基于快速成型的手機(jī)殼硅膠模具制作

吳根富

【摘 要】模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備之一，本文基于RP原型的制造技術(shù)，介紹了快速成型和硅棣膠模技術(shù)及手機(jī)外殼硅膠模具的制作流程，對其中的關(guān)鍵工序進(jìn)行了分析，對快速制造塑料件方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】硅膠模具；速成型；制造流程；塑料件

0 前言

硅膠模具制造是一種比較普及的快速模具制造方法。由于硅膠模具具有良好的柔性和彈性，能制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，因制造周期短，制件質(zhì)量高而備受關(guān)注。目前用硅橡膠制造的彈性模具已用于代替金屬模具生產(chǎn)蠟?zāi)?、石膏模、陶瓷模、塑料件，及低熔點(diǎn)合金如鉛、鋅以及鉛合金零件，并在輕工、塑料、食品和仿古青銅器等行業(yè)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，對產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到不可估量的作用，利用硅橡膠制造模具可以更好地發(fā)揮原型快速制模技術(shù)的優(yōu)勢。

1 基RP原型的硅橡膠模具制造工藝

由于RP（Rapid Prototyping）技術(shù)生產(chǎn)出來的原型材料與硅橡膠不發(fā)生反應(yīng)，制造過程中沒有經(jīng)過變形，也不會產(chǎn)生褶皺，能夠生產(chǎn)出與精密塑件一樣的表面質(zhì)量。利用RP原型制造硅橡膠軟模的工藝流程為RP原型、型框制作、硅膠計(jì)量、真空脫泡、注入硅膠、硬化完成、取出母模、刀剖開模。

對于批量不大的塑件生產(chǎn)，可以采用RP原型快速翻制的硅膠模具通過樹脂材料的真空注型來實(shí)現(xiàn)，這樣，能夠顯著縮短產(chǎn)品的制造時(shí)間，降低成本，提高效率。對于沒有細(xì)筋、小孔的一般零件，采用硅膠模具澆注樹脂件可制造制品達(dá)到50件以上。

采用硅膠模具進(jìn)行樹脂材料，真空注型的工藝流程為清理膠模、噴脫模劑、組合模具、樹脂計(jì)量、脫泡混合、硬化、取制件、完成。

1）清理硅膠模，預(yù)熱模具。在進(jìn)行樹脂件澆注之前應(yīng)進(jìn)行必要的清理工作，例如，清除溝槽內(nèi)的殘留物，檢查排氣孔是否堵塞等。

2）噴灑離型劑，組合硅膠模具。為了便于注型件從模具中取出，需要在模具型腔表面噴灑離型劑，特別要注意噴灑深溝槽、深孔等難以脫模處。噴灑完離型劑后，就可以將硅膠模組合起來。不過，對于透明材料的制件，不宜噴灑離型劑。

3）計(jì)量樹脂。樹脂的重量通常根據(jù)原型的重量進(jìn)行估算并根據(jù)澆注過程中材料的盈余進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)規(guī)定的樹脂和硬化劑的配比即可算出所需樹脂和硬化劑各自的重量。

4）脫泡混合，真空注型。為了提高制件的致密程度和充填能力，需要將注塑環(huán)境抽真空，一方面，除去樹脂和硬化劑中溶解的空氣，另一方面，也抽去模具型腔中的空氣。

5）溫室硬化，取出制件。將澆注完的模具從真空機(jī)中取出，放入恒溫箱中進(jìn)行硬化，硬化時(shí)間根據(jù)制件的大小和樹脂類型的而定。待樹脂制件在指定的溫度和時(shí)間條件下完成固化后，便可以將其開模取出。

6）制件后處理。制件完成后，還需要進(jìn)行必要的后處理工作才能交付使用，如除去澆道、打磨、拋光、噴漆等。

2 利用快速成型技術(shù)制作硅膠原型

手機(jī)上蓋的三維造型如圖1所示，三維模型確定后，用Proe-4.0將三維造型圖分別保存為STL格式文件輸出給RP系統(tǒng)，用分層實(shí)體制造（LOM）技術(shù)直接制作出產(chǎn)品的原型。用快速成型制成的手機(jī)上蓋原件如圖2所示。RP法制造的原型在其疊層斷面之間一般存在臺階紋或縫隙，對原型經(jīng)過表面后處理（包括打磨、防滲和強(qiáng)化處理等手段）以降低原型的表面粗糙度，提高原型的抗?jié)裥?、抗熱性、尺寸穩(wěn)定性和表面光潔度，這樣就可作為硅橡膠模具的母樣了。

2.1 制作硅膠模具

利用定型樣件制作硅橡膠模的過程如下：

1）徹底清潔定型樣件，即快速原型零件；

2）用薄的透明膠帶建立分模線；

3）利用彩色、清潔膠紙將定型樣件邊緣圍上，以作后期分模用；

4）利用薄板圍框，把定型樣件固定在圍框內(nèi)，必要時(shí)加注一些通風(fēng)桿；

5）計(jì)算硅橡膠、固化劑用量，稱重，混合后放入真空注塑機(jī)中抽真空，并保持真空10min；

6）將抽真空后的硅橡膠倒人構(gòu)建的圍框內(nèi)，然后將其放人壓力罐內(nèi)，在0.4-0.6MPa壓力下，保持15-30min以排除混人其中的空氣；

7）取出后，送人固化爐，在60℃下固化8-10h；

8）待完全固化后，拆除圍框，按分模邊界切開硅橡膠；

9）取走完全外露的定型樣件，得到硅橡膠模。

2.2 真空注塑

硅橡膠模制作完成后，就可以采用反應(yīng)成型方法進(jìn)行真空注塑，對定型樣件進(jìn)行復(fù)制，得到小批量的塑料件，其過程如下：

1）將硅橡膠模以膠帶捆緊，并做一個(gè)澆口；

2）將硅橡膠模置于操作平臺上；

3）根據(jù)零件的大小計(jì)算并稱量成型材料，并將其A、B兩組分分別放人兩容器中；

4）將容器A及B置于真空注塑機(jī)上方而硅橡膠模置于下方，關(guān)門抽真空，并保持10min；

5）將A、B兩容器中的組分混合，攪拌后沿澆口注人硅橡膠模，并立即開啟阿門加壓至0.1MPa，借助此壓力使反應(yīng)物料充滿硅橡膠模；

6）放人固化爐中固化1-2h后，打開硅橡膠模得到塑料件；

7）重復(fù)1-6的步驟，得到所需數(shù)量的塑料件。

2.3 硅膠模具制造方法分析

1）基于快速成形技術(shù)制造硅膠模具方法制造塑件具有成本低、周期短的特點(diǎn)，其制造周期一般為傳統(tǒng)數(shù)控切削方法的1/5-1/10，而成本僅為1/3-1/5，比較適合于產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)。

2）除用RP原型零件快速復(fù)制塑件外，還可以用石膏、石墨、樹脂、陶瓷、木材、金屬等制造樣件，也可以直接采用產(chǎn)品作樣件，用該方法同樣可以快速得到塑件。

3）利用硅橡膠制造模具，可以更好地發(fā)揮RP技術(shù)的優(yōu)勢。由于快速原型樣件制造成本高、機(jī)械性能差、耐溫性低，使其直接利用受到了限制，利用快速原型零件制造硅橡膠模再復(fù)制出塑件，正好能夠克服這些缺點(diǎn)。這種方法也存在一些問題，如硅橡膠模具強(qiáng)度低，硅橡膠在長期加熱后產(chǎn)生收縮現(xiàn)象等，這些問題有待今后在實(shí)踐中進(jìn)一步完善解決。

3 結(jié)束語

用RP快速原型和硅橡膠模具技術(shù)相結(jié)合快速制造塑件，特別適合于多品種、小批量生產(chǎn)，該技術(shù)工藝簡單，成本低，是一種很有發(fā)展前途的新的制造塑件方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王廣春，趙國群.快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2003.

[2]王春華.基于光固化原型的硅橡膠制模技術(shù)[J].模具技術(shù)，2010（6）：35-39.

[責(zé)任編輯：王楠]