氟塑料衬里阀门模压模具的设计

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The M old Design about Fiuoroplastic Lined ValveHU Yuan-yin ，HU Si-wen ，JIN Li-qiang(1.Shanghai Anticorrosive Valve Manufacturing Group Co，Ltd，Shanghai 20161 1，China；2.Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch，Wuhan 430064，China)Abstract：This paper discusses the mold design about fluoroplastic lined valve and its structural featuresas well as some problems.In addition，cOncurrentdesign is implemented in the mold design and the re-sult is distinct。

Key words：fluoroplastic lining；valve；model；design1 概述氟塑料衬里阀门是将-定数量的氟塑料采用特殊方法衬于金属表面上(或包覆在金属零件表面)，形成-定厚度的膜，隔绝腐蚀性介质与金属表面接触，从而保证金属表面不被腐蚀 ，达到延长金属阀门使用寿命的目的。氟塑料衬里阀门质量与产品结构、氟塑料品质和衬里工艺等条件相关，还与模压模具结构和制作精度相关。在模具设计过程中引入并行工程，对于提高氟塑料衬里阀门设计结构的合理性，满足氟塑料衬里的工艺性要求，缩短产品开发周期，降低生产成本，效果非常明显。本文对氟塑料衬里阀门模压模具的设计进行了探讨。

目前，氟塑料衬里阀门主要有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、旋塞阀和隔膜阀等多个品种。所用的氟塑料主要有 PVDF、FEP(F46)、ETFE、PFA、MFA、PCTFE和ECTFE等数种，这几种树脂在塑化温度下均有-定的流动性，因此，这几种氟塑料均可用模压法成型，其工艺除温度有差别外，其余基本相同。

2.1 壳体氟塑料衬里阀门在设计制造过程中，既要考虑产品设计的先进性，结构的合理性，还要考虑制造工艺可行性，模具制造的简易性，使用的可操作性。例如，普通截止阀(图 1)与隔膜阀(图2)流道弯曲并呈椭圆形，这种结构难以脱模，衬里工艺性不好。故必须将产品图流道改直(图 3、图 4)，不仅脱模容易，便于模具制作，饮合衬里工艺要求。

作者简介：胡远银(1947-)，男，湖北武汉市人，高级工程师，长期从事阀门设计和防腐蚀技术工作。

图 1 截止阀- 20- 阀 门 2013年第2期图2 隔膜阀图3 氟塑料衬里截止阀图 4 氟 塑料衬里 隔膜 阀2.2 阀杆与关闭件球阀的球体与阀杆(图 5)、蝶阀的蝶板与阀杆(图6)、闸阀的闸板与阀杆(图7)和截止阀的阀瓣与阀杆(图8)按常规阀门设计时是分开的，如果氟塑料衬里阀门的阀杆与关闭件采用这样的连接方式，其对氟塑料衬里工艺性没有影响，但使用效果上有问题。阀杆头部连接部位在反复交变受力过程中，容易损坏衬里层，钢质骨架会受到腐蚀性介质的腐蚀而失效，导致阀门使用寿命缩短。所以，衬氟阀杆与关闭件通常设计成连体式。

(a) (b)(a)分体式 (b)连体式图5 球体与阀杆连接(a) (b)(a)分体式 (b)连体式图 6 蝶板与阀轴连接(a)分体式 (b)连体式图7 闸板与阀杆连接3 模具设计3.1 模具的强度与刚性阀体和阀盖在氟塑料衬里压制过程中要承受1.5～7MPa的压力。故阀体和阀盖等壳体零件应采用铸钢或球墨铸铁制造，并要有合适的壳体壁厚，以保证有足够的强度承受压制压力。氟塑料衬里阀门设计压力-般约 1.6MPa，但模压过程中，将氟塑2013年第2期 阀 门 - 21-料压入或注射至体腔内需要数倍于设计的公称压力，即衬里过程时的压力超过了阀门设计的公称压力。所以，模具设计时要充分注意这-点。模具的设计强度至少应等于阀体的设计强度，-般情况应是阀体强度的二倍。

(a) (b)(a)分体式 (b)连体式图 8 阀瓣与阀杆连接3.2 模具结构氟塑料衬里阀门的基本形状-般由产品开发人员根据产品的功能要求和外观要求进行设计。在进行模具设计时，为了保证产品衬氟成型工艺的可行性和成型后的质量，模具设计人员在充分考虑到加工、衬里、装配、检验和维修等因素后，要对产品结构做必要的修改或增加某些工艺辅助特征。因此，产品设计师与工艺师及模具制作技工要密切配合，运用并行设计工程技术，完成好氟塑料衬里阀门模具设计制造工作。

(1)阀体模压模具以闸阀(图9)为例。常规设计时阀体从中法兰面至阀体底部高度没有限制。但衬氟闸阀(图 10)要求不同，阀体中法兰至阀体底部高度太深会增加模具衬里难度，特别是大尺寸闸阀，膜压困难 ，拨模不易，容易出现废品。因此应根据生产设备，合理地确定相应尺寸，修改产品设计图，将产品图设计与模具设计并行。闸阀阀体衬里模具(图 11)设计与产品设计并行，使衬氟闸阀阀体的内部设计简单，无复杂的结构形状，便于模具制作，模具定位准确，牢固，使衬里的工艺性得到改善，保证产品质量。模具设计时，旧能将所有质量问题消灭在设计阶段，使设计的产品便于制造，易于维修，为产品质量的零缺陷”提供保证，使得制造出来的衬氟阀门质量好，成本低，周期短。

图9 常规闸阀图 10 氟塑料衬里闸阀1.阀体 2.下模 3.中腔模具 4.上压头 5.料简图 11 闸阀阀体衬里模具(2)闸板模压模具闸板衬里模具(图 12)设计采用与闸板结构设计并行的方法。经分析，将原设计的锥面中板改为- 22- 阀 门 2013年第2期平面(图 13)，闸板密封面按原设计不变，闸板的强度经验算符合设计标准。这样设计经济合理，特别是大尺寸闸阀，闸板质量平均减少 20%，衬里的工艺性得到改善，便于机加工与模压成型，便于模具制作，模具定位准确，牢固，克服了因斜面滑动，定位不准，容易造成衬里层厚薄不均的缺陷。为了保证衬里层紧贴闸板钢体，不脱壳，在闸板上均布直径 <10mm工艺通孔，使氟塑料像铆钉-样将衬里层铆接在闸板钢体上。经使用证明，效果良好，不仅保证了产品质量，饮合节能降耗原则。

1、2.定位螺钉 3.上压头 4.上模5.套管 6.下模 7.闸板图12 闸阀闸板衬里模具(a， (b，(a)修改前 (b)修改后图 13 闸板4 模具制作模具制作时应注意下面几个问题。

(1)模具应制造简单，装卸方便，成本低廉。模具要有定位基准，保证衬里层均匀，不发生偏移，符合产品图规定的厚度。模压时，溶融氟料在模具内流动顺畅，要求模具表面光滑平整，表面粗糙度为R 1.6 m，所有转角处呈圆弧过渡，圆浑径 R≥2inin 0(2)为准确控制氟塑料塑化温度，除烧结炉温度计，还必须在模具里面插上温度计，每-模具上面都应设计有温度计插口(采用远红外线测温计观测除外)，压制冷却时，水也从此口通人，这样测得的温度基本上接近物料温度。

(3)在模具上开设排气孔，孔径-般不超过3mm，用于排气和观察氟塑料的塑化状况，防止衬里层产生气泡与气孔。

(4)模具在满足氟塑料衬里所要求的强度下，模具壁厚与料筒壁厚尽量减簿，或做成空心的，这样便于水冷，易于撑控氟塑料塑化与交联的模压工况。

(5)为了便于管理，防止错乱，应在模具设计图醒 目的位置上标识模具代号及适用的产品零件代号，并将代号刻印在模具相应的位置上。

5 模具材料氟塑料烘烧熔融时温度约 340℃，模具材质选用 12CrMo或 38CrMoA1A等合金钢，或 45号钢表面镀铬，以防生锈并增加表面光滑性和硬度。但镀铬层在使用过程中容易损坏，常需重新电镀。比较方便的办法是用不锈钢制作。铜在高温下促使 F4分解，所以不宜采用，铝太软也不宜选用。由于PFA的熔融黏度比FEP(F46)大，为了防止高温氧化及遇水生锈，模具需要有良好的耐腐蚀性。因此，模具最好采用不锈钢制作。

6 模具的使用与保养模具在使用装配时，其表面要用丙酮或乙醇(无水)擦去污物。干后再均匀地抹上-薄层耐热硅油或硅脂脱模剂。使用时用甲苯稀释，配成 10%的有机硅溶液。也可将上了脱模剂的模具在 290-300oC下烘烤2-3h。脱模剂可在模具表面形成-层薄而牢的涂膜，可使模具连续使用数次。

无论截止阀或隔膜阀，阀体模具装配时，两侧流道模具的角度应调整好，才能保证各部位衬里厚度的均匀，同时也可避免上模芯下压时与流道模具相碰的危险。为了可靠 ，待料筒和流道模具装好后，需将上模芯放入料筒进行试验，如果模芯下不去，说明模具装的不正确，应松动螺栓，加以调整，直至模芯顺利下到底。其次法兰螺栓要上匀上紧，以免压制时漏料。

脱模时，工件要摆放平稳，操作要缓慢细心，不能太快太猛，避免弄坏模具或衬氟工件。

湿气留存在模腔内或只在模具的内表面，成型2013年第2期 阀 门时会变为蒸汽而产生气泡。模具使用后要清理干净，进行干燥处理，并储存在干燥的区域或模架上。

长期不用的模具，应擦拭干净，涂油封存，按编号摆放在专用的模架上。

7 结语氟塑料衬里阀门模具设计时，为了保证产品衬氟成型工艺的可行性和成型后的质量，产品设计与模具设计密切结合，运用并行工程技术完成氟塑料衬里阀门模具设计工作。在模具设计过程中引入并行工程技术，是模具设计 自身发展的需要，也是市场竞争和技术进步的要求。它有利于提高产品设计结构的合理性和工艺性 ，缩短产品开发周期，降低生产成本，从而提高企业的竞争力。