法國CVA Silicones公司使用SIGMASOFT? Virtual Molding對一副4腔lsr模具進(jìn)行了虛擬分析，優(yōu)化了熱布局，降低了廢品率，避免了高昂的質(zhì)量問題，提升了盈利能力。

對液態(tài)硅膠（lsr）制品的需求正在不斷增長，特別是在醫(yī)療和嬰兒護(hù)理市場，高的熱穩(wěn)定性和極佳的生理性能，使得LSR成為未來廣泛應(yīng)用的首選材料（如圖1所示）。然而，成型LSR卻具有挑戰(zhàn)性：它是一種反應(yīng)性材料，加工窗口窄，產(chǎn)生的廢品廢料無法再加工；正確的模具排氣對于避免空氣滯留也至關(guān)重要；熔接線位置和填充方式（比如噴射）會影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，為縮短循環(huán)時(shí)間、降低成本以及獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量，整個成型周期中還要確保合適的模具溫控。

圖1 醫(yī)療保健和消費(fèi)市場的不斷增長顯示出對硅膠制品需求的不斷增加

要實(shí)現(xiàn)利潤最大化并降低廢品率，必須深入了解整個成型過程，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，包括流動和硫化，以及整個成型過程的溫控條件。為了采用一副4腔模具生產(chǎn)硅膠奶嘴，CVA Silicone公司聯(lián)系了Sigma公司，希望就此項(xiàng)目為其決策提供技術(shù)支持。他們將SIGMASOFT? Virtual Molding用于模具開發(fā)的各個階段，以評估流道設(shè)計(jì)、模具溫控以及成型系統(tǒng)的整體效率。

第一種方法構(gòu)思了一種X形流道布局，如圖2左所示。由于采用了傳統(tǒng)流道，所以可以最大程度地減少廢品。其流道是圓柱形的，最小直徑4mm，流道容積占整體注射量的52%。

圖2左：最初的流道布局采用傳統(tǒng)流道，產(chǎn)生了52%的廢料；右：優(yōu)化的冷流道布局消除了廢料的產(chǎn)生，通過SIGMASOFT? Virtual Molding迭代實(shí)現(xiàn)了最佳布局

找到最佳流道

對傳統(tǒng)流道布局的首次填充分析進(jìn)一步表明，部件會產(chǎn)生熔接線，如圖3所示，這對于機(jī)械完整性和部件美觀性而言都不是理想的效果。因此，需要考慮冷流道的替代方案。在冷流道中，沒有出現(xiàn)材料網(wǎng)格，無廢料產(chǎn)生。由于需要額外的投資，必須仔細(xì)評估這一方法的可行性。

采用SIGMASOFT? Virtual Molding對不同的冷流道布局方案進(jìn)行了評估。通過幾次虛擬迭代，對填充平衡、壓降、飛邊、鎖模力和硫化時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了評估。在迭代分析中，模具就像在實(shí)際中運(yùn)行一樣，所有的組件，每一個都有自己的材料特性。最佳的流道布局可最大程度地減小壓降和飛邊，同時(shí)確保最佳熱性能，如圖2右所示。用于分析的模具配置如圖4所示，所需的循環(huán)時(shí)間、能源效率和壓力證實(shí)了該替代方案的經(jīng)濟(jì)可行性，每一次注射量顯著減少了52%。

圖3 最初的X形流道布局將澆口放在部件側(cè)面，從而沿著部件產(chǎn)生了不理想的熔接線

圖4 優(yōu)化的完整模具配置，包括冷流道系統(tǒng)

硫化：復(fù)雜的熱相互作用結(jié)果

找到最佳填充概念后，就可以對模具進(jìn)行熱分析。在這種情況下，目標(biāo)是獲得成型過程中每個點(diǎn)和每個步驟真實(shí)的模具溫度，以預(yù)測LSR材料硫化所需的能量。與實(shí)際生產(chǎn)一樣，模具連同所有組件（如圖4所示）在多次成型周期中反復(fù)再生產(chǎn)，生產(chǎn)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)相同：填充和硫化條件，甚至包括循環(huán)之間的非生產(chǎn)時(shí)間。模具從室溫開始，通過加熱筒進(jìn)行調(diào)溫，就像在注射機(jī)中一樣，虛擬“運(yùn)行”幾個周期，直到系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定的熱狀態(tài)——與實(shí)際相同的模擬條件，這將幫助模擬出和實(shí)際生產(chǎn)一致的部件質(zhì)量。

如圖5所示，模具冷熱區(qū)非常明顯?？梢暬男袨?，為改善加熱帶的幾何形狀以及規(guī)劃系統(tǒng)內(nèi)傳感器的位置帶來了可能。圖6表示模具動模的溫度分布，這是經(jīng)過幾次成型周期后的真實(shí)溫度，由加熱系統(tǒng)、模具材料、冷流道和進(jìn)入的冷熔體之間的相互作用而產(chǎn)生。如圖6所示，各部分都有明顯的溫度梯度，型腔底部的溫度大約是160℃，而奶嘴尖部，溫度幾乎降低到了20℃。如此大的溫度梯度誘發(fā)了硫化行為的變化，增加了理論上的循環(huán)時(shí)間。

圖5 真實(shí)的模具熱分布：模具冷熱區(qū)非常明顯

圖6 真實(shí)的模具動模溫度分布，底部和尖部之間形成了明顯的溫度梯度

為便于比較，采用160℃的均勻的模具溫度獲得的硫化結(jié)果如圖7左所示，在此理想情況下，需要30s的硫化時(shí)間。圖7右給出了采用實(shí)際模具溫度下的硫化結(jié)果?？梢悦黠@看出，30s時(shí)部件尖部只實(shí)現(xiàn)了43%的硫化。由此可以看出，不考慮模具因素的話，部件性能會受到影響，導(dǎo)致作出昂貴的決策，且很可能要在真實(shí)模具上進(jìn)行多次盲目的迭代，才能找到失敗的原因。

圖7 左：采用160℃的均勻的模具溫度，30s后奶嘴尖部的硫化程度；右：采用圖5所示的實(shí)際模具溫度，30s后奶嘴尖部真實(shí)硫化僅為43%

在LSR注射成型中，SIGMASOFT? Virtual Molding可替代真實(shí)的注塑機(jī)，對部件和模具進(jìn)行優(yōu)化，對模具布局、生產(chǎn)率和部件質(zhì)量等作出重要決策。通過短時(shí)間內(nèi)低成本地嘗試概念，顯著減少了在生產(chǎn)車間的迭代次數(shù)，加快了產(chǎn)品開發(fā)過程，降低了研發(fā)成本，最終，節(jié)省了資源，提高了生產(chǎn)過程的利潤率，進(jìn)一步釋放了機(jī)器和人員的效能。

借助SIGMASOFT? Virtual Molding，CVA Silicones公司改進(jìn)了部件，避免了質(zhì)量問題。此外，由于模具設(shè)計(jì)和工藝設(shè)置的變化，以及預(yù)先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的安全嘗試，避免了昂貴的模具迭代和生產(chǎn)之初反復(fù)的試驗(yàn)，贏得了產(chǎn)品競爭力。