方 鵬，胡阿林，白亞玲，王寵惠

（中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

T 形橡膠密封圈是飛機起落架液壓系統(tǒng)裝置中重要的密封元件，其采用壓縮模模壓成型，零件材料為試5171，結構復雜，表面質量要求高。之前模壓的零件存在尺寸超差、錯縫、飛邊過厚且去除困難、零件脫模困難、零件表面粗糙度高等問題，造成零件質量不合格，交付困難。為解決零件當前存在的問題，保證零件按時保質交付，經(jīng)分析、研究，通過優(yōu)化模具結構、調整模具各型腔制造公差解決了生產(chǎn)過程中遇到的問題。

1 零件工藝分析

T形橡膠密封圈尺寸如圖1所示，一般公差按照HB 8233-2002-M2 執(zhí)行，外觀驗收標準為HG 6-409-1979。該零件用于往復運動的液壓密封組件中，工作面位于零件內側和外側，表面質量要求較高，分?？p處凹陷不超過0.03 mm，分?？p的質量不能影響零件的密封使用功能。該零件為試5171純膠，其硫化時收縮方向指向軸心。從零件的形狀來看，其硫化收縮阻力比較均勻，該零件形體尺寸較大，所以設計模具時采用單型腔結構。零件尺寸公差范圍小，幾何公差要求高，形狀不規(guī)則，模具的尺寸必須控制在合適的公差范圍內，并合理設計模具結構，以保證填料脫模方便、溢料順暢的同時使零件的尺寸和外觀質量均符合設計要求。

圖1 T形密封圈

2 模具結構設計

由于零件的形狀較復雜，表面質量要求高，壓縮模的結構比較復雜。模具設計時，以零件的截面圖形為中心進行分型面的選擇和布局，如圖2所示，從分型面擴展到構成模具型腔的幾個零件的相互位置和空間定位關系，再完善模具的總體結構[1]。

圖2 圖1中 I處放大

2.1 模具設計方案一

設計的方案一模具結構如圖3 所示，由下型芯1、下模板2、導柱3、上模板4、上型芯5、導柱6組成。上、下模均采用鑲件結構，模具采用錐面定位，分型面選擇在1 處圓弧面（分型面3）和3 處平面，溢料槽的截面形狀為半圓形，沿型腔外邊緣開設一圈并引向模具外。

圖3 方案一模具結構

模具成型零件的過程：在下模板2、上型芯5 的型腔部位分別圍上一條合適的預制膠料條，上模板4沿導柱3、導柱6與下模板2閉合，然后將整副模具放入平板硫化機上硫化成型。此結構的優(yōu)點：①模具由鑲件組成，降低了復雜部件的加工難度和模具的維護成本；②合模過程簡單，且導柱導向不易造成模具磕傷碰傷。此結構的缺點：①下型芯1 和下模板2、上模板4 和上型芯5 通過過盈配合裝配，使用一段時間后下型芯1、上型芯5容易松動錯位并在零件表面產(chǎn)生錯縫；②分型面3選擇在圓弧處（見圖3），零件飛邊去除時容易傷及其工作面；③溢料槽開設較少，多余膠料不能全部流出，影響飛邊厚度，容易造成零件高度尺寸超差，飛邊去除困難，即使去除飛邊，分?？p處的質量已不符合檢驗要求。

2.2 模具設計方案二

設計的方案二模具結構如圖4 所示，模具由下模板1、中模板2、上模板3、型芯4 組成，模具采用錐面定位，分型面共4 處，溢料槽的截面形狀為半圓形，開設在中模板的上、下平面，沿中模定位錐面外邊緣開設一圈并引向模具外。

圖4 方案二模具結構

模具成型零件的過程：先將下模板1放好，依次將型芯4、中模板2 沿下模板1 的錐面放下，然后將預制的膠料條放入中模板2 和型芯4 形成的料室中，最后將上模板3 沿型芯4 的錐面合模，然后將整副模具放入平板硫化機上硫化成型。此結構的優(yōu)點：①錐面定位精度高，零件同軸度能得到保證；②中模板2與型芯4形成一個料室，上模板3近似一個柱塞，成型零件時將膠料放入料室，通過上模板3擠壓即可使膠料充滿型腔，裝料過程簡單方便。此結構的缺點：①上模板3 的錐度選擇過大使其下方太窄太尖，導致料室、柱塞的張角太大，膠料在受到上模板3擠壓時大部分膠料被擠出料室，浪費嚴重，需要少量多次加料才能裝料成功；②上模板3 兩側均為錐度，模具過定位，制造難度加大；③分型面1 和分型面4選擇不合適（見圖4），零件成型后飛邊去除困難，容易傷及密封工作面；④模具合模過程中沒有導柱優(yōu)先導向，容易碰傷模具。

2.3 優(yōu)化后模具設計方案

優(yōu)化后模具結構如圖5 所示，由導柱、下模板、中模板、上模板、型芯、導柱、卸模環(huán)等部件組成。優(yōu)化后的方案結合前2 副模具結構的優(yōu)缺點，分別從模具的定位方式、溢料槽結構及分布、分型面位置選擇、增加卸模環(huán)、降低型腔表面粗糙度等環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化并進行驗證。

圖5 優(yōu)化后模具結構

（1）定位方式的選擇。優(yōu)化后的模具采用小角度錐面定位，定位精度高于導柱，對保證零件同軸度起到了關鍵作用。同時分別在下模板2、上模板4增設3 對導柱（固定段采用H7/s6 過盈配合，引導段采用H11/c11 大間隙配合）用于模具合模過程中的導向（不起定位作用），有效防止模具合模過程中的磕碰，延長了模具的使用壽命。

（2）優(yōu)化溢料槽結構及分布。方案一、二設計的模具溢料槽距離型腔較遠，為有效降低零件模壓成型后的飛邊厚度及延長模具使用壽命，優(yōu)化后的模具將溢料槽設計成等腰梯形（見圖5 中IV 處放大），且邊緣距離型腔1 mm，分布在型腔內外兩側并通過R2 mm 的半圓槽引出模具外。該結構設計的優(yōu)點：①相比溢料槽距離型腔邊緣0.08～0.15 mm 的無飛邊模具，改進后的模具將溢料槽設計在距離型腔邊緣1 mm 處，不僅降低了模具加工難度，還可延長模具使用壽命；②有效減少了多余膠料在分型面上的堆積，減小T 形橡膠密封圈的飛邊厚度和降低飛邊修除難度，避免了繁雜的飛邊修除工藝，縮短生產(chǎn)流程；③有利于提高T 形橡膠密封圈表面分模縫處的質量；④對保證T 形橡膠密封圈高度尺寸的穩(wěn)定性及防止高度超差起到了關鍵性作用。

（3）分型面位置的選擇。優(yōu)化后的模具分型面選擇圖5 中IV 處放大所示的位置（R0.5 mm 圓弧與直邊轉接處），共4處。這樣設計分型面可保證密封面上沒有分?？p，不會影響零件的密封功能。

（4）增加卸模環(huán)。在設計卸模環(huán)之前，操作人員通過手壓方式將中模板3、型芯5、T形橡膠密封圈分離，該方式費力且受力不均勻，容易擠傷零件表面或在表面留下壓痕。改進后的模具增加一個卸模環(huán)，如圖6所示。卸模過程如下：零件模壓結束后撬掉模具的上模板4、下模板2，T形橡膠密封圈卡在中模板3 和型芯5 中間，將卸模環(huán)放在硫化機的平板上，然后將模具放入卸模環(huán)內，啟動硫化機即可將中模板3與T形橡膠密封圈分離，然后手動將T形橡膠密封圈從型芯5上取下。整個操作過程簡單方便且不會在T 形橡膠密封圈表面留下壓痕或擠傷表面。

圖6 優(yōu)化后零件卸模環(huán)

（5）降低型腔壁表面粗糙度。優(yōu)化后的模具型腔壁表面粗糙度值由Ra0.4 μm 降至Ra0.2 μm，T 形橡膠密封圈表面質量大幅提高，脫模阻力大幅降低。

優(yōu)化后的模具成型零件的過程：先將下模板2放好，在型芯5 的型腔部位圍上一條合適的預制膠料條，沿導柱6 放入下模板2，再在中模板3 的型腔部位圍上一條合適的預制薄膠料片沿導柱1放入下模板2，最后合上上模板4并放入平板硫化機上硫化成型。

3 模具型腔尺寸計算

模具型腔尺寸的選取應根據(jù)零件的尺寸和公差確定，并確定其制造公差。零件圖中各尺寸均設有制造公差，在計算模具型腔各尺寸前，先參照零件公差標準HB 8233-2002，判斷該零件各結構尺寸的屬性（即辨別各尺寸是固定尺寸還是合模尺寸），然后再根據(jù)公差標準確定每個尺寸的公差。除零件高度為合模尺寸外，其余尺寸均為固定尺寸，按HB 8233-2002 表3 中M2 級公差，則φ179、R2、R3 mm的公差分別為±0.895、±0.15、±0.15 mm。

零件材料為試5171，其收縮率為：內徑1.3%～1.7%；外徑1.6%～1.9%；平均1.4%～1.7%。T 形橡膠密封圈外徑φ185 mm，計算時取外徑收縮率的中間值1.75%，內徑φ171 mm 和內徑φ179 mm 計算時取內徑收縮率的中間值1.5%，其余尺寸取平均收縮率的中間值1.55%。由于T 形橡膠密封圈的尺寸公差范圍橫跨（+）、（-）2 個區(qū)間，且為對稱分布，計算型腔尺寸時可不用考慮尺寸公差[1]。模具型腔部分尺寸計算如下：

DM1=φ185×（1+1.75%）±δ=（φ188.24±δ）mm

DM2=φ171×（1+1.5%）±δ=（φ173.57±δ）mm

DM3=φ179×（1+1.5%）±δ=（φ181.69±δ）mm

RM1=R3×（1+1.55%）±δ=（R3.05±δ）mm

RM2=R2×（1+1.55%）±δ=（R2.03±δ）mm

HM=14.4×（1+1.55%）±δ=（14.62±δ）mm

橡膠壓縮模型腔尺寸制造公差的設計原則：一般取零件尺寸公差的1/5～1/3[1]。此處按其1/4 進行選取，則模具型腔各尺寸制造公差分別為DM1：±0.125 mm，DM2：±0.125 mm，DM3：±0.224 mm，RM1：±0.038 mm，RM2：±0.038 mm，HM：±0.025 mm。

DM1、DM2、DM3三個尺寸的公差值對于模具型腔的加工精度偏大，需對其調整。構成模具型腔的主要零件型腔面尺寸一般通過磨削加工完成，以保證尺寸的精度和型腔壁表面粗糙度值的要求[3]。

精磨的加工公差等級在IT2～IT5 級，按IT4 級考慮，依據(jù)標準GB/T 1800.1-2009 公差數(shù)值可知，加工范圍在120～180 mm，IT4 級的標準公差數(shù)值為12μm；加工范圍在180～250 mm，IT4 級的標準公差數(shù)值為14 μm。按此標準，上述計算所確定的制造公差不合理，須對其進行調整。

結合零件的使用功能、模具型腔的形狀結構特點和各型腔面進行磨削加工的工藝特點（砂輪的修正、對刀及尺寸測量等）[4]，對型腔相關尺寸的制造公差調整如下：DM1：±0.04 mm，DM2：±0.04 mm，DM3：±0.04 mm，RM1：±0.03 mm，RM2：±0.03 mm，HM：±0.025 mm，DM2相對DM1的同軸度要求為φ0.03 mm?？紤]零件飛邊對高度尺寸的影響，將HM的公差范圍調整為。

調整尺寸及其公差使其既符合成型零件的設計原則，又符合切削加工的工藝要求。調整后的各個尺寸及公差分別如下

4 模具零件選材及熱處理要求

模具零件材料的選擇應根據(jù)加工方式、服役條件、零件的質量要求、零件生產(chǎn)批量、模具失效方式、模具交貨周期等方面考慮[2,5]。綜合各方面因素，優(yōu)化后模具的上模板4、下模板2、中模板3、型芯5選材為5CrNiMnMoVSCa 鋼，熱處理硬度為38～43 HRC[5-7]。模具型腔壁全部鍍鉻，鉻層厚度為0.005～0.01 mm，以提高型腔板的耐蝕性和耐磨性，其余表面均采用發(fā)藍處理[8-11]。

5 優(yōu)化效果

優(yōu)化后的模具采取錐面定位、降低型腔壁表面粗糙度、增加卸模環(huán)、合理開設溢料槽及合理控制型腔尺寸等措施，經(jīng)過試模驗證：模具結構合理，動作方便可靠，模壓成型的零件滿足設計要求，零件的尺寸穩(wěn)定性和表面質量大幅提高，零件脫模困難和飛邊去除困難等問題得到解決，零件合格率達98%以上。目前該模具已投入到零件的批量生產(chǎn)中，并廣泛應用于多款類似零件的壓縮模結構設計中。

6 結束語

分析了T形橡膠密封圈在之前模壓過程中存在的各種問題，通過不斷優(yōu)化模具結構、降低型腔壁表面粗糙度及合理控制模具尺寸范圍，解決了T 形橡膠密封圈模壓成型過程中的操作難題和質量問題，保證了起落架的交付進度，為類似零件的模具設計提供參考。