液體矽橡膠(LSR)注射成型工藝的設(shè)計(jì)

 由於LSR的粘度較低，因此它在注射成型過(guò)程中，即使在注射壓力較低的情況下，填充流速也可以較快，但是為了避免空氣滯留，對(duì)模具通風(fēng)的要求更加嚴(yán)格。總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代LSR的快速硫化的循環(huán)時(shí)間更短（某些情況下循環(huán)時(shí)間不到20秒），為了充分利用這一特性，加工機(jī)械、注射成型機(jī)以及部件轉(zhuǎn)移係統(tǒng)等必須相互配合，作為一個(gè)高度集成的整體運(yùn)作。

冷流道成型

現(xiàn)代冷流道體係充分利用了LSR剪切變稀的性質(zhì)，真正達(dá)到了無(wú)浪費(fèi)，無(wú)毛邊成型。在過(guò)去的三到五年裡，冷流道模塑在製造業(yè)中的優(yōu)勢(shì)地位急速上升，並導(dǎo)致橡膠產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、廢品減少、勞動(dòng)成本降低等良好的勢(shì)頭。

LSR不會(huì)在模具中收縮，這一點(diǎn)和熱塑性塑料類(lèi)似。但是由於膨脹係數(shù)較高，加熱時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹，冷卻時(shí)卻僅有微小的收縮。因此，部件通常不能在模具中保持準(zhǔn)確的側(cè)邊距，隻有在表麵積較大的空腔中才可以保持。

與熱流道模塑相似，在冷流道加工中，熱固LSR應(yīng)保持較低溫度和可流動(dòng)性，以確保冇有物料的損失。這種加工方法*適用於在清潔的室內(nèi)環(huán)境中生產(chǎn)大小、結(jié)構(gòu)相似的大體積部件。理想模型是在人為因素影響*小的設(shè)備中晝夜不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，並逐步增大運(yùn)轉(zhuǎn)周期（日或周）。

目前所用的冷流道設(shè)備有兩種基本類(lèi)型，即閉合係統(tǒng)和開(kāi)放係統(tǒng)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。注射循環(huán)中，閉合係統(tǒng)在每一個(gè)管道中都采用“開(kāi)動(dòng)銷(xiāo)”或“針形閥”來(lái)控製LSR橡膠的流量。而開(kāi)口係統(tǒng)則根據(jù)注射壓力的大小，利用“收縮嘴”和閥門(mén)來(lái)控製物料的流量。

與開(kāi)口係統(tǒng)相比較，閉合係統(tǒng)*典型的特點(diǎn)是在較低的注射壓力下進(jìn)行注塑。設(shè)備中可調(diào)控的“節(jié)流口”可以對(duì)不平衡的分流道以及物料的不同剪切變稀性能進(jìn)行微調(diào)。缺點(diǎn)是對(duì)某些給定大小的部件和模具，設(shè)備需作額外的調(diào)整。

開(kāi)放係統(tǒng)利用通過(guò)噴嘴或者閥門(mén)的高剪切速率，在注射壓力降低時(shí)，進(jìn)行截流。一般情況下，開(kāi)放係統(tǒng)的空腔填充時(shí)間要比閉合係統(tǒng)稍微短一些。開(kāi)放係統(tǒng)由於分流道和噴嘴較小，空腔密度較高。分流道則要求自然平衡，並與物料本身的流變性能?chē)?yán)格匹配。因?yàn)殚_(kāi)放係統(tǒng)的流道尺寸較小，所以通常不用可調(diào)“節(jié)流口”，隻需普通閥門(mén)就可以很好的控製流量，並獲得*佳的壓力點(diǎn)。

分模線

設(shè)計(jì)液體矽橡膠注射成型模具時(shí)，首先要考慮分模線的位置，因?yàn)榉帜＞€內(nèi)部需設(shè)置一些通道，利用這些通道完成通風(fēng)任務(wù)，通風(fēng)孔必須設(shè)置在注射物料*後到達(dá)的模具末端。預(yù)先考慮以上因素，有助於避免空氣的夾帶和焊接線邊縫強(qiáng)度的損失。

由於LSR的粘度低，所以必須確保分模型線的**度，避免出現(xiàn)毛邊。雖然如此，*終產(chǎn)品上的分模線清晰可見(jiàn)。部件的幾何形狀和分模線的位置還會(huì)影響脫膜過(guò)程。在部件設(shè)計(jì)中，輕微的根切有助於確保被塑部件與模具空腔之間堅(jiān)固的結(jié)合在一起。

收縮

雖然液體矽橡膠在注射成型過(guò)程中冇有收縮，但是由於矽橡膠具有較高的熱膨脹係數(shù)，因而在脫膜、冷卻後通常會(huì)有2％－3％的收縮。確切的收縮數(shù)據(jù)主要取決於物料配方，但是從加工的觀點(diǎn)來(lái)看，設(shè)計(jì)者如果在構(gòu)思的時(shí)候，預(yù)先對(duì)影響收縮的一些因素有所考慮的話，*後的收縮情況會(huì)有所變化，這些因素主要包括加工的溫度，物料脫膜的溫度，空腔壓力等。

另外要考慮的是注入口的位置，因?yàn)橥ǔＮ锪显诹鲃?dòng)方向上的收縮要比其垂直方向的收縮來(lái)得明顯些。另外，部件的尺寸也是一個(gè)影響因素，一般來(lái)說(shuō)，部件越厚，收縮越小如果在實(shí)際應(yīng)用中要求二次硫化，則還要考慮額外增加0.5%－0.7%的收縮。

通風(fēng)

當(dāng)模具空腔關(guān)閉時(shí)，空氣滯留在內(nèi)，隨著LSR的注射，空氣首先被擠壓，接著逐漸被填料趕出空腔，由於LSR的粘度較低，空腔很快被填充。在快速填料過(guò)程中，如果空氣不能完全被趕出空腔，將會(huì)夾帶在硫化後的物料中（通常表現(xiàn)為沿部件周邊一圈白邊或是內(nèi)部光滑的小氣泡）。典型的通氣管道寬1－3mm，深0.004－0.005mm，現(xiàn)已成功應(yīng)用於生產(chǎn)中。

排除空腔滯留空氣的*佳方法，是在每一個(gè)注射成型循環(huán)中，采用抽真空的辦法將空腔中滯留空氣趕走。就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)分模線時(shí)確保模具密閉，真空泵通過(guò)模具開(kāi)關(guān)下麵的夾具將所有空腔抽真空。一旦真空度達(dá)到預(yù)想標(biāo)準(zhǔn)要求，立刻關(guān)閉模具，開(kāi)始注射。

還有一種成功應(yīng)用的方法是，利用調(diào)節(jié)夾具力度達(dá)到趕走空氣的目的。製造者在夾具力較低時(shí)LSR填充至空腔的90％－95％，之後再將夾具力度調(diào)高，同時(shí)避免積壓液體矽橡膠溢出，產(chǎn)生毛邊。
注入口

一個(gè)合適的加工設(shè)計(jì)，既希望閥門(mén)的痕跡小而堅(jiān)固，又希望閥門(mén)的位置不易察覺(jué)，這是非常困難的。但是如果將閥門(mén)設(shè)置在非臨界區(qū)域或內(nèi)表麵上，就可以避免很多麻煩，例如前麵提到的，利用冷流道係統(tǒng)進(jìn)行LSR材料的注射成型就可以省去注入口痕跡的消除，從而避免了勞動(dòng)集約型的生產(chǎn)過(guò)程和大量物料的浪費(fèi)。很多情況下，無(wú)注入口設(shè)計(jì)也將縮短循環(huán)時(shí)間。

如果采用冷流道係統(tǒng)，在熱空腔與冷流道之間設(shè)置有效的隔離溫度是十分重要的。如果分流道太熱，物料在注射前就開(kāi)始固化，而如果冷卻太快的話，它會(huì)從模具閥門(mén)區(qū)域吸收過(guò)多熱量，防礙固化的完成。閉合係統(tǒng)的閥門(mén)或是開(kāi)動(dòng)銷(xiāo)，一般設(shè)計(jì)為0.5－0.8mm之間，以保證銷(xiāo)和它周?chē)鲃?dòng)的物料的活動(dòng)空間。而開(kāi)口係統(tǒng)中，噴嘴和閥門(mén)通常要小一些（0.2－0.5mm），這樣可以較好的控製流量。

對(duì)於低粘度的LSR來(lái)講，若是通過(guò)傳統(tǒng)注入口注入物料，例如潛伏式閥門(mén)或是錐形閥門(mén)，那麼喂料直徑要略小些。（注入口直徑通常在0.2－0.5mm之間。）

脫模

除非是較特殊的配方，一般固化LSR容易粘在金屬表麵上，這給脫模帶來(lái)了一定的困難。雖然如此，目前LSR橡膠的熱撕裂強(qiáng)度還是能夠滿足脫模要求的，在脫模後基本冇有損失。應(yīng)用*為普遍的脫模技術(shù)設(shè)備，包括分餾柱塔板，推頂銷(xiāo)和空氣推頂。其他應(yīng)用較多的方法包括滾筒掃除機(jī)，排除塔，和機(jī)器人操作。

使用推頂係統(tǒng)時(shí)，必須使推頂係統(tǒng)保持在相近的公差範(fàn)圍內(nèi)。如果推頂銷(xiāo)和套管之間**過(guò)度，或是元件磨損時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)引起部件毛邊的出現(xiàn)。反錐形或蘑菇形推頂器的接觸壓比較大，可增進(jìn)係統(tǒng)的密閉性，因而功效很強(qiáng)。

模具材料

一般情況下，護(hù)圈板都是采用非合金加工鋼（no. 1.1730, DIN codeC45W）來(lái)製造的。由於模板要暴露在170℃－210℃的高溫下，所以應(yīng)該采用預(yù)回火的鋼材（no.
1.2312, DIN code 40 CrMnMoS 86）製造，以提高抗衝壓性能。具有空腔的模板*好采用耐溫性好的彈性熱鋼為材料。

針對(duì)像抗油品級(jí)這類(lèi)高填充LSR材料，推薦使用更強(qiáng)硬的材料，例如鍍鉻鋼和粉末金屬都在這一應(yīng)用上有了較大的發(fā)展（鋼no.1.2379,DIN code X 155 CrVMo 12I）。在為研磨性物料製作模具時(shí)，要注意使用特彆的插件或者其他可替換加工工具，這樣元件磨損後可以單獨(dú)替換，而不必更換整個(gè)模具。

模具空腔表麵的優(yōu)劣對(duì)部件的品質(zhì)有重要的影響，簡(jiǎn)單講，鑄好的部件會(huì)將模具空腔的原貌準(zhǔn)確的複製下來(lái)。拋光鋼對(duì)於透明部件顯得十分重要。表麵經(jīng)過(guò)處理的鈦/鎳鋼具有很高的抗磨損能力，而PTFE/鎳更加容易脫膜。LSR材料在某種程度上具有研磨特性，因而*好不要選擇鋁質(zhì)材料。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，選用*好的金屬材料，以便得到更好的相容性，同時(shí)便於由粗產(chǎn)品加工為*終產(chǎn)品。

溫度控製

LSR成型工藝中，典型的加熱方式是電加熱，通常采用電熱絲加熱器、加熱管或者加熱盤(pán)。LSR的一次型固化過(guò)程中，模具內(nèi)溫度的均勻分配是非常重要的。在大型模具中，*經(jīng)濟(jì)的加熱方法是“油溫控製法”。

用絕緣板包裹模具，也有助於減少熱損失。如果表麵溫度下降過(guò)快，會(huì)使物料的固化速度降低，不斷抑製部件的釋放，影響部件的品質(zhì)。加熱器與分模線之間保留一段距離，可以大大避免模板的彎曲與變形，但是會(huì)使鑄好的部件出現(xiàn)毛邊。

如果模具是為冷流道係統(tǒng)設(shè)計(jì)的，那麼在冷熱界麵上必須有適合的隔離，這是必不可少的。像3.7165（Ti Al6V4）這樣的鈦合金，相比其他鋼材料來(lái)說(shuō)，其熱導(dǎo)性能差，因此是冷熱隔離的良好材料。對(duì)於整體模具加熱體係，應(yīng)該在模具與模板之間放置絕緣層，把熱損失降低到*小。

模擬設(shè)計(jì)

LSR分流道係統(tǒng)中，LSR將均勻填充所有的模具空腔，在這樣的一個(gè)體係中，LSR分流道規(guī)劃的平衡顯得十分重要。采用電腦物流動(dòng)力學(xué)模擬軟件來(lái)設(shè)計(jì)分流道閥門(mén)和通風(fēng)口，可以幫助模具的改進(jìn)，避免反複試錯(cuò)法的高消耗。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以用填充研究來(lái)論證，但是，正確的模擬要求工程師對(duì)所注塑的LSR配方的機(jī)械反應(yīng)性能了如指掌。利用有限元分析法進(jìn)行部件設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，可忽略高應(yīng)力區(qū)。

小結(jié)

予以恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和規(guī)劃，LSR材料的注射成型是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)收益好，操作相對(duì)簡(jiǎn)潔的生產(chǎn)工藝。充分理解注射成型與流程設(shè)計(jì)的原則，製造者即可在避免出現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)，進(jìn)行高效生產(chǎn)，相信LSR出色的空腔填充性能和快速硫化特性，必將帶來(lái)高品質(zhì)、高產(chǎn)出的工業(yè)效應(yīng)。