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采用矽膠模具製造塑料原型

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采用矽膠模具製造塑料原型

發布日期:2018-05-26 作者: 點擊:

矽膠模具

隨著全球經濟競爭的日益激烈,出現添加法製作工藝也是其必然的發展趨勢。現在原型製造工藝中采用了一種物美價廉的生產方法,即采用矽膠模具澆鑄尿烷塑料零件。今天的尿烷塑料以及從前幾年開始的模具製造技術,為原型製造奠定了應有的基礎。本文就目前應用的技術做了一個簡單的介紹。這種技術采用了5步複製工藝,利用矽膠模具澆鑄優質的尿烷塑料零件。 

創建母模 

複製工藝的第一步是創建母模。在過去,母模是在粘土、木材或塑料模型車間製造的。今天,香蕉视频官网app可以采用添加快速原型製造(RP)技術,幫助創建母模。這些技術包括立體平版印刷技術、采用3D係統的選擇性激光燒結技術、采用Stratasys的熔合沉積法造型技術、利用物體幾何形狀的PolyJet技術、來自Z公司的3DP技術以及采用CNC數控機床加工生產的母模。

傳統的疊箱鑄模,從圖中可以看到尿烷塑料鑄件仍留在模具內。 

當香蕉视频官网地扯采用手工澆鑄尿烷塑料時,一般采用疊箱鑄模

在母模的創建過程中,除了采用CNC數控機床加工的特例以外,快速原型製造技術還采用了一種層壓加工技術。為了保證聚氨酯注塑件的質量,在大部分情況下,該零件還需要進一步的精加工處理。所謂的精加工處理,一般采用砂紙打磨、填充和油漆處理,以達到均勻光滑的表麵或所需的特定效果。

由二合一模具澆鑄的尿烷塑料鑄件

設計模具 

1.設置 

在製造模具前,首先應考慮模具的通氣孔和澆鑄口。通氣孔和澆鑄口的成型必須能夠控製注入到模具中的尿烷流量。特定模具所要求的澆鑄口尺寸和位置取決於母模的容積和形狀,容積越大,澆鑄口的麵積也越大。此外,還包括其他一些因素,例如母模的壁厚、澆鑄複合熔液的粘度及其適用期限。 

為了防止模具移位,模具的定位器對模具兩個部分的精密較準是非常重要的,隻有定位準確才能保證生產出精密的零件。在模具上添加定位器可采用幾種不同的方法。最簡單的方法是,在模具的第一麵上切割一個槽口。當模具的另一麵澆鑄時,就會形成一個相反的壓印。模具的定位器可以在建立模具第一麵的結構時放入。凝固後,將這些定位器移走,然後澆鑄模具的第二麵。 

2.矽橡膠的選用 

快速原型製造和模具製造使用的矽橡膠可通過兩種方式配置:添加固化(鉑基)和濃縮固化(錫基)。添加固化矽的特性包括: 

(1)在室溫條件下固化時,實際上不發生收縮現象; 

(2)通過加熱可以加速固化; 

(3)具有更好的耐化學特性; 

(4)一般采用較高的硬度,以保持內壁的完整性。 

濃縮固化矽的一些特性包括: 

(1)突出的抗抑製特性; 

(2)可采用催化劑基礎混合比調節固化率; 

(3)對單級疊箱鑄模具有極好的性能; 

(4)在複雜零件的脫模過程中,采用較低的硬度以滿足靈活性的需要。 

矽橡膠還具有承受390~590 F澆鑄溫度的能力。 

在選用矽橡膠時,應將矽橡膠的抗抑製性能作為一項主要的指標來考慮。矽橡膠的抑製性是由成型母模中或母模上的某些汙染物造成的。這些汙染物會削弱或終止矽橡膠固化時所必要的交叉耦合作用,影響母模的粘著性或使模具整體缺乏固化特性。 

目前發現,造成抑製性的材料主要有含硫的製模粘土、天然橡膠、arnincs材料、氯丁橡膠、未密封的木材,以及來自紙杯包裝的石蠟。如有疑問,建議采用皮膚接觸式試驗進行鑒定。如果橡膠發粘或在推薦的硫化時間過去後仍未全部固化,那麽就會產生抑製現象。 

為了防止發生抑製性問題,標準的做法是采用阻隔塗層。阻隔塗層實際上是一種塗料,噴塗在母模上,防止抑製性物質與未硫化的橡膠接觸。能讓人們接受的塗料可以是聚乙烯醇、丙烯酸噴塗層或底漆。

SLA母模由經驗豐富的模具製造工人進行進一步的精加工。 

然後創建矽膠模具和澆鑄尿烷塑料零件(詳見圖中黑色的尿烷塑料件)

製造模具 

在母模製成以後就可動手製造矽膠模具了。矽橡膠的最重要特性是複製精度。矽橡膠之所以廣泛地為人們所熟知,是因為其極高程度的複製性能。而且矽橡膠還具有很高的靈活性,可采用不同的方式製造模具。 

1.疊箱鑄模 

其中有一種類型的模具稱作單級模具或疊箱鑄模。這類模具要求原型製作工人將母模懸掛在模具箱內。然後用矽橡膠填充零件的周圍,直至模具箱裝滿。當橡膠固化以後,可用刀子將模具切割成兩半。采用這種方法切割模具可使模具形成一條分型線,再加上波紋,可保證模具的兩半合攏時完全對準。這是製造矽膠模具最迅速、成本效益最好的一種方法。 

2.二合一模具 

多級模具或二合一模具更是一種勞動密集型產品,其製造要比單級模具付出更多的勞動,但因其有分型線,更易於控製,模具有更好的穩定性,適於澆鑄大型零件。多級模具的製造采用粘土造型,模具的兩半之間有分型線。然後製作一個模具型箱,母模的一半采用矽橡膠填充覆蓋。待第一次注入的矽橡膠固化以後,將模具翻過來,清除造型粘土,再將矽橡膠模從箱框中起出。箱框可以替換,然後澆鑄模具的另一半,並等待其固化(見圖2)。 

3.表皮式鑄模 

表皮式鑄模或粉刷成型技術用於極大型的零件,這種零件一般帶有較深的切口或較高的立壁,或兩者兼有。在製作這類模具時,模具製造商在開始時先采用矽橡膠和催化劑混合物預塗層。這種塗層應采用澆鑄法在母模上澆鑄或粉刷。如果在塗鑄過程中,塗層表麵出現氣泡,可用空氣噴吹法和用手工將氣泡清除。待預塗層粘結以後,再在上麵均勻地塗上一層矽橡膠。這種“塗抹”技術需連續不斷地進行,直至其塗層厚度達到3/8in(1in=25.4mm)為止。增加塗層數量有助於提高其抗撕裂性能。待矽橡膠固化以後,再製造一個模具型箱,並在表皮式鑄模的周圍用石膏材料或尿烷泡沫材料支撐加固。 

4.配料和除氣 

當原型製造商一旦確定製造哪種類型的模具,采用哪種矽橡膠時,就到了準備模具製造用的矽橡膠材料的時候了。必須按照生產廠的指示和正確的配比,精確地稱出兩種材料的重量(矽基和催化劑)。 

配料使用的塑料容器應比原料的體積大4~5倍,隻有這樣才能使原材料在真空除氣時有足夠的膨脹餘地。在不使用自動配料設備的時候,建議對所有的矽橡膠采用真空除氣的方法。 

采用這種工藝的目的是為了清除在材料混合中產生的氣泡,以免影響表麵形狀的複製。而且接近母模的氣泡會在這裏形成一個空洞。當澆鑄材料時(注入尿烷時),將會在複製件上出現突出的部分,給清理工藝和清除飛邊增加時間。混合材料在鍾形容器內或真空室內的除氣需采用29in汞柱的壓力將其內部抽真空。在采用這種工藝時,液體將會產生泡沫,並大量地上升到表麵。最後材料中的氣泡被真空清除,膨脹的材料恢複到原來的水平。 

這是模具生產中非常重要的一個工藝步驟,隻需幾分鍾的時間,但花費這些時間是很值得的。然後將熔融的材料從真空室中取出來,並將其注入到模具箱框內。首先從最低點注入,讓矽橡膠沿著母模周圍流動。不要將矽橡膠直接澆鑄到母模上。因為這樣做可能會導致波浪效應,使潛在的空氣跑入到矽橡膠內。澆鑄應繼續進行,直至矽橡膠達到模具型箱的頂部或至少超過母模1in。然後將模具擱置在一旁,並根據生產廠的指示將其固化。待模具固化以後,將模具的兩半分離,或將疊箱鑄模切割分離,建立分型線,然後將母模取出。此時,模具已準備就緒,等待澆鑄尿烷塑料熔液。 

澆鑄尿烷塑料件 

1.選用 

矽膠模具的普及促使尿烷生產廠開始用這種模具生產各種尿烷塑料件。這類材料的規格範圍從肖氏硬度10A~85D,其持續加壓時間為45~60s,脫模時間為5min。其餘尿烷塑料的操作溫度為225~300 F。 

考慮選用的因素應該包括:硬度(硬度計測定)、抗拉強度、衝擊強度、延伸率、熱偏離溫度和清晰度。所有的尿烷生產廠都提供了詳細的規格表,協助顧客選購其產品。 

2.澆鑄 

在開始澆鑄工藝前,先在模具的每一個麵上噴塗和粉刷一層脫模劑。然後將模具合攏,並用緊固帶、橡膠帶或通過木質框架用螺絲固定模具的兩個部分。由於大部分的尿烷係材料由樹脂和硬化劑組成,因此必須小心地在容器中將這兩種材料攪拌均勻,其外表很像矽橡膠。在除氣工藝過程中,應讓其膨脹,但速度不要太快。然後將混合物放入到真空室,並開始除氣。在這個過程中,材料將再一次發泡並上浮。在氣泡清除後,材料的體積恢複到原來的水平。將尿烷熔液以較小的流量注入到模具的澆口之中。澆鑄過程一直進行到澆口注滿為止,尿烷熔液通過通氣孔溢出。 

在這一點上應該注意,建議二次放入真空室時,不要讓任何空氣混入。如果沒有真空室,可以將模具放到壓力罐中,並在80~110psi壓力下固化,直至尿烷達到膠凝時間為止。采用壓力室可將任何氣泡或空洞壓縮到極其微小的尺寸,隻有這樣才能生產出無空穴和氣泡的零件。 

為了加速固化工藝,允許將模具放入到加熱爐內加熱固化。當固化工藝完成之後,將模具的兩半分開,並將複製件脫模取出。重複這一工藝就可澆鑄生產出更多的零件了。采用這一工藝在矽膠模具內澆鑄,大約可生產20個零件。然而,根據零件的不同複雜程度,其生產量保持在這個數量範圍之內(見圖3)。 

3.注塑成型法 

正如前麵所提到的那樣,尿烷生產廠已經開發了名為“快速澆鑄”或“快速定型”的尿烷塑料。這些特殊的尿烷材料,膠凝時間為40~60s,脫模時間隻需5min。其另外一個優點是具有較高的熱偏離溫度,使模具使用壽命提高。采用這類尿烷材料,原型製造商每天可以澆鑄生產15~30個零件,從而使總體產量達到幾百個零件。 

澆鑄這些零件的方法基本上與疊箱鑄模技術相同。其區別在於增加了一個額外的澆口,可使模具的型腔從底部到頂部注滿。當模具一旦切割成兩半以後,需要在模具的每個麵都噴塗上一層脫模劑,然後用緊固帶、膠帶、卡釘或夾緊裝置固定。 

下一步是將尿烷材料放入到一個容器內,在容器內有兩個獨立的圓筒,分別裝有樹脂和硬化劑。然後將該容器放入到類似於填縫槍的噴射槍內,采用手工或空氣壓力進行操作。精心製作的噴液係統可從市場上購置,包括其可變的混合比例、線路加熱器,或按照要求專門製作。在容器的一端附加一個靜態混合噴嘴,這樣樹脂和硬化劑可徹底混合。在低壓條件下,尿烷熔液被注入到模具之中,直至其從通風口溢出。模具被放入到一個壓力箱內,協助清除材料中所含的氣泡。大約需要5min就可以準備打開模具了。 

對尿烷塑料件進行精加工 

零件複製的最後階段是對零件的精加工。加工原型零件的方法是:首先切除澆口、通風口和零件上可能出現的飛邊。用細銼和砂紙打磨粗糙的表麵,使其變得光滑。如果發現零件上有空洞,可用精細的點補工具和混合尿烷材料填補空洞。待材料固化以後,用鋼銼或細粒砂紙打磨多餘的材料。


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