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                  液体硅橡胶(LSR)注射成型工艺的设计
                  发布日期:2018-07-23 阅读数:363

                    在过去的三到五年里,热固性液体硅橡胶(LSR)的注塑技术得到了快速的发展。LSR的注塑设计与刚性工程热塑料有着重要的差别,这主要是因为这两种橡胶的物理性质,如低粘度,流变学性质(快速固化),剪切变稀性质,以及较高的热膨胀系数等区别较大。    
                          由于LSR的粘度?#31995;停?#22240;此它在注射成型过程中,即使在注射压力?#31995;?#30340;情况下,填充流速?#37096;?#20197;较快,但是为了避免空气滞留,?#38405;?#20855;通风的要求更加严格。总的?#27492;擔?#29616;代LSR的快速硫化的循环时间更短(某些情况下循环时间不到20秒),为了充分利用这一特性,加工机械、注射成型机以及部件转移系统等必须相互配合,作为一个高度集成的整体运作。   
                          冷流道成型   
                          现代冷流道体系充分利用了LSR剪切变稀的性质,真正达到了无浪费,无毛边成型。在过去的三到五年里,冷流道模塑在制造业中的优势地位急速上升,并导致橡胶产品的产量增加、废品减少、劳动成本降低等良好的势头。   
                          LSR不会在模具中收缩,这一点和热塑性塑料类似。但是由于膨胀系数较高,加热时会发生膨胀,冷却时却仅有微小的收缩。因此,部件通常不能在模具中保持准确的侧边距,只有在表面积较大的空腔中才可以保持。   
                          与热流道模塑相似,在冷流道加工中,热固LSR应保持?#31995;?#28201;度和可流动性,以确保没有物料的损失。这种加工方法最适用于在清洁的室内环境中生产大小、结构相似的大体积部件。理想模型是在人为因素影响最小的设备中昼夜不停的运转,并逐步增大运转周期(日或周)。   
                          目前所用的冷流道设备有两种基本类型,即闭合系统和开放系?#24120;?#23427;们各有优缺点。注射循环中,闭合系统在每一个管道中都采用“开动销”或“针形阀”来控制LSR橡胶的 流量。而开口系统则根据注射压力的大小,利用“收缩嘴”?#22836;?#38376;来控制物料的流量。   
                          与开口系统相比较,闭合系统最典型的特点是在?#31995;?#30340;注射压力下进行注塑。设备中可调控的“节流口”可以对不?#33014;?#30340;分流道以及物料的不同剪切变稀性能进行微调。缺点是?#38405;?#20123;给定大小的部件和模具,设备需作额外的调整。   
                         开放系统利用通过喷嘴或者阀门的高剪切速率,在注射压力降低时,进行截流。一般情况下,开放系统的空腔填充时间要比闭合系?#25104;?#24494;短一些。开放系统由于分流道和喷嘴较小,空腔密度较高。分流道则要求自然?#33014;猓?#24182;与物料本身的流变性能严格匹配。因为开放系统的流道尺寸较小,所以通常不用可调“节流口”,只需?#32960;?#38400;门就可以很好的控制流量,并获得最佳的压力点。   
                         分模线   
                        设计液体硅橡胶注射成型模具时,首先要考虑分模线的位置,因为分模线内部需设置一些通道,利用这些通道完成通风任务,通风孔必须设置在注射物料最后到达的模具末端。预先考虑以上因素,有助于避免空气的夹带和焊接线边缝强度的失。
                         由于LSR的粘度低,所以必须确保分模型线的精确度,避免出现毛边。虽然如此,最终产品上的分模线清晰可见。部件的几何形状?#22836;?#27169;线的位?#27809;?#20250;影响脱膜过程。在部件设计中,轻微的根切有助于确保被塑部件与模具空腔之间坚固的结合在一起。   
                         收缩   
                         虽然液体硅橡胶在注射成型过程中没有收缩,但是由于硅橡胶具有较高的热膨胀系数,因而在脱膜、冷却后通常会有2%-3%的收缩。确切的收缩数据主要取决于物料配方,但是从加工的观点来看,设计者如果在构思的时候,预先对影响收缩的一些因素有所考虑的话,最后的收缩情况会有所变化,这些因素主要包括加工的温度,物料脱膜的温度,空腔压力等。   
                          另外要考虑的是注入口的位置,因为通常物料在流动?#36739;?#19978;的收缩要比其垂直?#36739;?#30340;收缩来得明显些。另外,部件的尺寸也是一个影响因素,一般?#27492;擔?#37096;件?#33014;瘢?#25910;缩越小如果在?#23548;?#24212;用中要求二次硫化,则还要考虑额外增加0.5%-0.7%的收缩。   
                          通风   
                          当模具空腔关闭时,空气滞留在内,随着LSR的注射,空气首?#32570;?#25380;压,接着逐渐被填料赶出空腔,由于LSR的粘度?#31995;停?#31354;腔很快被填充。在快速填料过程中,如果空气不能完全被赶出空腔,将会夹带在硫化后的物料中(通常表现为沿部件周边一圈白边或是内部光滑的小气泡)。典型的通气管道宽1-3mm,深0.004-0.005mm,现已成功应用于生产中。   
                          排除空腔滞留空气的最佳方法,是在每一个注射成型循环中,采用抽真空的办法将空腔中滞留空气赶走。就是说,在设计分模线时确保模具密闭,真空泵通过模具开关下面的夹具将所有空腔抽真空。一旦真空度达到预想标?#23478;?#27714;,立刻关闭模具,开始注射。   
                          还有一种成功应用的方法是,利用调节夹具力度达到赶走空气的目的。制造者在夹具力?#31995;?#26102;LSR填充至空腔的90%-95%,之后再将夹具力度调高,同时避免积压液体硅橡胶溢出,产生毛边。   
                         注入口   
                         一个合适的加工设计,既希望阀门的痕迹小而坚固,又希望阀门的位置不易察觉,这是非常困难的。但是如果将阀门设置在非临界区域或内表面上,就可以避免很多麻?#24120;?#20363;如前面提到的,利用冷流道系统进行LSR材料的注射成型就可以省去注入口痕迹的消除,从而避免了劳动集约型的生产过程和大量物料的浪费。很多情况下,无注入口设计也将缩短循环时间。   
                         如果采用冷流道系?#24120;?#22312;热空腔与冷流道之间设置有效的隔离温度是十分重要的。如果分流道太热,物料在注射前就开始固化,而如果冷却太快的话,它会从模具阀门区域吸收过多热量,防碍固化的完成。闭合系统的阀门或是开动销,一般设计为0.5-0.8mm之间,以保证销和它周围流动的物料的活动空间。而开口系统中,喷嘴?#22836;?#38376;通常要小一些(0.2-0.5mm),这样可以较好的控制流量。
                         对于低粘度的LSR来讲,若是通过传统注入口注入物料,例如潜伏式阀门或是锥形阀门,那?#27425;?#26009;?#26412;?#35201;略小些。(注入口?#26412;?#36890;常在0.2-0.5mm之间。)   
                         脱模   
                         除非是较特殊的配方,一般固化LSR容易粘在金属表面上,这给脱模带来了一定的困难。虽然如此,目前LSR橡胶的热撕裂强度还是能够满足脱模要求的,在脱模后基本没有损失。应用最为普遍的脱模技术设备,包括分馏柱塔板,推顶销和空气推顶。其他应用较多的方法包括滚?#37319;?#38500;机,排除塔,和机器人操作。   
                  使用推顶系统时,必须使推顶系统保持在相近的公差范围内。如果推顶销和套管之间清除过度,或是元件磨损时间过长,都会引起部件毛边的出现。反锥?#20301;?#34321;菇形推顶器的接触压比较大,可增进系统的密闭性,因而功效很强。   
                        模具材料   
                        一般情况下,护圈板都是采用非合金加工钢(no. 1.1730, DIN code C45W)来制造的。由于模板要暴露在170℃-210℃的高温下,所以应该采用预回火的钢?#27169;╪o.  
                  1.2312, DIN code 40 CrMnMoS 8 6)制造,以提高抗冲压性能。具有空腔的模板最好采用耐温性好的弹性热钢为材料。   
                         针对像抗油品级这类高填充LSR材料,推荐使用更强硬的材料,例如镀铬钢?#22836;?#26411;金属都在这一应用上有了较大的发展(钢no.1.2379, DIN code X 155 CrVMo 12 I)。在为研磨性物料制作模具时,要注意使用特别的插件或者其他可替换加工工具,这样元件磨损后可以单独替换,而不必更换整个模具。   
                         模具空腔表面的优劣对部件的品质有重要的影响,简单讲,铸好的部件会将模具空腔的原貌准确的复制下来。抛光钢对于透明部件显得十分重要。表面经过处理的钛/镍钢具有很高的抗磨损能力,而PTFE/镍更加容易脱膜。LSR材料在某种程度上具有研磨特性,因而最好不要选择铝质材料。在经济条件允许的情况下,选用最好的金属材料,以便得到更好的相容性,同时便于由粗产品加工为最终产品。   
                         温度控制   
                         LSR成型工艺中,典型的加热方式是电加热,通常采用电热丝加热器、加热管或者加热盘。LSR的一次型固化过程中,模具内温度的均匀分配是非常重要的。在大型模具中,最经济的加热方法是“油温控?#21697;?rdquo;。   
                         用绝缘板包裹模具,也有助于减少热损失。如果表面温度下降过快,会使物料的固化速度降低,不断抑制部件的?#22836;牛?#24433;响部件的品质。加热器与分模线之间保留一段距离,可以大大避免模板的弯曲与变形,但是会使铸好的部件出现毛边。   
                         如果模具是为冷流道系?#25104;?#35745;的,那么在冷热界面上必须有适合的隔离,这是必不可少的。像3.7165(Ti Al 6V4)这样的钛合金,相比其他钢材料?#27492;擔?#20854;热导性能差,因此是冷热隔离的良好材料。对于整体模具加热体系,应该在模具与模板之间放置绝缘层,把热损失降低到最小。   
                         模拟设计   
                         LSR分流道系统中,LSR将均匀填充所有的模具空腔,在这样的一个体系中,LSR分流道规划的?#33014;?#26174;得十分重要。采用电脑物流动力学模拟软件来设计分流道阀门和通风口,可以帮助模具的改进,避免反复试错法的高消耗。其实验结果可以用填充研究来论证,但是,正确的模拟要求工程师对所注塑的LSR配方的机械反应性能了如?#21018;啤?#21033;用有限元分析法进行部件设计的实验,可忽略高应力区。   
                         小结   
                          予以恰当的设计和规划,LSR材料的注射成型是一项经济收益好,操作相对简洁的生产工艺。充分理解注射成型与流程设计的原则,制造者即可在避免出现问题的同时,进行高效生产,相信LSR出色的空腔填充性能和快速硫化特性,必将带来高品质、高产出的工业效应。

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