简介

(相关资料图)

在弹性体产品的开发阶段，Sigmasoft Virtual Molding过程模拟已经是一个成熟的工具，它可用于防止在生产过程中出现问题，缩短工业化应用的上市时间。由于处于开发阶段的早期，因此还可以平衡流道系统，或者优化模具温度。

模拟和实际

尽管模型在不断发展且日益复杂，但模拟结果常常与机器上的实测结果不吻合。这不仅涉及模拟压力，还进一步关乎到填充行为和许多与温度相关的结果，因为这些都与压力变化相关。因此，不仅很难确定“型腔是否按预期填充”，而且还导致硫化程度、部件的机械性能、材料降解或部件翘曲变得不那么可靠，如图1所示。

图1 很多结果都取决于正确的压力预测，如硫化程度（左）和材料降解（右）

在连续生产过程中，如果在机器上看到的现象与预测值不一致，可能出现了重大问题，其中包括经济损失、时间延误和客户失望。现在的问题是：为什么会发生这种情况，更重要的是如何避免这种问题。

型腔压力是关键因素

模具设计过程中，一个关键的数值就是填充型腔所需的压力，最大压力是机器选型的限制因素之一，也反映了填充过程中加热弹性体所需的能量，因而对于预测硫化时间至关重要。

可以在系统的不同位置测量压力。获取压力参考值的最常见方式是，在活塞或模具中安装液压或压力传感器。通常，参考值只有一个。如果系统提供多个测量压力，则这些数值通常会相互矛盾。

图2显示了在弹性体模具浇注系统中两个不同点测得的压力。即使液压是恒定的，靠近机器的压力（P-runner1）也会在某个点下降。虽然第一眼看上去这并不明显，但在这种情况下，液压也可以反映活塞内部的情况。如果熔体残余变得太少，这一区域的流动行为会显著提高液压。

图2靠近机器（P-runner1）和靠近浇口（P-runner2）的液压和两个压力曲线

通过模拟，也可以对不同位置的压力进行预测。此外，模拟通常基于不同的模型和理想的边界条件。由于选择的模型和假设的过程模拟结果可能会有所不同，这些不同是基于材料测量误差、建模和假设之间复杂的相互作用，因此结果往往难以判断。

预测压力的关键值之一是粘度随剪切率和温度而变化，不过没有办法直接测量粘度。根据所使用的系统，可以在特定的流动条件下测量压力或动量。基于这些数值及一些修正值，可以计算出粘度。由于这些系统的设置非常敏感，因此结果可能会在很大范围内变化。特别是对于弹性体混合物，粘度测量值的变化可能超过100%。

1. 测量和修正问题

图3显示了3个不同的实验室对同一种混合物（同一个批次）测量的3种不同的结果。此图是按对数比例绘制的。实验室3测得的粘度要比实验室2高出5倍。如果在模拟中使用这些粘度，预测的压力将因3种不同测量值而完全不同。

图3 在3个不同的实验室测得的粘度

造成这些差异的原因之一是高压粘度计的灵敏度。取决于弹性体在机器中的放置方式以及系统的设置，测量结果可能会有很大差异。

其他影响是用于计算真实粘度的各种修正（Weissenberg-Rabinowitsch、Mooney和Bagley），这些修正通常需要更复杂的设置或不同的试验。由于每个试验都要付费，因此并非每个表征中都要进行所有的修正。

2. 考虑剪切热的压力和粘度模拟

除了已知修正的复杂问题之外，还有没有考虑到测量期间温度升高的修正。利用高压将材料推入毛细管中，压力和速度越高，剪切热就越高。根据粘度对温度变化的敏感性，实际粘度将远远高于测量粘度。图4显示了一个虚拟试验。在此试验中，使用具有一定粘度（原始粘度）的材料来模拟高压毛细管粘度计。就像在实际试验中所做的一样，将模拟的压力用来计算粘度。第二条曲线（粘度等温线）显示基于该试验计算出的粘度。模拟中修改用于产生粘度的材料，使温度不会升高，可以看出两条曲线非常吻合。这一概念验证表明，毛细管的模拟非常准确，并给出了正确的压力预测。

图4 反映材料等温行为的原始粘度和计算粘度

在第二次模拟中，由于有剪切热，允许在材料温度变化的情况下再次计算粘度。图5显示了该材料的原始粘度（绿色曲线）和计算粘度（红色曲线）。在低剪切率区域，两条曲线非常吻合。

图5正常材料行为的原始粘度和计算粘度

在这些区域，剪切热相当低，所以材料不会太热。但在高剪切率区域，两条曲线之间的距离变大。在1000/s的剪切率下，两条曲线之间的差异约为2倍。这个简单的试验揭示了在粘度测量过程中温度升高所带来的巨大影响。因此，为了预测弹性体模具中的压力损失，还必须纠正这种行为。

获得真实粘度的一种方法就是模拟。Sigmasoft Virtual Molding可用于在考虑温度升高的情况下计算实际粘度。

总结

以上对测量和模拟压力所作的简短介绍表明，在模拟结果与实测压力吻合之前，需要详细解答各种问题。当然，并不是说需要回答所有问题，但意识到某些效应的影响很重要，这将确保在生产过程中可以避免临界值。

标签： 弹性体模具 型腔压力 翘曲变形 压力预测