硅橡胶模具制造工艺

硅橡胶模具制造工艺（共5篇）

硅橡胶模具制造工艺 篇1

1 引言

基于RP原型的硅橡胶模具制造及真空注塑流程如下:

CAD模型→快速成型→RP原型→硅橡胶模具→所复制的零件。

(1) 硅胶模具的特点

由于硅胶模具具有良好的柔性和弹性, 能制造结构复杂、花纹精细、无拔模斜度, 甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件 (树脂件) , 具有制造周期极短, 树脂件 (硅胶模具制作的零件) 质量高等优点。

(2) 快速成形技术 (简称RP)

将产品CAD三维数字模型通过分层处理, 快速重塑产品“样品”的过程。同时其所制作的“样品”被称之为RP原型。快速成型制造技术可以实现低成本、高生产率和短周期的生产特点。同时, 从设计和工程的角度出发应用快速成型技术可以设计形状复杂的零件, 无需受时间、成本、可制造性方面的限制, 如图1所示。在试制开发新成品中快速成型技术得到了广泛地应用。

2 基于RP原型的硅橡胶模具制造工艺[1]

由于RP技术生产出来的原型材料与硅橡胶不发生反应, 制造过程中没有经过变形, 也不会产生褶皱, 能够生产出与精密塑件一样的表面质量, 利用RP原型制造硅橡胶软模具体的工艺流程如图2所示。

3 橡胶模具制作注意事项

(1) 正确选择硅橡胶模型框尺寸。型框尺寸较小, 可以节省硅橡胶, 降低制模成本, 但不利于硅橡胶浇注;尺寸较大, 既浪费硅橡胶又降低了硅橡胶模的柔性, 增加了从硅橡胶模中取出产品的难度。为使硅橡胶模大小适中, 要求型框四壁、底面距RP模型边缘20mm左右。侧面挡板高度为RP模型高度再加90mm。

(2) 正确选取分型面。分型面通常选投影面积最大的面, 这有利于型腔排气及充填。由于硅橡胶材料具有较高的弹性, 在开模时可以进行一些强制操作, 对零件上一些特殊结构, 如侧面的小凸起等, 在选取分型面时可以不予考虑。另外, 对原型中的封闭通孔或不封闭的开口, 为了便于2个半模在剖切时容易分离。应将该处采用透明胶带等封贴, 并在胶带上扎些小孔以加强排气效果。

(3) 保证材料混合均匀。在固化剂与硅胶混合时, 由于反应较为强烈, 混合液产生大量气泡, 体积不断变大, 此时应立即向真空室进气, 减少气泡, 并不断重复此过程, 以保证固化剂与硅胶混合均匀。

(4) 正确控制开模刀行走路线。在用刀剖开模具时, 刀的行走路线是刀尖走直线, 刀尾走曲线, 使硅胶模的分模面形状不规则, 以确保上、下模合模时定位准确, 避免因合模错位引起误差。

(5) 合理选择和正确开设排气通道。硅胶模具上排气通道的正确开设对确保产品质量有很大作用, 排气位置应选择在模腔的最高处, 并确保通道畅通, 避免排气通道被硅胶堵塞而使产品无法成型或有气孔缺陷。由于硅胶的弹性非常好。用气针扎排气孔, 拔出气针后气道会因收缩而变小, 在产品复制时, 可以在排气孔处插入细孔塑料管。扩大排气孔避免硅胶堵塞。

(6) 合理控制树脂固化时间。树脂浇入后, 放入烘箱进行固化, 温度控制在68℃~70℃, 固化时间2小时左右。固化时间不能过长, 否则树脂混合液在型腔内会因反应过度产生气泡, 造成产品变形。若固化时间过短, 产品会发生膨胀, 也会造成产品变形。

4 应用橡胶模具进行真空注塑工艺 (零件的复制工艺) 流程[1]

对于批量不大的树脂件 (其物理、机械性能与塑料制件相同) 生产, 可以采用RP原型快速翻制的硅胶模具通过树脂材料的真空注型来实现, 如图3所示。这样, 能够显著缩短产品的制造时间, 降低成本, 提高效率。对于没有细筋、小孔的一般零件, 采用硅胶模具浇注树脂件可制造制品件数达50件以上。

5 应用橡胶模具进行真空注塑工艺时应注意事项

(1) 树脂件的固化时间

主要指树脂件在恒温箱中烘烤的时间。理论上, 由于塑料固化是一个吸热的过程, 树脂件的强度和表面精度随着固化时间的增加而增加。但是当达到一个饱和的时间时, 塑料会因为过热使自身的一些性能发生变化, 其中包括脆性变大, 表面精度也逐渐变大, 甚至出现表面局部收缩等, 造成树脂件形状不完整。相反固化时间不充足, 塑料无法完全固化, 在开模取件时, 树脂件容易产生较大变形, 甚至断裂。因此, 固化时间控制也是一个重要的因素。根据先期试验得到固化时间过长会导致开模比较困难, 一般不超过50分钟。

(2) 树脂配比 (硅胶模在制作树脂件时由A料与B料组成)

主要指A料 (以异氰酸酯为主) 和B料 (由多元醇、催化剂、交联剂等组成) 的配比。A料不同的配比同样会使得树脂件具有不同的机械性能。一般都要求能比较精确的控制在1∶1左右, 误差应控制在5%~10%, 当A料, B料小于或者大于l时, 都会造成不同程度的机械性能的缺陷, 例如抗弯强度、弯曲弹性模量、伸张强度等。对于小树脂件, 由于所需的材料很少, 其影响尤为明显。

(3) 硅胶模及塑件的烘干

主要指树脂件烘烤的温度。理论上, 常温固化所需时间为24小时左右, 加热固化能大大缩短该过程, 一般温度都控制在70℃以下。温度越高, 固化时间越难控制。高温时, 树脂件容易变脆, 甚至发生变形。温度过低, 会延长固化的时间, 降低整个生产效率。温度应控制相对较低。另外, 将浇注好的硅胶模放置于烤箱中烘烤时, 烘烤时间为一般为2~6小时 (树脂件的体积尺寸越大, 时间也越长)

(4) 自然冷却

烘干后的硅胶模及树脂件要在常温下冷却到室温, 树脂件需要在室温下放置36小时后其物理、机械性能才会比较稳定。

(5) 硅胶模具分开后, 用小工具 (例如用直径为Φ3.5mm壁厚为0.2mm的铜管) 在上模顶端处不影响树脂件特征的基础面上扎孔, 以便排气。

(6) 硅胶模具扎出排气孔后, 合上硅胶模具。若塑件的凸模较大且塑件壁薄时, 加小片与其同种材料的塑料于型腔内 (在壁厚塑件中, 亦需要加小片塑料于其中防止其收缩) 。

(7) 用透明胶捆好上下硅胶模具, 捆绑松紧视硅胶模具的特点来定 (一般含有薄壁特征的模具应该捆绑松一点, 以便树脂件成型) 。

(8) 树脂件的脱模方法

1) 待硅胶模冷却到室温状态后才能取出塑料件, 先把流道口去掉, 再打开透明胶纸;

2) 斜口钳剪去排气孔多余的料头;

3) 用“气枪”及“轴用直口卡簧钳”将硅胶模具上下模分离;

4) 用“气枪”的高压空气吹塑件与模具分离。

(9) 脱模后模具处理

1) 先用风枪对“硅胶模”进行清洁处理再将模具表面的“飞边”、“溢料”等多余的塑料清理干净;

2) 若进行过多次开模 (大于5次后) 或塑件存在脱模困难时, 硅胶模具在合模前需要在模具表面高约30cm处均匀喷洒“脱模剂”;

3) 当做完上述步骤后, 合上模具, 可以进行第二次塑料件的制作;

4) 用气枪的高压空气吹塑件与模具分离。

6 树脂件的后处理方法

树脂件取出之后, 因为上下硅胶模具有间隙、流道口以及排气孔的原因, 在树脂件表面会产生飞边、流道口余料以及气孔余料等。必须对这部分进行修正, 否则影响树脂件的外观、尺寸等, 这称之为树脂件的后处理工序, 如图4所示, 其方法大致如下:

(1) 用刀片对飞边进行处理, 使用刀片 (或其它刀具) 时候要注意切勿刮伤树脂件表面, 否则影响其外观与尺寸精度;

(2) 用斜口钳将流道余料以及气孔余料清除, 有条件的可以使用水砂纸、笔状气动磨机以及各样的研磨头对树脂件表面进行研磨处理;

(3) 如果树脂件外观或粗糙度要求严格时, 还可以使用“喷砂机”对其进行处理, 使得其符合光洁度及外观等方面的技术要求。

7 总结

实践证明, 基于RP原型的硅胶模具制作及产品复制具有周期短、成本低、制作快速等特点且所复制的零件表面质量好, 能够满足使用要求。另外, 由于硅胶模具具有很好的弹性, 对凹凸部分浇注成型后也可直接取出, 这便是它的独特之处, 目前用硅橡胶制造的弹性模具已用于代替金属模具生产蜡模、石膏模、陶瓷模、塑料件及低熔点合金如铅、锌以及铅合金零件, 并在轻工、塑料、食品和仿古青铜器等行业的应用不断扩大, 对产品的更新换代起到重要的作用。

摘要：各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期, 降低生产成本和风险, 使得快速成型及快速制模技术在生产中逐步得到了应用。首先应用RP技术将零部件的CAD三维数字模型加工出产品零部件的原型, 再应用硅橡胶模具制造技术复制出产品的零部件, 最后组装成“样机”或“样品”。此种方法是目前一些企业快速开发新产品的方法之一, 就此工艺过程进行了探索。

关键词：RP原型,快速成形技术,硅橡胶模具制造工艺,真空注塑工艺

参考文献

[1]朱发林, 平雪良, 潘朝芳.硅胶模具真空浇注的工艺参数试验研究[J].机械设计与制造, 2007 (3) :155-157.

硅橡胶模具制造工艺 篇2

生产室温硫化硅橡胶时,为制取流动性好,补强填料量多的基料,可采取在捏合机中先配制高填料含量的母炼胶,再稀释的方法, 但该方法耗时耗能不利于生产。

本实验主要针对白炭黑表面处理及室温硫化硅橡胶的生产工艺进行改进,通过改进与创新,提高白炭黑与硅橡胶的亲和性,改善白炭黑的应用效果,简化室温硫化硅橡胶生产过程,使生产工艺更加合理、稳定、可靠。对于降低硅橡胶生产成本,提高产品的经济效益,增强产品的核心竞争力具有重要的意义。

一、实验部分

1.白炭黑表面处理

原料:白炭黑( TM10,江西通化,比表面积150m2/g)、六甲基二硅氮烷(江西科睿,质量分数大于96% )

机理:硅氮烷中的三甲硅基与白炭黑上的Si-OH反应,放出氨气,从而取代部分白炭黑表面的羟基,达到表面处理的目的。

白炭黑表面处理方法主要是使用硅油低分子或硅氮烷改性,其中六甲基二硅氮烷改性效果较好,但老工艺单耗高、表面处理效果不稳定且残留的氨,会造成硅橡胶交联,贮存性差等不良后果。

本工艺采用反应釜内先加入白炭黑,升温至120℃并维持1h,然后依次在搅拌中缓慢滴加水和硅氮烷,滴加完毕后继续搅拌2~3h,升温至150~170℃先常压脱氨,待出口无明显氨味后减压脱氨5h(真空度≥0.08MPa),即可将白炭黑吸附的氨气脱尽。

2.室温硫化硅橡胶生产

原料:基础胶(自制)、处理白炭黑(自制,比表面积为200m2/g)

基础胶:处理白炭黑=100份:20份

1改进前的工艺路线图:

上述生产工艺复杂,耗时耗能不利于生产。

2改进后的工艺路线图:

二、试验结果及分析

1.白炭黑表面处理

白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物质发生反应,消除或减少其表面活性硅醇基的量,使产品由亲水变为疏水,增大其在聚合物中的分散性。

使用改进工艺的处理白炭黑配制室温硫化硅橡胶具体技术指标如下:

通过以上数据表明:

在生产室温硫化硅橡胶配方完全相同的情况下,采用比表面积为150m2/g的沉淀法白炭黑TM10生产的室温硫化硅橡胶,性能指标完全达到采用的为比表面积为200m2/g气相法白炭黑为填料的硅橡胶性能指标;

上述十个 实验中各 样品的粘 度指标范 围为33000±4000m Pa.s,证明了使用该种方法改性的白炭黑性能稳定,保证了在相同配方下室温硫化硅橡胶批次间差异小,批次稳定。

硅氮烷做改性剂同类工艺改性的白炭黑PH值约为8左右;而使用本工艺,在白炭黑表面处理的配方不变的情况下,通过生产工艺的改进,改性白炭黑中残留的氨少,达到了既定降低改性白炭黑中残留氨的目标。

2.室温硫化硅橡胶生产工艺的改进

室温硫化硅橡胶生产过程中最主要的目的是将白碳黑填充到基础胶中,主要的技术难点是如何确保白碳黑和基础胶尽量完全浸润。改进前工艺采用捏合机、烘箱、三辊机等设备,依次进行混炼膏状物、膏状物表面热处理、膏状物稀释工序,以保证白炭黑和基础胶充分浸润。本实验使用相同的原料及配比(基础聚合物:处理白炭黑200m2/g =100:20)分别用改进前工艺和改进后的工艺进行室温硫化硅橡胶的生产,制得的样品具体技术指标如下:

通过以上数据表明:使用改进后工艺制得的室温硫化硅橡胶与改进前工艺制得的室温硫化硅橡胶能到达相同的性能。

三、结论

这种白炭黑表面处理工艺,通过工艺中各环节的特有设计,确保了生产工艺的稳定性,能够满足后续室温硫化硅橡胶的使用要求。室温硫化硅橡胶的生产改进后,在真空、加热条件下进行混炼达到了原工艺中多个工序(混炼膏状物、膏状物表面热处理、膏状物稀释)的效果,既节省了时间又降低了功耗,同时对硅橡胶的品质又无影响,达到降本增效的目的。

摘要：白炭黑表面处理方法主要是使用硅油低分子或硅氮烷改性,消除或减少其表面活性硅醇基的量,增大其在聚合物中的分散性;室温硫化硅橡胶在真空、加热条件下进行混炼制得的产品,达性能要求。

硅橡胶模具制造工艺 篇3

1 模具的设计

基于PRO/E的橡胶模具设计的主要流程是：在PRO/E建模环境下创建橡胶制件的三维模型，确定合适的分模平面，通过运算与裁减实体等功能[1]，将模具的上、下模生成出来，在通过橡胶制件生成模具的芯铁，最后完成其他辅助结构的设计。设计要点如下：

(1)创建橡胶制件的三维模型

在创建三维模型前应根据橡胶制件的材料，计算收缩率，该产品件材料为硅橡胶，收缩率应为2%，但由于这套橡胶模具对产品件壁厚没有严格尺寸要求，因此收缩误差可以忽略不计。根据提供的二维图(如图1所示)或样件，在PRO/E建模环境下灵活运用各种建模命令，创建橡胶制件的三维模型，如图2所示。注意，图2中三维模型只是橡胶制件的外部形状，并没有将橡胶制件的内部形状画出，因为内部形状与型腔无关。考虑到上、下模型腔与分模片的结构设计，这时应将分模片与手柄同时设计出，安装到橡胶制件模型上，将其看成一个整体。如图3所示。

(2)完成上、下模结构设计

根据本套模具的制品外形要求[3]，需要通过分模片将橡胶制件在中间隔开，从而形成一个侧面可以打开的护套。因此将分型面确定在分模片的上表面。

根据模具的高度确定原则[3]。确定上、下模外形尺寸为270×175×55mm。

在PRO/E建模环境中创建一个270×175×55mm的长方体，运用运算、裁减体等功能，完成型腔上、下模的创建，如图4、图5所示。

(3)完成芯铁结构设计

通过分析橡胶制件二维图(图1)可以看出，模具的芯铁和型腔的外形是完全平行偏置的，这样，将图3对应的三维模型用PRO/E打开，把分模片与翻边两个特征删除掉，再根据二维图使用PRO/E当中偏置面的功能将模型进行偏置，即可得到如图6所示的芯铁模型。

(4)其他结构设计

根据《最新橡胶模具设计制造与应用工艺技术实用手册》，完成溢胶槽、导柱销、定位板等结构的设计。然后在PRO/E装配模块完成模具的虚拟装配，再进入PRO/E生成工程图模块生成模具的装配工程图，如图7所示。

2 模具材料的选择[2]

型腔上下模的切削量最大，表面质量要求相对较高，选用的材料为40Cr。这种材料的出厂硬度大概为30～50HRC，韧性和延展性能佳同时切削性能良好，适应在数控铣床或加工中心加工。因为CR含量高可抗腐蚀具有不锈作用可以保证在大批量生产中塑件外表面的质量。

芯铁表面质量要求不高，选择45#钢即可，这种钢可加工性能很好。

对于导柱销、定位板、分模片等非型腔类的可选45#钢、B20H等材质，而根据本套模具的生产批量以及最低成本材料选用原则，选择45#钢。

3 模具制造[4]

模具的制造主要是针对上模型腔、下模型腔和芯铁的加工。模具设计完成后，以设计得到的模型为基础，进入PRO/E后处理模块进行数控编程。对于模具的大部分零件，均可以采用数控铣进行加工。一般可以完成所有零件的数控铣削要求。本模具的上、下模型腔，加工表面质量要求较高，可以采用数控铣完成粗加工，再使用高速铣或模具雕铣机进行高速铣削精加工，来达到加工要求。芯铁的表面质量要求不高，可直接采用数控铣完成全部加工即可。其中上模型腔的侧面精加工刀具轨迹如图8所示，图9为在PRO/E软件中仿真加工的效果。

4 结束语

传统的橡胶模具设计从模具分型到具体结构设计均完全依靠设计者的设计经验，对设计者的要求较高并且效率低下不易修改。采用PRO/E软件进行辅助设计，只需根据样件或产品图纸建立产品制件的三维模型，利用PRO/E软件的强大功能，就可以完成设计内容并且创建出来的模具与塑件产品参数相关[1]。这样模具设计变得快捷、容易、修改简单。利用PRO/E软件建立的模具三维模型，可以交互式地模拟演示材料按数控刀轨数据被去除的过程，可迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率[4]。

参考文献

[1]林清安.PRO/E综合资料.北京:电子工业出版社,2003(1).

[2]冯炳尧,韩泰荣等.模具设计与制造简明手册.上海:上海科学技术出版社,1985(6).

[3]邵术才.最新橡胶模具设计制造与应用工艺技术实用手册。银声音像出版社,2004.

橡胶减震器模具设计改进 篇4

橡胶减震器产品如图 (1) 。产品技术要求:1) 橡胶部位无缺胶、无气泡、无其它缺陷等;2) 金属与橡胶粘合良好, 无明显错位;3) 未注橡胶尺寸按GB/T3672.1-2002 M3级执行。按如图 (2) 设计的模具

生产的产品存在的产品质量问题有:1) 橡胶与金属粘合不好;2) 橡胶与金属结合处飞边大;3) 螺纹表面有橡胶;4) 有的产品铁件有压伤;5) 逃胶孔胶料扯断, 胶头处缩孔。

分析与模具改进

通过对产品存在的质量问题进行分析, 找到了模具设计的缺陷。列表如下:

针对上述问题, 对模具设计进行改造, 按图 (3) 重新设计制作的模具, 完好的解决了上述问题。新模具特点:

1、整个产品都容入在中模中成型, 橡胶与金属粘合处不再错位, 所以没有飞边;也不存在模具配合不好, 不会有橡胶与金属粘合处失压, 产品粘合不良的现象。

2、上、下模都留有容胶槽, 多余的胶料不会跑到螺纹定位孔中, 所以螺纹上不会有胶料。

3、中模设计有足够长的引入端, 可以有空间容纳胶料, 填胶后, 上铁件不需靠螺纹连接到上模, 可以通过导向锥由上模直接压入中模。这样铁件不会压伤。

4、逃胶槽开在下模上端面, 不存在出模时扯断胶头缩孔的现象。 (注:在模具产品成型面上开逃胶孔要考虑橡胶牌号和橡胶硬度等因素。)

如图 (3) 设计的模具除了解决了产品质量问题外, 还有如图 (2) 模具没有的几个优点:

(1) 中模设计为内外两部分, 且内中模为两瓣模, 这样产品出模方便, 出模时也不会损坏模具和产品。

(2) 如果产品长度尺寸不合格, 模具修改也很方便。若长度尺寸为负, 则只需要磨上模下底面;若长度尺寸为正, 则只需要磨中模下底面。

(3) 产品上铁件装模时不需要把螺纹拧入上模, 卸模时也不需要松螺纹, 为装、卸模节省了时间。

(4) 模具看上去复杂了, 但实际上加工更简单。只要保证内中模内孔尺寸, 模具没有任何配合精度要求。

按照这种新的设计思路, 我对类似的产品设计多腔模, 也取得了非常满意的效果。

产品B由原来的单腔模改为四腔模, 效率大大提高了, 产品合格率也由原来83.6%提高到了96.2%。产品C由原来的单腔模改为十二腔模, 效率提高了十倍, 产品合格率也由原来86.8%提高到了95.6%。

总结

橡胶模具的设计除了要根据产品结构, 考虑分型面, 选择合适的分型方式, 出模方式, 加胶方式等因素外, 还要保证模具维修方便, 出模简单, 模具不易损坏, 生产产品合格率高。

摘要：通过对影响橡胶减震器产品质量的原因进行分析, 发现加工橡胶减震器的模具是关键因素, 因此对产品结构认真分析, 重新设计制作新的模具, 橡胶减震器的品质得到了明显提高。又对几种类似的产品按照这种结构, 设计出了多腔模, 也取得了非常满意的效果。

圆柱形金属橡胶构件的模具设计 篇5

金属橡胶材料的制备是将一定质量的、拉伸开的、螺旋状态的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中,然后用冷冲压的方法成型。其内部结构是金属丝相互交错勾联形成类似橡胶高分子材料的空间网状结构。在外力作用下,金属橡胶将克服金属丝之间的干摩擦阻尼而产生变形,外力消失后,在自身弹性力的作用下,恢复原状[1,2,3,4]。

金属橡胶毛坯件的制作,是将拉伸好的螺旋卷按一定的规律和要求铺设在特殊的模具上。选择正确的毛坯铺设方式是影响金属橡胶构件性能的关键步骤之一。如果选材和毛坯铺设方式不正确,会造成构件性能达不到预期要求,或产品品质低劣,发生早期失效,从而给金属橡胶的进一步研究和推广应用带来困难。根据构件的形状、使用条件和用途等要求,金属橡胶毛坯件有多种不同的铺设方法。本文采用细针定位的布线方式[4]。细针定位的铺设方式采用插在心轴上的两圈细针定位,保证螺旋卷铺设的确定性和规律性。铺设过程中,心轴以一定的速度转动,空心导杆与心轴的转动相协调,在各细针间往复穿梭移动,把螺旋卷按一定的规律挂在细针上,循环运行实现毛坯件的铺设。将铺设好的毛坯件放入模具中,经冷冲压工艺即可得到所需的金属橡胶构件。

现选取用于航天发动机起落架上的金属橡胶减振器[5]。因减振器中圆柱形金属橡胶构件是比较重要的部件,它代替了以前的橡胶构件,具有耐高温、低温和耐腐蚀等特点,能适应更差的环境。选取的构件尺寸为外圆直径90 mm、内圆直径50 mm、高为40 mm。依据毛坯的具体尺寸和构件的要求做圆柱形金属橡胶构件的模具设计。

1 零件的工艺分析

1) 该零件结构比较简单,是圆柱形通孔,要加工的部分仅仅是内孔。在毛坯内孔的基础上,将其整形扩大( 图1) 。

2) 零件内外形尺寸的公差,可以按IT14 级确定工件尺寸的公差[6]。经表查得各个尺寸公差分别为: 外圆直径ф900-0. 87mm; 内孔直径ф500-0. 62mm; 厚度为 ф400-0. 62mm。

2 确定冲压的工艺方案

该零件的加工只有一道工序,那就是对孔进行径向挤压。因此不存在有其他多种方案,只有采用不同的凹、凸模对毛坯进行冲压。

第一种方案: 直接采用圆柱形凸模,在毛坯上放置有压板,防止反向挤压。

第二种方案: 采用复合模具,就是采用圆锥形的凸模,再加上圆锥形的凸模镶瓣,凸模轴向下压,挤压凸模镶瓣,然后凸模镶瓣径向移动对毛坯进行挤压。由于凸模镶瓣要进行径向移动,则需要将凸模镶瓣采用线切割,分割成六等分。

方案一比较简单,但在装工件和卸工件时要对压板进行抽取; 而第二种方案虽然比较简单,但是六等分凸模镶瓣径向移动两两之间必然有空隙,工件有可能由间隙中挤压出来。是否影响工件性能,没办法确定,因此还是选用第一种方案,比起加工凸模镶瓣,加工压板更经济。

3 确定模具总体的结构方案

3. 1 模具类型

根据零件的工艺方案,采用径向挤压模,主要在正挤压和反挤压上对模具有一定的要求,必须对其进行严格设计,凸凹模的挤压运动也是按照正常的安装方式的。根据圆柱形金属橡胶构件的特点,应选取冷挤压模具中的径向挤压模具。其主要有以下特点:

1) 模具的工作部分与上、下底板之间一般都设有足够的支撑面与足够厚度的淬硬垫板,以防止由于受力过大而被冲裂或使工作部分相对移动。

2) 模具的工作部分都采用光滑的圆角过渡,以防止由于应力集中而导致其本身的损坏。

3) 模具工作部分的材料及热处理要求,均比一般普通冲模要求高。

4) 模具的卸料部分,一般采用刚性结构,其顶出件要有足够的刚性及强度。

3. 2 设计选用零件、部件

1) 凹模设计

凹模的结构形式和固定方法: 根据选定的模架的结构形式,模架底座上端为圆形的,因此将凹模也设计成圆形,以此相配套,采用圆形的可以降低应力集中,通过内六方螺栓和销钉将凹模固定在凹模固定板上,其螺栓和销钉与凹模孔壁间距不能太小,否则会影响模具强度和寿命。由于冲压金属橡胶材料构件时,只需要用到10 ~ 40 MPa的压力,因此对于凹模的具体尺寸,则尽可能地满足安装在模架上的便利性。根据标准模架结构尺寸,确定凹模的外圆直径尺寸为160 mm。由于外圆在加工时没有直接的接触,因此没有过于严格的要求,公差等级选用IT14 级即可。而它的内孔直径则是根据毛坯的外径来做参考的,由于内壁是要参与冲压的,因此对内壁的要求就要高些,内壁要求没有划痕,比较光滑,粗糙度要求为0. 8,高度也要和毛坯高度相互对应,凹模如图2 所示。

凹模材料和技术要求: 凹模材料选用T10A。外轮廓棱角采用圆弧过渡,防止应力集中。

2) 凸模设计

a) 凸模的结构形式与固定方法

凸模与毛坯接触的工作部分为圆柱形,考虑到经济要求,设计有台阶的凸模,减少加工部分。考虑到凸模首先要进入到毛坯中,因此在凸模的前端设计有一比较大的锥度,这样凸模才能进入到毛坯的内孔中进行冲压。

凸模的固定采用有锥度的台阶,凸模上的锥度与固定圈里的锥度相配合,然后通过螺栓和销钉将其固定在上模座上。

b) 凸模材料和技术要求

凸模材料采用碳素工具钢T10A,进行高温时效处理。凸模如图3 所示。

3. 3 第二套方案的分析

第二种方案的工作原理主要还是体现在凸模与凹模上,为了减少手工操作,去掉压板,设计一种和凸模或凹模组合在一起,同时又对零件的反挤压起到作用的零件。因结合构件的加工要求,设计一种与凸模配套使用的构件———凸模镶瓣。由于凸模镶瓣要和凸模配套使用,而且还要实现径向运动,因此其结构都设计成了锥形。这样在凸模轴向运动时,由于有锥度的存在,凸模挤压锥孔状的凸模镶瓣,会实现径向运动。凸模镶瓣要进行径向运动,必须要有很大的弹性,况且还要能实现工件的成形要求,这对材料的要求就比较高。考虑到经济性,将整体的凸模镶瓣采用线切割切割成六等分,这样就可以进行径向运动,而且采用的是一般的材料。图4 为凸模镶瓣的结构尺寸。

3. 4 两种方案的比较

第一种方案凹模和凸模的结构是比较简单的,加工起来也比较容易,虽然增加了两个压板,使手工操作增加了,但却增加了经济效益,而且无形中又具有了卸料板的功能。

第二种方案设计了凸模套件,使加工看起来比较方便了,模具也不那么繁琐了,但却有一个未知因素,那就是凸模镶瓣径向运动时,六等分镶瓣因为有空隙的存在,随着凸模镶瓣的继续运动,空隙会越来越大,毛坯件可能会随空隙被挤压出来,可能会产生筋条而影响工件的性能。

针对金属橡胶这种弹性材料,由于挤压的厚度比较小而产生浅显的筋条,考虑到实际条件,无法实现,因此选用第一种方案。

4 模具的三维造型

为了能直观地展现模具每个零件的三维造型、各个构件之间的连接与配合,以及每个零件的布置,对模具的装配进行了三维绘制。在文中运用三维软件Pro/E将各个实体零件装配在一起。

1) 在熟知零件具体尺寸的情况下,将所有零件的三维造型绘制出来。绘图的时候,最重要的还是尺寸的准确性,以及一些重要位置的造型。图5、图6 为凸模和凹模的三维造型。

凸模如图5,凸模重要的造型部分是对锥度绘制以及凸模工作部分的尺寸要求,凸模是采用旋转增料来完成的。凹模如图6,凹模重要的是内孔的尺寸,还有就是螺纹孔和销孔在凹模上具体位置的布置以及孔的个数。最后就是在螺纹的造型上,因为螺纹连接关系到模具能否正常工作,因此不管是螺纹孔的造型还是螺栓螺纹的造型,尺寸不能有丝毫的差错。销孔的对称布置也同样重要,它是定位的重要依据。其他零件尺寸的准确性也有同样的严格要求。

2) 将三维绘制好的零件按照装配图的零件布置装在一起。零件只有装配在一起才能知道是否合适和满足要求。图7 为装配在一起的三维模型,图8 为分解开的三维模型。

随着制造业的快速发展以及人们对物质追求的要求越来越高,三维造型也已经越来越受到重视。三维造型的问世可以将人们的要求体现到极致,可以在实际的产品制造之前,通过三维造型检验产品是否合格而满足要求。

5 结论

根据航天发动机起落架上所用的金属橡胶减振器橡胶构件的性能要求,通过专有的金属橡胶铺设计,将圆柱形金属橡胶毛坯绕制出来。分析研究了圆柱形金属橡胶构件毛坯的制造,结合金属橡胶毛坯的性质以及典型的模具,选取比较合适的类型—冷冲压模具。主要是通过对凹模、凸模的设计来实现金属橡胶构件模具设计。设计中通过两种方案的对比,分析了两种方案的优缺点,最后确定了设计方案。为了直观的、更加清楚的表达设计出的模具的效果,运用Pro/E进行了三维实体绘制,为设计增加了直观效果。

由于国内对于金属橡胶构件的研究和制备还处于起步阶段,这种高新材料在实际工程中应用还比较少。文中仅仅设计的是比较简单的圆柱形金属橡胶构件,有些设计机构并不是适用于所有的情况。由于加工工艺复杂,金属橡胶材料造价比较昂贵,一般应用于一些前沿的领域,像航天发动机以及航空导弹等等。

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