液态硅橡胶模具设计七大要点(上)
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热固性液态硅橡胶注压模具的整体结构,和热塑性胶料所用的模具结构存在不少相似之处,但二者也有着诸多不容忽视的核心差异。液态硅橡胶胶料的粘度普遍偏低,即便在极低的注射压力下,也能在极短时间内完成充模,这就使得模具内部的排气系统设计变得至关重要,稍有疏忽便会引发制品缺陷。除此之外,液态硅橡胶在模内的状态变化规律也和热塑性胶料截然不同,它不会像热塑性胶料那样在冷却过程中发生模内收缩,反而会在受热阶段出现体积膨胀,待脱模后遇冷才会产生轻微收缩,这就导致成型完成的制品并不总会按照设计预期停留在凸模一侧,反而更容易滞留在表面积更大的模腔内部,给后续脱模工序带来不少额外的变数。
收缩率是液态硅橡胶模具设计过程中最先需要校准的核心参数。虽然胶料在模内硫化的全过程中都不会发生收缩,但在脱模取出并完全冷却后,制品通常会产生2.5%到3%的收缩量。具体的收缩数值在一定程度上由胶料本身的配方决定,但从模具设计的维度来看,收缩率还会受到多重外部因素的共同影响,包括模具的实际工作温度、胶料脱模时的自身温度,以及模腔内的保压压力和胶料后续的压缩状态。注射点的布置位置同样会改变收缩表现,胶料流动方向上的收缩率,通常会大于垂直于流动方向的收缩率。制品的外形尺寸也会对收缩率产生明显作用,厚度较大的制品,其整体收缩率反而会比薄壁制品更小,如果生产流程中包含二次硫化工序,制品还可能产生额外的收缩量。
分型线的位置确定,是液态硅橡胶注压模具设计初期就要敲定的关键步骤。模具的排气功能主要依靠设置在分型线上的排气槽实现,这些排气槽必须布置在胶料最后填充抵达的区域,这样才能最大程度避免制品内部残留气泡,同时减少胶料汇合位置的强度损失。由于液态硅橡胶的粘度极低,分型线的配合精度必须得到严格管控,否则就很容易出现溢胶问题,即便精度控制完全到位,最终成型的制品表面也常常能看到分型线的细微痕迹。脱模的顺畅程度,很大程度上由制品的几何结构和分型面的位置共同决定,如果在制品上设计出轻微的倒角结构,就能保证制品对目标半模的附着力保持均匀一致,避免脱模时出现意外粘模的情况。
排气设计直接关系到最终制品的外观品质和内部完整性。随着液态硅橡胶不断注入模腔,模具闭合时被封在内部的空气会逐步被压缩,随后在充模过程中顺着预先开设的排气槽顺利排出。如果空气无法完全从模腔内排出,就会滞留在胶料内部,最终在制品表面形成影响外观的白边缺陷。常规的排气槽宽度一般设置在1mm到3mm之间,深度严格控制在0.004mm到0.005mm的范围内。想要获得最佳的排气效果,还可以在模具内增加抽真空结构,通过在分型线上设计一圈密封垫圈,配合真空泵就能快速将所有模腔内部抽成真空状态,当真空度达到额定要求后,再让模具完全闭合,随即开始注压工序。部分注压设备支持在可变锁模力下运行,加工过程中可以先在较低锁模力下闭合模具,等模腔被液态硅橡胶填充90%到95%之后,再切换为高锁模力,这样既能让空气更顺畅地排出,又能避免硅橡胶受热膨胀后从分型面溢出形成溢胶。