模具设计精讲，薄壁橡胶套模具结构设计

橡胶套为薄壁套筒类零件，采用模压工艺成型制造。本文从模具分型、定位导向方式、溢料排气通道及模具脱模等方面讲解橡胶套模具结构设计技术，为此类模具结构设计提供可靠的技术参考。
橡胶套用于轴类精密产品内防护，因为其壁厚不足外径的10%，因此为薄壁套筒类结构，主要有封闭式、半封闭式和开放式结构，如图1所示。鉴于橡胶套的结构、材料特点，其制品采用模压工艺，将一定量的胶料直接填入模具型腔中，然后合模，通过加压、加热及硫化等工艺流程而得到制品。
因此，模具结构设计时主要考虑在满足零件结构的基础上，能较好地实现模压工艺流程，其主要内容包括模具型腔分型、合模过程的定位导向方式、溢料排气通道以及便于模具装配脱模等。
1. 分型设计
分型面设计是确定模具结构方案首先要考虑的因素，分型面设计考虑如下几点：①分型面不得影响零件的外观质量、尺寸精度及模具刚性。②分型面的选择要有利于脱模取件。③分型面的位置设计要有利于模压中的排气、飞边修除等。④分型面的设计要力求简单，并有利于加工工艺性及模具装配。
考虑以上几点，橡胶套模具常用分型面为水平分型面，位置设计在橡胶套大开口端面，不影响型面结构、飞边的修除及脱模取件。然而，根据橡胶套结构的复杂程度，也会增加工艺分型面，或设计垂直分型面、复合分型面。
如图2所示，橡胶套倒钩形结构使得凹模内型面有个钩形凹槽，其凹模无法加工或加工工艺性较差，因此将凹模拆分为垫块和凹模底座两部分，通过台阶定位、螺栓联接，既不影响橡胶套结构、脱模取件，还有利于模具的加工。

如图3所示，橡胶套为倒V形结构，两端大、中间小，单从一个分型面无法脱模取件。考虑脱模和模压工艺性，可按图3a所示进行工艺分型面设计，从橡胶套中间分型，上下模从两端拆分取件；若考虑从一个方向脱模，可以按图3b所示进行复合分型面设计，凹凸模水平分型、内环垂直分型。如图4所示，内环被切割为两瓣，采用镶块通过螺栓联接，待与橡胶套整体顶出后，两瓣分开取件。

分型面的结构多种多样，是由橡胶套的形体结构所决定的，但合模位置只有一个。合模位置是保证构成模具型腔零件绝对接触的位置，其接触面为合模面，合模面是零件尺寸公差的设计基准。当只有一个水平分型面时，其分型面也为合模面；若为复合分型面时，选择接触面积最大或刚性最好的面作为合模面。
2. 定位导向设计
模具合模时的运动方向是由导向装置来保证的，同时在导向过程中又要保证模具间隙的均匀性，对合模过程起定位作用，这就要求定位、导向相辅相成，定位导向精度较高。因此，模具的定位导向设计常采用过定位导向设计，常用结构如下。
（1）定位台阶导向结构。定位台阶因为其车削工艺较好，能很好的保证配合尺寸的公差、形位精度及表面粗糙度，是较常用的一种定位方式，但不具有导向功能。用于模具结构尺寸较小（模具外径小于200mm）时，可采用凹凸模型腔配合初定位、定位台阶精定位以及台阶倒角合模导向的方式进行导向定位设计，如图5所示。
（2）定位销结构。定位销相较于定位台阶，本身既可以实现精确定位还具有导向作用，因此也是较常用的一种定位导向设计。根据定位精度及导向深度，可采用直销或锥销。由于定位销和销孔的配合精度直接影响到凹凸模的装配精度，为了保证橡胶套的成型质量，定位销与其配合孔的间隙很小，公差配合通常采用H8/h7或H7/h8，一方面对定位销孔的尺寸精度、形位精度及表面粗糙度质量要求较高，增加了加工难度，尤其是锥销；另一方面定位销及销孔的极小间隙，增加了凹凸模的合模难度，直销启模操作尤为困难。

为了降低加工难度、合模难度，优化定位销结构，采用台阶销，如图6所示。台阶销头部采用锥面导向，便于合模启模操作；尾端以定位台阶方式，螺纹紧固销体；着重保证凸模销孔的形位精度即可。
由于定位销及销孔的间隙极小、合模较难，其导向长度建议不超过200mm。若导向长度较长时，可采用分段定位的方式。分解台阶销定位功能，保留导向作用、粗定位，可适当增加导向长度、增大销与孔的间隙、降低销孔及销的加工精度；将定位结构拆分为模具上端与下端两处，下端采用凹凸模本体的轴与孔配合实现初定位，上端采用定位台阶实现精定位。


（3）导向板结构。当模具结构尺寸过大（模具外径大于800mm）时，采用定位销一方面加工精度难以保证，另一方面为保证销体刚性需同时增加定位销直径及凹凸模外径，使得整体模具结构超大。因此可以考虑优化导向设计，采用导向板结构（见图7），利用导向板内平面与凹模外径配合实现导向。在凸模外圆铣削至少3处槽口用以安装导向板，导向板采用45钢并调质硬度、取厚度为20～30mm，以保证导向刚性及耐磨度，与凹模外径配合面设计15°～30°斜面导向；定位方式仍设计为分段定位结构，下端用凹凸模本体的轴与孔配合实现初定位，上端采用定位台阶实现精定位。考虑到模具结构尺寸加大，定位台阶至少20mm，深度较大。为保证既能跑料又能定位，采用均布定位块结构代替定位台阶。
（4）轴结构。以上定位导向结构多应用于封闭式或半封闭式橡胶套模具，针对开放式橡胶套模具，鉴于其两端开口较大且深度较深，可采用中心轴结构定位导向，如图8所示。但轴结构不利于脱模。
3. 溢料排气设计
为了不影响零件的外观质量、飞边修除等，通常将溢料排气通道设计在合模面或橡胶套两端分型面，设计溢料通道时应增加切断面设计，便于橡胶套成型及飞边切断。针对小型橡胶套模具，因预填胶料较少，仅从合模面溢料即可。如图5所示，直接利用凹凸模型腔配合面切断，沿切断面以上铣通四处缺口（见图9）用以排料，既不影响台阶定位，还有益排料。
若针对较大的橡胶套模具，其胶料较多，需在橡胶套两端分型面均留有溢料通道。如图10所示，在凹模上端合模面设计切断面，并铣削均布溢料槽，既保证合模面接触面积又不影响溢料；在凹模下端分型面，仍设计切断面台阶，因下端凹模与凸模本体有初定位配合，将定位台阶内圆设计为“梅花形”，铣削5～6处缺口用以排料，同时保证定位面精度及溢料排气。






若采用图2所示工艺分型面，通过增加垫环保证凹模加工工艺性，此时溢料面过宽，不便于胶性材料引流，在溢料面铣削均布溢料槽引导溢料。
4. 脱模设计
通常模具脱模方法是采用脱模螺杆预紧将凸模顶出凹模，因此，在凸模大端面设计几处螺孔用于顶丝操作。但当模具结构过大，脱模力较大时，采用螺杆顶丝的力不足以达到脱模力要求，这时在凹模结构设计时，保证凹模底部法兰可以装夹或压紧固定在专用脱模平台上，利用气动、液压泵等自动控制系统，从凸模头部将凸模顶出，实现脱模。
5. 结语
图10 两端分型面溢料结构图
1.切断面 2.均布溢料槽 3.梅花形缺口
本文介绍的模具分型、定位导向方式、溢料排气通道和模具脱模设计等关键技术，能够满足薄壁套筒结构的橡胶套模具结构设计，尤其是中大型模具，通过提出台阶销、导向板及定位块等优化结构，以降低加工、操作难度，为中大型模具的设计提供可靠的技术参考。