o型圈模具设计徐亚楠.doc

1、徐州工业职业技术学院专业综合实践模具设计（2013/2014 学年第一学期）学 生 姓 名 徐亚楠 班 级 高分子应用 112 学 号 1132401235 班 内 序 号 33 指 导 教 师 刘巨源 教 研 室 高分子材料应用 系 部 材料工程系 设 计 日 期 2013 年 10 月 21 日 至 11 月 1 日徐州工业职业技术学院毕业论文2目 录前言2一、分析 O 型密封圈 3二、模具结构的确定与设计 5三、模具分型面的选择与确定6四、胶料收缩率的确定及影响因素 8五、模具型腔尺寸的确定9六、模具的导向与定位9七、余胶槽、启模口、手柄的设计10八、模具的型腔内的粗糙度及模具外表面的粗

2、糙度 10九、模具材料的选择 11十、总结 12徐州工业职业技术学院毕业论文3橡胶密封圈模具设计姓 名：徐亚楠前 言橡 胶 模 具 对 产 品 质 量 和 生 产 效 率 有 直 接 的 影 响 ， 另 一 方 面 ， 橡 胶 模 具的 造 价 高 、 身 缠 周 期 长 、 而 且 橡 胶 厂 多 且 不 太 清 楚 模 具 结 构 设 计 和 使 用 的用 户 单 位 提 供 ， 致 使 橡 胶 制 品 质 量 差 、 生 产 效 率 低 、 严 重 制 约 生 产 的 发 展 。因 此 ， 提 高 橡 胶 模 具 结 构 设 计 知 识 已 成 为 当 务 之 急 。近 年 来 ， 国

3、内 外 模 亚 制 品 的 发 展 具 有 以 下 特 点 ：（ 1） 品 种 集 中 ， 专 业 化 ， 系 列 化 ， 标 准 化 程 度 高 ， 生 产 规 模 大 ;（ 2） 多 数 橡 胶 制 品 厂 或 百 余 人 的 小 厂 ， 为 了 保 证 制 品 质 量 ， 提 高 生产 效 率 ， 特 别 是 保 证 模 具 设 计 、 制 造 、 使 用 相 协 调 ， 都 配 有 设 计 和 制 造 模具 的 专 门 力 量 ， 部 分 或 大 部 分 模 具 自 行 加 工 ， 并 特 别 重 视 薄 胶 边 或 无 胶 边（ 飞 边 ） 模 具 的 制 造 与 研 究 。 而 模

4、 具 发 展 的 共 同 特 点 是 ： 精 密 ， 多 模 腔（ 多 数 小 规 格 制 品 模 腔 数 在 百 余 孔 左 右 ） ， 与 主 机 配 合 使 用 （ 模 具 自 动推 动 ， 制 品 自 动 顶 出 或 用 压 缩 空 气 吹 出 ） ；（ 3） 机 械 化 ， 自 动 化 程 度 高 ， 在 模 压 制 品 生 产 中 ， 基 本 上 摆 脱 了 单纯 的 手 工 操 作 。 特 别 是 半 成 品 准 备 ， 硫 化 和 修 边 工 序 的 改 革 ， 使 生 产 效 率大 大 提 高 ， 半 成 品 成 形 多 数 采 用 精 密 预 成 型 机 ， 切 圈 机 ，

5、 沟 条 机 ， 钻 床 划圈 机 ， 冲 切 机 等 机 械 化 操 作 ， 修 边 工 序 普 遍 采 用 抛 射 式 冷 冻 去 边 机 以 及 磨削 切 割 ， 冲 制 等 机 械 化 工 艺 。 采 用 剪 子 ， 刀 片 进 行 修 边 的 情 况 基 本 上 消 除 。（ 4） 生 产 效 率 高 ， 由 于 品 种 集 中 ， 专 业 化 程 度 高 ， 大 量 采 用 了 机 械化 ， 自 动 化 设 备 。 从 而 使 生 产 效 率 大 幅 度 提 高 。（ 5） 重 视 研 究 ， 试 验 ， 技 术 改 造 工 作 ， 多 数 橡 胶 制 品 厂 或 制 造 公 司都

6、 附 有 两 个 试 验 机 构 ： 一 是 材 料 试 验 室 ， 从 事 配 方 ， 工 艺 研 究 ， 物 性 测 试和 生 产 控 制 等 ； 另 一 个 是 成 品 试 验 室 进 行 橡 胶 零 件 的 模 拟 试 验 和 结 构 研 究 ，技 术 改 造 以 及 大 力 采 用 新 技 术 ， 新 工 艺 ， 新 型 模 具 结 构 的 试 验 。为 了 缩 短 与 国 外 先 进 技 术 的 差 距 ， 国 内 不 少 工 厂 企 业 的 模 具 生 产 也 走徐州工业职业技术学院毕业论文4上 了 专 业 化 的 道 路 ， 逐 步 废 除 了 用 户 设 计 ， 制 造 和

7、自 带 模 具 的 落 后 方 式 ，代 之 由 橡 胶 厂 ， 研 究 所 ， 专 科 技 术 院 校 承 担 ， 部 分 厂 大 部 分 模 具 设 计 和 制造 工 作 ； 同 时 大 力 发 展 专 业 化 模 具 厂 ， 制 造 大 型 ， 特 殊 精 密 ， 通 用 化 ， 标准 化 橡 胶 模 具 ， 促 使 我 国 橡 胶 工 业 中 橡 胶 模 压 成 形 模 具 的 飞 跃 发 展 。一、 分析 O 型密封圈O型密封圈是具有圆形截面的环行橡胶密封圈，主要用于机械部件在静态条件下防止液体和气体介质的泄露。在某些情况下，O型密封圈还能用做轴向往复运动和低速旋转运动的动态密封元件

8、。图一 O型圈结构图O 型密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命有着重要意义。材料的性能直接影响 O 型圈的使用性能。除应具备密封圈材料的一般要求外，O 型密封圈还要注意下述条件：(1)富有弹性和回弹性；(2)适当的机械强度，包括扩张强度、伸长率和抗撕裂强度等。(3)性能稳定，在介质中不易溶胀，热收缩效应（焦耳效应）小。(4)易加工成型，并能保持精密的尺寸。(5)不腐蚀接触面，不污染介质等。二 、 模 具 结 构 的 确 定 与 设 计徐州工业职业技术学院毕业论文5（ 一 ） 、 模 具 设 计 的 基 本 要 求1、 提 高 质 量 ， 满 足 制 品 的 使 用 要 求模 具 应 能 提

9、高 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 卸 、 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 （ 本 次 设 计 因 模具 的 外 径 为 276mm， 相 对 较 大 ， 所 以 设 有 手 柄 ） ， 尽 可 能 采 用 机 械 化和 自 动

10、 化 的 操 作 方 式 。3、 制 造 容 易 ， 成 本 低 廉模 具 制 造 是 一 件 十 分 精 细 的 工 作 ， 加 工 一 副 较 复 杂 的 模 具 ， 往 往 需 要付 出 相 当 多 的 劳 动 工 时 ， 增 加 了 模 具 制 造 的 成 本 。 因 此 设 计 模 具 时 应 力 求结 构 简 单 ， 要 简 化 制 品 工 序 ， 难 以 加 工 的 型 腔 可 以 分 成 数 块 制 造 ， 然 后 再组 装 。 并 尽 量 采 用 先 进 的 加 工 设 备 和 加 工 工 艺 ， 以 提 高 加 工 精 度 和 生 产 效率 （ 1） 讨 论 采 用 一 模

11、 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 300， 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

12、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 ： 制 品 的 外 径 虽 然 较 大 ， 但 是 其 高 度 较 小 ， （ 见

13、 图 一 ） 为 了提 高 平 板 硫 化 机 设 备 的 利 用 率 。 中 模 采 用 反 包 结 构 可 以 缩 小 中 模 的厚 度 ， 减 低 成 本 。（二)、模具的断面形状及类型的选择模具的组成与分类徐州工业职业技术学院毕业论文6（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

14、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。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： 保证制品易于取出； 排气方便； 避免锐角； 避开制品的工作面； 保证制品精度； 分型面应便于装填胶料，模具易于装拆； 型腔嵌进； 保证制品的外观以及容易除去胶边；因为要求是径向密封，而且为了得到操作方便，制品质量好，加工容易的模具，所以选择 45分型面。徐州工业职业技

15、术学院毕业论文7图二 45分型面的单腔模具结构示意图四、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.1、 胶料的收缩率我们知道橡胶在硫化前后其分子结构发生了变化，由线型结构变成了立体网状结构，而且在硫化过程中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。胶料的收缩率是指制品硫化后从型墙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。2、产生胶料收缩的原因（1）温度变化引起的收缩 由于制品温度降低，橡胶大分子热运动减轻，造成分子间距变小，使制品体积减小。 （2

16、）化学变化（硫化）引起的收缩 橡胶分子链发生交联，使线型分子变为空间网状结构，限制了橡胶大分子的运动，同样造成分子间距离变小，使制品体积减小。（3）分子链取向会使分子间的距离变小，造成体积减小3、影响胶料收缩的因素影响胶料收缩的因素很多，这些因素大致可分为：（1）胶种 单就胶种来说，其收缩率大小顺序是 天然橡胶氯丁橡胶丁腈橡胶硅橡胶氟橡胶 但由于配方不同，这种顺序早被打破了，特别是天然橡胶。徐州工业职业技术学院毕业论文8（2）胶料硬度 一般来说，胶料的含胶率越大，胶料硬度越小，收缩率越大，反之，胶料含胶率越小，胶料硬度越大，收缩率越小。（3）硫化的工艺条件 硫化温度：硫化温度高，收缩率大，硫化

17、温度每提高 100C ，收缩率增大0.1%0.2%左右，但有些胶种变化不明显。硫化压力：同一胶料，其所压产品致密度越高，收缩率越。硫化时间：正硫化时间与硫化温度相关，硫化温度每提高 100C，硫化时间就缩短一半。所以正硫化时间对收缩率的影响表现硫化温度上。制品结构 收缩率随制品尺寸的增大而减小。环状制品的内径收缩率大于外径的收缩率。另外有无骨架制品的收缩率也不同的。本次设计的是单腔模，单位面积受力较大，产品致密度高，所以收缩率比多腔模而言较小。（4）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。制品形状大小 收缩率随制品尺寸的增大而减小3. 胶种丁腈橡胶的

18、耐热性能比天然橡胶和丁苯橡胶好，经过适当的配比的丁腈橡胶制品，可以在 120的条件下连续使用。该橡胶在热油中能耐 150的温度，在191的热油中浸泡 70h 仍然具有屈挠性能。此外，丁腈橡胶还具有良好的耐磨性能，耐老化性能和气密性能。但是，该橡胶的耐臭氧性能差一些。丁腈橡胶广泛用于各种耐油制品，丁腈-40 一般用于直接与油类接触及耐油性能要求较高的橡胶制品，如油封，输油胶管，化工仪器衬里，密封圈，油囊等，耐油手套等；丁腈-30 通常用于各种普通耐油制品。如耐油胶管，油箱，印刷胶辊，耐油手套等；丁腈-20 一般用于耐油性能要求较低的橡胶制品，如低温耐油制品，耐油减振制品等。丁腈橡胶还可以与其他橡

19、胶或者塑料并用，以及改善其他方面的性能。最常见的是与聚氯乙烯并用，以进一步提高其耐臭氧老化性能。K=(Dq-Dz)/Dz100徐州工业职业技术学院毕业论文9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-(0.0150.02)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 605K=2.8-(0.0150.02)AK=2.8-0.01565=1.825,通过查找资料对比最终确定其收缩率一般为 1.8。五、型腔尺寸的确定通过查国标 GB/T 3452.12005 可知，内

20、径尺寸为 50时，其公差为0.48；断面直径尺寸为 2.5 时，其公差为 0.09。型腔尺寸计算1、计算制品平均尺寸内径 d 1 = 1/2(dmax+dmin)= 1/2(50.48+49.52)= 50()高度 C 2 = 1/2(Cmax+CMIN)= 1/2(2.59+2.41)= 2.5()2、确定模具型腔尺寸公差 1 = 0.48 -（-0.48）= 0.96 2 = 0.09 -（0.09）= 0.18内径公差： 1 = （1/31/5） 1 =1/4 0.96 = 0.24高度公差： 2 = （1/31/5） 2 = 1/4 0.18 = 0.043、计算型腔尺寸徐州工业职业技

21、术学院毕业论文10dx =d 1( 1+ k) + 1/2 -1 0 = 50( 1+ 1.8) + 0.24/2 -0.230= (51.2 )-0.230 C = C2 ( 1+ k ) 2 /2= 2.55 +0.02六、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

22、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） 加工难度较大对于圆锥面定位其基本要求就是：圆锥面的斜角为 515,L 的距离随着制品的高度增加而增加，但也不可太高，且 L1L, R=11.5mm。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。