硅橡胶模具制造技术及工艺

1.硅橡胶及其模具的简介

硅橡胶具有优异的仿真性、低的收缩率、加工成型方便以及耐热老化等特点，因此，是一种优良的模具材料。由于硅橡胶在硫化成型过程中不放出低分子物，线性收缩率小于，不受模具厚度限制，可深度硫化，拉伸强度、撕裂强度大，而且硫化速度受硫化温度的直接控制，可以满足高温短时的硫化工艺要求，所以特别适合快速经济模具的开发。硅橡胶浇注法制作模具是以RP原型作样件，采用室温硫化的有机硅橡胶浇注制作快速软模具的方法。硅橡胶浇注法制作的模具由于具有良好的柔性和弹性,能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件,制件浇注完成后均可直接取出。这是它相对其他模具的独特之处。结合RP原型技术它可以特别快速，简单的生产一些复杂的模具，并能保证一定的精度，它的生产周期为1周左右，远比钢模的16－18周快，但在生产大量零件时它的优势就不明显了。硅橡胶模具已用于代替金属模具生产蜡模、石膏模、陶瓷模、塑料件，并在轻工、塑料、食品和仿古青铜器等行业中的应用不断扩大，对产品的更新换代起到了重要作用。

2. 硅橡胶模具的制造工艺

由于零件的形状、尺寸不同,对硅橡胶模具的强度大小要求也不一样,因而制模的方法也有所不同。下面介绍普遍所采用的是常温、常压下的制模方法。

2.1 制模的原材料和设备

（1）室温硫化的有机硅橡胶106(含SiO2，ZnO填料)及107(不含填料)；

（2）交联剂（硅橡胶附品）：正硅酸脂或双硅酸脂；

（3）促进剂（硅橡胶附品）：二丁基二月硅酸锡(有机锡)；

（4）特级石膏粉；

（5）粘土或橡皮泥；

（6）有机玻璃针筒：注射硅橡胶用；

（7）小型手扳压机(螺旋杆)：做较大硅橡胶模具用；

（8）真空泵(0.5L/min)；

（9）抽真空装置(可用24ｃｍ普通干燥器改制而成)；（7，8，9为简易设备）

（10）真空浇注成型机(硅橡胶模具自动化设备可实现抽真空、搅拌和自动浇注)

2.2 硅橡胶模具的工艺过程

对于采用原型件作母模的硅橡胶模的制作，在制模时首先需要考虑分模、脱模的难易，决定采用整体一次浇注、两次或多次分体浇注，分模面的设置应根据母模的具体情况确定，同时考虑模具的定位要求，一般为锯齿形，在靠近内模面的部分做的平滑一些，这样有利于提高模具精度。对于要求强度较高的模具，要采用石膏作背衬。

硅橡胶模的具体制作工艺如下：

（1）设计RP原型并制作RP原型。采用3D CAD软件进行原型的设计，然后在以LOM，SLS等工艺加工出原型。

（2）安放原型　把准备好的原型放置到平板上固定好，再将模框套到原型上，并使原型周围距模框的距离均匀，在模框内表面及平板上涂刷脱模剂。

（3）粘土和浇石膏背衬　为了增加硅橡胶模具的刚性，同时也为了节省硅橡胶材料，降低成本，可按图1.2（ｂ）、（ｃ）所 示进行贴粘土，配石膏浆，浇注石膏背衬。待石膏浆固化后，再去掉粘土层(粘在原型上似的粘土要清洗干净，以免影响模具的表面质量)。

（4）硅橡胶造型　根据去掉的粘土层的体积，计算所需调配的硅橡胶的体积，再加上一定的损耗系数，进行硅橡胶的调配。调配均匀后，放入抽真空装置中排除硅橡胶混合体中的气泡。之后就可以按图1.2ｅ所示进行硅橡胶浇注。

（5）硅橡胶固化　浇注好的硅橡胶模具，在室温25℃左右放置4～8ｈ，待硅橡胶不粘手后，取出原型，再把硅橡胶模具放入烘箱内100℃温度下固化8ｈ，或在150～180℃温度下保持2ｈ，使硅橡胶充分固化。

（6）脱模　从模框中取出已固化的硅橡胶模，抽出浇口棒及形成排气孔用的圆棒，沿作为分模标记的透明胶带，把模具切割开 来，为防止浇注时模具的错位，切割模具时，切口应切成波形状或锯齿形状，但在靠近内模面的附近应尽量平滑，这样有利于保证模具精度

（7）修型　取出原型后，如果发现模具有少量缺陷，可以用新调配的硅橡胶修补，并经固化处理即可。

1.2 硅橡胶模具的制造工艺过程

ａ-原型　ｂ-贴粘土(橡皮泥)　ｃ-石膏造型　ｄ-去粘土 ｅ-硅橡胶造型ｆ-硅橡胶模型

1-平板　2-模框　3-粘土(或橡皮泥)　4-原型　5-石膏浆　6-空腔7、8-硅橡胶　Ａ处表示带有凹槽的部位

另一种方法可以直接在原型上浇注，不需要进行石膏造型。其工艺过程如下：

利用RP技术设计制造出产品的原型，然后用硅橡胶制造其模具，这对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度(甚至有一定的倒拔模斜度)或带有深凹槽的产品，在新产品试制或者单件、小批量生产时，具有以下优点：

（1）可以大大缩短产品试制周期，同时修改模具也很方便。此外，由于硅橡胶模具具有弹性，对凸凹部分浇铸成型后均可以直接取出。

（2）利用硅橡胶制造模具，可以更好地发挥RP技术的优势。由于原型机械性能差和耐温性低，在利用它制造其它快速经济模具时受到了限制；而硅橡胶模具能够克服这些缺点，这样就可以利用RP原型制造各种复杂零件的模具。

它的主要缺点是：

<1> 硅橡胶的热传导性比较差，如果在硅橡胶模的固化过程中，热量没有被完全散发的话将会明显降低模具质量，所以硅橡胶模具的制作时间很难被缩短。

<2> 硅橡胶的耐久度比较低，对于比较简单的零件，如果零件上有尖边或薄壁，那么一般一个模具只能生产30－40个，如果零件相当复杂一个模具只能生产10－15个，这样由于模具的寿命比较短，硅橡胶模一般只适于零件的试制，当作大量零件时它的生产周期并不比金属模具短。

<3> 为了保证硅橡胶模的精度，硅橡胶的浇注要在真空环境里完成，硅橡胶模具的大小受到真空成型机尺寸的限制，无法生产大型的模具。由于硅橡胶模的强度较低，所以它不适于用于注塑模的生产。