毕业论文设计隔震橡胶支座模具设计Word文档格式.docx

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1

进行调查研究，查阅资料，完成开题报告

3月3日～3月23日

2

补充模具知识，掌握本设计相关内容

3月24日～4月12日

3

中期检查

4月13日～4月30日

4

计算设计绘图

5月1日～5月18日

5

编写说明书、打印，准备毕业答辩资料

5月19日～6月10日

隔震橡胶支座模具设计

摘要：

面对拥有巨大破坏力的地震灾害，我们不能任其祸害。

在建筑物基础层与底层间安装叠层隔震橡胶支座是一种被实践证明了的有效的减震技术。

隔震这种抗震方式比单纯强化结构本身及主要承重构件更体现以柔克刚。

支座代替上部结构承受地震强烈的位移动力，以此来隔离或耗散地震的能量，避免或减少地震能量向上部结构传输，此时上部建筑结构的反应相当于不隔震情况下的1/4～1/8。

对隔震橡胶支座性能提高的追求促进着隔震橡胶支座模具设计的不断优化。

在支座生产工厂的实习经验和认知积累能够保证该设计结果的一定的实用性。

针对有效直径600的支座，本文对余胶槽，启模口，硫化收缩率，型腔尺寸等模具设计所含内容进行了设计。

为Ⅰ型支座设计了普通型和铅芯型的两种类型的模具。

关键词：

隔震橡胶支座，模具，实用性，有效直径，Ⅰ型

TheMoldDesignofSeismicIsolationRubberBearings

Abstract:

Facedwiththeenormityoftheearthquakedisaster,wecan'

tletitscourge.ThatstackedseismicisolationrubberbearingsisInstalledbetweenthebaselayerandthebottomofbuildingsisaprovenandeffectivetechnique.Isolatingisabetterwaywhichembodyssoftnessthansimplystrengtheningthestructureitselfandthemainload-bearingcomponents.Bearingsreplaceupperstructuressubjecttoseismicstrongmotivationthusisolatingordissipatingearthquakeenergyandavoidingorreducingtheenergytransferredtothesuperstructure.Thepursuitofperformanceimprovementofseismicisolationrubberbearingspromotecontinuousoptimizationofitsmoulddesign.Internshipexperienceinthefactorywhichproducethisrubberbearingandtheaccumulationofknowledgecanensurethecertainutilityofthedesignresult.Foreffectivediameter600mm,thispaperdescripesandinterpretatesresidualgluegroove,restartofdiemouth,cavitydimensionsandothermolddesigncontents.FortypeⅠ,twomoldsofgeneralandleadbearingaredesigned.

Keywords:

stackedseismicisolationrubberbearings,molds,utility,effectivediameter,typeⅠ

1前言

隔震橡胶支座又称为"

夹层橡胶垫"

，世界上一些发达国家，如日本、美国、新西兰、意大利等早已在20世纪80年代初开始将隔震橡胶支座应用于各类重要建筑物、桥梁、设备等的隔震工程中。

中国也于20世纪90年代初也开始在各类建筑物上推广使用。

迄今为止，国内外在建筑结构、桥梁、设备上采取的主要隔震措施，绝大多数是采用橡胶与钢板叠合的“夹层橡胶垫”隔震技术。

应用这一技术的建筑物或桥梁在中国、日本、美国等均已成功地经受了地震的考验，因此，它已成为一项比较成熟的、可以推广应用的隔震技术。

隔震橡胶支座是由橡胶片和规定厚度的钢板分层叠合置于模型中经加热加压硫化粘结而成。

由于在橡胶层中设置夹层钢板，且橡胶层的钢板通过胶黏剂牢固地粘接成一个整体，当橡胶支座承受垂直载荷时，橡胶层的横向变形受到约束，使橡胶支座具有很大的垂直承载力和竖向刚度。

当橡胶支座承受水平载荷时，橡胶层的相对侧向位移大大减少，使橡胶支座获得很大的整体侧向位移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度（仅为竖向刚度的1/500～1/1500）。

由于夹层钢板与橡胶层紧密牢固地粘结成一个整体，橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定的拉力，使橡胶支座成为一种竖向承载力极大（可高达200000KN）、水平刚度较小、水平侧向位移容许值很大（可达1000mm），又能承受竖向地震作用的理想隔震装置。

将它安装在建筑物底部和基础之间，把上部结构和基础“隔开”。

这样，就改变了结构的动力特性和动力作用，明显地减轻了结构物的地震反应，达到了“以柔克刚”的效果。

当地发生剧烈震动时，上部结构仍然处于正常的弹性工作状态。

根据地震模拟震动台实验和地震实测的结果表明，隔震橡胶支座隔震体系的结构加速度反应只相当于传统抗震结构（基础固定）的加速度反应的1/4～1/12。

同时，它耐久性能好，一般使用寿命可在50年以上，起码与建筑物使用寿命相同，因此，隔震橡胶支座在建筑机构上将会应用越来越广泛。

2隔震橡胶支座审查

2.1隔震橡胶支座简介

建筑隔震橡胶支座一般分为普通型（无铅芯型GZP）和有铅芯型（GZY）。

GZY型主要由上连接钢板，上封板，叠层的内部钢板和橡胶，下封板，下连接钢板，保护层橡胶和铅芯组成。

标注示例：

GZP400表示普通型圆柱型有效直径为400mm的支座。

支座按构造分为：

Ⅰ型——连接板和封板用螺栓连接，封板与内部橡胶黏合，橡胶保护层在支座硫化前包裹；

Ⅱ型——连接板直接与内部橡胶黏合；

Ⅲ型——支座与连接板用凹槽或暗销连接。

2.2制品信息

在建筑隔震橡胶支座型号系列中，选取GZP/GZY600作为目标制品，并设计其成型压胶模。

表1.1GZY600数据

GZY600-120参数表

橡胶外径

铅芯直径

橡胶层厚

橡胶总数

中间钢板厚度

中间钢板总数

600mm

120mm

5mm

24片

2mm

23片

封钢板厚度

隔震器总高度

连接板尺寸

一次形状系数

二次形状系数

设计载荷

16mm

198mm

650×

22mm

30

5.45

2827kN

由于天然橡胶黏度低，流动性好，伸长率大，产品易脱模，模压工艺性好，但易卷气，选天然橡胶作支座用胶种。

天然橡胶（NR）也叫聚异戊二烯。

它具有优良的物理性能和力学性能，滞后损失小，多次变形下的生热量低，还具有良好的耐寒性能。

该橡胶的弹性、耐磨耗性及抗撕裂性能都非常好，扯断伸长率大，在低温条件下挠屈性能也很好。

此外，还具有优良的气密性、防水性、电绝缘性、热绝缘性及耐酸、耐碱性能。

天然橡胶缺点是耐候抗热性能差，遇热时间长就会变粘，耐臭氧老化和耐热氧老化。

该橡胶对植物油和醇类却较为稳定。

天然橡胶大量用于制作各种轮胎；

以正丁醇／蓖麻油为制动液的液压制动系统中的密封件；

天然橡胶因适用于水、甘醇及乙醇等带有氢氧根（-OH）的液体之中，故可用来制作各种非油性胶管、胶套、胶垫、橡胶囊及电工器材等制品；

此外，还可用于制作各种生活用品，如雨衣、雨鞋、热水袋、医疗卫生用品和体育用品等。

天然橡胶的使用温度范围在-50～80℃之间。

与密封类橡胶制品相比，减震器产品的尺寸精度要求较低，所以收缩率的选择就很容易。

由于橡胶减震器在实际使用中受力复杂，所以除工艺人员从橡胶材料上保证产品质量之外，模具设计人员在确定减震器模具结构时，应将保证制品的致密度和均匀性作为一个重要方面来考虑。

减震器往往是由两个以上的骨架组成，而且骨架上一般都安装定位孔。

在模具结构设计时应注意骨架的定位、骨架的相互位置要求以及其他连接件的位置。

避免由于安装孔位置不准造成无法安装的情况。

由于减震器带有金属骨架，而且很多的减震器形状不规则，所以骨架的定位、产品的取出就成为模具设计过程中的重点问题。

减震器的形状差异很大，骨架的形状也千差万别。

所以在模具设计过程中，应针对具体产品来进行。

胶粘剂有JQ-1，RM-1等各种胶粘剂。

JQ-I胶粘荆，常常用于橡胶和各种金属嵌件、非金属嵌件的粘接。

该胶粘刺的优点是粘合力很强。

缺点是有毒性，对光敏感，遇湿气易于分解降效，存放条件要求苛刻等。

由于该粘合剂有毒，属于淘汰过渡型产品，虽然目前仍在使用，但却逐步减少，仅限于工业制品方面应用，禁止用于食品、医疗卫生及医药、体育以及与环境有密切关系的橡胶制品方面应用，当然也不能用于出口的橡胶零部件制品。

RM—l腔粘荆的优点是无毒、防锈、性能稳定、粘合力强、操作工艺简单，涂有RM-1的嵌件不受季节、环境、湿度的影响。

经过预固化后的嵌件，可以长时间存放（大约为30天左右），其粘合力不下降、不水解、不产生锈蚀。

此外，RM-l胶粘剂对模具无任何腐蚀蚀，对环境也没有污染。

除了上述两种胶粘剂外，使用比较好的胶粘剂还有FXY-4和凯木洛可等。

关于带有嵌件的橡胶制品零件及其嵌件的设计，要注意以下要求：

I）嵌件嵌入橡胶制品零件形体之内的部分，从结构上来讲，要求必须牢固可靠，满足使用要求。

不能因为机器的振动、制品零件的受力等而脱落，或嵌入部位胶体开裂、脱胶等现象出现。

嵌件带有螺纹时，不管是内螺纹还是外螺纹，在形体设计时必须考虑模压工艺，以免压伤螺纹部分或损坏模具相应部位。

在设计内螺纹嵌件时，对于有关尺寸必须有所控制，以防止胶料在模压过程中被挤入螺纹之中。

在设计外螺纹嵌件时，必须在无螺纹部分，对其尺寸公差提出要求，以便用来作为模具设计时与相关部位进行配合的定位基准。

无螺纹部分，除了用以实现嵌件在模具型腔中的定位之外，还可以用来防止胶料的溢出或者橡胶薄层包覆嵌件的螺纹部分。

嵌件在模具相应部位的定位，嵌件为轴类结构形式的，通常选用

等配合；

对予嵌件为孔的配合，则采用相应精度或者近似于该精度的基轴制配合，既选用

等配合形式。

此外，嵌件在模具型腔中的固定，还可以设计成卡式结构、螺纹联接结构等形式。

无论采用何种结构形式，都必须保证嵌件在模具的定位准确、可靠。

从嵌件的强度方面看，可以分为硬体嵌件和软体嵌两类。

硬体嵌件用如上所述金属材料和非金属材料制成的各种嵌件，而软体嵌件则是各类织物等，如棉织物、化纤织物以及各种导线等。

嵌件材料的选择与形状的设计，取决于橡胶模制品的使用功能和要求。

制品零件中增设嵌件的目的，是为了有利于制品的安装、与其他机械零件的连接，或者是为了实现密封、缓冲冲击、减少振动、导电、传导磁力或者是增加制品的强度等。

嵌件周围橡胶包层的厚度和嵌件嵌入深度的确定，取决于制品的工作功能、在机器中的工作状态和环境条件，也取决于制品件所用橡胶的硬度、弹性性能以及嵌件本身所选用的材料、自身的形状和强度等各种因素。

设计带有嵌件的橡胶制品零件时，要综合考虑上述各种因素，深入分析和研究，以便对嵌件被嵌入部位的形状结构和尺寸作出合理的设计。

①生产准备阶段1．生产准备阶段在橡胶模制品零件的生产工艺流程中，将胶料或者半成品（即预成型而尚未硫化的中间制品件）装入模具型腔之前的生产过程，称为生产准备阶段。

在这个阶段里，首先按照产品图样的设计要求，选取所需要的胶料，再经混炼机进行揉炼成为制品成型所需的一定厚度的板料；

然后由手工剪切成合适的方块、长条、圆片或异形胶块等，以便装入模具型腔。

如果有条件，可通过各种不同类型的成型机，作模压硫化前半成品的预成型处理（或精密预成型处理）。

预成型处理设备，按其功能的不同，可分为精密预成型机、一般预成型机、切圆机、切条机、冲切机、钻床式划圆机、挤压机等类型。

胶料的预成型处理，特别是精密预成型处理，不仅使生产效率得到了提高，有利于半自动化生产，丽且还具有以下各项优点：

1）半成品形状准确，有利于快速装模。

2）半成品的重量准确，橡胶原材料的利用率得到了提高，降低了生产成本。

3）制品零件成型后的飞边微薄，尺寸精度高，修边工作量小，提高了生产效率，同时也保证了制品零件的质量。

②模压硫化阶段胶料或胶料半成品（包括制品零件所需的嵌件）装入模具型腔之后．在一定的压力、温度和时间三个条件的同时作用下进行成型和硫化，然后再将模具启开，从型腔中将制品零件取出来的生产过程，称为模压硫化阶段。

对于某些胶料的制品零件，根据生产工艺的要求，还要进行二段硫化处理，其目的在于缩短胶料在模具型腔内的硫化时间，提高模具和硫化机的利用率。

二段硫化是将模压成型（即一段硫化）后的制品零件集中起来，在烘箱或硫化罐中进行的。

因此，可提高生产效率。

③清除飞边阶段清除飞边，就是将制品零件沿模具分型面形成的胶边（或称胶膜）剔除掉，使制品零件的外观达到要求。

④质量检查阶段生产全过程的最终目的，就是得到合乎设计要求、用户满意的橡胶模制品零件。

判断制品零件是否合格的过程，称为制品零件的检验阶段，即质量检查阶段。

制品零件的质量检查，可分为随机抽样检查和最终批量检验。

随机抽样检查，旨在及时发现生产过程中存在的质量问题，查明原因，及时调整有关工艺因素，确保制品零件的质量。

最终批量检验，目的在于对已经压制出来的制品零件作出质量评定，淘汰度品和次品。

这两种检验手段都是非常重要的。

制品零件所用胶料在硫化之后的物理力学性能的检验，不包括在质量检查这个阶段，是由胶料的配方和配制工艺决定的。

制品零件的压制工艺（硫化温度的高低、压力的大小及硫化时间的长短），必须严格遵循胶料的工艺要求。

制品零件质量检查的主要内容，主要是指形体尺寸检验、表面质量检验，橡胶与嵌件粘合牢靠程度检验等。

形体尺寸的检验，是使用游标卡尺、量规或光学仪器等，对构成制品等。

在橡胶模制品零件上设计文字、符号、花纹图案等标记的要求是：

1）文字、符号等的凸起高度不得小于0.3mm，花纹图案的线条宽度不得小于0.3mm，一般以0.6～0.8mm为宜，两条线之间的距离不得小于0.4mm，边框比字、符号等高出0.3mm以上。

2）对于外表面有条形花纹的盖子、塞子之类的制品零件，必须使其条纹的方向与脱模的方向相一致。

3）制品零件表面上的文字、符号、花纹图案等标记的高度一般在0.5mm左右，如果达到0.8mm，或大于0.8姗时，为了预防根部断裂，应当制作成上窄下宽的结构形状。

也就是说，产品上的标记符号应有一定的脱模斜度，一般控制在1°

～3°

左右。

2.3关于生产量

汶川大地震和青海玉树地震中的惨痛损失再次为防震敲响了警钟，也推动了隔震橡胶支座的发展。

由于其隔震有效性，特别适用于较重要的低层和多层建筑，如医院，学校，商场，科研机构，博物馆以及重要的指挥职能单位。

对人民生命和社会财富的保障刺激着隔震支座广泛的市场需求。

一旦某建筑或工程投标于某公司，其直接需求往往批量很大。

对于批量较大的制品模具，在设计结构和选材时要把模具的使用寿命，硫化工人的操作方便放在第一位，而把模具的加工费用，机械加工难度放在第二位。

3模具结构的确定

3.1模具结构形式和腔数的确定

由于隔震橡胶支座特殊的薄钢板和薄橡胶叠层加外保护层结构，不适合于用压铸模和注射模，故而选用简单的压制模

由于支座体积大，设计为单腔模具。

3.2分型面的确定

分型面的选择原则

（1）分型面要有利于启模和制品取出

（2）分型面的位置要利于飞边的去除

（3）使压制结构模具分型面装胶容易

（4）密封制品模具分型面要尽量避开产品密封部位

（5）模具加工容易，强度足够

3.3模具的定位

模具的定位包括模具各模块之间的定位和模具与硫化设备之间的定位。

圆形模具的定位方式主要是圆柱面定位和圆锥面定位。

圆柱面定位按其作用的不同可分为上、下两部分，上段锥面部分为导向部分，下段圆柱面为定位部分。

圆锥斜角一般取5°

左右，圆柱定位长度一般取3～5mm。

公差一般选择基孔制间隙配合。

圆柱配合较锥面配合易于加工，但模具装拆不如锥面容易，而且一旦磨损就会影响模具定位精度。

所以，圆柱定位一般用于单件或少量生产的橡胶制品模具。

当不允许圆柱动配合的上、下两模相对旋转时，止转销加在其中一模上。

圆柱配合也用于压铸成型模具料腔深度较小时的料腔和柱塞的配合。

圆锥面配合在模具中被广泛采用，因为它具有以下优点：

1锥面配合同轴度高；

2装拆方便，多次拆装后仍能保证精确的定心作用；

3锥面角度较小时，可传递很大的扭矩。

圆锥的四个基本参数为：

圆锥的斜角

或锥度K；

圆锥的大端直径D；

圆锥的小

端直径d；

锥形部分长度L。

以上四个参数只需标注三个即可。

车削锥面时，一般需要标注大端直径、锥形部分长度和斜角。

如果不标斜角，而标出大端和小端直径，车削时需要算出斜角。

为

方便加工人员，锥面配合常规尺寸标注方式如图2-12所示。

锥面配合用于模块之间的定位配合时，斜角一般在

。

特殊情况下需要大斜度锥面配合时，角度在

以内。

锥形部分长度与模具具体要求有关。

图2一l2中一般取圆角尺寸R=1～1.5mm；

3.4余胶槽和启模槽

3．4.1余胶槽

支座半成品的体积要比模腔大一些，才能使型腔有足够的压力将胶料压密实，所有的胶料不可能全部被压入型腔，余胶槽的主要作用就是使多余的胶料能尽量流入其中，而不留在分型面处产生大厚胶边，影响支座的质量。

此外，余胶槽也有跑气作用，并能使分型面接触面积减少，使这一分型面的压强增大。

余胶槽按其主要作用的不同可分成普通型余胶槽、薄片型余胶槽、剪切型余胶槽、整体型余胶槽、不需要开设余胶槽的模具。

本设计采用普通型余胶槽：

大部分的余胶槽属于这种类型，起到接受余胶和跑气的作用。

其形状可根据加工方便选择半圆形（半径一般在R=1～3mm之问，深度与半径相等）、三角形（也叫V形，宽度1.5～5mm,深度1～3mm,大型模具最大5mm左右。

另外，硬度高的胶料余胶槽体积偏大，硬度低的胶料余胶槽开得小一些。

该支座模具由上中下三块模板组成，要将装配在一起的模板启开，必须开设必要的启模槽（撬口）。

所以说，启模槽的作用就是便于将启模用的工具（铜启子，撬棒等）插入以撬开模具。

一般情况下，圆形模具启模槽为圆环状。

设计橡胶模制品零件的脱模斜度时，应掌握以下原则：

制品零件的轴向尺寸（即芯棒，芯轴或型芯成型的长度尺寸）越大，其脱模斜度较小；

制品零件的壁厚越薄，脱模斜度越小；

制品零件的直径越小，其脱模斜度也就越小。

设计时，综合橡胶模制品的形体结构特点来进行设计。

一般在不影响模制品零件使用功能这一前提条件下，脱模斜度尽量取得大一些，这样有利于抽拔芯轴，脱模取件。

4收缩率的确定

4.1模压制品收缩率的影响因素

胶料在模压硫化时，其收缩率不仅受胶种和胶料配方的影响，而且还要受模压时的硫化条件（温度，压力和时间）的影响，另外也与制品的形状，尺寸，结构及模具的结构有关。

4.2橡胶模压硫化收缩率的确定

因为影响橡胶模压硫化收缩率因素很多，故收缩率较难准确把握，但也非常重要。

正是因为橡胶硫化收缩率的准确值较难把握，所以一般橡胶制品的公差较机械公差要宽得多。

对于一般橡胶制品（公差要求在M2级和M2级以下）的收缩率，可以根据经验数据取值。

从模具可修性考虑，收缩率取大一些有利，再结合工厂实际胶料收缩情况，选择收缩率为2%。

5型腔尺寸的计算

模具型腔尺寸的设计计算及其公差标注是模具设计中一个非常重要的环节。

5.1型腔尺寸的计算和相关因素考虑

按照有无胶边影响把型腔尺寸确定分为两部分：

水平方向尺寸计算和沿垂直压制方向尺寸计算。

式中DM—模具型腔尺寸（mm）

DZ—制品零件尺寸（mm）

Scp—橡胶平均硫化收缩率（%）

Δ—制品零件尺寸的公差（mm）

δ—模具型腔的制造公差（mm）

采用式（3-28）进行计算时，有以下三种情况：

第一种情况，当制品零件的公差若为单向分布且公差值为正值时，则

取正号（+）。

反之，制品零件的公差如果也为单向分布，但是，公差值却为负值，则

取负号（-）。

第二种情况，如果制品零件尺寸的公差范围横跨正、负两个区间，且为对称分布，则式中

取值为零。

第三种情况，如果制品零件尺寸的公差在正、负两个区间，却为非对称分布，则式中

取双向公差算术和之半，其正、负号的确定，则取决于绝对值大的一方。

这样就求得了模具型腔的基本尺寸。

然后，再给计算所得的基本尺寸标注以制造公差。

模具型腔尺寸公差的标注，要看制品零件相应尺寸的属性而定。

制品零件的尺寸为轴类者，其型腔上相应的尺寸公差值为负，并注以（-）号；

制品零件的尺寸属于孔类者，其型腔上相应的尺寸公差值为正，并注以（+）号。

然后再根据机械零件的设计要求和加工工艺要求，对模具型腔的相关尺寸进行调整。

在经平板硫化机硫化时支座承受竖向载荷，由于隔震橡胶支座的薄钢板和薄橡胶层特殊的叠层结构，骨架钢板层限制了橡胶层的径向收缩，故不计径向收缩率；

竖直方向上只考虑橡胶层的收缩率，钢板没有收缩率，所以型腔深度为收缩前内部橡胶和钢板及上下封板的总厚。

内部层胶收缩前厚度

型腔高度为

5.2型腔尺寸公差的确定

模具型腔尺寸公差值的确定，是以制品零件的公差值为基础的，即模具型腔尺寸的制造公差，一般取制品零件尺寸公差的

～

，即δ=（

）Δ。

无论是产品的哪个尺寸，只要有公差，在给定模具尺寸时都不要只考虑收缩率。

参考公差是很有必要的，很多时候往往直接将产品的尺寸上限作为模具的型腔尺寸。

6模具外形尺寸的确定

6.1中模的壁厚

在橡胶模具设计中，中模壁厚一般都是依照设计的实际经验，同时结合模具的定位结构形式、启模口的设计布局等来确定。

这样进行的设计都可以满足中模工作的需要，通常不进行强度和刚度方面的校核。

但是，在必要的时候，例如设计较大制品零件时，应当进行这方面的计算，以便在使用中能够满足强度条件和刚度条件。

否则，会产生以下不良后果：

第一，由于中模刚度的不足，承压后产生弹性变形，影响制品零件的某些尺寸准确性，甚至造成废品；

第二，虽然模具使用安全可靠，但是由于过于笨重，则会造成模具材料的浪费，使操