1、目录第一章 概述 11.1 平板硫化机的最新进展 .11.1.1 用平板硫化机进行模压成型和硫化 11.1.2 平板硫化机用模具设计的重要性 21.1.3 平板硫化机在硫化成型中的不良现象及其预防措施 21.2 平板硫化机的用途，类型及工作原理 .21.2.1 用途和类型 2第二章 基本性能参数 4第三章 主要零部件的设计及校核 53.1 柱塞 53.1.1 结构与材料 53.1.2 结构尺寸及强度计算 .53.2 液压缸 73.2.1 结构与材料 .73.2.2 结构尺寸 .73.3 密封装置 .103.3.1 密封装置的要求 113.3.2 密封件 113.4 热板 .113.4.1 材料
2、 123.4.2 选择电热元件 123.4.3 安装方法 123.5 活动平台 .133.5.1 结构材料 133.5.2 平台负载荷及弯曲受力情况 .143.5.3 强度校核 153.6 上横 .173.6.1 材料 .173.6.2 受力分析 .173.6.3 弯矩及弯曲应力 193.6.4 上横梁最大挠度 213.7.1 结构及尺寸 .223.7.2 材料 223.8 主机结构综述 .23结论 24致谢 25参考文献 26沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述1第一章 概述1.1 平板硫化机的最新进展橡胶制品的硫化成型，分为平板硫化机压模成型，注射成型，连续硫化及硫化罐硫化等多种形式。三
3、是目前使用最多的还是平板硫化机硫化。 下面将讨论平板硫化机硫化生产问题的四个原因1.平板硫化机本身2.模具3.胶料4.硫化机成型加工技术1.1.1 用平板硫化机进行模压成型和硫化在分析这些问题时，必须把握住橡胶特有的性质，橡胶与塑料不同，它已具有以下四项特征：（一）由于会产生硫化交联现象，所以胶料在模具内流动时会因焦烧作用而导致粘度发生变化。（二）改变模具内的流道，会产生压力损失。在使用简单的模具时，用平板硫化机沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述2硫化成型则不宜导致压力损失，若使用旋转模硫化成型，胶料从斜槽向模腔流动的部位上产生压力损失，与塑料相比该压力要大的多。压力损失可以认为是胶料与管
4、道壁之间的摩擦及胶料本身的动态损失造成的。（三）随着模腔内胶料硫化的开始，压力也随之上升，这样就起到了除去模腔内的气孔，提高制品外观质量的效果，若表面凹缩，则合模面上的压力会上升，带来压力集中的负面效果。该压力上升，会使与合模面接触的胶料形成早期硫化薄膜，由于这种模起到了密封的效果，因而由于内部胶料温度上升，产生了膨胀现象。（四）在胶料硫化时产生硫化机分解气体与原来被裹进胶料中的气体及挥发的蒸汽气体容易在硫化胶内部形成的小气泡。1.1.2 平板硫化机用模具设计的重要性为了制造品质优良得到模压橡胶制品，充分了解模具内胶料的流动及硫化动态，选用合适的硫化机，模具，掌握熟练的操作技术是非常重要的。特
5、别是模具尤为重要。1.1.3 平板硫化机在硫化成型中的不良现象及其预防措施平板硫化机在硫化成型中发生的不良现象可分为孔洞（气体） ，凹缩（开模缩裂） ，表面花纹的外观不良现象以及尺寸不精确，胶料流动不良（缺胶） ，模具污染等质量问题。发生不良现象及原因可以从胶料，模具，硫化成型技术等各方面进行分析。1.2 平板硫化机的用途，类型及工作原理1.2.1 用途和类型（一）用途：平板硫化机是橡胶工业常用的设备。在塑料工业中用作加工热固定或热塑性的压纸机主要由热板，封闭受力构件和加压机构组成。平板硫化机的主要功能是提供硫化所需的压力和温度。沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述3（二）类型：1.按用途可
6、分为：橡胶模制品平板硫化机，橡胶平带平板硫化机，橡胶三角带平板硫化机，橡胶板平板硫化机。2.按传动系统分：液压式平板式硫化机，机械式平板硫化机，液压机械式平板硫化机。3.按操作系统可分为：非自动式平板硫化机，半自动式平板硫化机，自动式平板硫化机。4.按结构形式可分为：（1）按支架结构可分为：柱式、框式、侧板腭式，连杆式及回转式板硫化机（2）按加热平板的加热层数分为：单层式和多层式平板硫化机。 （3）按液压缸的数目分为：单压缸和多压缸式平板硫化机。（4）按液压缸的位置可分为：上缸式和下缸式平板硫化机，垂直式和横卧式平板硫化机。5 按平板加热方式可分为：蒸汽加热，电加热及过水加热平板硫1.2.2
7、基本结构(1)主机部分：柱塞，热板，活动平台，垫台，上横梁等。(2)辅机部分：模具托板滑道，模板推出的生气装置及支架。(3)液压部分：（略）(4)电控部分：（略）1.2.3 工作原理此平板硫化机属下缸式，工作时，模具能通过工作缸能自动推进和拉 进，上下模板能自动退出并且上模板能自动展开一个角度便于取出制品。锁模保压用主油缸，采用电加热方式。上横梁通过立柱采用上下螺母固定，可使热板间距在 300-400 的范围内可调。工作时，具体的动作过程如下：装料合模入模平台上升顶压放气保压硫化平台下降出模开模制品取出完成循环。沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述41.3 规格与技术特征平板硫化机的规格用加
8、热板的“宽度*长度”及公称吨位来表示。例如：100/600*600 平板硫化机。第一个数字代表平板硫化机的公称吨位，后面的数字表示加热板“宽度*长度” ，单位为毫米。工作液的压力一般为：水压为 120 公斤/厘米 2油压为：125， 160， 200， 320 公斤/厘米 2主要技术特征包括：型式，热板规格，公称吨位，层数，热板间隔，柱塞最大行程，机台尺寸，重量等。沈阳化工大学学士学位论文 第二章基本性能参数5第二章 基本性能参数基本性能参数的确定：公称合模力：热板规格：热板间距：电加热板最高温度：最大热压力：工作液压力：柱塞行程：外型尺寸：沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校
9、核6第三章 主要零部件的设计及校核3.1 柱塞柱塞是平板硫化机的主要零件之一，他与工作刚，密封装置，压紧法兰盖等组成了传递亚能的部件，将液体的压能转变为带动平台或可动的横梁于东的功能。3.1.1 结构与材料柱塞的结构型式是根据平板硫化机的吨位大小，工作缸液压的变动情况，平台的运动速度以及行程进行设计。（1） 柱塞与工作缸的组合形式：单作用柱塞结构形式。（2） 柱塞结构：柱塞制造为空心，因为柱塞直径 ，一次来减轻重量，柱塞的底部轮廓与工作缸的底部相适应。选用 灰铸铁材料3.1.2 结构尺寸及强度计算（1）柱塞外径的确定： (3-1) 取 式中： 为柱塞外径，为平板硫化机公称总压力，为工作液的最高
10、压力， cm2沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核7当柱塞直径大于 时，为了节省材料，减轻重量，应制成空心，本设计采用空心柱塞。（2）柱塞壁厚的确定：(3-2)式中： 为铸铁的许用压力，为柱塞安全系数 取为常数 铸铁柱塞 (3-3)为工作液的最高压力 所以规定 大于等于 所以 取 （3）柱塞内径： （4）柱塞长度：柱塞长度应充分考虑工作行程，工作缸长度及主机安装情况，综合加以确定，结构尺寸如图 3-1沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核8图 3-1 柱塞结构简图3.2 液压缸液压缸是平板硫化机传递力量的主要零件，属于高压下操作的厚壁容器。3.2.1 结构与材
11、料带有内部密封装置的工作缸，是在缸的开口端的内表面加工一沟槽，密封零件就放置在沟槽内，柱塞的长度比较小，在更换密封圈时，可把柱塞与垫台拆离，然后将柱塞放下至工作缸底，此时工作缸的上部沟槽露出便于更换密封圈，这种结构在低压时密封性较差。但如采用带环盖的内密封装置，则密封圈可放密封圈托，可大大改善其密封性能。材料 根据液压，柱塞速度，规格尺寸等因素综合考虑，选取 材料。3.2.2 结构尺寸（1）工作缸内腔直径：工作缸内腔直径按柱塞的直径选定，由于柱塞直径在 以上，工作缸内腔直径应比柱塞直径增大 ，所以工作缸 。（2）工作缸壁厚的确定：铸造的工作缸：(3-4)式中： 工作缸内腔直径， 材料抗压许用应
12、力，沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核9式中： 材料抗拉强度极限，工作缸安全系数， 取所以工作液压力，所以工作缸外径 (3-5)（3）工作缸各部分尺寸的确定：1.过渡圆半径(3-6)取2.工作缸凸肩的高度确定工作缸壁厚 (3-7)3.导向长度 柱塞外径 取 取 (3-8)4.凸肩出圆角半径(3-9)取沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核105.球底半径工作缸内半径 (3-10)取 取为了使密封件内进油以增强密封效果，应留 斜度。6.初算工作缸内径深度(3-11)式中： 柱塞最大行程 取密封装置长度 初选导向长度 其他长度 所以此深度待密封件确定后应适当调整
13、，由于工作缸深度估算柱塞长度。(3-12)此长度应适当调整 柱塞细长比 ，为短柱。故不必验算其稳定性，其应力应按纯压缩压力考虑。平板硫化机采用上述形式的柱塞及工作缸，所存在的问题是升降速度较慢，尤其是柱塞下降时完全靠其自重下降，下降速度无法控制，为解决这一问题我们采用了将工作缸与整体铸造的形式，即工作缸与底座合为一 体，并在工作缸两侧辅以两个小的合模固定于底座，利用两个小油缸来保证快速升降的要求。（4）工作缸工作是受内压作用，从而产生周向应力 。沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核11径向应力 和轴向应力 按要求这三种应力均应小于许用应力。此时外压 ，内压三向应力为：1.径向
14、应力： (3-13)2.周向应力： (3-14)式中： 工作缸的外半径，工作缸的内半径，所以 3.轴向应力：(3-15)所以的抗拉强度极限 工作缸的安全系数 ，取所以需用抗拉应力三种应力均小于许用应力。故设计安全。3.3 密封装置密封装置是工作缸与柱塞组合件的重要部分，平板硫化机能否正常工作，在很大程度上取决于工作缸密封结构的完整程度。沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核123.3.1 密封装置的要求（1）密封性能要好，密封装置必须保持良好的密封性，以免造成工作液的流失，影响液压的保持。（2）结构要简单，全部密封结构所消耗饿金属材料要少，制造方便，不要求过高的加工精度和光洁度
15、，制造费用低。（3）耐久性好，安装和拆卸方便。（4）摩擦阻力要小。这个不但为了减少动力消耗，而且也可以减少柱塞表面和密封装置本身的磨损。3.3.2 密封件密封圈是一种是用最普遍，用来密封运动部件的元件，此设计采用 Yx型轴用密封圈，属于自禁式密封，该密封形式密封性能在高压下效果良好。该密封圈的结构尺寸如图 3-2图 3-2 密封圈结构简图3.4 热板热板是平板硫化机的重要部件之一。热板在硫化操作时作为加压及加热制品和模具之用，热板温度分布是否均匀，直接影响被硫化只凭的质量。平板的工作面需经精细加工，要求平面平直光滑，使被硫化制品或模具与平板接触良好。以保证制品或模具与平板接触良好，以保证硫化制
16、品受压及加热均匀。沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核133.4.1 材料热板材料选用 ，采用电加热，初定尺寸：（3-16）式中： 比热 取热板重量最高工作前温度 取加热前温度 取室温加热时间 取热效率 取所以3.4.2 选择电热元件：选用管状电加热器，它是一个管内放有金属电阻丝并在空隙部分紧密填满有良好导热性和绝缘性结晶氧化镁的金属管，它可以直接放在固定金属中作为加热元件，此处选择 型电加热元件，每个功率为 ，共选六个，总功率为 3kw，满足要求。直径为 ，长 ，电压3.4.3 安装方法在热板没钻一排等距离的横向孔道，为了安全，装接电线部分应装有罩盖。沈阳化工大学学士学位论
17、文 第三章主要零部件的设计及校核14平板内应装有温度继电器，一自动控制平板的工作温度。图 3-3 热板结构简图3.5 活动平台活动平台与柱塞连接，当柱塞受液压而下降时，平台亦随之升降，当与上部横梁或热板接触则平台均匀受压，平台的变形会影响框式平板硫化机的精度。3.5.1 结构材料平台是铸铁件，设有加强筋及立柱的导向孔等。其工作表面和立柱间的距离随加热平板的尺寸而定。此设计采用但柱塞平板，当柱塞有立柱的导向孔，在加工立柱孔时，必须严格保持其轴线垂直于平台工作表面。选取 铸铁 弯曲极限疲劳应安全系数 取沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核15许用应力： （3-217）弹性模量3.
18、5.2 平台负载荷及弯曲受力情况由于平台工作时在框板上自由滑动，故可简化成有两个自由支点的悬臂梁，受力长度为 即热板长度，承受均布载荷，两支点间距为柱塞中径。均布载荷 可动平台的弯矩方程如下： 当 x=9.5 时有最大弯距（2-18） （2-19） 当 时平台中心处弯矩为： （3-20） 受力分析如图 3-4沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核16图 3-4 受力分析图3.5.3 强度校核（1）-截面可动平台中心处，截面形状尺寸如图 2-5图 2-5 可动平台- 处截面简图截面形心位置：（2-21）（3-22）截面惯性弯矩（3-23）抗弯截面模量：（3-24）沈阳化工大学学士
19、学位论文 第三章主要零部件的设计及校核17平台中心处 截面应力 （2-25）(2)IIII 截面柱塞中径处，截面形状尺寸如图所示图 3-6 可动平台 IIII 处截面简图（3）图中 的确定（3-26）截面行心位置：（3-27）(3-28)截面惯性矩 ：4 (3-29)抗弯截面模量：沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核18(3-30)平台中心处 截面应力(3-31) 经校核两处应力均小于许用应力，所以安全。可动平台中心处挠度 ：单柱塞平台，当柱塞直径较小时，其力学模型可近似看作是在柱塞与平台连接的着力点处即柱塞半圆截面重心处。为固定端的外伸是臂梁。平台中部柱塞着力范围内七挠度为
20、零。平台悬边处挠度最大该处挠度应为平台重心处的挠度。再加上重心处以外至悬边处的挠度增值。这部分挠度增值通过变形的几何相似关系便可求的。平台的挠度应尽量小，且不能超过工艺上对制品厚度的公差范围及厚度均匀度的要求。(3-32)可动平台在工作时以热板全部用上为最危险，故不必校核最小模具产生的弯曲应力。3.6 上横上横梁和底座的作用是用来承受平板硫化机加压时产生的作用力，这些零部件用立柱连接在一起，并形成一个坚固的封闭构架。沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核193.6.1 材料选取弯曲极限应力安全系数 取许用应力： （3-33）3.6.2 受力分析上横梁的结构受力情况如图 3-7沈
21、阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核20图 3-7 上横梁的结构及简图上横梁可以看作是一个自由放置在两个支点上受均布载荷的梁。-及-截面为受力危险截面，平板硫化机运转时，由于载荷偏载，或立柱的螺母松紧不一，螺母松的立柱受力小，或其他立柱的载荷就会增加，出现这种现象就有可能导致上横梁的断裂。3.6.3 弯矩及弯曲应力上横梁受载荷时，沿中心载荷上的弯曲应力最大，危险截面取在中部加强筋的边缘，即-截面 -截面强度计算：最大弯矩为：沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核21（3-34） 其中： -截面形状尺寸如图所示。-截面形心位置：（3-35）（3-36）截面惯性矩（
22、3-37）图 3-8 上横梁-截面简图抗弯截面模量 ：（3-38）故-截面处的最大弯曲应力为：（3-沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核2239） （2） -截面的强度计算：两个侧板，每个侧板承担二分之一的公称吨位的力，侧板有螺母紧固与上横梁支持臂内，在拧紧螺母时会产生预紧力，在所承担的力上加上，则：（3-40）-截面的弯矩与弯曲应力为：（3-41） 式中： 立柱支持臂圆孔中心至-截面断面距离，-截面形状尺寸如图所示 3-9图 3-9 上横梁 截面简图截面型心位置：（3-42）沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核23（3-43）截面惯性矩 ：(3-44)抗弯
23、截面模量 (3-45) 故 截面处的最大弯曲应力为：(3-46)所以安全，符合要求3.6.4 上横梁最大挠度（在中部）：(3-46)式中： 材料的弹性模量， -断面的惯性矩，上横梁两立柱中心距，上热板长度，所以综上所述，上横梁符合设计符合要求。3.7 垫台沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核243.7.1 结构及尺寸图 3-10 垫台结构简图3.7.2 材料选取 取安全系数其许用应力 （3-48）当工作缸和底座连成一体时，受力情况十分复杂，力的简化方法也比较多。此时，计算机座时，只取 剖面之上的抗弯断面模数，不包括缸体部分，此时作用于缸底的液压作用力通过缸壁传递到底座上部，是
24、底座弯曲变形，根据壁厚容器的受力分析缸壁的轴向作用力 沿壁厚均匀分布。cm2 （3-49）式中：故 （3-50）沈阳化工大学学士学位论文 第三章主要零部件的设计及校核253.8 主机结构综述通过以上对主机各主要零部件的结构设计、计算及校核，可看出主机的整体结构。现综述如下：本机为电加热、框式双层平板硫化机。液压缸才用下缸式，内装入柱塞。工作缸的导向部分与柱塞要保证一定的配合，此配合间隙为 H9/f9。工作缸上内部有凹槽，内装 Y 型轴用氟橡胶制作。柱塞上有垫台和可动平台，垫台与柱塞和工作缸都一定的配合，配合间隙为 H9/f9，垫台与可动平台之间的配合亦为 H9/f9。上、下热板分别用螺栓与上横
25、梁和可动平台连接。热板内放有电热元件及控制加热温度的温度继电器，防止温度不当。工作刚、上横梁用螺栓固定在框板上。要保证上中下热板的平行度，以保证制品的厚度均匀性。当油在油泵的作用下，以一定的压力通过油管进入油缸时，在油压带动下，柱塞和可动平台快速的上升与下降。框板相对于平台起导向作用当上横梁与上热板贴紧时，柱塞在高压油作用下锁模，停止运动，热板开始加热，工作缸保压，从而完成制品的硫化。反之，油缸带动其快速下降。沈阳化工大学学士学位论文 结论26结论三个多月的毕业设计结束了，我不会忘记这难忘的几个月的时间。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲
26、手设计图纸的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了说明书我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。在这学期的设计中，我获得了许多知识，这是在平时的课堂上所学不到的。脚踏实地、认真严谨、实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的导师和专业老师，是你
27、们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业设计。在我的学业和设计的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。随着毕业设计的完成，我的大学生活也即结束了，虽然舍不得这些可爱的老师和同学，但人生的路还很漫长，需要我去奋斗、去拼搏，在此，愿各位老师和即将奔向五湖四海的同学们能够实现自己的人生目标。沈阳化工大学学士学位论文 结论27沈阳化工大学学士学位论文 致谢28致谢首先感谢学校给我们这次毕业设计的机会，感谢校图书馆的大力支持，感谢众多同学的热情帮助，感谢本次设计中提供装配图以及其他资料的工厂和个人。感谢图书馆的老师和工作人员为我们提供查
28、阅资料的便利，为了收集更多的有关平板硫化机设计方面的知识，我们花费了大量的时间在学校图书馆查阅有关橡胶工业的期刊、书籍和国内外的有关资料，在这里我要真心感谢我们的指导老师董老师的大力帮助，在他的帮助下，我在设计中遇到的疑点、难点全都解决了，受益匪浅，从董老师那里我学到了书本上学不到的知识。董老师对我们严格要求，耐心指导，从老师身上看到了作为一名技术工作者为人处世的态度，对我们帮助很大。在此由衷感谢这两年来教过我所有化工大学的老师，这次设计离不开你们的教诲，综合了两年所学到的知识！由于我的能力和经验有限，难免在设计中有的地方考虑不周，出现一些疏漏。但是我相信有了这次的设计经历，在以后的工作中我更加能够灵活的运用知识，掌握方法，为今后的工作打下良好的基础，为社会做出自己的贡献！最后再次感谢学校领导、各位指导老师、图书馆工作人员，谢谢你们！
