泰山玻璃纤维
道生天合
沃达重工 液压机 华征新材料 奥德机械
当前位置: 首页 » 复材学院 » 学术论文 » 正文

拉挤模具及预成型设计加工综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-02-26  来源:北京玻钢院复合材料有限公司,北京102101  作者:刘辉  浏览次数:175


1 前 言
       拉挤成型工艺自动化程度高、工艺稳定,随着复合材料应用市场的不断拓展,拉挤制品所占份额也越来越大。开发一件新的拉挤制品,首先是根据其使用条件和性能要求对制品进行材料选择和结构设计,确定产品的截面形状和原材料配比方式;其次就是拉挤成型中非常重要的一道工序,模具及预成型的设计与加工。模具及预成型部分可以说是拉挤生产的中心环节,由纱架、胶槽部位过来的增强材料经由预成型初步定型,然后在牵引装置的作用下进入模具固化成型,最后切割为定长产品。模具及预成型的设计与加工的好坏将直接决定拉挤生产的效率高低,甚至成败与否,同时还决定着拉挤制品的外观与质量。模具一但加工定型后将很难改变,预成型部分尽管可以作调整,但如果设计加工不合理同样会给生产造成很大的经济损失,如需要更多的人员参与生产从而增加人工成本,纱束和毡走不到位,造成次品、废品,甚至发生堵模导致生产停顿,接下来就是费工费力的拆模、清理和重新穿纱再次起机。因此模具及预成型的设计与加工很关键,设计加工合理可避免很多不必要的损失。

2 模具设计加工

在拉挤成型工艺过程中,模具是各种工艺参数作用的交汇点,其主要要求是具有良好的尺寸稳定性、优良的耐磨性和极低的表面粗糙度。目前拉挤生产常用的模具主要为直腔钢制模具,有整体式的,也有组合式的,一般为长方体结构,结构形式尽管相对简单,但设计加工过程中需要注意和考虑的地方较多,主要有如下几个部分。
       2.1 模具材料选择及加工类型
  拉挤模具材料应能满足以下要求,强度高、热处理变形小、加工性能好、使用过程中尺寸稳定性好、耐磨、耐热及耐热腐蚀等。完全都能满足这些要求的材料为数不多,目前常用模具材料为40 Cr,耐磨要求高的可选用Cr 12、Cr 12 MoV等,型腔表面硬度应大于HRC 50,型腔表面粗糙度必须达到0.025~0.800μm。为达到挤拉模具的工艺要求,通常须经过锻造,退火、粗铣、调质、精铣、淬火、研磨等一系列工序。其中模具的热处理环节一定要做好,偷工减料和以次充好的结果通常是模具寿命短、使用过程中易变形。
  目前拉挤常用到的模具加工类型主要有两大类,一类是镀铬模具,即模具机加工完成后进行抛光、电镀。对于一般产品和小件产品这种模具加工形式比较经济耐用,使用过程中如果出现铬层脱落的现象,还可以褪铬后重新镀铬再次使用,但对于大件宽幅模具,镀铬过程中如果控制不当会出现铬层薄厚不均的现象,主要是中间部位偏薄而周边部位偏厚,对于尺寸精度要求较高的产品该类型不能满足要求;另一类是直接采用高性能钢材加工或模腔表面进行氮化处理,这样模腔尺寸精度较高,但如果长期不用模具必须注意保养,防止生锈。这里需要注意的是拉挤生产过程中如果生产白色制品,建议使用镀铬模具,避免玻纤及填料在对模腔磨损过程中造成产品表面有灰黑色的磨痕。
       2.2 模具尺寸的设计
  挤拉模具的横截面应足够大,以使模具具有一定的热容,保证加热均匀、稳定,一般来说,钢模的横截面至少等于拉挤制品截面积的10倍。但目前随着模具材料性能及加工工艺、外部加热技术水平等因素的提高,很多模具的横截面面积设计加工得比制品截面积大不了多少,工艺性能同样优异。为保证产品在模具内受热均衡,有的模具的截面形状可加工成和产品截面形状一致或掏空一部分。
  模具的长度与设备加热能力,树脂特性及配方,制品几何尺寸及挤拉速度有关。典型的模具长度在500~1500 mm之间。对固定截面的制品,适当增加模具长度可提高挤拉速度,提高生产效率,但会导致牵引力的加大。
  模具型腔尺寸决定于制品的尺寸及收缩率。不饱和聚酯树脂/玻璃纤维体系,收缩率一般在2%左右,乙烯基树脂,环氧树脂,收缩率要低些,一般在0  8%左右。填料,玻纤含量及所在截面位置的不同,收缩率也有差异。需要注意,在设计中,拉挤制品的截面形状不能完全按照等代设计的方法,而必须依照拉挤工艺的特点进行截面形状设计。早期人们沿用钢构件标准设计FRP制品,由于FRP是非均质材料,固化过程中会收缩致使制品产生变形。因此在模具设计时需要加以补正。如角型材在模具设计时若采用90°,生产出的制品会向内收缩变形,实际角度会小于90°度,因此可通过模具设计时将角度放大1~2°来控制。另外一种方式就是在设计那些拐角位置时,内外圆角取值要做些相对调整,该处厚度不宜过厚。
       2.3 模具的一些细节设计
  (1)入模口的设计
  入模口的设计也是挤拉模具的关键之一,在此由于纤维束体积缩小而压力升高,而入口处的几何形状是重要的影响因素。通常的入口形式可采用锥形,圆形和抛物线形,但实际生产中有的模具只作简单的入模倒角设计即可,而有的模具不光要设计一定的入模角度进行加工,有时还需辅助加工一些倒纱沟,以利于产品尖角或凸台的成型。有时为了产品下毡包毡顺利,模具入口处可以考虑将下模突出一部分利于毡的定位和走向。
  (2)模腔内部倒角的设计
  挤拉模具还有一特殊要求,那就是在模具设计时应尽量避免一些细小的突出和锐角出现,如果设计中有上述结构,在模腔内固化成型过程中该位置会出现纱和毡走不到位的情况,容易造成粘模,使制品表面出现缺损,甚至最终导致挤拉的失败。所以制品的棱边最好采用2~5°的圆角过渡。当然随着原材料种类的增加,如膨体纱的出现可有效避免边角的粘模现象,如果产品在棱边方面有特殊要求的话,型腔棱边处也是可以做到为直角的。
  (3)空心模具设计注意事项
  对中空挤拉制品,为了减少脱模时芯模造成的阻力,可将芯模尾部大约50 mm处,加工成1/300~1/200的锥度。对空心型材,还应特别注意芯模的固定安装设计,因为空心型材的芯模只能一端固定,所以安装时更要精心调整,通常芯棒的固定形式主要有两种,一种为框架式固定形式,一种是底托式固定形式,但不管采用那种形式,都必需保证芯棒可调。目前有些厂家反其道而行之,将芯棒相对固定,而通过调整模具来对产品的同心度加以调整。对于大型厚壁空腔模具,为了保证产品内部固化的稳定性,可考虑在芯棒内部加工圆孔,放入可以调温的加热棒进行温度补给。
  (4)分型面的选择
  除整体模外,挤拉模具一般由几块模具件拼装组合而成。在模具设计时,正确选择分型面及其位置,不仅能保证模具的顺利制作,而且能满足挤拉制品的生产工艺要求和质量要求。成型过程中在两块模具的接缝处所受应力最大,也是容易产生树脂粘附,堵塞的地方,并且最终在制品的表面出现合模缝影响表观质量,所以在满足模具加工制造的前提下,应尽量减少分型面,并且模具合缝棱边不得有损伤,保证合缝严密。
  (5)型腔位置的选择
  拉挤成型中,制品离开模具的主动力来自机器后部的牵引装置。所以拉挤制品在模具设计时,应正确选择型腔位置,尽量使制品的平直部分平行于加热板,有利于夹具的夹持牵引。例如对槽型材,工字型材,应使腹板平行于加热板方向,而对角型材,最好采用“人”字形取向,保证牵引时两边均匀受力。当然设计型腔位置时还需考虑产品包毡的难易情况,包毡顺利、牵引合适将是最佳方案,否则还应以包毡顺利为主进行考虑,牵引部分可以考虑采用合适的夹具形式加以牵引。

 
关键词: 拉挤 模具 预成型
 
[ 复材学院搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 

 
 
推荐图文
推荐复材学院
点击排行
(c)2013-2020 复合材料应用技术网 All Rights Reserved

  鲁ICP备2021047099号

关注复合材料应用技术网微信