橡胶模具设计举例word版Word格式文档下载.docx
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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/T3672—2002模压制品尺寸公差表1-2[1]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0.3%），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2.1O形密封圈产品图纸和技术要求
图2.2O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）]/24.4100%=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/T3672—2002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（24.40.2）mm（3.60.1）mm；
这批矩形密封圈尺寸和公差为（40.640.38）mm（5.160.13）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705，，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1.2~2.25%，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805，，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2.0~2.65%，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3.1O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3.4O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3.5O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3.7O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。
于是推导出
D模=D制（1+C）2—4
D制=D模/（1+C）2—5
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705。
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
制品尺寸
（D制）
制品尺寸
第一次
28.53
28.51
27.89
27.92
第二次
28.49
27.93
第三次
28.50
27.96
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）
3.55
3.58
3.51
3.50
3.61
3.49
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
39.28
38.41
38.39
39.25
38.37
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
4.92
4.93
4.81
4.82
4.94
4.84
4.80
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100%=（28.51-27.92）/28.51100%=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100%=（3.58-3.5）/3.58100%=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100%=（39.27-38.39）/39.27100%=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100%=（4.93-4.82）/4.93100%=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1/3~1/5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453（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1.2~2.25%，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=24.4（1+2%）=24.850.04（mm）
D2=3.6（1+2.2%）=3.660.02（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（24.40.2）mm（3.60.1）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0.85~2.85%，但是丁腈橡胶收缩率表（2—1）的范围为1.2~2.25%，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=24.4（1+1.8%）=24.780.02（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（2—1）的范围1.2~2.25%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2—4计算模具型腔尺寸：
D1=24.4（1+1.8%）=24.780.2（mm）
D2=3.60（1+2.30%）=3.650.1（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5.1O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。
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1.6~2.6%，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=40.64（1+2.1%）=41.100.09（mm）
D2=5.16（1+2.5%）=5.140.03（mm）
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（40.640.38）mm（5.160.13）mm。
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-0.024~2.31%明显不符合实际，但是三元乙丙橡胶收缩率表（2—1）的范围为1.6~2.6%，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=40.64（1+2.45%）=41.66（+0.01，0）（mm）
C上=[（41.66+0.01）/（40.64-0.38）]-1=2.26%
C下=[
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