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玻璃钢模具制作技术详解

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-04  来源:复合材料应用技术网  浏览次数:242
核心提示:制造顶级质量的模具,应从工场硬件、管理水平、人员培训三方面人手并达到优秀的水准。必须在模具材料选择、工艺规程合理安排、质量的检测等方面进行扎实有效的工作。
 1、主模制作:制作主模的材料有很多,一般要求作主模的材料易成形,易休整,且有稳定性好等特点。如木材,石膏,蜡等。我们通常用的都是木材。根据产品图纸或模具图纸,由木工做出木制主模。
 
2、主模修整:主模必须经过修理后方能进行生产模的翻制。修整包括打腻子,整形,尺寸的较正,加固。这一过程主要是对木模表面及整体做基本的处理,以保证木模在尺寸及形式上与图纸相吻合。
 
3、主模表面处理:这一工序中有喷胶衣,胶衣固化,打磨,抛光,打脱模蜡等。在前面工序中处理好的主模上喷上胶衣,然后等胶衣固化,胶衣固化后就用砂纸打磨胶衣面。一般从几十号的粗砂纸一直打到一千号左右的细砂纸。打完砂纸后,开始抛光模具,最后打上脱模产品。直到此时,主模生产就结束了。接下就可以用主模来制作生产模。
 
这一过程中要用到许多材料及工器具。木材及相应的木工器具是必须的。此外还有:腻子(也称原子灰),砂纸,从几十号的粗砂纸到一千多号的细砂纸,胶衣,模具清洁剂,封孔剂,抛光膏,脱模蜡等。此外还要用到一些小的工器具,如打磨器,抛光轮,胶衣喷枪,气泵(或别的气源)。
 
4、生产模的翻制:主模打好脱模蜡后,就可以翻制生产模了,生产模翻制工序如下:
 
1)喷模具胶衣:由于开始制作生产模,所以必须使用性能较好的模具胶衣,以保证模具的最终效果。并要求喷射达到一定的厚度(0.7-0.8mm)。
 
2)模具铺层:模具胶衣初步凝固后,就可以开始铺层了。铺层工序不能过快,一般一天铺2‐3 层玻纤布或玻纤毡。铺层要用一定量的模具树脂。这种树脂的性能要优于普通树脂。铺层过程中工人要配胶,即树脂中要加个促进剂与固化剂,然后用涂胶工具涂胶,铺一层玻纤织物涂一层胶,同时要用铁辊赶平织物,排走气泡,使胶均匀。达到指定厚度后,铺层结束。一般情况下模具的厚度要达到产品厚度的3‐5 倍。所以铺层的时间一般也较长,可持续6‐7天。
 
3)模具固化加固:模具可自然固化,也可加温固化,但一般最好有一段自然固化期。自然固化期过后,要给模具加固,使模具在生产过程中不致于损坏。
 
4)生产模的表面处理:生产模固化到要求的时间后,就可以从主模起下来了,起模方式可以是工人手工起模,也可以用高压气来起模。起模后的生产模同样需再做表面处理,包括打砂纸,抛光,划工艺线,打脱模产品。打好脱模产品后就可用于生产产品了。
 
这一阶段用到的材料有:模具胶衣,模具树脂,普通树脂;固化剂,促进剂;玻纤表面毡,玻纤毡,玻纤布;细砂纸,模具清洁剂,封孔剂,抛光膏,脱模产品(脱模蜡,半永久性脱模剂等)。所用工具除模具处理工具外,再加上铺层用工具:如胶辊,胶刷,铁辊等。模具的制作是一个精细而漫长的过程,一般一个模具的生产周期前后接近一个月的时间。
 
 
 
一、制造模具的条件
 
制造顶级质量的模具,应从工场硬件、管理水平、人员培训三方面人手并达到优秀的水准。必须在模具材料选择、工艺规程合理安排、质量的检测等方面进行扎实有效的工作。
 
1、环境条件
温度:理想的温度范围为21‐28°C。在制造原模和模具的过程中应始终保持这样的环境温度。模具制造所使用的基体材料应有最佳的化学反应过程,环境因素不适合,会延长或加快这一过程,对模具的性能产生不利影响。
 
湿度:湿度对胶衣和树脂固化有重要的影响,若在制造模具时相对湿度大于或等于70%时,对基体材料的固化产生不利影响,应慎重,并应等待至合适的生产条件或采取除湿措施。
 
2、完善的车间管理
模具制造的车间,应具备化工产品存储条件、控制温度、湿度的设备和清洁的工作场地。管理方面需要有按工艺流程定置区域划分,工艺规程卡、作业指导书、质量跟踪卡等控制文件完备、记录详细。
 
3、压缩空气
纯净、干燥的气源供应是制造高品质模具的另一要素。气管中少量的水或油都会给模具胶衣带来重要影响。需匹配一台安置于良好环境中的空压机,并为其配备有效的空气干燥器和油水分离器,还要有稳压与调压系统。
 
4、原料
尽可能选用最优质的原材料,是制造高质量玻璃钢模具的又一重要条件。用于制造模具的原材料成本对于总成本来讲只占很小的比例,千万不要试图节约。
 
5、安排合理的工艺流程
无论是采用传统的铺层方法,还是选用低收缩系统,所要求的时间均由这些材料的固化特性来决定。企图走捷径或加快工艺过程,都将对模具的质量产生不良影响。
 
6、训练有素的技术工人
所谓训练有素就是具备常识性基本知识和专业技能,有良好的行为习惯、能够自觉规范个人行为。
 
 
二、材料的选择
 
1、原模材料
原模是制造优质玻璃钢模具的最重要前提。原模的基体材料的选择主要依据模具类型和尺寸,以及制作不同类型模具时所获得的经验来决定。基于铺层热力学原理,原模表面材料的不同密度、接缝、螺钉孔等缺陷的消除,必须有一层热传递速度一致、具有一定的刚性的材料做表面处理材料的基材。在这种基材上,使用易打磨材料来修正原模表面的轮廓尺寸的精确性、光顺性,使用具有高光亮表面的气干型胶衣来得到高光亮度的原模表面。原模表面的轮廓尺寸的精确性、光顺性、光亮度直接决定玻璃钢模具的质量。
 
确保原模表面的轮廓尺寸的精确性、光顺性需要具有下列特点的材料:
1)气干的喷射型、可快速累计一定厚度
2)低隙孔、易打磨修形
3)耐温性好
 
确保原模表面的高光亮度需要具有下列特点的材料:
1)气干的喷射型
2)低隙孔、易水磨
3)耐温性好
4)表面光洁、细腻
 
2、原模表面脱模材料的要求
1)确保脱模
2)不影响原模表面光亮度
3)脱模材料不转移到模具上
3、模具的材料
 
衡量模具的制作水平最重要是模具胶衣表面的光亮度、光顺度、光泽、表面的孔隙率等。这是靠工艺水平来决定。而模具表面质量保持时间的长短,也就是通常说的模具寿命,则是靠模具材料性能来决定。
 
A、模具胶衣
模具胶衣目前主要有乙烯基模具胶衣和间苯型不饱和聚酯模具胶衣。
 
模具胶衣的树脂结构赋予最终的模具表面机械强度、光亮度、耐侯耐化学性及柔韧性。模具胶衣的操作过程是模具制造中至关重要的一步,模具胶衣就是整个模具,所有的后铺层及结构骨架都是为模具表面胶衣层服务的。模具胶衣比一般产品胶衣需要更高的使用和固化条件。高质量的模具表面要求十分精密的模具胶衣操作及混合过程。
 
因此模具胶衣材料的性能、环境控制装备、工艺技术水平,是决定模具制作的关键。
 
B、模具胶衣施工工艺装备
采用喷射设备涂敷模具胶衣是模具制作工艺中一个重要环节。可以选用两种类型的喷射设备,一种是典型地用于产品胶衣喷射的设备,另一种为空气雾化压力喷壶。两种类型的设备均能生产出高质量胶衣表面。但在操作时,您必须考虑到以下几点:
 
对于典型的胶衣喷射设备,固化剂通过内混或外混方式注入原料中。这些喷枪很容易使用而且通常比喷壶的效率高。然而,需要注意的是如果固化剂的比例和分布出现偏差,传输系统出问题或扇形混合物分布不好,就有可能造成胶衣缺陷。
 
许多模具制作者选择使用一个空气雾化喷壶来消除生产工艺出现的偏差。在喷壶枪里,固化剂通过手动混合保证了准确的比例。此外,扇形混合物的分布产生一非常细的雾化效果,但喷涂的速度比泵送系统慢,其工作时间受到原料胶凝时间的限制。
 
a、混合
在使用前用一气动的搅拌器彻底搅拌每一桶模具胶衣,并确保桶里所有的材料都得到完全的混合。不能采用手动混合方式,也不要因为害怕空气混入模具胶衣,而降低混合的完全程度,要确保桶底部和桶边的胶衣也能被完全的混合。然后在使用前,允许胶衣停留几分钟以恢复到它自身的黏度及消泡。
 
b、温度
核实胶衣的温度是否在23‐28°C 范围内,如果不在范围内,应采取措施。
 
c、固化剂在不同类型材料中、不同工艺中的性能,进行测试与选择。
 
d、凝胶时间
胶衣质检的下一步是验证凝胶时间,这将证明模具胶衣是否在规定的范围内。核实凝胶时间是过程简单并且不要求什麽设备。
1)检测样品应达到标准测试温度25°C;
2)加入指定数量的固化剂量并混合均匀;
3)记录下从固化剂加入到凝胶的时间。
 
胶衣供货商会推荐设备并提供详细说明指导用户在自已的工厂进行胶衣质检。在工厂内进行模具材料的质检是很重要的,可视为制模工艺中的一部分。在原模上涂沫完脱模剂后,就该开始喷胶衣了。胶衣分别喷两层,模具胶衣的厚度是需要极严格控制的,这就要求在每喷过一遍胶衣后,都要在模具表面很多地方精确计量胶衣层的厚度。
 
C、正确的胶衣操作方法如下:
1)第一遍喷厚度为约0.15‐0.2mm 厚度的模具胶衣。
2)与第一遍成垂直方向喷第二遍胶衣。
3)再按第一遍的方向喷最后一遍胶衣,现在整层胶衣的厚度就是0.5‐0.6mm。
4)在第一层胶衣凝胶后,可喷另一层胶衣。该遍胶衣不能超过第一胶衣厚度的三分之二。
5)与第一层胶衣的喷射方法一样(上面的1、2 步骤)喷第二层0.3‐0.4mm 的胶衣。
 
胶衣的喷射遵循先难后易、先沟槽后平面的原则,尽量避免局部过厚,在喷射角度不理想的情况下,可采用先手刷辅助的方法。
 
三、模具铺层
 
模具胶衣需要二小时到三个半小时,即理想状态下的模具胶衣初凝时间是五十分钟,固化时间为一百分钟。等第二层胶衣凝胶后,就可以铺制基层了。对于制作玻璃钢模具有两种常见的铺层方法。一种是传统的多步骤铺层方法,另一种是快速低收缩系统铺层法。
 
1、传统的模具铺层方法
 
A、原料:
1)模具树脂
模具树脂应具有较高的热变形温度和低收缩性。间苯树脂、乙烯基树脂及DCPD树脂均可作为模具树脂。
 
乙烯基型聚酯树脂高固含量、触变性、已促进使其具有优秀的工艺性能,低收缩性能;优良的机械性能,耐热降解性能,耐化学腐蚀性能。在高温下有优越的强度保留,热变形温度高。在制造高挡模具时可做为模具材料的首选,确保产品表面质量靠的是模具胶衣,保证产品质量的稳定与一致性,则靠的是模具树脂的性能。
 
2)玻纤增强材料
表面毡因其纤维细腻、浸润方便、消泡容易,经常作为首层增强材料。短切毡是非常理想的模具用增强材料,因为这样可以最大程度减少纤维纹路的印出。
 
3)质量保证
为了保证模具树脂达到质量要求,也要象模具胶衣一样做进行质检。包括:材料储存期、测试胶凝时间。
 
B、操作工艺
首层(喷完胶衣后的第一铺层)
 
模具积层是从糊制首层开始的。根据模具形状的复杂程度,糊制首层时纤维可选用表面毡、300 克或450 克的短切毡。首层的质量要求是非常严格的,要避免模具完成后的再修理。为了保证模具的质量,应非常仔细的辊压铺层,确保所有气泡赶出,并应保证合理的树脂与纤维比例,操作上应采用专用工具滚涂树脂。当首层固化后,要彻底对铺层进行认真全面的检查,包括所有的拐角和曲面,以及所有可能发生问题的地方。如果发现气泡,必须小心的将气泡去掉,并将损伤面修补好。
 
C、增厚铺层
一种增厚层的铺制方是全部使用玻纤来制造,这是最传统的方法,在这里就不具体说明了。
 
在此,向大家介绍一些新的方法。
 
在制造模具是可以选用强芯毡作为快速增厚铺层,它能有效的提高模具的表面质量,防止模具增强层中玻纤或夹心材料的纹路印出。可在首层后铺一层450G 毡,铺强芯毡,再一层450G毡,三层同时铺制。这样的铺层可以有效的提高模具的表面质量。因为强芯毡的结构是有机纤维和微珠,这样的铺层还可适当的提高模具的刚度。
 
从结构上看,强芯毡是一种空心微珠和有机纤维复合的结构,它是一种玻璃钢工业中经常用到的薄型芯材,使用这种材料,可以适量的增加玻璃钢的刚度,而且能有效的提高模具或制品的表面质量。
 
另外一种模具铺层是:考虑在制模时是否使用三明治夹心结构。夹心结构是指的玻璃钢铺层中用轻木、PVC 等材料替玻纤。
 
1)Balsa 轻木:用量占所有夹心材料的50%以上。是一种使用历史最长的芯材,已有50 多年了。它的工艺性较其它的芯材最好,抗压强度、抗压模量最高,最节省树脂用量,与面板粘接性最好,可做主要结构夹心来使用。
2)PVC:线性、交联的两种。
 
夹芯材料在复合材料结构上已被广泛使用。对于模具,采用夹心结构可以得到刚度高、重量轻的铺层,同时还可减少对外部结构骨架的要求。
 
如果你制作的产品比较薄,制品树脂放热低或者制品周期长,则使用夹心结构模具不会发生问题。但是,如果产品很厚,使用高放热树脂或者生产周期短时,最好不要使用夹心结构模具。
 
D、以巴氏硬度决定铺层计划
制定铺层计划的一个好方法,就是观察铺层巴氏硬度的变化。当积层的巴氏硬度达到完全固化硬度的80%‐90%时,就可以继续铺制下一个铺层了。当采用巴氏硬度仪测量铺层硬度时,要注意:需记录多个读数并算出平均值,并以此值做为硬度值。这种方法消除了由于因化时间差异而产生的数据误差,用这种方法铺层通常要比依据铺层时间计划表要快。
 
E、快速制模工艺
这种模具成型方法的关键是使用快速低收缩模具树脂体系,这种体系使用了一种特殊树脂和填料,在固化成型时收缩变形很小甚至不收缩。故此,积层的速度可以加快,并且可以使用玻纤喷射来得到更高的效率。该工艺即可结合传统工艺,也可在铺层设计时结合强芯毡、轻木夹芯等材料的使用。
 
这种高品质树脂系统可以生产高质量不变形的模具表面,但对温度和操作要求也严格。所以,生产条件和方法必须严格按树脂系统供应商的要求。
快速制模树脂,该树脂既可采用普通手糊工艺,也可采用喷射工艺。操作步骤如下:
 
●手糊工艺:
1)当模具胶衣固化后,第一层增强材料使用乙烯基树脂,待操作完毕固化后,开始使用快速制模树脂。
2)连续铺敷6 层450 克/平方或300 克/平方无碱短切毡以获得3‐4 毫米的厚度。在铺敷每一层时,最好使用滚涂树脂方法,使树脂分布均匀。同时使用消泡辊消除气泡。
3)当树脂固化后铺层变成白色,一小时后可以进行下面4‐6 层的铺敷。操作方法和步骤2 相同。
4)重复上述步骤直至达到所需厚度。
 
●喷射工艺:
1)当模具胶衣固化后,第一层增强材料使用乙烯基树脂,待操作完毕固化后,开始使用快速制模树脂。
2)喷射3‐4 毫米厚的该树脂和短切纤维,用消泡辊消除气泡并压实。
3)当树脂固化后铺层变成白色,一小时后可以开始喷射下一个3‐4 毫米的该树脂和短切纤维,用消泡辊消除气泡并压实。
4)重复上述步骤进行铺层以达到所需厚度。
 
如果结合强芯毡、轻木夹芯等材料的使用,在夹芯材料上下所使用的树脂为乙烯基树脂。使用快速制模树脂一天即可完成模具增强层的制作,由于采用的是零收缩固化体系,模具具有更优秀的尺寸稳定性,同时模具具有更好的表面效果。
 
四、模具外结构
 
当模具铺层完毕后,下一步工作就是制作模具的外部加强结构。加强结构的目的是:使外部力量平均传递到模具表面阻止了模具的表面变形。
 
模具胶衣产生裂纹的最基本原因是模具受外力变形。正因为如此,设计上提高模具的刚性,将会大大阻止胶衣的开裂。模具铺层中强芯毡、轻木夹芯材料的使用可大幅度提高模具的刚性,减少在脱模过程外力对模具的损坏。
 
无论钢架结构、胶合板的条箱结构或骨架结构,如果结构直接与模面联接,不同的热传导将引起模具表面印痕。因此在结构和模具结合部位,采用隔热材料作为加强结构的基础铺层或低导热的粘接材料。
 
五、脱模
 
当框架结构完全固化后,在模具上保养3‐5 天后,模具就可以准备脱模。开始将边缘切割整齐,然后用多个脱模楔分布插入模与原型之间,均匀用力,不要单独用力以防损坏模具,最后完全脱模。
 
六、处理模具
 
脱模后,仔细检查模具表面,任何表面的缺陷都应被标注出来并进行修补。在理想状态下,模具不需要打磨表面,只将模具抛光既可。但是,也有一些情况下,需对模具表面进行适当的处理和修饰。
 
模具在抛光过程中要注意:
1.在粗抛研磨过程中,消除修补、水磨、脱模剂或其他原因造成的印迹。
2.使用细抛材料过程中,消除粗抛造成的印迹。
3.使用抛光材料要注意材料中含不含增亮成份,抛光后是否是模具胶衣的真实亮度。
 
模具制造是一个有机的连续过程,成功制模的关键在于:使用最好原料,选择合适的制模工作环境和条件,训练有素的员工,简便有效的管理。
 
 
 
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