硅橡胶模具的设计与制作【文献综述】

毕业设计开题报告

机械设计制造及自动化

硅橡胶模具的设计与制作

1前言

仪器仪表、通讯产品、家用电器、光学器材、办公用具、汽车零件、玩具等行业的产品大量应用塑料制作外形壳体，不仅几何造型复杂，而目其内壁常因安装零部件的关系而对尺寸与形位精度要求很高。因此，新产品图纸设计好后，一般要验证设计图纸的正确性，同时又希望制造出数十至数白件样品，以满足新产品设计定型的要求。此时就有这样一些问题: （1）面对形状复杂、尺寸较大、精度较高的塑料件图纸，在未验证其正确性之前，立即制造金属模具，设计师往往担心在模具制造完毕后再作修改将致使新模具遭到损坏，较大的修改甚至造成模具的报废。

（2）由于金属模具的制造周期长，所以直接影响新产品的开发速度。过去曾使用锌合金模、铍铜合金模作为试样模具，与钢模相比虽然加工要方便些，成本也低，便于修改，但机械加工量相差不多，还不理想。

在20世纪60年代研制成功的液体硅橡胶材料具有优异的仿真性、脱模性和极低的收缩率，并具有加工成型方便以及耐热老化等特点，因此成为一种优良的模具材料。许多加工成型工艺纷纷采用液体硅橡胶材料来制造工作模具，以代替金属或其它材料制造的模具。日前硅橡胶模具己广泛应用于高频压花制革制鞋、文物复制、塑料成型、精密铸造、机械测绘以及石膏、蜡、低熔点合金的成型等领域，并取得了明显的技术经济效果[1]。

2主题

1硅橡胶模具制造技术

80年代末问世的快速原形技术(Rapid Prototyping)带来了传统加工模式的革命,它与快速制模技术(Rapid Tooling)的结合,实现了小批量产品的快速制造,这就是快速成形制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)[2]。模具硅橡胶是一种在RPM技术中得到广泛使用的快速制模材料,其骨架材料是端羟基聚二甲基硅氧烷,在催化剂(一般为有机锡)

的存在下,它可在室温下与三官能以上的交联剂(一般为硅酸酯)发生缩合反应,硫化成具有一定机械强度的硅橡胶。硅橡胶不但可以在-50～350℃的宽温度范围内使用,而且具备一种天然的脱模性,与其他材料不容易粘接[3]。作为一种柔性模具,硅橡胶在RTM中也有一定应用[4～6]。与传统模具相比,硅橡胶模具具有加工周期短、造价低、精度高、更容易脱模(不需考虑拔模斜度)等优点,但也存在强度低、翻模次数少、容易收缩等缺点。

硅橡胶模具制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅橡胶模具具有良好的柔性和弹性，能制造结构复杂、花纹精细、无拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，制造周期短，制件质量高而备受关注。由于零件形状尺寸不同，对硅橡胶模具的强度大小要求也不同，因而制模方法也不一样。

目前，制模用硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分缩合型和加成型两类，缩合型模具硅橡胶的主要组分包括：端基和部分侧基为羟基的聚硅氧烷（生胶）、填料、交胶剂和硫化促进剂。加成型硅橡胶的主要组分包括：端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷（生胶）、含氢硅油（交联剂）、铂触媒（催化剂）、白炭黑（填料）。由于硅橡胶模具具有很好的弹性，对凸凹部分浇注成型后也可直接取出，这便是它的独特之处，目前用硅橡胶制造的弹性模具已用于代替金属模具生产蜡模、石膏模、陶瓷模、塑料件，及低熔点合金如铅、锌以及铅合金零件，并在轻工、塑料、食品和仿古青铜器等行业的应用不断扩大，对产品的更新换代起到不可估量的应用，利用硅橡胶制造模具可以更好地发挥原型快速制模技术的优势[7]。

2硅橡胶模具的特性

2.1硅橡胶模具的优点

硅橡胶模具是快速模具中一种最常见的快速模具，它可以作为试制用模具，也可以用于制作快速过渡模或快速、少批量生产塑料件的用模，它具有如下优点[8～9]：（1）制作周期短。利用快速成形件或零件原型，在几天内能提供硅橡胶模和软模成形的双组份聚氨脂塑料件。与传统金属模注塑原型工艺相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨脂原型，能缩短90%的开发周期。

（2）制造成本低。与CNC机加工的金属模相比，硅胶软模的制作费用低得多，一般只有金属模的几分之一。

（3）弹性好，工件易于脱模。在传统的金属模中，通常需要设置脱模斜度，对于有小

凹槽的工件还必须设置活块，以便工件成形后顺利脱模。用硅胶模成形工件时，由于硅橡模具有足够的弹性，模具制作时，不必考虑脱模斜度和为一些小凹槽而设置的活块，从而大大简化模具的设计与制造。

（4）复印性能好。硅橡胶具有良好的复印性能，能很好地再现母模上的细微特征，基本不会损失尺寸精度。

（5）在真空注形机中室温条件下可以浇注高性能的聚氨脂塑料件。

2.2硅橡胶模具的不足

虽然硅橡胶模具具有上述优点，但是，硅橡胶模具自身也存在一些不足：

（1）不能用于热注射成形。热注射成形时，有较高的注射压力，一般的室温硫化硅橡胶软模，注射时会发生明显的变形。

（2）导热性能差。硅橡胶的导热性能较差，因此，用它制造的软模难以加热，如果模具达不到所需要的温度（特别是寒冷的冬天），往往会影响浇注的聚氨脂塑料件的品质。

（3）模具使用寿命不长。对于无尖锐边缘、无薄壁、无大的高/宽比凸台的形体简单的工件，用硅橡胶模可以浇注30-40个；对于一些有尖锐边缘的形体比较复杂的工件，用硅橡胶模具可以浇注15-30个；对于有尖锐边缘、伸展薄壁以及大的高/宽比的形体复杂的工件，通常用硅橡胶模仅能浇注10-15个。此外，硅橡胶模的某些部位可能有撕裂或局部损伤，成形后的聚氨脂塑料件的外形质量难以被接受。尽管硅橡胶模存在一些不足，但是，作为新产品开发试制阶段设计验证和市场调研是一种较经济实用的模具，值得研究和推广应用。

3硅橡胶模具的制造方法与步骤

硅橡胶模具的制造方法与步骤如下[10～11]:

（1）按照用户要求设计母样，即原型图。

（2）根据图纸要求制作原型(机械加工或快速原型件等)，并将母样进行表面处理、打磨。

（3）制作模框，并在模框中固定原型。

（4）将液体硅橡胶两个组分按一定比例计量、混合、脱泡后，进行浇注。浇注完毕，还需脱泡。