化机或立式硫化罐中硫化成型的一种模具，它结构简单、造价低廉、应用广泛。
根据成型型腔的闭合形式有开放式、封闭式、和半封闭式之分。
三者的主要区别列于下表：
区别
名称
型腔的闭合形式
特点
适合范围
开放式压模
在整个闭模行程中型腔一直是敞开的，直至合模结束型腔才处于闭合状态。
1.胶料流失率大，压制时压力不大造成制品致密性差，从而影响制品的物理机械性能。
2.但因其结构简单、造价低目前还被大多数工厂广泛适用。
1.高度小于10mm的片状制品和断面尺寸小、形状简单的制品;
2.胶料流动性好，硬度低（绍尔硬度55度以下），制品高宽比小于5;
3.制品规格大，采用其它结构使模具质量过大、造价也大时，一般选用开放式结构。
半封闭式压模
在闭模行程中型腔一边处于封闭式，另一边却是敞开的，直到完全合拢才闭合。
1.对于流动性较差的胶料，易于在承压带处有胶边存在，胶边越厚，影响外观和尺寸精度。
2.但制品较复杂时与封闭式相比其加工简单，填料和取制品也较方便，加料量也不必太精确。
1.胶料硬度高（绍尔70-80之间）产品高度尺寸大于15mm，高宽比大于1；
2.薄壁或断面形状复杂难以装胶时可采用半封闭式结构；
封闭式压模
型腔从闭合开始就处于封闭态。
1.在设计和加工时都较困难，特别是一模多腔的模具，加工更难，且开模困难、配合部分易磨损、模内胀力大，易使模具胀坏变形。
2.压机的全部压力全部作用在胶料上，因此制品质量较好。
这种结构在实际中很少采用，因为它对半成品的质量要求太严，一旦胶料稍多就会造成产品厚度超差。
一般只用于个别胶布产品的预定型或一些单件、少量生产的高硬度产品模具。
一、分析Y型密封圈
Y型密封圈一般用于液压系统和气动系统中的活塞杆、柱塞和活塞的密封，工作压力范围为0～35Mpa,安装时开口应向高压一侧，Y型圈的两个唇口与其安装的轴和沟槽相比有一定的过盈配合。
主要有三种形式;
A图是普通Y型圈，其内外唇口高度一样，适用于活塞杆和活塞的密封。
B图用于活塞杆和柱塞密封。
其内唇粗而短，即使在零件压力下也能保证密封效果，其外唇细长有一定的过盈，从而保证与沟槽底部的紧密贴合。
C图用于活塞密封。
可以采用不同的密封唇和密封角，其形式刚好与B图相反，外唇粗短，密封强劲，适用于动力密封。
外唇细长并具有一定的过盈，保证与沟槽底部的紧密贴合。
在设计中选择的是A图低速中负荷Y型密封圈模具的设计，根据任务书和下表分析：
使用温度范围8～60℃
工作压力20Mpa
密封介质液压油
工作时间假定间断工作，每日工作总时间8～16h假定生产批量为中小批量
往复运动速度为0.5（m/s）
往复运动速度/（m/s）
密封间隙/mm
工作压力范围/MPa
使用温度范围
/℃
0.5
0.2
0～15
-30～80
0.1
0～20
0.15
0.2
0～20
0.1
0～25
胶料牌号的选择根据设计任务书及设定可以选择丁腈P228，其硬度一般在邵尔85±5，所以收缩率偏低。
二、模具结构的确定与设计
（一）、模具设计的基本要求
1.提高制品的质量，满足制品的使用要求
模具应能保证制品的性能，满足外观和尺寸精度等方面的要求。
2.操作方便
模具的装拆、填料及制品的取出都应尽量方便，不要损坏制品。
操作是否方便还直接关系到生产效率和劳动强度的轻重，因此在保证强度的前提下，力求减轻模重，并开置启模口。
必要时装手柄，尽可能采用机械化和自动化的操作方式。
3.制造容易、成本低廉
（1）讨论采用一模一腔的结构，刚开始设计时浏览了设计任务书见下图一，根据所给的数据可以首先排除在横向上的模腔的扩展，制品的外径已经达到了Ф366，相对于一般的密封圈来说已较大，在一般的平板硫化机上也是无法进行硫化的，从工人的劳动强度上来说模具的面积增大势必对于工人的操作带来困难，且具有一定量的危险性。
（2）可否设计压铸模、注射模.这两种类型的模具最大的特点就是自动化程度高，易于实现联动化生产，对于Y型密封圈主要设计的就是压模，且压模能够满足制品的使用要求。
这一点是从成本上来考虑的，往往一副注射模的加工费用是普通压模的几十倍。
（3）设计多层反包模。
对于这一点设计之初是较认为可行的。
原因主要有：
①制品的外径虽然较大，但是其高度较小，（见图一）
②为了提高平板硫化机设备的利用率。
③中模采用反包结构可以缩小中模的厚度，减低成本。
设计的图见图二
但后来设计出来之后，经探讨发现有着如下几种缺陷：
1在图中1处，硫化的时候下部的制品胶料会存在飞边，这样对于上部的制品的硫化精度就产生了影响。
2图中2处，硫化时这个部分的空气处于一种相对禁止的状态，那么这样对于模板与模板的相互传热就产生了影响，从而导致模板导热不良，最终影响制品。
这也是多层模最大的缺点。
3在图中3处，模板的高度较高对于一般的平板硫化机很难对其进行硫化。
4在图中4、5处，锥面的配合加工较困难，且一旦磨损后模具就处于报废状态。
5中模板在取出时受到制品的阻碍，取出较困难。
（二）、模具的断面形状及类型的选择
本设计所采用的半封闭的结构，半封闭式模具的结构形式从加工工艺性考虑加工容易，填料和取制品也较方便，加料量也不必太精确且能够满足性能要求，是一种常见的模具结构形式，可以保证制品的性能要求。
论证：
对此Y型密封圈为什么没有采用开放式结构和封闭式结构①根据设计任务书首先要求制品的精度以及其工作环境可判断出尽量不要采用开放式结构，制品的尺寸较大，所要求模具对它的压力相对来说要大，从而才能够使得制品的尺寸精度达到要求，但开放式的模具其最大的缺点就是压制时胶料所受到的压力不大、致密性较差，从而制品的物理机械性能得不到保证。
②封闭式结构对于这种结构首先需要考虑到模具加工工艺性，封闭式压模的设计以及加工都较困难，且开模更难、配合部分易磨损、模内胀力大，易使模具胀坏变形，在日常的生产中一般只是适用于个别胶布产品的预定型或一些单件、少量生产的高硬度产品模具。
（三）、分型面的选择与确定
将模具型腔分割成两个或者两个以上可分离部分的分割面称为分型面。
模具分型面与型腔的交线称为分割线。
分型面的选择原则：
1保证制品易于取出；
2排气方便；
3避免锐角；
4避开制品的工作面；
5保证制品精度；
6分型面应便于装填胶料，模具易于装拆；
7型腔嵌进；
8保证制品的外观以及容易除去胶边；
在设计的时候主要考虑的是:
①保证制品易于取出；②避免锐角;③避开制品的工作面;④保证制品精度;⑤分型面应便于装填胶料，模具易于装拆;⑥保证制品的外观以及容易除去胶边。
分别说明：
见图
在1处分型面如果取的不当，则会造成模具
产生锐角，使得模具容易碰坏或磨损，从而影响制品的质量。
在2处，可知分型面避开了制品的工作面，产生的胶边主要是大角度的，这样修剪也较方便，并能够保证制品的外观。
从图中可知，此模具采用三块模板相互组合而成，且分型面选择合适，从而保证了制品容易取出以及模具装拆、填料的方便。
（四）、收缩率的确定及影响因素
胶料的收缩率是指制品硫化后从型腔内取出冷却到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，即
K=[（Dq-Dz）/Dz]×100﹪
式中：
K-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。
收缩率的确定
采用经验公式K=2.8-（0.015～0.02）A（﹪）
式中：
K-直径方向的收缩率，﹪；
A-硫化胶的平均绍尔硬度；
选用丁腈P228硬度为85±5
K=2.8-（0.015～0.02）A
K=2.8-0.015×85=1.525﹪,通过查找资料对比最终确定其收缩率一般为1.5﹪。
（1）产生原因
1温度变化引起的收缩；
2硫化引起的收缩；
3分子链取向引起的收缩。
（2）影响收缩率的因素
1含胶率和胶种含胶率越高收缩率越大；
2硬度硬度越大收缩率越小；
3胶料加工工艺胶料的可塑性越大，停放时间越长，坯料形状越接近制品，收缩率越小；
4制品形状大小收缩率随制品尺寸的增大而减小；
5制品断面结构对于胶料中有夹织物、金属骨架的，其收缩率相对纯胶制品来说，收缩率偏小。
（五）、型腔尺寸的确定
根据图一可知：
DZDD2d2Bhh1H需要进行计算
下表为精密模制品的公差
公称尺寸
精密模制品
＞160
F±
C±
0.3%
0.4%
固定尺寸F：
不受溢料厚度或模具不同部件横向位移之类变形作用影响的尺寸。
合模尺寸C：
受溢料厚度或模具不同部件横向位移变化的尺寸。
运用公式D模=D制（1+C）.
DZ
型腔尺寸计算
320+320×0.3%=324.8mm
320×0.3%＝±0.96mm
0.3×0.96=±0.288mm
则模具型腔尺寸DZ=324.8±0.288mm
D
型腔尺寸计算
360+360×1.5%=365.4mm
360×0.3%=±1.08mm
0.3×1.08=±0.324mm
则模具型腔尺寸D=365.4±0.324mm
D2
型腔尺寸计算
366+366×1.5%=371.49mm
366×0.3%=±1.098mm
0.3×1.098=±0.3294mm
则模具型腔尺寸D2=371.5+0.3194-0.3394mm
d2
型腔尺寸计算
314+314×1.5%=318.71mm
314×0.3%=±0.942mm
0.3×0.942=±0.2826mm
则模具型腔尺寸d2=318.7+0.2926-0.2726mm
B
型腔尺寸计算
20+20×1.5%=20.3mm
20×0.3%=±0.06mm
0.3×0.06=±0.018mm
则模具型腔尺寸B=20.3±0.018mm
h
型腔尺寸计算
10+10×1.5%=10.15mm
10×0.4%=±0.04mm
0.3×0.04=±0.012mm
则模具型腔尺寸h=10.2-0.038-0.062mm
h1
型腔尺寸计算
12.4+12.4×1.5%=12.586mm
12.4×0.4%=±0.0496mm
0.3×0.0496=±0.01488mm
则模具型腔尺寸h1=12.6+0.00088-0.02888mm
H
型腔尺寸计算
20+20×1.5%=20.3mm
20×0.4%=±0.08mm
0.08×0.3=±0.024mm
则模具型腔尺寸H=20.3±0.024mm
（六）、模具的导向与定位
导向所谓导向就是使模具闭合时模板能沿一定方向进入固定的置。
导向可靠，可以确保模具的安全使用。
实践表明，压制时损坏的模具中除一部分因刚度不够受力变形外，有相当大一部分就是因导向不好，模板错位而压坏。
定位使模板间相互配合所处的正确位置。
定位的合理、准确，可以保证制品的精度要求。
导向件与定位件在结构中往往是同一个零件，例如定位销既起定位作用也起导向作用。
在最简单的压模中，模板间可以不用定位和导向，直接放上，它虽然加工简便，但仅在少数情况下适用，而且上模板易滑落，砸伤操作人员，造成安全事故，多数情况下均采用一定的定位方式。
目前导向与定位一般采用的有：
锥面定位、斜面定位、圆柱定位、定位销定位四种。
设计时所采用的是圆形模具，其一般定位形式主要是圆锥面定位和圆柱面定位，我所采用的是圆锥面定位。
圆锥面配合在模具中被广泛应用，其具有以下优点：
（1）圆锥面配合精度高；
（2）装拆方便，多次装拆后仍能够保证精确的定心作用；
圆柱面定位的主要缺点：
（1）模具装拆比锥面难；
（2）一旦磨损就会影响模具定位精度；
（3）加工难度较大。
对于本制品采用圆锥面定位能够满足制品的精度要求。
对于圆锥面定位其基本要求就是：
圆锥面的斜角为5°～15°,L的距离随着制品的高度增加而增加，但也不可太高，且L1≤L,R=1～1.5mm。
设计时取斜角为15°，R取1mm.的结构。
在2处中模板与下模板相接触时靠的也是锥面定位，其锥面垂直距离只有5mm，目的就是使制品形成的胶边能够很容易修剪。
（七）、余胶槽、启模口、手柄
余胶槽
为保证填入型腔的胶料充满压实，胶料必须稍微过量，因此必须在型腔周围开置沟槽来储存胶料，这种用来排除余料的沟槽称为余胶槽。
（1）余胶槽的大小与形状余胶槽的容积以等于型腔容积的15﹪–20﹪为宜，这与坯料的余胶量有关。
设计时通常采用3mm深、6mm宽的半圆沟槽，也可采用三角形或矩形沟槽，根据习惯选用。
（2）距离余胶槽与型腔的距离越小、胶边越薄，胶料越与流失，型腔的胶料压力也越易泄掉，反之，制品致密性较好，但胶边较厚。
因此，余胶槽与型腔壁应取合适的距离，一般取3mm左右。
设计时取3mm深、6mm宽半圆沟槽,距离型腔的距离为3mm。
见图
启模口
橡胶模具最少由两块或两块以上的模板组成，要将装配在一起的模板启开，必须开设必要的启模口。
一般情况下，圆形模具启模口为圆环状矩形。
通常，只对启模口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，但不开通的启模口最小长度应不小于50mm，下表是模具规格与启模口对应尺寸;
模具规格/mm
启模口高度（H）/mm
启模口宽度（H1）/mm
≤Ф100
4
10
Ф150～350
5
12～15
Ф350～500
5
16～18
Ф500～1000
6～8
18～22
≥Ф1000
8～10
22～25
设计的模具其外形尺寸在Ф350～500之间，其启模口的高度为5mm、启模口宽度为16mm,长度为50mm。
见图
手柄
为了便于模具的挪动、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及一只手难以持拿的模具，应设置安装手柄。
橡胶模具手柄的结构形式及其尺寸大小，应当按照模具的外形结构特点及形体的大小来确定。
在橡胶模具的设计中，对手柄的设计要求是：
形状实用、美观大方、尺寸合适、连接牢固、使用可靠、持拿操作顺手和方便。
常见的手柄形式有以下几种：
（1）简易手柄；
（2）简易装配手柄；
（3）活配式手柄；
本设计采用的是圆形的模具，手柄设计为简易手柄。
直接用直径为8～12mm的钢筋弯制而成，焊接在模板上。
这种手柄的制作简单，材料易得，不需要其它的机械加工，造价最低。
但其部美观，焊接时有可能使模具局部变形。
遇到模具返修时，需要割开焊接处，返修后要重新安装手柄，较麻烦。
简易手柄一般适用于简易模具，模具使用期短，质量不大，但模板厚度在15mm以上的情况。
设计时选择直径为10mm，钢筋弯制而成，手柄未采用相互错开的方式，经过模拟实际的操作完全可保证实际的操作。
（八）、模具外形尺寸的确定
模具外形尺寸是在标注完型腔此处、余胶槽尺寸以后进行的。
在生产中主要有型腔尺寸和模具强度两方面来决定模具外形尺寸的大小。
模具外形尺寸的确定包括经验估算法和理论计算法。
经验估算法
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仍采用以经验估算为主、理论计算为辅的方法。
下表为开放式圆形模具型腔尺寸与模具外形尺寸推荐值：
型腔最大尺寸d/mm
模具外形尺寸/mm
d＜100
d+50
100＜d＜300
d+60
300＜d＜400
d+70
400＜d＜500
d+80
500＜d＜800
d+（90～120）
800＜d
d+（120～200）
对于这一点可适当的做一些参考，设计时所选择的半封闭式的结构形式其模具外形尺寸不但与模具型腔最大外形尺寸、余胶槽、启模口有关，还与模具的结构有关，其外形尺寸中包括锥面配合位置，要在前面开放式模具外形尺寸基础上加上锥面配合位置。
模板大小的确定主要都是根据经验法来确定：
理论计算法
对于中模板的壁厚的计算;材料45﹟钢、中模型腔直径为371.5mm，许用应力为[σ]80～100Mpa。
该模具工作时，胶料受到挤压并给予型腔内壁的单位压力q=20Mpa.
根据以上条件，进行设计计算如下：
L=[σ]/q=100/20=5.0
查表圆形型腔中模壁厚L、K值。
L
K
5.0
0.29
可得K=0.29
t=Kr2=0.29×183mm=53.07mm
t---中模壁厚mm；
r2---中模型腔半径mm；
经过理论计算壁厚为53.07mm。
由于在模具的结构设计中，要在中模上增设启模口，所以中模的尺寸就会相应的加大,最后综合考虑确定为63mm。
（九）、模具的型腔内的粗糙度及模具外表面的粗糙度
橡胶模具型腔的表面粗糙度，直接影响制品零件的表面质量，特别是要求很高的密封类制品零件的工作面。
此外，模具的各个分型面、定位要素的表面、与硫化压力机平板接触的上、下平面等，都对其表面粗糙度有不同的要求。
Ra值/um
应用举例
0.2～0.4
模具型腔表面、分型面
1.6～0.8
余胶槽、导向面、
6.3～12.5
模板的表面与侧面
6.3～3.2
启模口
手柄
设计时;型腔分型面取Ra0.3；
余胶槽、导向面Ra1.3；
模板的表面与侧面Ra10.0；
启模口取Ra4.0；
（十）、模具材料的选择
在每副模具设计过程中，要针对不同零件的要求选择不同的材料。
如对于一般的压铸成型模具的压制成型模具，通常要求其具有良好的综合机械性能，所以一般采用优质碳素钢（常用45﹟钢）；对用于大批量生产的注射模型腔零部件要求较长的使用寿命，则采用工具钢或合金刚。
本设计模板所采用的是45﹟钢。
45﹟钢在调质后具有良好的综合机械性能，一般用于中等生产量以下的模具。
45﹟钢调质后硬度为HRC35～40。
这个硬度范围能满足大部分用于中小批量生产模具的要求，而且利于切削。
对于要求更高的模具可将热处理硬度提高至HRC40～45，并对型腔进行镀铬，铬层厚度在0.008～0.01mm，并抛光。
45﹟钢模具的加工工艺过程是:
下料、正火、粗加工、调质、精加工、表面淬火、低温淬火、精磨。
手柄采用甲类钢中的Q235（A3）在实际应用中不需要进行热处理。
注：
甲类钢属于普通碳素钢中的一种。
总结
主要参考文献
1.张秀英主编.橡胶模具设计方法与实例.北京：
化学工业出版社，2003
2.模具实用技术丛书编委会编.橡胶模具设计应用实例.北京：
机械工业出版社，2003
3.刘希春刘巨源主编.橡胶加工设备与模具.北京：
化学工业出版社，2004
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