密封橡胶波纹管硫化模设计设计步骤

密封橡胶波纹管硫化模设计模具硫化

密封橡胶波纹管硫化模具进行制品的生产一般在平板硫化机上先预热、加入混炼好的胶片或胶条、合模加压并进行第一次硫化，制品脱模后再进行二次硫化。

密封橡胶波纹管硫化模设计抽芯机构

由于波纹管内腔椭球尺寸大于波纹管前端与密封环配合尺寸，因此在模具设计时必须有一套抽芯装置。根据零件图要求，橡胶波纹管的硫化模设计为模具结构图所示结构，上模7与下模1采用水平剖分式，在分型面上均设有溢料槽，且上模7中心开有排气孔，以利于模具腔体内气体的快速溢出。定位销2与下模1采用小过盈配合，与芯轴5、型芯6、上模7采用滑动配合，确保模具精确定位及模具拆装方便。芯轴5与型芯6采用滑动配合。型芯6为分瓣结构。前模3与上模7、下模1采用小间隙定位配合。当橡胶波纹管经第一次硫化后，移走上模7，取出芯轴5时，橡胶波纹管及型芯6、前模3、锁紧螺母4也随之取走。因前模3与芯轴及型芯无配合关系，故拧下锁紧螺母4，抽出芯轴5就可完成橡胶波纹管的脱模。 2100433B

密封橡胶波纹管硫化模设计模具选材

“密封橡胶波纹管硫化模具”的材料一般选用35或45钢。模具毛坯锻后需经退火处理，以消除锻后应力，降低硬度，改善切削加工性能。上、下模应合在一起进行粗加工。粗加工后调质处理240～270HB,型芯硬度应比其它零件高50～70HB。

密封橡胶波纹管硫化模设计模具加工

“密封橡胶波纹管硫化模具”上、下模半精加工后应与定位销配钻铰孔，与定位销装配好后，再进行精加工。型芯粗加工后先用线切割加工出8瓣结构，后调质处理。分瓣结构点焊在一起后进行精加工。模具配合部位尺寸应配作，便于模具装拆。如橡胶波纹管材料为氟橡胶，硫化模上、下模内腔体及型芯外表面、前模应镀硬铬。

密封橡胶波纹管硫化模设计尺寸要求

从零件图中可知，波纹管前端安装密封环，末端与泵腔体为静密封点。因此，该零件轴向尺寸、安装配合尺寸及定位定形尺寸都有较高要求 。

密封橡胶波纹管硫化模设计尺寸计算

橡胶波纹管硫化成型后，不再进行机械加工。因此，模具中形成波纹管径向及轴向定位尺寸的模具尺寸必须十分精确，其尺寸可由下式确定：

D=A(1 K) (1)

式中 D——模具内腔尺寸，mm。

A——波纹管尺寸，mm。

K——橡胶材料的收缩率。

如果设计资料中无橡胶材料的收缩率，可先按波纹管零件尺寸设计模具内腔尺寸，试模后精确测量制品尺寸，得出橡胶材料的收缩率后再按(1)式重新设计模具内腔尺寸。

金属波纹管设计的理论基础是板壳理论、材料力学、计算数学等。波纹管设计的参数较多，由于波纹管在系统中的用途不同，其设计计算的重点也不一样。例如，波纹管用于力平衡元件，要求波纹管在工作范围内其有效面积不变或变化很小，用于测量元件，要求波纹管的弹性特性是线性的；用于真空开关管作真空密封件，要求波纹管的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命；用于阀门作密封件，要求波纹管应具有一定的耐压力、耐腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。根据波纹管的结构特点，可以把波纹管当作圆环壳、扁锥壳或圆环板所组成。设计计算波纹管也就是设计计算圆外壳、扁锥壳或团环板。

计算的参数为刚度、应力、有效面积、失稳、允许位移、耐压力和使用寿命。

波纹管耐压力

耐压力是波纹管性能的一个重要参数。波纹管在常温时，波形上不发生塑性变形所能承受的最大静压力，即为波纹管的最大耐压力在一般情况下，波纹管是在一定的压力（内压或外压）下工作的，所以它在整个工作过程中必须承受这个压力而不产生塑性变形。

波纹管的耐压力实际上属于波纹管的强度范畴。计算的关键是应力分析，也就是分析波纹管管壁上的应力只要波纹管管壁上最大应力点的应力不超过材料的屈服强度，波纹管所受的压力就不会达到其耐压力。

同一波纹管在其它工作条件相同时，受外压比受内压时的稳定性要好，所以，受外压作用时的最大耐压力比受内压时高。

当波纹管两端固定，如果在其内腔通入足够大的压力时，波纹管波峰处有可能爆破损坏。波纹管开始出现爆破时波纹管内部的压力值称为爆破压力。爆破压力是表征波纹管最大耐压强度的参数。波纹管在整个工作过程中，其工作压力远小于爆破压力，否则波纹管将破裂损坏。

当波纹长度小于或等于外径时，其计算结果和实际爆破压力很接近；对细长型波纹管其实际爆破压力要低很多。爆破压力大约为允许工作压力的3~10倍。

波纹管稳定性

当波纹管两端都受到限制时，如果波纹管内压力增大至某一临界值，波纹管就会产生失稳现象。

波纹管允许位移

对于工作在压缩状态的波纹管，它的最大压缩位移是：波纹管在压力作用下，压缩到波纹之间相互彼此接触时所能产生的最大位移值，也称为结构允许最大位移，它等于波纹管自由长度与最大压缩长度之差。

波纹管不产生塑性变形情况下所能获得的最大位移称为波纹管的允许位移。

波纹管在实际工作过程中会产生残余变形，残余变形又称永久变形或塑性变形，波纹管在力或压力作用下产生变形，当力或压力卸除后，波纹管不恢复原始状态的现象称残余变形，残余变形通常用波纹管不恢复原始位置的量来表示又称零位偏移。

波纹管位移与零位偏移之间的关系，无论拉伸还是压缩位移，在波纹管位移的起始阶段，它的残余变形量都很小，一般都小于波纹管标准中规定的允许零位偏移值。但是，当拉伸（或压缩）位移量逐渐增大到超过一定的位移值后，会引起零位偏移值的突然增大，这表示波纹管产生比较大的残余变形，在这之后．如果再增大一点位移量，残余变形将显著增加。所以波纹管一般不应超过这个位移量，不然将会严重的降低其精度、稳定性和可靠性以及使用寿命。

波纹管在压缩状态下工作时的允许压缩位移量比工作在拉伸状态下的允许拉伸位移量要大一些，所以在设计波纹管时应尽可能让波纹管在压缩状态下工作。通过实验发现，在一般情况下，同一材料、同一规格的波纹管，其允许的压缩位移是允许的拉伸位移的1.5倍。

允许位移与波纹管的几何尺寸参数及材料性能有关。一般情况下，波纹管的允许位移大小与材料的屈服强度及外径的平方成正比，而与材料的弹性模量、波纹管的壁厚成反比。同时，相对波深、波厚对它也有一定影响。

波纹管寿命

波纹管的寿命是在工作条件下使用时，能保证正常工作的最短工作期限或循环次数。用波纹管组成的弹性密封系统，经常在承受较多循环次数的变动载荷和较大位移的条件下工作，因此确定波纹管的使用寿命，具有重要意义。因为波纹管的作用不同，对其使用寿命的要求也不一样。

（1）波纹管用来补偿管路系统中因安装造成的位置偏差时，对其寿命要求只有几次就够了。

（2）波纹管用于开关频率较高的恒温控制器中，其寿命要达到10000次才能满足使用要求。

（3）波纹管用于真空开关作为真空密封件时，其寿命要达到30000次才能保证正常工作。

从上面三种使用实例中可见，由于使用条件不同，波纹管要求的使用寿命相差很大。波纹管寿命与所选用材料的疲劳特性有关，同时也取决于成形波纹管的残余应力的大小、应力集中的情况和波纹管的表面质量等。此外，使用寿命与波纹管的工作条件有关。例如：波纹管工作时的位移、压力、温度、工作介质、振动条件、频率范围、冲击条件等。

波纹管在工作过程中，其寿命长短主要取决于工作过程中产生的最大应力。为了降低应力，一般通过减少波纹管的工作位移和降低工作压力来实现。在一般设计中规定波纹管的工作位移应小于它的允许位移的一半，它的工作压力应小于波纹管的耐压力的一半。

对生产的波纹管进行试验证明，如果波纹管按上述规范工作，它的便用寿命基本土可达到5万次左右。

根据工作压力性质的不同，波纹管的允许位移也有所区别一般波纹管只承受轴向载荷（拉力或压力）时，它的允许位移可在波纹管有效长度的10%~40%之间选用；而在波纹管承受横向集中力、扭转力矩或综合受力时，波纹管的允许位移应适当减小。

应用多层波纹管可以降低刚度和变形引起的应力，因而可以在很大程度上提高波纹管的寿命。

波纹管在其它情况相同而工作压力性质（恒定或交变载荷）不同的条件下工作时，其使用寿命将有差别。显然，在交变载荷下工作时，波纹管的寿命比恒定载荷下工作时要短一些。

研究硫化的过程对于研究硫化配合剂和正确掌握配合技术极有裨益。说明硫化过程最简便的方法一般是利用各种硫化仪作出硫化曲线。

硫化曲线可将硫化反应过程分为诱导期（或称焦烧时间）、硫化反应期和过硫化期三个阶段。

硫化状态诱导期

诱导期是指正式硫化开始前的时间。即胶料放入模腔内随着温度的上升开始变软，黏度下降，而后达到一个最低值。由于继续受热，胶料将开始硫化。从胶料放人模腔内至出现轻度硫化整个过程所需要的时间称为诱导期，通常称为焦烧时问。这段时问的长短是衡量胶料在硫化前的各加工过程，如混炼、压延、压出或注射等过程中，受热的作用发生早期硫化（即焦烧）难易的尺度，该时间越长，越不容易发生焦烧，胶料的操作安全性越好。

硫化状态硫化反应期

硫化反应期是指正式硫化进行的过程，在此阶段特性随硫化时间而上升，以致达到正硫化。这段时间的长短是衡量硫化速率快慢的尺度，从理论上说该时间越短越好。

硫化状态过硫化期

过硫化期是指达到正硫化后，如果继续硫化，硫化胶物性反而下降的过程。过硫化时，有的硫化胶变硬，有的则变软，后者通常称为硫化还原。从达到硫化到出现过硫化所经过的时间称为平坦硫化时间，在这段时间里硫化胶仍然保持良好的物性。平坦硫化时间越长，过硫化的危险性愈小，即硫化操作愈安全。

理想的硫化过程应如下图1所示，诱导期或焦烧时间较长，硫化速率快，平坦硫化时间较长。要实现理想的硫化过程，除选择最佳的硫化条件外，硫化配合剂的选择，特别是促进剂的选择具有决定性的意义。

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按硫化条件可分为冷硫化、室温硫化和热硫化三类。冷硫化可用于薄膜制品的硫化，制品在含有2%～5%氯化硫的二硫化碳溶液中浸渍，然后洗净、干燥即可。室温硫化时，硫化过程在室温和常压下进行，如使用室温硫化胶浆（混炼胶溶液）进行自行车内胎接头、修补等。热硫化是橡胶制品硫化的主要方法。根据硫化介质及硫化方式的不同，热硫化又可分为直接硫化、间接硫化和混气硫化三种方法。①直接硫化，将制品直接置入热水或蒸汽介质中硫化。②间接硫化，制品置于热空气中硫化，此法一般用于某些外观要求严格的制品，如胶鞋等。③混气硫化，先采用空气硫化，而后再改用直接蒸汽硫化。此法既可以克服蒸汽硫化影响制品外观的缺点，也可以克服由于热空气传热慢，而硫化时间长和易老化的缺点。

上述硫化方法均属于间歇生产，有些长度不限的橡胶制品可以连续硫化，如压出制品的盐浴硫化、沸腾床硫化、微波或高频硫化、胶带及胶板的鼓式硫化机硫化等。除硫磺硫化外，橡胶制品还可采用无硫硫化、高能射线硫化等，但其应用面均有限。