波纹管的模具及工艺流程设计

波纹管的模具及工艺流程设计

孙雪丹

孙雪丹

哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

摘要：波纹管的应用范围很广，从低温到高温，从中性介质到腐蚀性介质，从低速到高速，从普通到苛刻的工作条件都可以选用；根据设备内介质的腐蚀性能，选用不同的波纹管材料：例如对工作压力和温度要求都不高的中性介质（水或油等），可选用橡胶制造的波纹管；在腐蚀性介质中（酸或碱等）可选用四氟制造的波纹管；高温或低温下，可采用金属波纹管。橡胶波纹管用于低载荷机械密封作为辅助密封，使得大多数轻型机械密封采用橡胶波纹管：同时，橡胶波纹管型机械密封的金属件为冲压件，使得整套机械密封便于工厂进行高效的流水线生产，这样，就为橡胶波纹管机械密封创造了廉价的市场价格，并且具有密封效果好的优点。

本文结合我公司生产的橡胶波纹管产品，对其模具加工及其制备工艺流程进行了分析和研究。

一、波纹管的模具设计

橡胶波纹管的用途比较广泛，主要用来作为隔离防尘套与密封构件，大部分的橡胶波纹管的结构比较简单，尺寸大小也存在统一性，因此，大部分的橡胶波纹管的模具都是采取整体设计，本文所设计的模具采用组合式，代替了原来的整体模具结构，更主要的是提高了脱模效率从而降低操作者的劳动强度，提高生产效率，节约生产成本。

1.1工艺分析

首先对其进行工艺分析，在了解工艺之后再进行设计与加工。整个零件分为两个部分组成，中间部分是波纹状的管部，两端是并不对称的异型结构，除去两端的中间是具有对称性的，详细结构如图1-1：

1.2模具的设计

从前面工艺分析我们可以看出，所要设计的模具应该满足以下几个条件：

1，能保证制品有正确的轮廓、尺寸。

2，要求有一定的光洁度、合理的分型面，容易修整胶边。

3，定位可靠，装料、合模、启模、取制品等操作简便。

4，尽可能地提高模具的使用寿命。

5，在保证有足够强度地条件下，应尽可能的减轻模具质量。

6，在保证产品质量的条件下，应尽量使模具易于加工。

7，有适当的流胶槽，以易于排气，排出多余的胶。

模具是由内模，外模这两个部分组成，其中外模又分为上，下模对称两件，在下模上进行加工余料槽，方便在加工的过程中容纳多余的材料。由于橡胶波纹管的形状特殊，因此在内模加工的过程中要注意其精度。具体结构见图1-2：

从图中我们看出，零件的自由厚度为1mm，但是在端部的料厚变化是不尽相同的，由于零件的两端必须要与其他零件相互配合使用，因此，对其的要求是十分高，同时，两端的不对称性对于型腔的设计与加工难度无疑是增加了很多。

对此，我们必须选用硬度合适，伸缩率良好，具有比较强的抗拉强度橡胶来进行模具的设计与加工。对于选择胶料这一块又是一个难点。我们对军品胶料的要求比较高，此次要求的实验胶料为氟橡胶，此胶料的特点是氟橡胶收缩率变化范围大；与其他胶料相比，加工工艺性差（如硬度大、流动性和结合性差）、不易成型、硫化定形快，在分型面处易卷边（缩边）和产生裂纹。因此在压制的过程中必须选择适当的时间、温度和压力，才能保证产品不断裂。

二、波纹管的工艺流程设计

波纹管的波纹成形是制造波纹管的关键。目前常用的成形方法有：液压成形、机械成形、橡胶成形、焊接成形、电化学成形等。本公司采用的方式为橡胶成型。橡胶成形工艺是胀形工艺的一种。它是以橡胶为成形凸模，在压力作用下像胶凸模变形，把管坯按凹模型腔成形波纹管，成形方式通常是单波连续成形。

2.1波纹管的工艺流程

器材检验（胶料）→返炼下料→硫化→二次硫化→剪边→检验→包装。其中硫化的目的就是通过外力剪切、高温促使橡胶内的链状分子交联成网状分子，加强其拉力、硬度、老化、弹性等性能，使其变得更有使用价值。

2.2波纹管的硫化工艺过程如下：

2.2.1检查模具，胶料，工艺卡是否与派工单相符，按工艺规定调整硫化参数。

2.2.2打开模具，将胶料的一半铺在下型腔内，放入芯子，再将另一半胶料铺在上模及芯子上，合上上模。将模具放入硫化机上板中心位置上压，缓压3-5次，上到工艺规定的压力后开始硫化计时。

2.2.3到工艺规定时间后，将硫化机电源关闭，保压降温至80℃以下，打开电源开关，卸压取出模芯，将芯子降至室温，再将芯子头部的螺母拧开，取下嵌套，将中间轴取出。再用圆头启子将产品内的小芯子逐片取出，取出过程中注意不要划伤产品。

2.2.4二次硫化

由于压制波纹管所选用的胶料为FX-4，故其二次硫化工艺按以下步骤进行：

1，在第一小时从室温升至100℃

2，在第二小时从100℃升至150℃

3，在第三小时从150℃升至200℃

4，在第四小时从200℃升至250℃。

5，在250℃时恒温硫化8小时之后开始降温自然了冷却至室温，打开烘箱门，取出装箱并做好标记。

2.2.5修边

橡胶模压制品在硫化时，多余的胶料会沿着分型面流出，形成不同厚度的胶边。为了使产品符合规定的尺寸并保证外观质量，硫化后的成品需经过修边加工，即使用无边模具压制的产品，也会带有少量的胶边。在橡胶制品中，这些胶边是多余的，去除这些多余胶边的过程，在工艺上称为修边。

2.2.6检验

按工艺卡对波纹管进行检验，主要对外观、厚度、均匀性、高度等进行检验，看是否符合产品要求。

结束语：该模具已经应用于生产，以组合方式代替原来的整体行腔的模具设计，改进了模具的加工工艺，明显的降低了加工难度，节省了成本加工。该设计思路对于同类产品的设计具有一定的借鉴意义。