余 志，王少峰，彭 河，賈志欣，劉立君

（1.寧波益普樂(lè)模塑有限公司，浙江寧波315000；2.浙大寧波理工學(xué)院，浙江寧波315000）

1 引言

目前，材質(zhì)輕量化和結(jié)構(gòu)輕量化是制品實(shí)現(xiàn)減重的主要手段，纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料具有密度小、強(qiáng)度高、抗沖擊性能好以及比模量高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的成型性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)迅速發(fā)展的一類高性能復(fù)合材料，在汽車(chē)、運(yùn)輸、建筑、化工等方面得到了廣泛的應(yīng)用[1~2]。

SMC是片狀模塑料的簡(jiǎn)稱，由低收縮劑、填料、添加劑等組分的樹(shù)脂混合料浸漬增強(qiáng)材料后加工而成的片狀或板狀熱固性模塑材料。纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝主要有模壓成型、熱壓罐成型、纏繞成型、注射成型和擠出成型等方法，其中模壓成型工藝具有成型效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且模壓時(shí)成型壓力和熔體流動(dòng)對(duì)增強(qiáng)纖維的損傷非常小。因此，模壓成型在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用[3~4]。

模具是模壓工藝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，制品表面質(zhì)量在很大程度上取決于模具的制造精度，良好的制品質(zhì)量是由可靠的模具質(zhì)量保證的[5~6]。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)制品的具體要求，設(shè)計(jì)成型零件和模具結(jié)構(gòu)，還要根據(jù)制品的需求量，表面質(zhì)量要求、性能要求等選擇合適的材料?？资撬芰虾蛷?fù)合材料制品常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，本文在討論典型孔成型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出了一種適用于復(fù)合材料模壓成型的后導(dǎo)入擠壓打孔結(jié)構(gòu)。

2 SMC制品孔成型的工藝特點(diǎn)

在纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料制品中，對(duì)于要求不高的孔，通常在模壓時(shí)，這些孔的成型采用與注射模具相類似的結(jié)構(gòu)，針對(duì)孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用碰穿、插穿、對(duì)碰和對(duì)插等形式，如圖1所示。

圖1 注射模具孔的成型結(jié)構(gòu)

SMC預(yù)混料為片材，其內(nèi)部纖維相對(duì)于平面平行分布、呈現(xiàn)各向異性。預(yù)混料的鋪設(shè)工藝對(duì)SMC制品質(zhì)量有重要影響。模壓過(guò)程中，隨著壓力的施加，樹(shù)脂攜帶著纖維在模腔中流動(dòng)，最終充滿整個(gè)模腔空間并反應(yīng)固化；與此同時(shí)，還需要排除其中的氣體或揮發(fā)組分等。宋修宮等人研究表明[7]，增加局部鋪層的塔式結(jié)構(gòu)和選擇適當(dāng)?shù)牧鞒汤谂艢夂蜏p少針眼，但是很大程度上會(huì)造成SMC制品力學(xué)性能的損失。特別是當(dāng)SMC制品存在質(zhì)量要求高的通孔時(shí)，模壓過(guò)程中預(yù)混料中的樹(shù)脂能夠自由流動(dòng)，但纖維由于受到了模具型芯的阻礙，會(huì)出現(xiàn)分布不均與取向，造成孔壁周?chē)w維少，力學(xué)性能差，致使纖維含量低的部分在脫模過(guò)程中出現(xiàn)裂紋甚至折斷[8]。

對(duì)于SMC制品存在高質(zhì)量要求的安裝孔時(shí)，如果采用注射模成型孔的固定型芯結(jié)構(gòu)，纖維在流動(dòng)成型過(guò)程中被固定的型芯刺破，還容易造成成型后的制品安裝孔飛邊太厚，并且內(nèi)邊緣有毛刺，給后續(xù)安裝帶來(lái)不便。

本文給出了一種后導(dǎo)入擠壓打孔結(jié)構(gòu)，在上下模合模之后，待SMC料熔體充滿模腔，再進(jìn)行擠壓打孔，確保成型的孔壁強(qiáng)度高，飛邊少，孔內(nèi)邊緣光滑。

3 模壓模具后導(dǎo)入擠壓打孔機(jī)構(gòu)

針對(duì)纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基模壓制品上安裝孔要求飛邊小、內(nèi)壁光滑的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種模壓模具合模后局部擠壓成型孔的結(jié)構(gòu)。圖2所示為模壓成型纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基SMC制品孔的模壓模具后導(dǎo)入機(jī)構(gòu)下模裝配圖。在下模安裝有后導(dǎo)入板6，后導(dǎo)入板上通過(guò)螺塞16壓緊后導(dǎo)入打孔型芯2，該型芯與下模芯1為H7/f6間隙配合。后導(dǎo)入板6的外側(cè)與油缸體5連接，油缸活塞桿7通過(guò)螺紋與固定在下底板13上的連接柱10連接，并通過(guò)螺釘8鎖緊。后導(dǎo)入板6與支撐限位柱18之間為H7/f6間隙配合。

后導(dǎo)入擠壓打孔機(jī)構(gòu)的工作原理是：模具加熱后，疊層鋪放SMC料，上下模合模，纖維增強(qiáng)的SMC料在高溫下充滿模腔，此時(shí)后導(dǎo)入打孔型芯2的上端面與下模芯平齊，方便樹(shù)脂和纖維布滿，后導(dǎo)入板6由支撐限位柱18的軸肩限位，如圖2所示。當(dāng)模腔基本充滿時(shí)，油缸工作，由于油缸活塞桿7與連接柱10固定連接，因此油缸體5與后導(dǎo)入板6在油壓的作用下向上運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)導(dǎo)入打孔型芯2向上運(yùn)動(dòng)，型芯2擠壓纖維與樹(shù)脂熔體，成型出孔。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

這種后導(dǎo)入擠壓打孔形式采用了制品先成型后擠壓打孔的原理，熔體中的纖維、樹(shù)脂等料已經(jīng)沉定下來(lái)，因此這種打孔方式既減少了飛邊的厚度，又能保證孔的內(nèi)壁邊緣光滑，從而提高了孔的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

模壓成型是SMC復(fù)合材料成型的主要方法，隨著復(fù)合材料在大型汽車(chē)零部件領(lǐng)域應(yīng)用不斷擴(kuò)大，制品要求不斷提高。本文根據(jù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料模壓成型工藝特點(diǎn)，給出了一種模壓模具的后導(dǎo)入打孔結(jié)構(gòu)，可提高模壓制品孔的質(zhì)量，解決制品孔位在成型后修邊處理從而導(dǎo)致孔精度下降的問(wèn)題。