模具工艺和制作的密封材料

 　　1模压刃口缺陷分析经过多年的生产实践，Y形密封圈存在的生产效率低、质量差和废品率高的主要原因有以下4个方面。

　　（1）密封刃口部位存在着缺胶、烂泡和分型面不等高缺陷。

　　产生这些缺陷的原因是模具型腔分型面必须避开刃口，因而在图示的尖角处形成死角，胶料在此流动困难，空气不易排出，胶料很难充满型腔，从而形成缺胶和烂泡。此外，受Y形密封圈结构的限制，制品硫化时余胶将上模托起，把刃口平面分成两层，这就影响了密封性能，也是外观质量所不允许的。

　　（2）关键尺寸难以控制刃口尺寸在型腔上是固定的，而胶料的收缩率则因硫化条件、原材料批次的不同、混炼工艺的差异等因素影响，出现较大的变化，而Y形密封圈对尺寸的要求是比较严格的，有时经多次修整仍不合格。即使是多年生产的老产品，也会因为收缩率的问题而使制品报废。

　　（3）模具加工工艺性差由图1不难发现，刃口尺寸在中模上是不可测尺寸，加工时只能凭操作者的技术水平和主观感觉来控制，往往造成制品报废。

　　（4）修边困难由于Y形密封圈是纯胶制品，刃口部位挺性差，而胶边又比较厚，人工修剪难度大、速度慢，质量差。

　　2. 1刀具材料的选择制造Y形密封圈的材料一般为耐油橡胶，邵尔A硬度在50～75之间。由于没有骨架支撑，因此，车削难度比骨架式轴唇圈要大得多。

　　刀具太厚，会使制品变形或根本切不下来；刀具太薄，则强度又不够，易造成扎刀以及切削面不均匀。经过筛选，终确定将医用手术刀头作为刀具的基本雏形，再进行改进，使其适应高速切削的要求。该刀头采用合金结构钢制造，表面具有耐腐蚀性能，且热处理和厚度适中，经磨削和修理后，既有锋利的刃口，又可以满足刚度和强度要求。

　　2. 2简化模具结构由于Y形密封圈的安装位置比较重要，它关系到安全问题，因此，对它的要求也相当严格，为了保证制品质量，有一些产品要采用单腔工艺生产。对车削工艺的研究，为Y形密封圈模具的多腔化奠定了良好的基础。首先是刃口由模压改为车削，中模的尖角部位不复存在，模具形式也由三开模改为两开模（参见图2），中模的不可测尺寸也随之消失，复杂系数大大降低，从而降低了模具成本，缩短了制造周期，减少了硫化时间。多腔模具结构采用上下模全浮动式结构，这样，便解决了固定式结构因设计、制造和装配等累积误差造成的轴线偏移，使制品错位和模具易损等问题，使制品质量仅仅取决于模腔单体的制造精度，而不受其他型腔的牵制。也可以把不同规格的Y形密封圈制品集中到一套模具上，完成硫化工序，大限度地提高了设备利用率，生产成本大幅下降。

　　2. 3自动抽真空硫化机用高效率模具的设计与制造自动抽真空硫化机生产效率高，制品质量好，对橡胶模具的要求也随之提高，以往传统的材料，热处理和加工工艺都无法满足要求。

　　2. 3. 1模具材料模具材料是保证模具具有良好的使用性能的关键，这种模具要求材料必须具有较高的热处理硬度（一般应高于HRC38），只有具有这种硬度，才有比较高的综合机械性能。良好的韧性和耐磨性要求模具锥度的配合面使用几万次不磨损，刃口部位不产生掉边、崩刃等现象。根据这些要求，一般拟选用Cr12、Cr12MV、P20等材料。

　　2. 3. 2热处理根据制品批量的大小，选择不同的热处理工艺是十分必要的。一般来讲，年生产批量在50 000件以下的可选择淬火+中温回火工艺，批量特别多，可选择淬火十中温回火，模具精加工后再真空淬火，硬度控制在HRC52左右。

　　2. 3. 3加工工艺由于材料和热处理硬度不同，加工精度大幅提高，传统的加工方法已经不能胜任，采用数控车床加工是一种明智的选择。该种结构的模具加工工艺过程为：锻打毛坯→粗加工→热处理→精加工→真空处理。图3为自动抽真空硫化机用高效率模具的结构。

　　2. 3. 4外径及端面切削图4为45×36×6Y型密封圈模具的上模，该工件的加工工艺为：下料→粗车毛坯→热处理→半精车削端面外圆→精车削端面外圆→半精车削内孔各台阶孔→精车削内孔各台阶孔。

　　由图4可知，该工件道工序半精车端面、10°定位锥台、外圆，是作为后续工序的加工、测量基准，该工序车削部位余量较大，需要大的吃刀深度和走刀量。从上一世纪50年代的上压紧式、60年代的偏心夹紧式，到目前为止，已推出了许多种类的“SEC”刀具，在端面、外圆车刀方面，已经形成了一个丰富多采、适合于各种用途的产品系列。根据以上用途选用80°菱形刀片和SCLC刀柄是比较合适的。该刀具在车削外圆时，前角为6°，刃倾角为4°，车削端面时前角为4°，刃倾角为6°，主要用于粗加工、半精加工。车削端面时程序可用G94，F取0. 15，切削速度可根据材质、热处理硬度而定。在G71条件下，R取0. 2～0. 3，U取0. 8～1. 5.在P、Q存在时的G71条件下，U取0. 2～0. 3，W取0. 05～0. 08，F取0. 08～0. 95.

　　其格式为：G94 X（U）Z（W）F；式中：X（U）―X方向的终点坐标。

　　Z（W）―Z方向的终点坐标。

　　F―进给量，MM/转圆柱面加工G90（横向固定循环切削）格式为：G90 X（U）Z（W）F；式中：X（U）―X方向的终点坐标。

　　Z（W）―Z方向的终点坐标。

　　F―进给量，MM/转2. 4内孔车削内孔车刀刀片有三角形、80°β菱形、55°菱形、正方形、圆形、35°菱形等多种式。根据图5所示的形状，工件的加工前端有小负角，后面有一定位用的14°正角，所以采用仿形加工用的45×36×6Y型密封圈上模结构图55°β菱形内孔车刀，刀柄标记为SDUC.由于是仿形切削刀具，刀尖R只有0. 4，强度比80°β菱形的低，切削用量的选取应小一些。程序编制仍走G71，但U值必须取较小值，根据工件的材质、热处理硬度、刀具的规格型号，一般取0. 6～1. 2.F取0. 08～0. 12.粗车削完成后，必须用精削车刀将G71所留余量车去，精削车刀的选用原则是：刀尖半径应小于或等于粗削车刀的刀尖半径，菱形的角度也不得大于粗削车刀。

　　程序可走G70或G1.在G96条件下，S应取大一些，一般比粗削车刀大50 ～100 ，这样，加工出来的表面粗糙度可达Ra0. 4或更高，完全达到模具的使用要求。

　　（2）2. 4负角切削图6为45×36×6Y型密封圈模具的模芯切削示意图。从图6不难发现，该工件外圆部位有一较大的负角，很显然，用80°菱形粗削车刀是无法完成的，考虑到此处既要车削端面外圆，又要加工负角，所以可先用粗削车刀将大部余量除掉，再选用35°菱形刀片（刀杆标记为SVJC的外圆刀）作为精削车刀，用该刀具进行外圆切削时，刃倾角为52°，大于工件角度，可完成全部加工工序。应当指出的是，该刀具主要用于精加工，在此处既作半精加工，又作精加工是因工件结构而定。因此，在编制程序时，切削用量应小一些。该段程序的编制以走G73为宜，这主要是因为已粗车削过端面外圆，余量已不大。编制该处程序时应注意以下几个问题：（1）在没有P、Q的G73条件下，U取值时必须大于余量值0. 2～0. 3，以防余量不太准确，造成刀因吃刀量过大造成的扎刀、断刀、崩刃等现象。

　　（2）在有P、Q的G73条件下，U = 0. 2～0. 3，W = 0. 03～0. 06.

　　（3）F比G71要小一些，一般取0. 05～0. 10.

　　（4）必须对该刀具的刀尖进行补偿，否则在负角的尖点处，将由于刀尖半径的存在而使该部位结构变形，尺寸变小。

　　（5）G73完成后，可不退刀，用G70或G1完成G73所剩余量的加工。

　　图6 45×36×6Y型密封圈模芯负角切削示意图2. 5过盈量的确定确定制品与模具的过盈量是获得较高切削质量的重要环节。为了满足制品刃口与外圆的同轴度要求，选定内孔和锥面作为限制制品x和y轴移动的自由度，底面作为x和y轴上的旋转及z轴上的移动自由度。由于Y形密封圈为回转体结构，z轴上的旋转自由度无需限制。

　　鉴于Y形密封圈结构的特殊性，不能将其夹紧，且夹紧也十分不利于效率的提高。采用这种切削方法，需使制品与模具的摩擦阻力大于切削力。考虑到装卸和车削速度，制品内径与模具的配合又不能太紧，否则会造成装卸困难，影响加工效率。而过盈量太大又会使制品产生大的变形，影响模具车削后的形状和尺寸。经过反复试验，测出不同规格Y形密封圈制品的过盈量，即内孔直径分别为0～30，30～60，60～90和90 mm以上的，过盈量分别为0. 08，0. 16，0. 35和0. 6 mm.

　　2. 6车削速度的确定Y形密封圈制品的邵尔A硬度一般在60～75之间。试验表明，对于各种硬度的制品必须给出不同的车削速度，才能得到较好的车削质量。硬度越高，车削速度越慢；反之，硬度越低，车削速度应该加快。当制品硬度分别为60，65，70和75时，车削速度分别为5. 3，4. 8，4.

　　1和3. 2 mΠs.

　　2. 7主刃口尺寸的调节Y形密封圈制品的主刃口尺寸关系到密封效果，其公差较为严格，而高度尺寸为自由尺寸，对密封性能影响不大，按C级公差可达到1 mm，制品高度在5～6 mm范围内都是合格品。

　　刃口斜边的角度为14. 9°，利用这1 mm的公差可以使主刃口尺寸<48±0. 15有0. 53 mm的调节量（参见图3）。设计模具型腔时，将高度设定为5. 5 mm，车削时先按此高度试验。如果实际尺寸小于图标数值，可增加高度，直径尺寸也应相应变大；如果实际尺寸大于图标数值，则将高度降低，直径尺寸也就随之减小，这就从根本上改变了制品尺寸的调整只能通过改变模具型腔尺寸的思路，从而使模具合格率大大提高。

　　3结论（1）以车代压可以将制品的刃口不良部分彻底去除，车削后的刃口尖锐、完整、密度均匀，大限度地提高了Y形密封圈制品的密封性能。

　　（2）简化了模具结构，降低了制造费用。

　　模具由三开模改为两开模后，中模的不可测尺寸也随之消失，模具的加工工艺性能显著提高。

　　（3）可以利用制品对高度要求比较宽松的特点，调节其刃口尺寸的大小，使由胶料收缩率变化造成的废品率降低到低限度。

　　（4）由人工修剪改为车削加工，既大大提高了生产效率，又明显提高了制品的内在和外观质量。
来源：中国模具网

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