真空铸造是一种通过使用真空将液体材料吸入硅胶模具中来生产复杂部件的工艺。与相比之下，它是小批量生产塑料部件的一种经济高效的选择 注塑成型.
我们将探讨真空铸造的基础知识，包括其优缺点、应用领域、使用的材料和推荐的设计实践。
什么是真空铸造？
真空铸造，也称为聚氨酯铸造或聚氨酯铸造，利用硅胶模具制造塑料和橡胶部件。这种制造方法用途广泛，可以模仿注塑成型生产，用浇铸尼龙和聚氨酯树脂生产复杂的零件。
真空铸造在真空条件下进行，生产出无气泡、质地光滑无瑕疵的一流铸件。这个过程可以是非常有益的 快速原型 项目或小规模生产运行，在选择塑料或橡胶零件快速成型技术时值得考虑。
真空铸造是如何工作的？
真空铸造的过程类似于传统的注塑成型，因为需要模具具有与预期部件形状相似的型腔。主要区别在于模具所用的材料——注塑模具通常由钢或铝等金属制成，而真空铸造则采用软硅胶模具。
第 1 步 – 3D 建模
要开始真空铸造过程，首先要通过建模创建 3D 形状或几何形状。为了达到最佳效果，必须遵循注塑成型原则。有时，3D 激光扫描用于检查零件并创建 3D 文件。
第 2 步 – 构建主模式
然后使用 3D 模型作为指导创建高质量的主模型。尽管 数控加工 以前用于此目的， 增材制造 已成为一种更快、更实惠的选择。或者，可以将现有的铸造模型用作主模型，无需任何额外修改。
第 3 步 – 制作硅胶模具
在开发主图案后创建硅胶模具：
- 一旦主模型安装了必要的组件，如型芯、嵌件和浇口，就会将其放入铸造箱中并添加冒口以确保在成型过程中适当的空气逸出。
- 然后将硅树脂倒在铸造盒中的母版周围并用真空吸尘器吸干，使其完美地填充每个细节。
- 模具在 40℃ 左右的烘箱内固化 8-16 小时后，取出盒子和冒口。
- 使用手术刀，将模具干净利落地切开，露出零件的负型腔，并采用波浪形切割，以确保在生产多个零件时准确对齐。
- 最后，重要的是选择和使用最好的脱模剂，以防止出现粘性和表面缺陷等问题。
第 4 步 – 铸造材料混合和浇注
在混合之前，用于铸造的聚氨酯树脂通常被加热到 40°C 左右。混合过程包括在机器内将精确量的双组分浇铸树脂与任何所需的颜料混合。混合后，将树脂倒入机器的碗中。
当自动浇注过程开始时，浇铸树脂和颜料混合物被彻底搅拌并抽真空 50-60 秒。然后，仍然在真空压力下将树脂倒入模具中，以避免任何气穴或间隙，确保模具没有气泡，树脂可以顺利流入模具。
真空状态允许去除气穴和其他障碍物，从而能够通过重力顺利、完美地填充模具。这个过程有助于防止任何可能削弱成品强度或外观的问题。
第 5 步 – 铸件固化和脱模
浇注树脂后，模具进入加热室进行固化。随后，将铸件从模具中取出，浇口和冒口被移除。然后执行额外的精加工。
真空铸造的优缺点
在这一部分中，我们将探讨真空铸造工艺的优势和局限性。
优点
真空铸造在许多方面都有优势：
1. 快速成型: 真空铸造可以快速创造高品质 手板 小批量生产复杂精致的形状。因此，它通常用于原型或生产零件的小批量和短期生产。
2.材料和设计的灵活性：真空浇注树脂有多种颜色，方便用于不同的应用。随着灵活性 3D打印几何，真空铸造可以生产使用其他制造方法通常难以或不可能制造的零件。
3、精度高，成本低：与 CNC 加工等其他快速原型制造方法相比，真空铸造是一种经济高效的选择，只需几个小时即可生产出可重复使用的模具。此外，使用真空铸造生产的零件可以无缝装配在一起，不需要打磨或钻孔等额外步骤。
4.成品的细节：真空铸造工艺使用由 3D 打印主模型形成的模具，因此具有创建具有精确细节的组件的优势。 3D打印 使复杂的细节能够被精确地捕获并转移到最终的演员表中。
缺点
在开始使用真空铸造工艺的项目之前，请务必记住此方法存在一些限制：
1.刀具磨损：真空铸造涉及使用硅胶制成的模具，其使用寿命比注塑成型中使用的金属模具短。因此，工具磨损很常见。
2. 产量有限：此外，真空铸造中模具的数量和尺寸有限，因此更适合小规模生产，而不是大规模生产。
3、缩水造成的不规则：与注塑成型一样，收缩（由于热膨胀通常为 0.25% – 15%）会导致最终产品的特性不规则，例如零件过薄或过厚，以及偏离正常公差水平。
4、维护与清理：在真空铸造中，定期清洁模具以防止后续铸造中出现残留物和脱模痕迹至关重要。
5.初始设置成本高：虽然真空铸造的生产成本低，但根据必要的工具和设备，设置成本可能很高。
6. 内部特征处理的限制： 这 表面光洁度 真空铸造零件的加工通常取决于后处理，并且可能仅限于外部，因为图案的某些内部特征可能难以接近。
可用于真空铸造的材料
聚氨酯，一种热固性材料，以其坚固性、寿命、抗磨损能力和适应性而著称。各种形式的聚氨酯可以模仿不同热塑性塑料的特性。例如，刚性聚氨酯铸件可能类似于聚碳酸酯，而更柔韧的塑料可能与聚丙烯相似。
硬质聚氨酯
- 软硬树脂的硬度范围为 60-75 Shore D，非常适合制造坚固而灵活的部件，例如垫圈和密封件。
- 类 ABS 聚氨酯是价格适中且用途广泛的树脂，其强度可与 ABS热塑性聚合物.它们的硬度为 80-85 Shore D，可制成出色的产品外壳。
- 类丙烯酸聚氨酯具有清澈透明的外观，类似于丙烯酸。它们的硬度约为 87 Shore D，并且具有出色的耐用性，使其成为灯管等零件的绝佳选择。
应当指出的是 紫外线辐射 对氨基甲酸乙酯有影响，因此应慎重考虑其在室外应用中的使用。然而，这个问题可以通过应用适当的涂层来防止紫外线损伤来解决。
弹性聚氨酯
弹性聚氨酯具有柔韧、类似橡胶的特性，与 TPU、TPE 和硅橡胶不相上下，因此非常适合用于生产可穿戴设备。这些材料的硬度介于 50-80 肖氏硬度 A 之间，以其强度和弹性而著称。
硬弹性聚氨酯材料是不同类别的材料，其硬度范围为 90 Shore A 到 60 Shore D。这些材料专注于工业级应用，可用于制造齿轮和成型模具。
真空铸造的应用
真空铸造工艺因其多功能性而在各个行业中得到应用。它能够生产复杂而准确的组件，使其成为提供卓越成果的理想选择。
航天工业
由于其准确性、可重复性和处理复杂细节的能力，真空铸造可以成功地制造精密航空部件，包括燃料系统、空气管道和飞机外部部件。
医疗设备
真空铸造非常适合制造医疗领域的复杂零件和组件，例如医疗植入物和假肢。
汽车行业
高度精细的汽车部件，如进气歧管、排气系统和车身面板，可以受益于汽车行业硅胶真空铸造的精度和一致性。
食品饮料行业
食品和饮料行业通常采用真空铸造来生产食品包装、容器、罐头、杯子、瓶子、玻璃杯和食品生产设施中的其他必需品。
电子行业
聚氨酯的抗震性和耐热性使真空铸造成为制造电子设备外壳的首选。
消费品制造业
消费品，如玩具和运动器材，可以通过真空铸造工艺完美制造并适合应用使用。
真空铸造与注塑成型
在确定加工工艺时，考虑公差要求、体积要求、表面光洁度要求和交货时间等几个因素至关重要。真空铸造工艺非常适合小批量生产，具有光滑的表面光洁度和紧密的公差。相比之下，注塑成型非常适合公差要求不高的大批量生产。
真空铸造与 3D 打印
使用真空铸造的优势在于它可以生产具有复杂细节和光滑表面的零件，尽管它可能是一个耗时的过程，尤其是在创建多个副本时。相比之下，3D 打印利用液态塑料或粉末材料逐层构建零件。使用 3D 打印，最大的好处之一是它的效率——它比真空铸造花费的时间少得多。
如果您最关心的是负担能力和时间，那么 3D 打印可能是更好的选择。但是，如果细节和准确性对您的项目至关重要，那么真空铸造是更可取的选择。
真空铸造的五个设计技巧
为了在制造过程中实现最大效率，产品团队优先考虑是至关重要的 可制造性设计 在早期阶段优化模具设计。这将有助于简化生产并最大限度地降低成本。要创建高质量的定制铸造聚氨酯部件，我们建议使用以下五个关键设计技巧以获得干净且实用的最终结果：
1. 设计统一的壁厚
一些工程师更喜欢真空浇铸而不是注塑成型，因为它允许在壁厚方面有更多选择，但在聚氨酯模具设计中仍然需要具有一致的壁厚。保持均匀的壁可以减少固化过程中变形的可能性，确保模具完全准确地填充，并最大限度地减少其他设计问题。
通常，建议的最小壁厚为 0.040 英寸（1 毫米），但在某些情况下，例如对于小零件，壁厚可能薄至 0.020 英寸（0.5 毫米）。对于较大的零件，至关重要的是根据零件的尺寸按比例增加壁厚，以确保提供足够的支撑。
2. 减少收缩
在聚氨酯模具设计涉及不同厚度的壁相交的情况下，可能会发生收缩。发生这种情况是因为较厚的壁以比较薄的对应物慢的速度凝固，导致它们附着到标称壁的点处的尺寸减小。为避免这种收缩和由此产生的标称墙体凹陷区域，工程师需要确保肋骨厚度在它们所附着的墙体的 50% 和 60% 之间。
然而，有时，真空铸造零件可能会因聚氨酯模具设计缺陷以外的原因收缩。零件几何形状、模具和主模型的精度以及聚氨酯铸造中使用的材料等因素会影响最终尺寸。 0.15% 的收缩率通常是可以接受的，但如果收缩率超过此阈值，工程师需要重新检查模具设计。
3.使用肋骨
在聚氨酯模具设计中添加加强筋可以在不增加厚度的情况下提高最终产品的强度和刚度。工程师应该遵循某些准则来正确使用加强筋：
- 高度
较长的加强筋可提供更好的加固效果，而成型较长的加强筋会使零件更具挑战性。建议加强筋的高度不要超过其厚度的三倍。可以使用多个短肋代替长肋来增加零件的刚度。 - 宽度
筋与零件相交区域的宽度必须为零件厚度的 40% 至 60%。如果设计中包含圆角半径特征，则它至少应构成零件厚度的 25%。这些参数是使肋材尽可能耐用所必需的。 - 拔模斜度
为了降低下沉的可能性，工程师需要创建肋骨设计。每侧的推荐拔模角度在 0.25 到 0.5 度之间，并且应保持相等。此外，对于带纹理的表面，每 0.025 英寸（0.001 英寸）的纹理应增加 1.0 度的额外拔模角。 - 间距
为确保零件的重量均匀分布在所有肋条上，工程师应将每个连续的肋条设置在至少两倍于肋条厚度的距离处。 - 方向
工程师应仔细安排肋材以最大限度地提高零件的弯曲刚度，因为不正确的肋材方向对强度没有积极影响。
产品团队在使用加强筋、使用圆角和轻量化时应注意下沉和交叉，以减少应力并保持壁厚。
加强筋可提高零件的性能，但仅在需要额外加固时才使用。不必要的加强筋会增加重量、成本、成型问题和材料浪费。在确定聚氨酯模具设计是否需要加强筋时必须考虑在内。
4.合并拔模和底切
真空铸造不会造成任何拔模和底切问题，因为液态硅胶可以适应任何模具形状。但是，如果工程师打算使用此工艺进行原型制作但最终切换到不同的工艺，则建议确保设计反映最终用途的生产要求，包括拔模和底切。虽然较长的零拔模特征可能会导致零件在从模具中取出时破损，但加入一个小角度可以减轻此类风险，尤其是在大规模生产期间。
5.确保模制字母和徽标有足够的间距
真空铸造工艺使设计师能够创建定制的铸造聚氨酯部件，这些部件具有模制的凸起或凹陷的字母和高质量徽标。设计人员应牢记几个因素，例如特征宽度和深度、半径以及特征之间的间距，以确保字母可读且美观。
在设计定制铸造聚氨酯部件时，推荐的特征之间的最小距离为 0.050”，尽管这可能与设计不同。半径应至少为特征高度的一半，但最好使用更大的半径。此外，徽标和字母的宽度应是其高度的两倍，以获得最佳效果。
结论
为了保持领先于竞争对手，在开发新产品时使用先进的制造技术非常重要。真空铸造或聚氨酯铸造是一种可以在不牺牲产品质量的情况下进行快速原型制作、市场测试和无缝生产过程的技术。我们希望本文能帮助您对该制造过程的基本原理有一个基本的了解。
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