由于LSR的粘度较低,即使在较低的注射压力下也能在注塑过程中更快地填充,但为了避免空气滞留,模具通风要求更为严格。一般来说,现代LSR快速硫化的循环时间更短(在某些情况下少于20秒)。为了充分利用这一特性,加工机械、注塑机和部件传输系统必须作为一个高度集成的整体协同工作。

冷流道成型
现代冷流道系统充分利用了LSR的剪切稀化特性,真正实现了无废料、无毛刺成型。在过去的三到五年里,冷流道成型在制造业中迅速占据主导地位,从而提高了橡胶产品的产量,减少了废料,并降低了劳动力成本。
LSR 不会像热塑性塑料那样在模具中收缩。但是,由于其膨胀系数较高,它在加热时会膨胀,在冷却时只会稍微收缩。因此,零件通常无法在模具中保持准确的侧边距,除非在具有较大表面积的腔体中。
与热流道成型类似,在冷流道加工中,热固性LSR应保持较低的温度和流动性,以确保不损失材料。这种加工方法最适合在干净的室内环境中生产类似尺寸和结构的大批量部件。理想的模式是在人为影响最小的设备中全天候运行,并逐渐增加操作周期(天或周)。
目前使用的冷流道设备有两种基本类型,即封闭系统和开放式系统,它们各有优缺点。在注射循环中,封闭系统使用各管路中的“执行器销”或“针阀”来控制LSR橡胶的流量。开放式系统使用“收缩喷嘴”和阀门根据注射压力来控制材料的流量。
与开放系统相比,封闭系统最典型的特点是在较低的注射压力下进行注塑成型。设备中可调节的“节流阀”可以对不平衡的导流通道和材料不同的剪切稀化性质进行微调。缺点是对于某些给定尺寸的零件和模具,设备需要做额外的调整。
开放系统利用喷嘴或阀门的高剪切速率,在注射压力降低时切断流动。一般来说,开放系统的模腔填充时间比封闭系统略短。开放系统的分流通道和喷嘴较小,因此模腔密度较高。分流通道需要自然平衡和材料本身流变性能的严格匹配。由于开放系统的流道尺寸较小,通常不使用可调节的“节流阀”。可以使用普通阀门来很好地控制流量并获得最佳压力点。
分型线
在设计液态硅橡胶注塑模具时,首先要考虑的是分型线的位置,因为分型线内部需要设置一些通道来完成通风任务。通风孔必须设置在注射材料最终到达的模具末端。德标机械提醒:提前考虑以上因素将有助于避免熔接缝处空气夹带和强度损失。
由于 LSR 的粘度较低,分模线必须准确以避免出现溢料。尽管如此,分模线在最终产品上仍然清晰可见。零件的几何形状和分模线的位置也会影响脱模过程。在零件设计中,轻微的底切有助于确保成型零件和模腔之间的牢固结合。
收缩
液体硅橡胶在注塑过程中虽然不收缩,但其热膨胀系数较大,所以脱模冷却后一般会收缩2%-3%。确切的收缩数据主要取决于材料配方,但从加工角度来说,如果设计人员在构思时提前考虑一些影响收缩的因素,最终的收缩情况就会发生变化。这些因素主要有加工温度、材料脱模温度、型腔压力等。
另外需要考虑的是注射口的位置,因为材料在流动方向上的收缩通常比垂直方向的收缩更明显。另外,部件的尺寸也是一个影响因素。一般来说,部件越厚,收缩就越小。如果实际应用中需要后硫化,还应考虑额外0.5%-0.7%的收缩。
通风
当模具型腔闭合时,空气被困在里面。随着LSR的注射,空气首先被挤出,然后逐渐被填料驱赶出型腔。由于LSR的粘度低,型腔很快就被填满。在快速填充过程中,如果空气不能被完全驱赶出型腔,就会被夹带在硫化材料中(通常表现为零件周边出现白边或内部光滑的小气泡)。典型的通风管宽度为1-3mm,深度为0.004-0.005mm,已在生产中成功使用。
去除型腔内滞留空气的最佳方法是在每个注塑周期内使用真空抽气。即在设计分型线时,确保模具密封,真空泵通过模具开关下方的夹具对所有型腔进行抽真空。一旦真空达到预期标准,立即关闭模具并开始注射。
另一种成功的应用方法是利用锁模力驱除空气。制造商在锁模力较低时将LSR填充至模腔的90%-95%,然后将锁模力调整至较高水平,同时避免液体硅橡胶溢流堆积并产生毛刺。
注射口
一种合适的加工设计很难实现,即使阀迹线小而坚固,并使阀位置难以检测。但是,如果将阀设置在非关键区域或内表面上,则可以避免很多麻烦。例如,如上所述,使用冷流道系统进行LSR材料的注塑成型可以省去消除注射口迹线的需要,从而避免了劳动密集型的生产过程和大量的材料浪费。在许多情况下,没有注射口的设计也会缩短周期时间。
如果采用冷流道系统,在热型腔和冷流道之间设定有效的隔离温度非常重要。如果流道太热,材料在注射前就会开始凝固,如果冷却得太快,则会从模具阀门区域吸收过多的热量,阻碍凝固的完成。封闭系统的阀门或执行销一般设计在0.5-0.8mm之间,以保证销的运动空间和在其周围流动的材料。在开放系统中,喷嘴和阀门通常较小(0.2-0.5mm),这样可以更好地控制流量。
对于低粘度的LSR,如果通过传统的注射口,如潜水阀或锥形阀注射材料,进料直径应该略小一些。(注射口直径通常在0.2-0.5mm之间。)
脱模
除非是特殊配方,一般固化后的LSR容易粘附在金属表面,给脱模带来一定的困难。尽管如此,LSR橡胶的热撕裂强度仍然可以满足脱模要求2312钢材,脱模后基本没有损失。最常用的脱模技术设备包括分馏塔板、顶出销和空气顶出器。其他常用的方法还有滚筒清扫器、脱模塔和机器人操作。
使用顶出系统时,重要的是保持顶出系统的公差很小。顶针和套筒之间的间隙过大或部件磨损过大都会导致部件上出现毛刺。倒锥形或蘑菇形顶出器具有较高的接触压力,可以提高系统的密封性,因此非常有效。
模具材料
挡圈板一般采用非合金加工钢(编号1.1730,DIN代号C45W)制成。由于模板暴露在170℃-210℃的高温下,应采用预回火钢(编号1.23122312钢材,DIN代号40 8 6)制成,以提高抗冲压性能。带有腔体的模板最好采用耐温性好的弹性热钢制成。
对于高填充 LSR 材料(如耐油等级),建议使用更坚固的材料,例如镀铬钢和粉末金属,这些材料已为此应用开发(钢号 1.2379,DIN 代码 X 155 CrVMo 12 I)。在制造用于磨料材料的模具时,请注意使用特殊的镶件或其他可更换的加工工具,以便在磨损后可以单独更换组件,而无需更换整个模具。
模腔表面的质量对零件的质量有显著的影响。简单地说,铸造的零件会准确地复制模腔的原始外观。抛光钢对于透明零件非常重要。表面处理的钛/镍钢具有较高的耐磨性,而PTFE/镍则更容易脱模。LSR材料在一定程度上具有磨蚀性,因此最好不要选择铝材料。在经济条件允许的情况下,选择最佳的金属材料以获得更好的兼容性,并且易于从毛坯产品加工成最终产品。
温度控制
在LSR成型工艺中,典型的加热方式为电加热,通常采用电热丝加热器、加热管或加热板。在LSR一步固化过程中,模具内温度的均匀分布非常重要。在大型模具中,最经济的加热方式为“油控温法”。
用绝缘片包裹模具也有助于减少热量损失。如果表面温度下降过快,材料的凝固速度就会减慢,从而继续抑制部件的脱模,影响部件的质量。保持加热器与分型线之间的距离可以大大避免模具弯曲变形,但会导致铸件上出现毛刺。
如果模具设计用于冷流道系统,则必须在热冷界面处进行适当的隔离。与其他钢材料相比,3.7165(Ti Al 6V4)等钛合金的导热性较差,因此是冷热隔离的良好材料。对于整体模具加热系统,应在模具和模板之间放置绝缘层,以最大限度地减少热量损失。
模拟设计
在LSR流道系统中,LSR会均匀地填充所有模具型腔。在这样的系统中,LSR流道规划的平衡性非常重要。使用计算机物流动力学模拟软件设计流道阀门和排气口有助于改进模具,避免反复试验的高消耗。实验结果可以通过填充研究来证明,但正确的模拟需要工程师对正在注射的LSR配方的机械响应特性有透彻的了解。使用有限元分析设计部件的实验可以忽略高应力区域。
概括
只要设计规划得当,LSR材料注塑成型是一种经济效益好、操作相对简单的生产工艺。充分了解注塑成型原理与工艺设计,制造商便可在进行高效生产的同时避免问题。相信LSR优异的模腔填充性能与快速硫化特性必将带来优质高产的工业效果。


