基于快速成型的手机壳硅胶模具制作

吴根富

【摘 要】模具是现代工业生产中重要的工艺装备之一，本文基于RP原型的制造技术，介绍了快速成型和硅棣胶模技术及手机外壳硅胶模具的制作流程，对其中的关键工序进行了分析，对快速制造塑料件方法的优缺点进行了阐述。

【关键词】硅胶模具；速成型；制造流程；塑料件

0 前言

硅胶模具制造是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅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，因制造周期短，制件质量高而备受关注。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作用，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。

1 基RP原型的硅橡胶模具制造工艺

由于RP（Rapid Prototyping）技术生产出来的原型材料与硅橡胶不发生反应，制造过程中没有经过变形，也不会产生褶皱，能够生产出与精密塑件一样的表面质量。利用RP原型制造硅橡胶软模的工艺流程为RP原型、型框制作、硅胶计量、真空脱泡、注入硅胶、硬化完成、取出母模、刀剖开模。

对于批量不大的塑件生产，可以采用RP原型快速翻制的硅胶模具通过树脂材料的真空注型来实现，这样，能够显著缩短产品的制造时间，降低成本，提高效率。对于没有细筋、小孔的一般零件，采用硅胶模具浇注树脂件可制造制品达到50件以上。

采用硅胶模具进行树脂材料，真空注型的工艺流程为清理胶模、喷脱模剂、组合模具、树脂计量、脱泡混合、硬化、取制件、完成。

1）清理硅胶模，预热模具。在进行树脂件浇注之前应进行必要的清理工作，例如，清除沟槽内的残留物，检查排气孔是否堵塞等。

2）喷洒离型剂，组合硅胶模具。为了便于注型件从模具中取出，需要在模具型腔表面喷洒离型剂，特别要注意喷洒深沟槽、深孔等难以脱模处。喷洒完离型剂后，就可以将硅胶模组合起来。不过，对于透明材料的制件，不宜喷洒离型剂。

3）计量树脂。树脂的重量通常根据原型的重量进行估算并根据浇注过程中材料的盈余进行调整。根据规定的树脂和硬化剂的配比即可算出所需树脂和硬化剂各自的重量。

4）脱泡混合，真空注型。为了提高制件的致密程度和充填能力，需要将注塑环境抽真空，一方面，除去树脂和硬化剂中溶解的空气，另一方面，也抽去模具型腔中的空气。

5）温室硬化，取出制件。将浇注完的模具从真空机中取出，放入恒温箱中进行硬化，硬化时间根据制件的大小和树脂类型的而定。待树脂制件在指定的温度和时间条件下完成固化后，便可以将其开模取出。

6）制件后处理。制件完成后，还需要进行必要的后处理工作才能交付使用，如除去浇道、打磨、抛光、喷漆等。

2 利用快速成型技术制作硅胶原型

手机上盖的三维造型如图1所示，三维模型确定后，用Proe-4.0将三维造型图分别保存为STL格式文件输出给RP系统，用分层实体制造（LOM）技术直接制作出产品的原型。用快速成型制成的手机上盖原件如图2所示。RP法制造的原型在其叠层断面之间一般存在台阶纹或缝隙，对原型经过表面后处理（包括打磨、防渗和强化处理等手段）以降低原型的表面粗糙度，提高原型的抗湿性、抗热性、尺寸稳定性和表面光洁度，这样就可作为硅橡胶模具的母样了。

2.1 制作硅胶模具

利用定型样件制作硅橡胶模的过程如下：

1）彻底清洁定型样件，即快速原型零件；

2）用薄的透明胶带建立分模线；

3）利用彩色、清洁胶纸将定型样件边缘围上，以作后期分模用；

4）利用薄板围框，把定型样件固定在围框内，必要时加注一些通风杆；

5）计算硅橡胶、固化剂用量，称重，混合后放入真空注塑机中抽真空，并保持真空10min；

6）将抽真空后的硅橡胶倒人构建的围框内，然后将其放人压力罐内，在0.4-0.6MPa压力下，保持15-30min以排除混人其中的空气；

7）取出后，送人固化炉，在60℃下固化8-10h；

8）待完全固化后，拆除围框，按分模边界切开硅橡胶；

9）取走完全外露的定型样件，得到硅橡胶模。

2.2 真空注塑

硅橡胶模制作完成后，就可以采用反应成型方法进行真空注塑，对定型样件进行复制，得到小批量的塑料件，其过程如下：

1）将硅橡胶模以胶带捆紧，并做一个浇口；

2）将硅橡胶模置于操作平台上；

3）根据零件的大小计算并称量成型材料，并将其A、B两组分分别放人两容器中；

4）将容器A及B置于真空注塑机上方而硅橡胶模置于下方，关门抽真空，并保持10min；

5）将A、B两容器中的组分混合，搅拌后沿浇口注人硅橡胶模，并立即开启阿门加压至0.1MPa，借助此压力使反应物料充满硅橡胶模；

6）放人固化炉中固化1-2h后，打开硅橡胶模得到塑料件；

7）重复1-6的步骤，得到所需数量的塑料件。

2.3 硅胶模具制造方法分析

1）基于快速成形技术制造硅胶模具方法制造塑件具有成本低、周期短的特点，其制造周期一般为传统数控切削方法的1/5-1/10，而成本仅为1/3-1/5，比较适合于产品试制和小批量生产。

2）除用RP原型零件快速复制塑件外，还可以用石膏、石墨、树脂、陶瓷、木材、金属等制造样件，也可以直接采用产品作样件，用该方法同样可以快速得到塑件。

3）利用硅橡胶制造模具，可以更好地发挥RP技术的优势。由于快速原型样件制造成本高、机械性能差、耐温性低，使其直接利用受到了限制，利用快速原型零件制造硅橡胶模再复制出塑件，正好能够克服这些缺点。这种方法也存在一些问题，如硅橡胶模具强度低，硅橡胶在长期加热后产生收缩现象等，这些问题有待今后在实践中进一步完善解决。

3 结束语

用RP快速原型和硅橡胶模具技术相结合快速制造塑件，特别适合于多品种、小批量生产，该技术工艺简单，成本低，是一种很有发展前途的新的制造塑件方法。

【参考文献】

[1]王广春，赵国群.快速成型与快速模具制造技术及其应用[M].北京：机械工业出版，2003.

[2]王春华.基于光固化原型的硅橡胶制模技术[J].模具技术，2010（6）：35-39.

[责任编辑：王楠]