【正文】 第一節(jié) 緒論 隨著我國橡膠制品工業(yè)的發(fā)展，橡膠制品的種類日益增多，產(chǎn)量日益擴(kuò)大，促使著橡膠模具設(shè)計(jì)與制造由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到理論計(jì)算設(shè)計(jì)。尤其是橡膠生產(chǎn)設(shè)備的不斷提高與生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，橡膠模具越來越多，模具的制造水平與模具復(fù)雜程度也越來越高越精致。高效率、自動(dòng)化、精密、長壽命已經(jīng)成為橡膠模具發(fā)展的趨勢。一、橡膠模具的分類 橡膠模具根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和制品生產(chǎn)工藝的不同分為：壓制成型模具、壓鑄成型模具、注射成型模具、擠出成型模具四大常用模具，以及一些生產(chǎn)特種橡膠制品的特種橡膠模具，如充氣模具、浸膠模具等。1． 壓制成型模具 又稱為普通壓模。它是將混煉過的、經(jīng)加工成一定形狀和稱量過的半成品膠料直接放入模具中，而后送入平板硫化機(jī)中加壓、加熱。膠料在加壓、加熱作用下硫化成型。 特點(diǎn)：模具結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)、使用面廣、操作方便，故在橡膠模壓制品中占有較大比例。2． 壓鑄成型模具又稱傳遞式模具或擠膠法模具。它是將混煉過的、形狀簡單的、限量一定的膠料或膠塊半成品放入壓鑄模料腔中，通過壓鑄塞的壓力擠壓膠料，并使膠料通過澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔中硫化定型。特點(diǎn)：比普通壓模復(fù)雜，適用于制作普通模壓不能壓制或勉強(qiáng)壓制的薄壁、細(xì)長易彎曲的制品，以及形狀復(fù)雜、難以加料的橡膠制品。采用這種模具生產(chǎn)的制品致密性好、質(zhì)量優(yōu)越。3． 注射成型模具它是將預(yù)加熱成塑性狀態(tài)的膠料經(jīng)注射模的澆注系統(tǒng)注入模具中定型硫化。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用于大型、厚壁、薄壁、形狀復(fù)雜的制品。生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。4． 擠出成型模具通過機(jī)頭的成型模具制成各種截面形狀的橡膠型材半成品，達(dá)到初步造型的目的，而后經(jīng)過冷卻定型輸送到硫化罐內(nèi)進(jìn)行硫化或用作壓模法所需要的預(yù)成型半成品膠料。特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。二、成型設(shè)備模壓法模具使用平板硫化機(jī)。（蒸汽硫化機(jī)：～，硫化溫度在158～168范圍內(nèi)。電阻絲加熱平板、油壓平板硫化機(jī)）壓鑄法模具使用壓鑄機(jī)。注射法模具使用注射機(jī)。（注射機(jī)工作壓力一般為100～140Mpa，硫化溫度為140～185，硫化時(shí)間為1～5分）擠出法模具使用擠出機(jī)。 第二節(jié) 橡膠壓制成型模具一、 壓制成型模具的設(shè)計(jì)原則為了保證制品有正確的幾何形狀和一定的尺寸精度，在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)遵循如下原則：1． 掌握和了解橡膠制品所選用的橡膠材料（牌號）硬度（邵氏）和收縮率。2． 設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)合理、定位可靠、操作方便、易于清洗和制品修邊。3． 模具中模腔的數(shù)量適當(dāng)、便于機(jī)械加工和使用。4． 在保證模具強(qiáng)度和剛度情況下力求模具輕便。5． 模具設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)化。二、 壓制成型模具的結(jié)構(gòu)1． 開放式利用上下模最終吻合時(shí)的壓力壓制制品，多余膠料從分型面益出，制品有水平方向飛邊。適用于硬度較低，具有較大流動(dòng)性的膠料和形狀簡單的制品。結(jié)構(gòu)形式2． 封閉式 模具配合高度，壓制過程中膠料不易外溢，能充分。封閉式模具適用于夾布、及其他織物的制品、膠料硬度較高、流動(dòng)性差的制品。結(jié)構(gòu)形式 3． 半封閉式模具一端帶有一定深度錐面配合。特點(diǎn)是操作安全、定位可靠、不易拉毛配合面，使用面廣。適用于上下帶有型腔、制品同軸度要求較高的單腔模具。結(jié)構(gòu)形式4． 鉸鏈?zhǔn)剑ê享撌剑┻m用于制品件較小或模具中的鑲塊暴露在凸模上，操作時(shí)容易碰傷的情況。結(jié)構(gòu)形式5． 外箍壓緊式適用于夾布膠帶、平膠帶等帶夾織物制品。結(jié)構(gòu)形式第一節(jié) 模具設(shè)計(jì)一、 模具設(shè)計(jì)步驟1． 模具結(jié)構(gòu)的選擇2． 分型面的選擇3． 型腔尺寸的確定4． 鑲塊及型芯安裝方法的確定5． 其它尺寸的確定。模具結(jié)構(gòu)的形式直接關(guān)系到制品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具加工難易、使用壽命等。制品不同，模具結(jié)構(gòu)不同；制品相同，使用的設(shè)備不同、加工工藝不同，模具結(jié)構(gòu)也不同。二、 分型面的選擇1．分型面：分開模具，取出制品的面。2．分型面選擇位置的不同直接影響到膠料的填充、制品質(zhì)量、模具加工、模具使用、制品修邊等。3．分型面設(shè)計(jì)原則⑴保證制品順利取出與脫模具體結(jié)構(gòu)見下圖。⑵模具的分型面應(yīng)盡量閉開制品的工作面具體結(jié)構(gòu)見下圖。⑶同一類型制品不同分型面的選擇 同一類型制品的分型面選擇必須考慮到制品的取出。制品能否取出決定于制品厚度、斷面與內(nèi)徑的大小。具體結(jié)構(gòu)見下圖。⑷分型面選擇的最大特點(diǎn) 分型面的選擇在制品的非工作面上，或者在制品的邊角、圓弧突出點(diǎn)的面上。突出點(diǎn)在邊角或圓弧相交的制品，分型面一般設(shè)置在邊角或圓弧相交處為宜。如圖所示。⑸夾布、夾織物制品的分型面 夾布、夾織物制品的分型面的選擇，既要考慮膠料與夾布織物的安放與填充，又要考慮膠料與織物的壓緊和壓實(shí)，因此，分型面必須有適當(dāng)?shù)蔫偳兜纳疃取３Ｓ玫蔫偳渡疃菻=3～6mm。如圖所示。⑹橡膠制品中各類套管、防塵罩、橡膠軸承分型面的選擇 上述制品分型面的選擇應(yīng)根據(jù)工廠的實(shí)際情況考慮，但一定要保證模具導(dǎo)熱均勻，制品取出方便。分型面可分為立式、臥式。具體見下圖。對于一般細(xì)長套管（兩頭大、中間小，或帶有臺階的各類保護(hù)套），當(dāng)立式分型面加料困難，且模具閉合高度超過模具寬度而影響導(dǎo)熱時(shí)，通常采用臥式分型面的模具結(jié)構(gòu)。如圖。 對于波浪形的防塵罩，分型面采用臥式兩瓣模結(jié)構(gòu)。模芯由多件（5～6塊）鑲塊組合。如圖所示。 如果防塵罩臺階較少，其中一端口徑較大，也可采用整體模芯結(jié)構(gòu)。這樣模具加工容易，操作方便。也可采用圓片形拼合模芯結(jié)構(gòu)。如圖所示。 另外，橡膠軸承制品分型選擇應(yīng)根據(jù)制品高度確定。當(dāng)制品高度超過60mm時(shí)，模具應(yīng)采用臥式分型面。如圖所示。 常用O型圈分型面 的選擇，一般按使用要求可分為180176。和45176。分型面的結(jié)構(gòu)。如圖所示。180176。分型面一般適用于固定（靜態(tài)）密封的場合，45176。分型面一般適用往復(fù)直線、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)密封場合（固定密封也可使用）。三、 模具定位模具型腔一般由多塊模板組成,要確保制品在型腔中獲得準(zhǔn)確的形狀與位置,必須采用不同的方式的定位,不然難以壓制出準(zhǔn)確的制品。 模具定位的結(jié)構(gòu)方式：1．圓柱面定位結(jié)構(gòu)形式如圖所示。 特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，加工方便，定位可靠。 設(shè)計(jì)要求：（1）定位配合長度h應(yīng)大于制品的高度H，否則易壓壞模具。（2）圓柱面定位有單向定位、雙向加強(qiáng)定位結(jié)構(gòu)。單向定位：如圖。合理結(jié)構(gòu)因?yàn)橹破吩诹蚧瘯r(shí)會鉆縫，導(dǎo)致出模時(shí)制品邊緣拉傷以及鉆縫殘留飛邊，影響制品外觀質(zhì)量。雙向定位：適用于長壁管類的制品。特點(diǎn)：雙向定位加料方便、并具有良好的定位性能、制品壁厚均勻、型芯不易歪斜等。定位方式有球面定位和圓錐面定位，如圖所示。2．圓錐面與斜面定位結(jié)構(gòu)形式：特點(diǎn)：性能可靠，精度高，加工較難，操作方便，斜面配合不易損傷、拉毛，模具使用壽命長。技術(shù)要求：（1） 圓錐面、斜面定位采用6176?！?5176。，常用10176。配合定位高度為6～10mm。3．導(dǎo)柱、導(dǎo)套定位結(jié)構(gòu)形式：特點(diǎn)：適用于多腔模具。技術(shù)要求：（1）導(dǎo)柱排列方式：三孔丁字形排列（比后者好，因此應(yīng)用較多））；一大一小對角排列。（2）導(dǎo)柱直徑：116mm；長度：2233448mm，比模具閉合后短1～2mm。也可視模具高度而定。（3）配合精度：見圖：4．鑲塊與V形擋板定位：適用于壓制異形膠管、護(hù)套、空芯嵌條等臥式模具，它既解決了模具加工困難，又能拉緊模具。結(jié)構(gòu)形式：特點(diǎn)：能解決加料后型芯的定位問題，從根本上防止上下?；蛐托緣簤牡默F(xiàn)象。5．螺釘定位形式較多，特點(diǎn)是既可起調(diào)節(jié)作用，又可起拉緊、定向作用。（1）螺釘調(diào)節(jié)高度定位帶有金屬嵌件活門的雜件制品，由于嵌件尺寸誤差不相一致，如嵌件為上偏差，導(dǎo)致壓膠時(shí)嵌件高度變形；如嵌件為下偏差，導(dǎo)致制品缺膠或出現(xiàn)微孔不致密狀態(tài)；如增加膠料，則制品飛邊增厚。用螺釘調(diào)節(jié)嵌件高度，可以避免壓膠時(shí)造成的飛邊增厚、變形、缺膠等現(xiàn)象。 用螺釘調(diào)節(jié)嵌件定位高度，操作比較麻煩。壓膠前必須先壓緊上模，待螺釘高度（壓緊嵌件狀態(tài)）調(diào)整后，再卸下壓緊螺釘，而后加料、加壓硫化。否則嵌件與模具高度H必須作到一致，將比較困難。如圖所示。（2）騎縫螺釘定位 帶方形或異形的型芯要求定位時(shí)，可用騎縫螺釘或騎縫圓柱銷定位，如圖所示。（3）嵌件或型芯螺釘定位此方法適用于制品中帶有鑲件制品，或用臥式模具成型的制品中型芯用螺釘拉緊定位的情況。如圖所示。四、 膠料收縮率的確定（1）膠料收縮率的定義膠料在壓制、加熱硫化過程中，膠料內(nèi)部發(fā)生變形和交聯(lián)，由此產(chǎn)生熱膨脹力，硫化膠料在冷卻過程中，應(yīng)力趨于消除。膠料的線性尺寸成比例縮小。因此，在模具設(shè)計(jì)中，成型部分的尺寸需相應(yīng)地加大。收縮率比例一般采用百分比表示。（2）影響膠料收縮率的因素橡膠的熱膨漲、制品的結(jié)構(gòu)形式如端面壁厚、有無金屬非金屬嵌件、制品的含膠率、硫化溫度、膠料的致密程度、硫化工藝等。①制品收縮率隨所用膠料量的增加而增大。如圖所示。② 制品收縮率隨硫化后的橡膠硬度增加而成馬鞍形變化。如圖所示。③制品收縮率隨硫化溫度的變化曲線。如圖所示。 ④半成品膠料重量與收縮率的關(guān)系（3）膠料收縮率的一般規(guī)律①硫化溫度越高（超過正硫化溫度），收縮率越大。在一般情況下，溫度每升高10176。C，%～%。②膠料壓延方向和在模具中流動(dòng)方向的收縮率大于垂直方向的收縮率；流動(dòng)距離越長，收縮率越大。③半成品膠料量越多，制成品致密度越高，其收縮率越小。④膠料的可塑性越大，收縮率越?。荒z料的硬度越高，收縮率越小。（高硬度例外，據(jù)實(shí)驗(yàn)測定，膠料硬度超過邵氏90度以上，其收縮率有上升的趨勢）⑤填充劑用量越多，收縮率越小；含膠量越高，收縮率越大。⑥多型腔模具中，中間模腔壓出制品的收縮率比邊沿模腔制品的收縮率略小。⑦注射法制品比模壓法制品的收縮率小。⑧薄形制品（斷面厚度小于3mm）比厚制品（10mm以上）%～%.⑨一般制品的收縮率隨制品內(nèi)外徑和截面的增大而減小。不同類型橡膠的收縮率大小依次為氟橡膠、硅橡膠、三元乙丙膠、天然膠、丁晴膠、氯丁膠。（以上橡膠類型按膠種而言，不是按膠種配方牌號）。⑩常用的橡膠制品的收縮率？棉布經(jīng)涂膠后與橡膠分層貼合的夾布制品，其收縮率一般在0～%；？夾滌綸線制品，～%；？夾錦綸絲、尼龍布制品，～%；？夾層織物越多，收縮率越小。？襯有金屬嵌件的橡膠制品收縮率小，且朝金屬方向收縮，其收縮率一般在0～%；？～%；(如骨架油封結(jié)構(gòu)中嵌件粘合部分其收縮率一般在0～%；唇口部分（純膠部分）收縮率為階梯形式，離嵌件一端越近，其收縮率越小，反之越大。)？硬質(zhì)橡膠（邵氏硬度大于90度），含膠量約在20%時(shí)，%；？%～%；%～%；？帶槽方形制品，由于橡膠壓制時(shí)擠壓方向關(guān)系，%～%,如圖。（4）膠料收縮率的計(jì)算方法膠料收縮率隨膠種、模具、工藝條件等因素的不同而不同，現(xiàn)在還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的、完美且具有實(shí)用價(jià)值的計(jì)算公式。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員常憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)和積累實(shí)際測定數(shù)據(jù)為參考。常用的橡膠收縮率計(jì)算公式如下。1．橡膠制品與模腔相應(yīng)尺寸計(jì)算公式：C=（L2—L1）/ L1 X 100%C—制品膠料的收縮率：L1—室溫時(shí)測得的橡膠制品尺寸；L2—室溫時(shí)測得的模具型腔尺寸。2．以邵氏硬度計(jì)算制品膠料收縮率的經(jīng)驗(yàn)公式：C=（）X 100%K—橡膠的邵氏硬度。（查《橡膠模具設(shè)計(jì)制造與使用》，虞福榮編。）3．以橡膠硫化溫度計(jì)算制品膠料的收縮率的一般公式：C=（α—β）ΔT R X 100%α—橡膠的線形膨脹系數(shù)；β—模具材料的線形膨脹系數(shù)，ΔT—硫化溫度與測量溫度差，R—生膠、硫磺、有機(jī)配合劑在橡膠中的體積百分?jǐn)?shù)（%）。α、β常見值見下表五、 模具型腔尺寸計(jì)算收縮率對制品成型尺寸影響很大，另外，制品尺寸的波動(dòng)還取決于合模壓力、硫化過程中的工藝條件，也取決于模具結(jié)構(gòu)和工藝過程。所以考慮模具尺寸 時(shí)應(yīng)綜合考慮，并配以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以得到合理的成型尺寸。計(jì)算模具型腔尺寸的方法有以下幾種。1．厚、薄制品模具型腔內(nèi)外徑尺寸計(jì)算 制品厚、薄、斷面寬度對膠料收縮率有一定影響。實(shí)踐證明：制品越厚，收縮率越小；斷面寬度越大，相對收縮率也越小。制品厚度、斷面寬度對膠料收縮率的影響（又稱補(bǔ)償值）見表。表 制品厚度H、斷面寬度W對膠料收縮率S補(bǔ)償值S 厚度范圍H≤3＞3～66～1010～2020～3030～40＞50斷面寬度W收縮率S補(bǔ)償值S （%）S S －S －S －S －S －S － 在上表中，當(dāng)H、W不在同一數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，S 值取H、W中尺寸范圍小者為補(bǔ)償值。如：H=W=25時(shí)，應(yīng)取H=3相對補(bǔ)償值S = （S －）%。 厚、薄制品的模具型腔外徑尺寸按下式計(jì)算： D = D＋（DS ）式中：D —型腔外徑尺寸； D—制品外徑尺寸； S —膠料收縮率補(bǔ)償值。 厚、薄制品的模具型腔內(nèi)徑尺寸按下式計(jì)算： d = d＋（dS ）式中：d —型腔內(nèi)徑尺寸； d—制品內(nèi)徑尺寸； S —膠料收縮率補(bǔ)償值