陳雪芳，李洪偉，殷金龍，吳婷婷

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程系，江蘇 蘇州 215104)

基于硅膠模具產(chǎn)品快速制造工藝探析

陳雪芳，李洪偉，殷金龍，吳婷婷

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程系，江蘇 蘇州 215104)

介紹硅膠模具制作、零件澆注的步驟和方法，分析其關(guān)鍵工藝問題.分型面、澆口和排氣口的位置以及流道的確定，直接關(guān)系到澆注產(chǎn)品能否順利脫模和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞.澆注速度、固化溫度和時(shí)間是影響產(chǎn)品性能的重要因素.材料的收縮是影響產(chǎn)品尺寸誤差的主要原因.

硅膠模具;零件澆注;快速制造工藝

Abstract:This article introduces the steps and methods of silicone molding and pouring parts，and analyzes some key technology issues of them.Some corresponding countermeasures of the key technology issues are also put forward here.The parting surface，the location of the gate and the exhaust port，and the identification of channel are very important，as they are directly related to whether the pouring product can be ejected smoothly and the quality of products.Pouring speed，curing temperature，and time are the important factors affecting the properties of products.The shrinkage of the material is the main reason of affecting the error of products'dimension.

Key words:silicone rubber mold;pouring parts;rapid manufacturing process

近年來，隨著工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度的不斷加快，用樹脂制作工業(yè)模型的需求也在不斷增加.通常在大批量生產(chǎn)工業(yè)塑料產(chǎn)品之前，需要先做出產(chǎn)品的樣件來評(píng)估產(chǎn)品的外觀形狀以及進(jìn)行功能性安裝實(shí)驗(yàn)等，以此決定產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)［1］.由于硅膠模具具有良好的柔性和彈性，能制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度或倒拔模斜度，以及具有深凹槽的零件.成本低，工藝簡(jiǎn)單，制造周期短，使用壽命通常為20～30個(gè)成形件，能滿足小批量生產(chǎn)和試制新產(chǎn)品的需求.硅膠模技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車(如車燈、儀表板、內(nèi)飾件)、機(jī)械零部件、家用電器(如電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐)、電子產(chǎn)品(如電話、手機(jī)、音響、視聽設(shè)備、計(jì)算機(jī)部件)、文化用品、玩具、醫(yī)療(如假肢)等行業(yè)［2］.

1 硅膠模具制作

硅膠模是基于原型，采用快速翻制工藝制作，其制作流程如圖1所示.

圖1 硅膠模制作流程

1)模框制作.?？虻牟牧峡蛇x用表面光滑的高密度板或樹脂板等制造.根據(jù)原型的幾何尺寸和硅膠模具的使用要求，選擇硅膠模型框尺寸，要求模型框四壁、底面距模型邊緣20 mm左右.合適的?？虺叽?，可以節(jié)省硅膠，降低制模成本，又利于硅膠澆注，降低從硅膠模中取出產(chǎn)品的難度［3］.

2)原型固定.由于硅膠模是整體一次澆注成型的，為了便于刀割分型面分模，在固定原型前，先要在原型選定的分型面邊緣上，用彩色筆畫上分型標(biāo)記線，或粘上薄的彩色膠帶作為分型線標(biāo)記，以備后期分模用.為了防止懸空的原型在澆注和抽真空時(shí)移位，需要將原型固定在?？蛑?，通常采用細(xì)繩懸掛法或借助于澆口棒將原型懸空，如圖2所示.

3)硅膠計(jì)量，真空脫泡，硅膠注入.根據(jù)模框大小和原型的高度，計(jì)算硅膠的重量，按比例分別稱量硅膠、固化劑，在容器中混合攪拌均勻后，放入真空注型機(jī)中抽真空，并保持真空10 min，進(jìn)行脫泡處理.將抽真空后的硅膠緩慢(以減少空氣的混入)倒入制作的?？騼?nèi)，將其再次放入真空注型機(jī)中，抽真空15～30 min，以排除混入其中的空氣.

4)硅膠模固化.從真空注型機(jī)中取出澆注好的硅膠模后，在室溫下固化24 h(25℃)或更長(zhǎng)時(shí)間(低于25℃)，或在室溫25℃左右放置1～2 h，讓硅膠模中殘留的空氣所形成的氣泡有充分時(shí)間逸出，然后在55℃烘箱中保溫8 h左右，使硅膠充分固化.不同品種的膠料固化時(shí)間有所差異.

5)開模，取出原型、修模.硅膠模完全固化后，拆除圍框，沿分型線的標(biāo)記用手術(shù)刀片對(duì)硅膠模分割，取出原型，得到硅膠模具的上下模.在用刀剖開模具時(shí)，用開模鉗協(xié)助開模，刀的行走路線是刀尖走直線，刀尾走曲線，使硅膠模的分模面形狀不規(guī)則，以確保上、下模合模時(shí)定位準(zhǔn)確，避免因合模錯(cuò)位引起誤差.如果發(fā)現(xiàn)模具有少量缺陷，可以用新配的硅膠修補(bǔ)，并經(jīng)同樣固化處理即可.對(duì)形狀復(fù)雜(倒鉤、斜面很多)，兩半模無法滿足脫模條件的情況，開模時(shí)可以將硅膠模具剖開成數(shù)塊.

圖2 原型固定

2 產(chǎn)品的澆注

硅膠模具制作完成之后，就可在真空狀態(tài)下注型，對(duì)原型進(jìn)行復(fù)制，硅膠模產(chǎn)品澆注過程如圖3所示.

圖3 硅膠模產(chǎn)品澆注流程

1)模具預(yù)處理.澆注前需要對(duì)硅膠模進(jìn)行預(yù)處理，主要包含了澆道、澆口、排氣孔.澆道開在模具型腔的最高處，可以利用固定樣件的圓棒所形成的孔來代替，并在一些樹脂不易充滿的死角處，開出氣孔.對(duì)于比較大的模具，分流道也可開2～3個(gè)，以避免塑料件出現(xiàn)缺料現(xiàn)象.對(duì)于一模多腔，要注意流道的位置和截面尺寸，保證所有型腔都能注滿.澆口一般開在零件的內(nèi)表面，以免影響塑料件的外觀質(zhì)量.為了便于脫模，還需在硅膠模的內(nèi)部噴上脫模劑.

2)合模固定.將硅膠模上下模合模，并用膠帶固定，合模應(yīng)準(zhǔn)確，模具不能錯(cuò)位.膠帶固定要松緊適宜且均勻，太緊模具變形，太松飛邊過大，會(huì)影響產(chǎn)品的尺寸精度.

3)配料澆注.硅膠模在制作樹脂件時(shí)由A料與B料組成，原料總的體積是產(chǎn)品的體積加20%的損耗.按比例(一般要求比較精確地控制在1∶1左右)稱量的聚氨酯A、B料的兩個(gè)容器放在真空注型機(jī)上方，將硅膠模放在真空注型機(jī)內(nèi)的操作平臺(tái)上，裝上澆口.關(guān)閉真空注型機(jī)閥門，抽真空排除原料中的氣體和模具型腔中的空氣，并保持10 min.將A、B兩容器中的原料混合，攪拌抽真空(混合時(shí)間與所用材料有關(guān))，排除A、B料反應(yīng)后生成的氣體，沿澆口注入硅膠模，隨后立即開啟真空注型機(jī)閥門，借助大氣壓力使反應(yīng)生成的料充滿硅膠模.

4)固化脫模.將澆注后的產(chǎn)品放入65℃～70℃烘箱中，保持2～6 h，并放在室溫下冷卻，拆去膠帶，打開硅膠模，得到真空注型產(chǎn)品.

3 關(guān)鍵工藝問題

3.1 分型面的選取

為了使得脫模較為方便，不損傷模具，避免模具變形或影響模具應(yīng)有的壽命，分型面通常選取投影面積最大的面，這有利于型腔排氣及充填.由于硅膠材料具有較高的彈性，在開模時(shí)可以進(jìn)行強(qiáng)制脫模，對(duì)零件上一些特殊結(jié)構(gòu)，如側(cè)面的小凸起等，在選取分型面時(shí)可以不予考慮.另外，對(duì)原型中的封閉通孔或不封閉的開口，為了便于兩個(gè)半模在剖切時(shí)容易分離，應(yīng)將該處采用透明膠帶等封貼.電吹風(fēng)風(fēng)嘴側(cè)面為不規(guī)則自由曲面，并且有一定錐度，為了便于脫模主分型面選在大端，用膠帶封住小端的破孔.電吹風(fēng)風(fēng)嘴分型面的位置如圖4(a)所示，由該原型翻制的硅膠模如圖4(b)所示.

圖4 電吹風(fēng)風(fēng)嘴分型面的選擇

3.2 排氣通道的開設(shè)

硅膠模具上排氣通道的正確開設(shè)對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量有很大作用，排氣位置應(yīng)選在上模頂端處不影響產(chǎn)品特征的基準(zhǔn)面上，并確保通道暢通，避免排氣通道被硅膠堵塞而使產(chǎn)品無法成型或有氣孔缺陷.由于硅膠的彈性非常好，用氣針扎排氣孔，拔出氣針后氣道會(huì)因收縮而變小，在產(chǎn)品澆注時(shí)，可以在排氣孔處插入細(xì)孔塑料管或銅管，擴(kuò)大排氣孔避免硅膠堵塞.

3.3 材料混合均勻

在固化劑與硅膠混合時(shí)，由于反應(yīng)較為強(qiáng)烈，混合液產(chǎn)生大量氣泡，體積不斷變大，此時(shí)應(yīng)立即向真空室進(jìn)氣，減少氣泡，并不斷重復(fù)此過程，以保證固化劑與硅膠混合均勻［4］.否則會(huì)因固化不均勻，造成模具的報(bào)廢.

3.4 固化溫度和時(shí)間

產(chǎn)品的機(jī)械性能受固化后的溫度和時(shí)間的影響.在一定的溫度下固化，加快兩種料的相互反應(yīng)，促進(jìn)固化，否則零件變脆易碎，性能達(dá)不到要求.但溫度越高，產(chǎn)品越易發(fā)生變形.產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面精度隨著固化時(shí)間的增加而增加，但是當(dāng)達(dá)到一個(gè)飽和的時(shí)間時(shí)，產(chǎn)品會(huì)因?yàn)檫^熱使自身的一些性能發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)表面局部收縮等，造成樹脂件形狀不完整;若固化時(shí)間不充足，產(chǎn)品無法完全固化，在開模取件時(shí)，容易產(chǎn)生較大變形，甚至斷裂.所以產(chǎn)品固化通常溫度控制在70℃左右、時(shí)間1 h左右.

3.5 樹脂澆注時(shí)間

澆注速度過快，則材料無法填滿型腔，制件表面容易產(chǎn)生一些微小的凹坑，因此會(huì)影響其表面精度，澆注速度過慢會(huì)使得材料在未澆注完成時(shí)就開始固化，成型件同樣會(huì)存在微小的凹坑，甚至夾雜一些大的氣泡或者制件出現(xiàn)重大缺陷.通常，澆注時(shí)間要使得材料已經(jīng)充滿整個(gè)型腔，液體從氣孔冒出，然后迅速放大氣，這樣制件表面質(zhì)量比較好.

3.6 材料的收縮性

硅膠的收縮和樹脂的收縮特性導(dǎo)致了產(chǎn)品的尺寸差異，影響產(chǎn)品的精度.產(chǎn)品的尺寸與原型樣件之間的尺寸誤差來自兩個(gè)方面:一是原型樣件和硅膠模型腔之間的尺寸誤差，這是由于硅膠模收縮引起的;另一方面由澆注樹脂的收縮引起的.放大原型件的尺寸對(duì)硅膠模具的收縮進(jìn)行補(bǔ)償［5］，是解決此類問題行之有效的辦法.在實(shí)際生產(chǎn)中，通過在澆注產(chǎn)品前硅膠模的預(yù)熱(約70℃)，使硅膠模具膨脹，以減小澆注產(chǎn)品的誤差.

4 結(jié)論

使用硅膠模技術(shù)快速制作塑料產(chǎn)品的方法具有成本低、周期短的特點(diǎn)，對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求比較低，模具的工藝比較簡(jiǎn)單.整個(gè)工藝過程所需設(shè)備簡(jiǎn)單，只要有真空注型機(jī)、烘箱和計(jì)量器具等即可進(jìn)行，操作過程簡(jiǎn)便.分型面、澆口和排氣口的位置以及流道的確定，直接涉及澆注產(chǎn)品能否順利脫模和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，溫度和時(shí)間是影響產(chǎn)品性能的重要因素，材料的收縮影響了產(chǎn)品尺寸精度.硅膠模零件的制造，是一個(gè)基于化學(xué)反應(yīng)從液態(tài)到固態(tài)的復(fù)雜過程，所以固化溫度、抽真空時(shí)間、固化時(shí)間等工藝參數(shù)的控制有待于進(jìn)一步的探索.

［1］王艷平.基于硅膠模技術(shù)的小批量塑料件快速制造［J］.塑料科技，2009，37(11):62-65.

［2］左曉明.硅膠模及其在快速制模中的應(yīng)用［J］.鑄造技術(shù)，2010，31(6):784-787.

［3］戴蓓芳.基于快速成型的快速模具制造技術(shù)研究［J］.模具工藝，2008，34(10):60-62.

［4］王屹立.基于RP原型的硅橡膠模具制造工藝探索［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2011，40(7):156-158.

［5］胡迪，黃放，江南妮，等.一種補(bǔ)償硅橡膠模具收縮的方法研究［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，35(6):11-13.

(責(zé)任編輯:李 華)

Analysis of Rapid Manufacturing Technology Based on the Silicone Rubber Mold Products

CHEN Xue-fang，LI Hong-wei，YIN Jin-long，WU Ting-ting
(Department of Mechano-electronic Engineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

TG76

A

1008-5475(2012)02-0036-04

2012-02-03;

2012-03-15

陳雪芳(1963—)，女，江蘇常州人，教授，碩士，主要從事CAD/CAM、RE/RP/RT方向研究.