橡胶波纹管硫化模具设计

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Design of Curing Mold for Rubber BellowsLi Xiangyu Fang Lijuan(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co.Ltd，Guangzhou Guangdong 5 10700，China)Abstract：According to the structure characteristics of rubber billows，the curing mold for rubber billows Wag designed，which was suitable for application of mechanical seal in metallurgy industry.The Huf structure was adopted for the middlepart of the rubber bilows mold，and the structure of combinational mount blocks was adopted for the mold core.Machiningability and operation ability of vulcanized technology for products were taken into consideration during the design.The moldhas reasonable structure，which can produce qualified rubber billows stably。

Keywords：rubber bellows；curing mold；mechanical seal冶金行业镀锡机组工艺段机械设备主要由碱洗槽、酸洗槽、电镀槽、淬水槽、化学处理槽等立式衬胶槽组成。工艺段各衬胶槽沉没辊轴颈处采用了橡胶波纹管式机械密封，以防止槽体各类化学处理液体外泄。

机械密封是-种旋转机械的轴封装置，由至少-对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力、补偿机构的弹力的共同作用和辅助密封圈的配合下，端面问保持贴合并相对滑动，从而防止流体的泄 。沉没辊轴颈处使用的机械密封中的橡胶波纹管就是-个补偿机构，通过压缩波纹管利用橡胶的回弹性，向密封环提供弹力。

1 橡胶波纹管的结构特点橡胶波纹管的结构如图1所示。产品-端安装密封环，-端通过螺栓与设备腔体紧密接触，形成静密封点。此橡胶波纹管为全波型结构，在机械密封中相当于-种弹性元件，工作时橡胶波纹管被压缩，因橡收稿日期 ：2012-1l-19作者简介：李翔字 (1978-)，女，工程师，从事橡塑密封件的结构和模具设计 .E-mail：haizhilan-yu###163.corn。

胶材料的回弹性产生-定的弹力，为密封环端面提供所需要的端面比压。

图1 橡胶波纹管结构Fig 1 Rubber bellows structure2 橡胶波纹管的模具设计2.1 橡胶波纹管的模具结构分型面的选择是在确定模具结构方案时，首先要考虑的重要因素之-，是结构设计的基础 。

分型面的选择原则主要有以下几点：(1)分型面不得影响产品的外观质量、尺寸精度和使用功能；(2)分型面的选择要有利于启模叁；2013年第 5期 李翔宇等：橡胶波纹管硫化模具设计 123(3)分型面位置的设计，要有利于模具型腔中气体的排出；(4)分型面的设计要有利于飞边的修除；(5)分型面结构的设计应力求简单。

分型面的结构形式是多种多样的，是由橡胶制品零件的形体结构特点决定的。该波纹管的峰径为262mm，谷径为 180 1Tim，并且 波纹管 的壁厚 5.5 mlTl，这三个数值决定了波纹管成型所用的中模和模芯不能设计成整体式结构。如果将其中模和模芯设计呈整体式，用其成型硫化后，从模具上剥落波纹管是非常困难的，甚至是不可能的。

若中模采用整体式结构，那么波纹管外圆 .5圆弧的型腔径向深度可达30 mm，轴向高度 19 mil，给模具的机加工造成-定难度，因此将分型面选择在产品圆弧的最大尺寸处。为了方便取出成型产品，内中模-和内中模二均采用哈夫尼构，即模具线切割成两瓣拼合而成。外中模-和外中模二通过锥面配合，将内中模-和内中模二组装在-起，形成波纹管外圆的型腔面。橡胶波纹管的硫化模具装配图如图2所示。

A]1.上模 2.内中模- 3.销钉 4.芯模 5.固定环6.芯轴 7.下模 8.内中模二 9.外中模二 10.外中模-图2 橡胶波纹管的硫化模具装配图Fig 2 Vulcanization of rubber belows mold assembly drawing该波纹管的模具设计核心在于组合机构式的模芯部分。该部分总共由6个零件组成，这6个零件的相互位置关系如图3所示。外层的芯模线切割成4件镶块，贴附于中间的芯轴上实现其内层定位。而在外层，4件镶块的下端直接和下镍行锥面配合定位，上端和固定环的定位孔进行锥面配合，实现模芯成型部分组合零件的-体化 。

镶块A-镶块二图3 波纹管模具模芯部分简图Fig 3 Belows mold core portion thumbs2.2 模具内腔尺寸的确定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：DA (1K) (1)式中：D为模具型腔尺寸，mm；A为波纹管尺寸，mm；K为橡胶材料的收缩率。

如果设计资料中无橡胶材料的收缩率，或者说资料给出的橡胶材料的收缩率-般为-个数值范围而不块三是固定值，为了得到高精度的波纹管产品，可先按零件尺寸设计模具型腔尺寸，试模后精确测量制品尺寸，得出橡胶材料的收缩率后再按式 (1)重新设计模具型腔尺寸。

2.3 橡胶波纹管材料及其收缩率的确定波纹管采用橡胶材料，橡胶收缩率取值是否合适直接决定了最终产品的尺寸是否符合设计的要求。不同种类的橡胶收缩率是不-样的，即使是同-类的橡胶，收缩率也要受胶料的硬度，加工过程中硫化温124 润滑与密封 第 38卷度、时间、压力以及产品尺寸的大小的综合影响。所以，在设计模具之前，必须进行以下两个步骤：(1)根据沉没辊轴颈处密封的介质，选择经济适用的橡胶材料； (2)根据橡胶材料类型和产品尺寸选择合适的收缩率取值。

沉没辊用橡胶材料要求耐腐蚀性能好。常用的橡胶材料 有 ：(1)氢化丁腈橡胶：通过选择催化加氢系统由丁腈橡胶部分或完全氢化而得，具有良好的耐介质、耐热和耐氧化降解性能。侧链上的氰基 (CN)在氢化过程中不受影响，因此氢化后的聚合物同样具有良好的耐油、耐燃油性能。

(2)氟橡胶：氟橡胶的碳原子的主键由氟原子置换，分子构造非常稳定，其特点是良好的耐热性、耐化学介质性和耐气候性，且几乎耐所有的矿物基和合成基液压油。但是耐寒性、耐热水或耐蒸汽性较差。

(3)氯磺化聚乙烯橡胶：聚乙烯经氯化和磺化处理 (即氯磺酰化反应)而制得的-种高分子弹性体，属于聚乙烯的衍生物，是饱和的极性橡胶。其加工工艺性能良好，具有较大的热塑性，较高的机械强度，优良的耐臭氧、耐天候老化和耐热老化性能，良好的耐化学腐蚀性、耐油性和耐延燃性；其制品不需添加抗臭氧剂，-般耐热可达150℃左右，其纯胶硫化后的拉伸强度可达 17.7 MPa。但是氯磺化聚乙烯橡胶的压缩永久变形大，低温下弹性较差，耐油性不及丁腈橡胶和氯丁橡胶，自黏性和互黏性较差。

2.4 模具选材波纹管硫化模具的材料-般选用 45 钢或 40Cr钢。模具毛坯锻打后需经退火处理，以消除锻后应力，降低硬度，改善切削加工性能。模具的各个部分进行粗加工后必须调质处理至硬度 HB240-270，再进行精加工。对于内中模-、二和芯模，应该在渗氮处理以后，再进行线切割加工。模具每处配合部位要采用配作方式，便于模具的装拆。

3 结束语设计-种应用于冶金行业机械密封的橡胶波纹管的硫化模具，该波纹管模具的中模采用哈夫结构，模芯采用镶块组合结构，设计时考虑了模具的加工性和产品硫化工艺的操作性，模具结构合理，能稳定生产出合格的产品。