圖1 lsr模具反映了該材料的鮮明特點(diǎn)，如非常低的黏度、高的彈性以及需要加熱并會(huì)釋放氣體的化學(xué)固化反應(yīng)等。只有少數(shù)的模具制造商專業(yè)從事lsr模具的制造。

制造用于橡膠成型，特別是液體硅橡膠（LSR）注射成型的專用模具，是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。許多人認(rèn)為，橡膠成型是一個(gè)低技術(shù)含量的工藝過(guò)程。實(shí)際上完全相反。在許多情況下——盡管不是大多數(shù)，LSR模具比熱塑性塑料模具需要更多的精確性和專業(yè)技能。

防止溢料

熱塑性塑料模具和LSR模具都可以有非常復(fù)雜的幾何形狀。它們之間的主要區(qū)別是，對(duì)模腔嵌件之間相互配合精度的要求。對(duì)于熱塑性塑料模具，嵌件之間的配合精度達(dá)0.05mm時(shí)，仍可成型許多帶有有限溢料的熱塑性材料。而對(duì)于LSR模具，即使配合精度高達(dá)0.002mm甚至更少，也會(huì)出現(xiàn)溢料。這一配合要求需要不同層面的工程、機(jī)械和加工精度。

LSR模具與熱塑性塑料注塑模具之間的差異可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子——頂出銷的使用來(lái)加以說(shuō)明。直壁用頂出銷常用于塑料模具中。銷針可以橫穿某些部件的分型線，從而使頂出銷的一半位于部件上，而另一半位于分型線的合模沿口處。對(duì)于采用這種設(shè)計(jì)的熱塑性塑料成型而言，通常不會(huì)發(fā)生溢料現(xiàn)象。同樣，頂出銷也可用于LSR模具中，但是它們必須擁有帶有一個(gè)錐形合模沿口、并且不能侵入分型線的合模沿口區(qū)域。另外，在頂桿閥座上積聚任何極少量的碎片或橡膠，都會(huì)導(dǎo)致工藝的失敗。

LSR工藝的另一個(gè)特點(diǎn)是要求真空。盡管熱塑性材料在成型過(guò)程中會(huì)排出氣體，但是模具通常會(huì)在配合區(qū)域擁有足夠的間隙（排氣口），將這些氣體連同模腔區(qū)域內(nèi)的空氣一起排放出去。更何況，LSR成型過(guò)程還需要進(jìn)行一個(gè)化學(xué)固化過(guò)程。液體有機(jī)硅通常由兩個(gè)部分組成，其中一部分含有催化劑，而另一部分含有交聯(lián)劑。當(dāng)這兩種成分混合后，就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生一些氣體。因此，在注射前事先從模腔中排出空氣，從而確保模具可以在固化過(guò)程中適當(dāng)?shù)嘏懦螽a(chǎn)生的氣體，這一點(diǎn)非常重要?？紤]到模具部件都采用非常緊密的配合來(lái)防止溢料現(xiàn)象，因此適當(dāng)?shù)囊缌厦媾艢庠O(shè)計(jì)也必須被整合到模具設(shè)計(jì)中來(lái)，使空氣能夠在填充過(guò)程中從模腔中排出。如果橡膠部件需要將溢料控制在非常嚴(yán)格的規(guī)格范圍內(nèi)，那么排氣設(shè)計(jì)的深度公差應(yīng)控制在2.54μm。

熱塑性塑料模具和LSR模具設(shè)計(jì)的另一個(gè)區(qū)別體現(xiàn)在溫度控制上。由于熱塑性成型需要冷卻模具中的材料，溫度控制通常采用循環(huán)油或水來(lái)實(shí)現(xiàn)。熱塑性塑料模具的溫度一般低于76.7℃。而對(duì)于LSR，其模具必須加熱到160~215.6℃來(lái)固化材料，最常見(jiàn)的方法是采用筒形電加熱器。

圖2 LSR模具與那些用于熱塑性塑料的模具不同，它不僅裝配得更緊湊以防止溢料，更需要排氣并且控制溫度的方法也有所不同

模具及部件的設(shè)計(jì)差異

筆者經(jīng)常會(huì)遇到這種情況，即要求用LSR模具來(lái)成型采用熱塑性塑料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的部件（如斜度）。LSR材料具有很好的彈性，而且一些往往有利于熱塑性部件脫模的功能并不被其要求。如果要在基板上成型LSR部件，也只是對(duì)分型線有所要求，即要求它具有良好的排氣效果或合模沿口區(qū)域。這就是為什么該公司強(qiáng)烈建議在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段要參與到模具制造商中去。

在項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，參與到模具制造商中去非常重要。一個(gè)很好的例子是，一個(gè)關(guān)于兩次注射成型的應(yīng)用，即在熱塑性基材上成型LSR或?qū)⒁环NLSR 品級(jí)成型到另一種LSR材料上。通常，這類產(chǎn)品需要進(jìn)行許多小的調(diào)整，允許一個(gè)更加用戶友好的模具設(shè)計(jì)和成型過(guò)程。兩次注射應(yīng)用中確保擁有適當(dāng)?shù)暮夏Ｑ乜?、適當(dāng)?shù)呐艢夂瓦m當(dāng)?shù)臐部谖恢弥陵P(guān)重要，當(dāng)然，最重要的是基底和用于包覆成型的材料要配對(duì)適當(dāng)。一種熱塑性基體樹(shù)脂將需要承受一半的LSR模具溫度。如果熱塑性材料在低于LSR固化溫度的條件下開(kāi)始發(fā)生變形，那么該項(xiàng)目將會(huì)失敗。另一個(gè)需要及早進(jìn)行討論的考慮是兩種材料的鍵合方式。是使用一種自粘接LSR，還是使用機(jī)械連接，或者兩者兼而有之？這些注意事項(xiàng)將會(huì)直接影響模具的設(shè)計(jì)概念。我們都知道，一旦通過(guò)了所有的評(píng)審，再想改變產(chǎn)品的圖紙是比較困難的，所以要及早討論這些因素。

冷甲板與熱流道

熱塑性塑料和LSR都可以使用無(wú)流道的模具設(shè)計(jì)——但兩者之間具有顯著的差異。熱塑性塑料需要一個(gè)熱流道，連同一個(gè)冷卻模具，來(lái)保持材料在注射之間的“活性”。LSR的要求則正好相反——要求一個(gè)冷流道，以防止材料在到達(dá)加熱的模腔之前就發(fā)生固化。（一旦兩種反應(yīng)組份混合在一起，LSR就可以在室溫下發(fā)生固化。）從維持物料輸送系統(tǒng)與模具完全熱隔離的角度來(lái)看，兩者在工程技術(shù)上的概念是相似的。

對(duì)于LSR，成型設(shè)備上的料筒和冷甲板（流道系統(tǒng)）使用一種含水的混合物來(lái)保持其冷卻。這些組件的典型溫度范圍是15.6~37.8℃。最關(guān)鍵的區(qū)域是冷甲板噴嘴和模具之間的接觸點(diǎn)——通常使用一種針形閥式澆口。如果這一區(qū)域設(shè)計(jì)不正確，將會(huì)出現(xiàn)各種成型缺陷，如由于該區(qū)域過(guò)冷而導(dǎo)致的“濕”澆口外觀，或者是由于該區(qū)域過(guò)熱而引起的澆口擴(kuò)展。若模具的尺寸更大，氣穴現(xiàn)象更高，LSR的溫度敏感性和排氣傾向?qū)?huì)使這些挑戰(zhàn)變得更加困難。這就是為什么大多數(shù)LSR模具制造商和成型商寧愿采用不超出64個(gè)模腔的模具。

圖3 LSR部件需要使用更為精密的模具—如果涉及到“冷”流道和二次注射（LSR/LSR或LSR/熱塑性塑料）的設(shè)計(jì)，更是如此。

請(qǐng)注意，使用無(wú)流道LSR模具的經(jīng)濟(jì)效益甚至比熱塑性塑料模具更大，主要有以下幾個(gè)原因：首先，因?yàn)楣袒腖SR流道廢料不能再次使用；其次，LSR相比較算是溢價(jià)材料；第三，LSR一般需要更長(zhǎng)的周期來(lái)進(jìn)行固化，這超過(guò)了熱塑性塑料冷卻所需要的時(shí)間。在成型小型LSR部件時(shí)，流道可以比部件更厚，所以部件在自身準(zhǔn)備進(jìn)行脫模時(shí)，成型商還需要等待流道固化。此外，用于LSR的熱流道系統(tǒng)更難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗鼈冃枰瑫r(shí)去除成型部件和流道中的廢料。這些廢料還必須被統(tǒng)一收集起來(lái)，并最終從成型區(qū)域中除去。但是，成型商經(jīng)常忘記將LSR廢料的產(chǎn)生和清除成本包括進(jìn)項(xiàng)目的整體成本費(fèi)用中去。

LSR模具的報(bào)價(jià)

在過(guò)去的幾年中，成型這些部件的公司擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，他們可以提供模具報(bào)價(jià)以及計(jì)件價(jià)格，用于招標(biāo)。最常見(jiàn)的是，有機(jī)會(huì)為L(zhǎng)SR產(chǎn)品報(bào)價(jià)的成型商開(kāi)始向模具制造商提供模具報(bào)價(jià)，而不是要求內(nèi)部人員為模具報(bào)價(jià)。

現(xiàn)在的市場(chǎng)對(duì)模具制造商更具挑戰(zhàn)，通常要求他在兩三天內(nèi)根據(jù)非常有限的信息來(lái)提供一個(gè)模具的報(bào)價(jià)。通常，在報(bào)價(jià)時(shí)提供的不完整信息可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)定價(jià)問(wèn)題?，F(xiàn)在就有一個(gè)實(shí)例，成型商要求一定數(shù)量的模腔，但隨后發(fā)現(xiàn)他們沒(méi)有一臺(tái)足夠大的注塑機(jī)來(lái)運(yùn)行這個(gè)模具。在這一案例中，某些關(guān)鍵的信息可能被忽略掉了——比如，客戶忘記告訴是否他們希望全自動(dòng)化。有時(shí)，所提供的部件圖紙可能是不完整的，或不是最新的設(shè)計(jì)版本。有時(shí)，圖紙并不完全清晰可辨。所有這些變量都需要額外的時(shí)間，同時(shí)也會(huì)增加不完整的或不準(zhǔn)確報(bào)價(jià)的可能性。

不妨想一下，您的模具制造商是否有專人可以及時(shí)地提供這種報(bào)價(jià)服務(wù)，并且具有一定程度的準(zhǔn)確性嗎？他們具有在報(bào)價(jià)階段詢問(wèn)適當(dāng)問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)嗎？他們?cè)敢庠儐?wèn)是否所做的改變可以提供一個(gè)更強(qiáng)大的工藝過(guò)程嗎？

習(xí)慣于使用熱塑性塑料進(jìn)行工藝生產(chǎn)的成型商可能會(huì)認(rèn)為世界各地有數(shù)百家模具制造商都能制造出高質(zhì)量的LSR模具。實(shí)際上，目前只有少數(shù)幾家能夠滿足上述的條件。很幸運(yùn)，北美地區(qū)就擁有幾家這樣的公司。

鑒于上述討論的原因，筆者強(qiáng)烈建議與一家了解橡膠模具、并定期使用LSR進(jìn)行加工生產(chǎn)的成熟模具制造商進(jìn)行合作。這同樣適用于注塑機(jī)及其配套的計(jì)量混合裝置。盡管許多人會(huì)說(shuō)，模具是成型過(guò)程中最重要的組成部分，但是筆者認(rèn)為，一個(gè)成功的LSR項(xiàng)目需要具有4個(gè)關(guān)鍵要素：良好的材料、良好的計(jì)量混合裝置、良好的成型設(shè)備和一個(gè)好的模具。如果工藝過(guò)程要求自動(dòng)化，則還需要包括一家能提供這種適當(dāng)支持的公司。

筆者的經(jīng)驗(yàn)是，模具制造商應(yīng)該有能力和專有人員對(duì)一個(gè)完整的交鑰匙工程進(jìn)行項(xiàng)目管理。模具制造商也應(yīng)該有足夠的空間，允許在其工廠中對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行組裝和測(cè)試。即使剛制造好的模具，模具制造商也必須提供成型設(shè)備，并在裝運(yùn)前對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)榧词故亲詈玫哪＞咴O(shè)計(jì)理念也會(huì)存在加工問(wèn)題，需要通過(guò)測(cè)試來(lái)對(duì)模具進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)。如果想要更有效率地做到這一點(diǎn)，制造商在裝運(yùn)之前應(yīng)該在所有的模具上進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。對(duì)于大部分產(chǎn)品而言，其上市的時(shí)間是很關(guān)鍵的，所以任何能在制模來(lái)源處完成的事情都意味著能夠節(jié)省客戶的金錢。

也就是說(shuō)，當(dāng)涉及到變更設(shè)計(jì)時(shí)，評(píng)價(jià)一個(gè)制模來(lái)源的反應(yīng)時(shí)間非常重要?？梢栽儐?wèn)一個(gè)潛在的模具制造商是否有人員和設(shè)備來(lái)進(jìn)行這些快速的調(diào)整。也可以考慮模具制造商是否擁有用于高品質(zhì)LSR模具的精密測(cè)量設(shè)備。模具制造商是否遵循所規(guī)定的過(guò)程，以確保從一個(gè)模腔到另一個(gè)模腔的一致性？

所有高品質(zhì)的模具制造商都擁有技術(shù)精湛的技術(shù)人員來(lái)制備模具，他們把注意力放在他們的機(jī)械、測(cè)量設(shè)備和組織機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)與質(zhì)量上，所有這些能夠幫助他們實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)。

作者簡(jiǎn)介

Greg Roembke是位于印第安納州奧西恩的Roembke Mfg. & Design Inc.的總裁，該公司成立于1977年，由其父親John Roembke創(chuàng)建。該公司專業(yè)從事于全自動(dòng)橡膠模具的生產(chǎn)制造，其產(chǎn)品主要用于醫(yī)療、保健、汽車和消費(fèi)品等領(lǐng)域。