DN150阀圈橡胶模具设计毕业设计论文.docx

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DN150阀圈橡胶模具设计毕业设计论文

本科毕业论文

题目：

DN150阀圈橡胶模具设计

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摘要

DN150阀圈作为一种常见的中心型蝶阀的组成部分，其主要作用表现在阀圈的密封性方面，属于橡胶产品，该类产品的成形需要经过的一个重要的过程是橡胶的硫化，硫化是塑性状态的生胶在压力、温度、时间三要素的作用下形成有弹性状态的橡胶制品的过程，而该过程就是在模具中完成，该类模具称为橡胶模具，橡胶模具的分类有四大类：

橡胶压模，橡胶传递模，橡胶注压模和橡胶挤出模。

根据该设计的产品形状结构分析可知该产品模具适合选用橡胶压模。

本设计就是为了DN150产品进行的模具设计过程，其主要包括模具结构的确定，分型面的选择，以及模具的其他结构的设计。

模具设计是一种经验性很强的设计，是在长期积累的经验和知识对模具设计起着重要的影响。

积累一些关于模具设计的经验和知识。

增强感性认识。

关键词：

橡胶DN150阀圈硫化的三要素橡胶模具橡胶压模

ThedesignofDN150Valvelapsmould

Abstract:

DN150ValvelapsasacommonMarinecenterpartofthevalve,themainfunctionofsealingperformanceinvalvelaps,rubberproduct,thisproductbelongstotheformingofanimportantprocessthroughtherubbervulcanization,plasticstateisbornofvulcanizedrubberinpressure,temperature,time,threeelementsformedundertheconditionofelasticrubberprocess,andtheprocessiscompletedinmold,themouldcalledrubbermold,rubbermoldisclassifiedintofourcategories:

rubber,rubbermoldtransfermolding,rubberinjectionmouldandrubberextrusiondies.Accordingtothedesignoftheproduct,theproductshapestructureanalysisforselectrubbermoldpressingdies。

ThisproductisdesignedforDN150Valvelapsformoulddesignprocess,itmainlyincludesthemouldstructure,thechoiceofthemold,andthestructuraldesignoftheother。

Moulddesignisakindofstrongdesign,iscriticalinlong-termaccumulateexperienceandknowledgeformoulddesignplaysanimportantinfluence.Someofthemoulddesignaccumulateexperienceandknowledge.Enhanceperceptualknowledge。

Keywords:

RubberDN150valvelapsThreekeyelementofvulcanization

rubbermoldRubbermolding

目　　录

序言·······························································1

设计任务和设计要求·············································2

第一部分橡胶模具的分类及最优方案选择·······························5

一、模具的类型及特点·············································5

二、模具设计的最优方案分析·······································6

三、几种典型的压模结构与分析·····································6

四、模腔数的确定·················································7

五、分型面的选择··················································8

六、余料槽的选择·················································11

（1）余料槽是否与大气沟通的几条原则·····························11

（2）无须设置余料槽的情况·······································11

七、启模口的设计···················································12

第二部分模具设计················································13

一、模腔尺寸的确定及计算·········································14

二、模具外形尺寸的确定··········································15

三、模具零件的精度选择··········································16四、模具粗糙度选择···············································17

第三部分模具的选材与校核·········································18

毕业设计总结······················································21

参考文献··························································22

序言

随着科学技术的飞速发展及人们生活水平的不断提高，人们对物质的需求日益加大，对产品的种类及性能需求也越来越多样化，尤其是随处可见的塑料橡胶产品，已在不知不觉中悄悄的走进我们的身边，影响着我们的生活。

橡胶是具有高弹性的高分子化合物。

由于橡胶在室温上下很宽的温度范围内具有优越的弹性、很好的柔软性，并且具有优异的疲劳强度，很高的耐磨性，电绝缘性、致密性以及耐腐蚀、耐溶剂、耐高温、耐低温等特殊性能，因为成为重要的工业材料，广泛用于轮胎、胶管、胶带、胶鞋、工业制品（如减震制品、密封制品、化工防腐材料、绝缘材料、胶辊、胶布及其制品等），以及电线、电缆的制造。

这些产品无论在交通运输、工业、农业、能源建设、医疗卫生、文化体育、日常生活等方面都有着极其特殊的用途。

同时，橡胶又是重要的战略物资，在国防军工、航天、航海、宇宙开发等现代科学技术的发展中，都离不开各种耐高低温、耐辐射、耐腐蚀、耐真空，高强度、高绝缘性、减震性优异的各种特殊性能的橡胶材料和制品。

橡胶制品由生胶形成产品的一个基本而又必须的过程就是橡胶的硫化，硫化是橡胶制品生产的最后一个工艺过程。

在此过程中，胶料中的生胶将与硫化剂发生化学反应，由线性结构高分子交联成为立体网状结构高分子化合物，使塑性状态的橡胶转变为弹性状态的橡胶制品，从而获得完善的物理力学性能及化学性能，成为具有使用价值的高分子材料。

在工业生产过程中，这种交联反应需在一定的压力、温度和时间条件下才能完成，这些条件被称为“硫化三要素”。

由于它们对硫化质量具有决定性的影响，且多在模具中进行，因而如何选择和制定硫化条件，以及怎样实施生产过程的硫化仿真及微机控制，也是橡胶模设计必须考虑的问题。

橡胶制品的的成型过程就是胶料的硫化过程，而橡胶的硫化必需具有硫化设备如平板硫化机来控制胶料的硫化三要素，相关的参数设定直接影响着产品的成形及质量问题，另外橡胶的硫化过程主要是在设计制造的模具模腔中完成，所以模具的设计和制造将直接影响橡胶产品的质量，因此合理选用模具型号和设计模具是至关重要的一步。

而模具设计如材料的选择除需考虑加工的合理性和工作的可靠性以外，模具的性价比考虑也越来越重要，如当一个模具的材料选择可使用普通碳素钢也可使用优质碳素结构钢，很明显优质碳素结构钢的价格远比普通碳素钢的价格高。

一般来说若模具的开模次数小于10万次，则只需选用优质碳素结构钢足以，若开模次数高达100万次则需考虑性能更好的优质合金钢。

用于橡胶制品形成的模具，通称为橡胶模，橡胶模的种类虽然很多，单根据橡胶制品的加工方法及其模具结构的不同，通常分为4大类：

橡胶压模，橡胶传递模，橡胶注压模和橡胶挤出模。

而本次设计的橡胶产品是船用中心型蝶阀的阀圈，而阀圈主要是用于密封，其工作环境为腐蚀性较强的水或油环境，因此阀圈材料需要油良好的耐高温耐油，化学腐蚀，良好的力学性能，介电性和耐大气作用等性能，综合考虑选用具备以上性能的丁腈橡胶（NBR），由已知的产品形状分析，模具的结构为橡胶压模，因此模具结构相对比较简单，通常主要由凸模和凹模两部分构成，对于同一件橡胶制品，根据不同的加工设备及其成形工艺方法，可设计出不同结构形式的压模，压模结构形式直接关系到制品质量、生产效率、模具制造成本及其使用寿命等，因而，橡胶模具结构设计至关重要。

“麻雀虽小，五脏俱全。

”简单的设计也需要通过严密的分析与计算。

本次设计的完成是在公司实习过程中完成的一个橡胶产品及模具设计，由于本人专业水平有限，加之是第一次进行独立的设计工作，缺少相关的设计实例和设计说明数范文的参考。

加上公司工作任务繁重及设计时间仓促等原因，所设计的模具或许存在不少缺点和不妥之处，敬请老师们批评指正。

设计任务和要求

橡胶模具设计是一门实践性很强的课程，它是机械制图、工程材料、公差配合与技术测量等技术基础课的综合应用，化学高分子材料，及材料工程课程的交错应用。

在设计这套模具主要是为制造出的阀圈产品由良好的密封性能和较良好的使用寿命，同时尽量降低产品的生产成本。

设计参数

橡胶件的成型工艺性能分析

产品名称：

船用中心型蝶阀150型阀圈（DN150）

产品材料：

丁腈橡胶

产品数量：

中批量（<10万模）

胶件尺寸：

如下图1所示塑件质量：

400g

胶件颜色：

黑色

胶件要求：

胶件外侧表面较光滑，产品的主要工作面为内径部分圆弧面因此该处不能出现流痕、气泡，塑件收缩率为1.4%，零件表面按HG6-409-79三条（3）项要求，一般尺寸公差按HB5522-80三级精度。

胶件材料特性

NBR丁腈橡胶（丁二烯和丙烯腈的共聚物），依丙烯腈含量不同，有20号、40号的丁腈橡胶。

主要性能：

丙烯腈含量越高，耐油，耐热性越好，但低温性也越差。

硫化物的耐油性能优异；耐磨性能较高；物理力学性能良好；由于具有极性故粘接力强；耐热性良好；对空气渗透性低，加工性能良好，丁腈橡胶的缺点主要有：

耐低温性和臭氧性差，电性能低劣，弹性稍低，主要用于生产输油管、油箱衬里、油封、垫圈等流体介质中使用的橡胶零件，特别是密封零件

为了保证生产出的橡胶阀圈的尺寸及质量，模具的设计相关参数需参照产品的相关尺寸结构要求见下图：

图1

丁腈橡胶的阀圈产品的相关物理性能如下：

模具设计要求：

1．模具的材料选择作为模具设计非常重要的一个环节，直接影响到模具的实际使用效果以及模具制造的成本及效率问题，其选用原则需参照模具实际使用过程中的安全性。

2．根据已知的产品基本尺寸确定模具的总体大小，再根据产品的具体收缩率计算出模具模腔内部相关尺寸的大小，对于一些重要的尺寸要给出具体的公差以使这些尺寸在控制范围之内，对于模具部件之间存在配合关系的时候给出合理的配合关系，而模腔表面的粗糙度的大小直接影响着产品表面质量，这些相关尺寸问题的设计都要考虑到模具实际加工的合理性与经济性。

3．模具结构的确定要求尽量使模具结构简单。

对于复杂结构的模具还需设计相关的部件配件以获得产品相关形状，如模具中模芯与活动镶块的设计都应尽量简单

4．保证工人在生产操作过程中的合理性，安全性及装卸模具的方便性，因此在保证模具的强度的情况下可尽量减小模具的尺寸，从而降低模具的重量是有必要的

5．模具在设计过程中应考虑模具的加工工艺及给出相应的技术要求，如模具加工所需的热处理工艺及其它要求的说明

第一部分橡胶模具的设计特点及最优方案分析

一、橡胶模具的类型与特点

用于橡胶制品成型的模具，通称为橡胶模。

橡胶模的种类虽很多，单根据橡胶制品的加工方法及其模具结构的不同，通常分为4大类：

橡胶压模，橡胶传递模，橡胶注压模和橡胶挤出模。

（1）橡胶压模：

用于橡胶制品压制成形的工艺方法的一类模具，简称为橡胶压模。

此种成形方法，就是将混炼过的、已成一定形状并经称量过的半成品胶料，直接放入秤埃的压模型腔中，而后将模具闭合，送入平板式硫化机中进行加压、加热，胶料在热和压力作用下硫化成形。

开模后便获得具有一定形状和尺寸精度的橡胶制品。

由于橡胶压模结构简单，操作方便，通用性强，适用面广，因而橡胶压模在橡胶制品的生产中占由很大的比重。

（2）橡胶传递模：

用于橡胶制品传递成形工艺方法的一类模具，简称橡胶传递模。

传递成形就是将混炼过的、限量的胶条对压料柱塞施压，迫使胶料流经模具的浇注系统注满模腔，经硫化定型后便可获得外观质量较好和尺寸精度较高的橡胶制品。

橡胶传递模结构，虽然较压模复杂，但特适于薄壁、细长、易弯曲以及形状较复杂的橡胶制品成形。

采用此类模具生产的橡胶制品，致密性好，质量也较高。

（3）橡胶注压模：

用于橡胶制品注压成形工艺方法的一类模具，简称橡胶注压模。

此种成形工艺，是利用注压机的压力，将已塑化好的胶料由螺杆或柱塞经喷嘴直接注入模腔，完成成形并进行硫化的一种生产方法。

注压成形的特点，是把成形和硫化过程合为一体，成形周期短，废边料少，劳动强度低，生产效率高，产品质量好。

目前，广泛用于橡胶密封圈、橡胶复合制品、减振制品及胶鞋等橡胶制品生产。

（4）橡胶挤出模：

用于挤出成形各种橡胶型材的一类模具，简称橡胶挤出模。

挤出成形工艺是生产橡胶产品的主要方法之一。

它是利用挤出机使胶料在螺杆推动下，连续不断地向前运动，然后借助于挤出口模，挤压出各种所需截面形状的半成品，以完成不用造型或其他作业过程。

它具有连续、高效、甚至不用金属模具，就能成形与制造多种不同截面形状的空心或实心半成品，以达到初步造型的目的。

而后进过冷却定型，输入到硫化罐内进行硫化或作为压制法所需的预成形半成品胶料之用。

该形式的模具在橡胶工业中，亦占有及其重要的位置。

二、模具设计的最优方案分析

由于本次设计的模具的橡胶产品是阀圈结构，从其具体尺寸及体积上看，并结合上述几种橡胶模具的概念及特点分析得知该类结构的产品只适合使用橡胶压模进行生产，因此初步确定使用橡胶压模，以下是几种典型的橡胶压模

几种橡胶压模典型结构与特点

模腔数的确定

pleasecontactQ3053703061giveyouperfectdrawings。

（1）多腔压模：

小型橡胶制品几乎都采用多腔压模，多腔压模可充分利用模板面积，提高设备的利用率，降低生产成本。

此外，多腔压模还可保证平板硫化机不致因为模具太销而局部受压过大，以防止硫化机早期损坏。

但型腔数过多，加工困难，同轴度、平行度及尺寸精度均难以保证，严重影响制品质量。

型腔数过多，也给操作带来麻烦，致使硫化时间不一，给制品内在质量带来伤害。

因此，根据橡胶制品具体尺寸，一般橡胶压模以选用4~20腔为宜，当形状特别简单的小制品，如瓶塞，小型橡胶圈之类，型腔数量多也不应超出80个。

多腔压模模腔排布，应尽可能紧凑和对称，以减少模具重量和占用设备面积，同时也便于操作。

（2）多层压模：

多层压模也称叠式压模。

对于外径较大，而高度较小，结构又简单的橡胶制品，可采用多层压模结构，以节省模具材料和提高设备利用率。

但多层压模的层数也不宜太多，一般以3层为限，两层居多。

层数过多，会导致各层间受热不均，影响制品质量。

如果某些模具将置于硫化罐中进行硫化，受热较均匀，也可适当增加层数。

一般来说考虑到设备的硫化效率和产品的充分硫化，对于尺寸结构较大的产品采用一腔一模的模具结构形式，参照该阀圈产品尺寸分析得知该产品模具只适合设计成一腔一模结构。

下面给出该产品的模具整体结构如下：

根据整体如将其分割成模具各部分，这就牵涉到模具分型面的选择问题。

分型面的选择

将模具打开，以取出制品的那些面，通称为分型面。

分型面可以时一个，也可以是多各;可以是平面，也可以是曲面或折面；可以时水平的，也可以是垂直的或倾斜的。

通常，须视橡胶制品结构面定。

分型面选择得当与否，直接关系到产品质量，模具成本、装模与卸模操作难易程度等。

因此，分型面选择须遵循以下八原则：

（1）确保制品容易脱模如果分型面选择不当制品有可能很难脱模

如下图所示V形橡胶密封圈压模。

图a分型面，因型腔过深会导致脱模困难，改成图b所示双分型面后，制品滞留于芯模上，易于利用型腔带出模外，制品脱模及其方便。

（2）确保制品工作面质量应避免在制品工作面处选择分型面，以防止制品在该处产生分型线痕迹，甚至引起毛刺或飞皮，影响制品质量，降低使用价值,如下图：

（3）应避免模具产生锐角凡有锐角或锋口的模具，极易碰坏或磨损，从而对制品产生不良影响，也有可能对操作人员造成伤害。

为此，在选择分型面时应予以避免，如下图所示就是避免了模具产生锐角锋口的实例。

（4）应有利于简化模具结构简化模具结构，可降低机械加工难度，从而可降低生产成本

（5）应有利于排气橡胶制品在模压形成过程中，排气良好是保证产品质量的重要因素。

如果模腔中的空气或水汽不能及时排出模外，而被压缩在模腔的某个角落，从而造成制品轮廓不清或表面不平，甚至有烧焦痕迹等缺陷，导致制品报废。

有利于排气的分型面选择，如下图所示。

（6）有利于制品精度同轴度要求高的外形或内孔部分，应尽可能放在分型面的同一侧，以有利于保证制品的尺寸精度，如下图所示。

（7）便于生产操作便于装填胶料、拆卸装配模具的分型面选择，如下图所示。

（8）应尽量选用封闭结构封闭结构可以增加型腔部分压力，有利于夹有布料或纤维的橡胶制品模压成形。

由此分析可确定模具的分型面，结构大致如下：

由上图结构将模具分为上模、中模、下模、模芯四大部分

另外考虑到产品两侧还有阶梯孔，因此设计相应的部件构造出两侧的阶梯孔结构，因此得出下图所示结构：

当模具的整体结构基本明确以后还需进行相应的辅助结构设计:

余料槽和启模口的设计。

余料槽设计

填入模腔的加料，要求稍有过量，以保证制品压实不缺料。

这些过量的胶料，在模压过程中必须排除，以保证制品尺寸和使用性能。

为此，需在型腔周围开设沟槽，以储存排除的余料。

这种用于储存余胶的沟槽称之为余料槽或溢胶槽。

余料槽尺寸

余料槽形状，无严格要求，以加工方便，制品和余料易于从模具中取出为原则。

通常采用如下图所示的结构形式。

允许采用倒角45°~60°V形余料槽或R形的半圆形余料槽，表面粗糙度一般为Ra12.5~25μm。

大小应适度，V形余料槽深度为0.5~1.5mm；R形深度或半径为0.5~1.5mm；矩形槽深度为0.5~1.0mm，宽度为2~5mm，侧面倒角15°~30°，矩形余料槽适用于胶料硬度较高或制品断面形状较大的型腔使用。

一、余料槽是否与大气沟通，通常有以下几条原则。

（1）凡胶料两大于制品重量5%~10%，并使用开放式压模，其余料槽不宜与大气沟通。

但多腔模内部余料槽之间应相互沟通，以利于胶料相互调剂和补充。

为此，型腔与型腔间的距离以尽可能近为好，但须考虑型腔壁厚强度。

通常无型芯多腔模，型腔与型腔间的最小壁厚为6~10mm，装有型芯者一般为10~12mm.

（2）当胶料量超过制品重量20%，余料槽必须与大气沟通，以防止在模具分型面上形成过厚飞边，影响制品厚度尺寸公差要求。

（3）凡制品厚度超过30mm，如实心垫块、实心轮胎或其他厚橡胶制品压模，其余料槽必须与大气沟通，以防止制品起泡和缩边，或引起飞边过厚。

（4）凡胶料邵氏硬度A超过75以上，并采用开放式或半封闭式压模结构，其余料槽也必须与大气沟通。

，

二、无须设置余料槽的情况

（1）小规格（外径小于10mm）橡胶制品压模、最好部设置余料槽，以利于整板（快）取出制品。

（2）特种橡胶（如硅橡胶，氟橡胶）及海绵类制品压模，绝对无需设置余料槽。

因它们在硫化过程中，硫化速度较快，收缩率较大，合模必须很严密，以防止制品缩边或出现裂口现象。

（3）当胶料邵氏硬度A低于55时，因其流动性好，多数开放式压模无需设置余料槽。

综合上述各条件考虑该模具设置R=1.5的半圆余料槽

启模口的设计

用工具撬开模具的缝口，称之为启模口。

启模口的尺寸，应根据启模力与模块重量而定。

但采用统一的启口尺寸，有利于配合各种规格的启模工具。

因此，启模口宽度较多选用14~16mm，高度3~5mm。

其深度须视具体情况而定，可车成一周或刨穿的通口，启模口长度要求大于60mm。

当模具很重时，可将启模口高度适当加高到5~6mm，加宽到20~25mm。

若为矩形压模，可在两对角处，按45°刨成一定深度的缝口即可，下图所示，深度4mm，长度为30~40mm.

在确定启模口位置时，应尽量对称或对角设置，并要求靠近模具定位处，以有利于减小启模力。

根据本阀圈的实际尺寸结构可知，该模具整体结构为圆柱形结构，因此在开设启模口时从模具的外径向内径方向按相关标准设置启模口

根据上述情况和特点结合该阀圈本身的的结构分析确定模具具体的结构如下：

pleasecontactQ3053703061giveyouperfectdrawings该模具哈夫中模的合紧原理为：

硫化机在进行硫化过程中平板将施加12.5MP的压力，上模受到压力后经7°斜面传递给哈夫中模转换为径向的合模力，将中模夹紧。

模腔设计

胶料在模压与加热过程中，内部发生形变和交联反应，从而产生热膨胀应力。

为此，模腔需要有一定的强度和刚度。

当硫化胶料冷却后，模腔应力趋于消除，橡胶制品的线性尺寸成比例地缩小。

因而，模腔尺寸必需适当增大，其加大的比例即为模压橡胶制品（或称胶料）的收缩率，通常用百分比表示。

模腔尺寸的确定

模具尺寸及公差，通常试根据制品尺寸及其公差以及胶料收缩率，经计算而确定的。

此外，制品尺寸的波动还取决于合模压力和硫化工艺过程，也就是与模具结构和工艺因素有关。

因此，在确定模腔尺寸试，除了须进行复杂的计算外，还须进行适当的修正，以获得合理的模腔尺寸，使做出的产品尺寸合格。

一般制品的模腔尺寸计算

（1）径向尺寸压模型腔径向尺寸可按下式计算：

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