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1、
SMC制品的細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計
樹脂基復合材料經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,現(xiàn)在在世界上已得到廣泛應用,特別 是在汽車、建筑、電器、船舶、防腐容器等方面發(fā)展極為迅速,由于其具有良好的 設(shè)計性和工藝性,且尺寸精確、穩(wěn)定性好等特點,在某些方面,已經(jīng)逐步取代金屬 材料和傳統(tǒng)塑料,成為行業(yè)的新寵。復合材料制品的功能和用途,一部分是通過復 合材料本身來實現(xiàn)的,一定程度上還依靠其制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計,任何一件先進產(chǎn)品, 只有通過合理設(shè)計才能變?yōu)楝F(xiàn)實,所設(shè)計出產(chǎn)品的性能應最大限度地滿足用戶的要 求,應該結(jié)構(gòu)先進、功能好、成本低、使用維修方便,在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi),用最 低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)定功能,用最為優(yōu)化的設(shè)計方法,從若
2、干可行方案中找到優(yōu) 選的方案。另外,復合材料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計人員,在設(shè)計中必須充分注意和考慮復合 材料結(jié)構(gòu)的可修復性,并提供簡便易行而有效可靠的修理技術(shù)。對于所有復合材料 結(jié)構(gòu),特別是容易受到損傷的部件,在設(shè)計中應當考慮到可修理性、修理技術(shù)的可 行性、有效性和經(jīng)濟性。
SMC模壓成型工藝由于其制件尺寸精度高、外觀優(yōu)良、成型周期短、便于批量 化生產(chǎn),所以在復合材料工業(yè)中占有舉足輕重的地位 [2]。在北美和歐洲,SMC在汽
車中的應用非常廣泛。SMC在汽車工業(yè)中逐步擴大應用的過程,也是 SMC工藝技術(shù)
取得不斷進步的過程。在 SMC工藝中,幾乎大部分的發(fā)展,都是源于汽車工業(yè)的要 求。廣義的說,汽
3、車工業(yè)對 SMC勺要求,遠比其他應用領(lǐng)域?qū)?SMC勺要求更高,綜 合性更強。其中,要求SMC制品外觀面達到A級水平,就是難度較大的一項要求, S MC材料的機械性能比鋼板性能低,為了補償在機械性能方面的這種差別,設(shè)計工程 師必須采用適當?shù)脑O(shè)計,以維持零件的結(jié)構(gòu)整體性。因此,在進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時 需要進行特別考慮,使其結(jié)構(gòu)及外觀達到要求。本文主要從 SMC制品的外形結(jié)構(gòu)設(shè)
計、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和預埋件設(shè)計這三個方面進行論述。
1外形結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1壁厚
一般SMC制品的厚度設(shè)計為2.5?3mm經(jīng)測試,3mm勺玻璃鋼試板的彎曲強度 可以達到140MPa以上,基本可以滿足各種常規(guī)的強度要求。 在
4、特殊使用條件下,需 要將產(chǎn)品厚度加厚以滿足要求,但一般不超過 15mm制品過厚將增大成型周期,且
容易出現(xiàn)芯固化度不夠。同時,SMC制品厚度也不能太薄,就目前情況看,一般不 得少于1mm厚度。但需注意的是,設(shè)計 SMC制品時,盡量采用等厚度,因為壁厚不
均易引起固化度不均而易產(chǎn)生變形,若必須變化壁厚的話,應逐漸平滑過度,不可 有突變。
1.2皮紋
現(xiàn)在部分汽車外飾產(chǎn)品,為了體現(xiàn)產(chǎn)品的高檔次,常需要在表面進行仿皮紋設(shè) 計,這會使整個制造過程復雜化,同時,如果產(chǎn)品設(shè)計不好,會造成無法脫模及表 面缺陷多等缺點,因此,進行產(chǎn)品設(shè)計時盡量遵循以下原則:
1 )皮紋顆粒間的過渡必須盡量平緩
5、,避免尖角、突變等結(jié)構(gòu);
2)一般只在平整的表面設(shè)計皮紋, 如果必須要在側(cè)面或者翻邊上添加皮紋, 該側(cè)面
與脫模方向的角度必須大于15度。
圖2飛邊設(shè)計示意圖
1.3飛邊
產(chǎn)品成型后,在產(chǎn)品周邊,模具上下模配合的部位會出現(xiàn)飛邊,必須通過后續(xù) 加工打磨來去除。如果設(shè)計不好,飛邊嚴重的產(chǎn)品會導致產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度的降 低,因此我們進行產(chǎn)品設(shè)計時應盡量將飛邊安排在邊緣棱角處,且便于清除,尺寸
精度要求嚴格和表面光潔度要求高的部位需盡可能的避免設(shè)計飛邊,具體如圖 2所
示。
1.4孔洞
為了便于裝配或其他功能性需要,產(chǎn)品上不可避免的會設(shè)計一些孔洞,雖然這 些孔洞可以通過模具
6、直接成型,但為成型孔洞而設(shè)置的模具突起會影響片材在模具 內(nèi)的流動,造成纖維流動取向、產(chǎn)品強度降低,為了避免這種情況發(fā)生,一般的孔 洞均是通過二次加工實現(xiàn),故在進行產(chǎn)品設(shè)計時應考慮二次加工方便且便于控制, 故需盡量避免出現(xiàn)復雜形狀的孔和階梯孔等結(jié)構(gòu)。
2內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1加強筋
對于大面積平板狀玻璃鋼制件,為增加剛度,防止制品變形,需在背面設(shè)計加 強筋。加強筋的設(shè)計原則為:
1 )加強筋應布置在產(chǎn)品受力較大之處,以改善產(chǎn)品的強度;
2 )加強筋應盡量作對稱分布,避免局部集中;
3 )加強筋不宜過高,太高會引起缺料或脫模困難。
加強筋厚度一般為制品厚度的 2/3,高度小于等于3倍壁
7、厚,圓角大于等于0.2 5~0.4的壁厚,兩側(cè)需有最小0.5º的斜度,以便于脫模。兩條平行加強筋的最 小間距一般不能小于10mm
圖3加強筋設(shè)計示意圖
在有加強筋交叉的部位,需在交叉出進行圓角過渡,并增大脫模角度,最好在 模具設(shè)計時在該處增加頂出,便于產(chǎn)品脫模。
2.2凸臺
h5也
1
有時為了使產(chǎn)品達到某種裝配功能或?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行工藝改善,常常需要在產(chǎn) 品上設(shè)計凸臺,如下圖所示:
I
圖4凸臺結(jié)構(gòu)及設(shè)計示意圖
但在設(shè)計凸臺時,常常在凸臺周圍添加加強筋,以增加凸臺強度并改善材料的 流動性,并且凸臺壁厚不可太厚,以免在產(chǎn)品表面形成縮坑。
2.3圓角
8、在制品拐角或翻邊處,需用圓角過渡,以改善材料流動性能,應盡量避免使用 直角或小于壁厚的圓角,圓角半徑的大小一般是外 R取2T(壁厚),內(nèi)R取1T。
3預埋件設(shè)計
SMC制件中設(shè)計筋、臺與預埋金屬嵌件,是實現(xiàn)相應功能(如減重、增加制件 剛性、方便零件配合與連接等)的主要方法,幾乎是不可避免的。但需注意上述細 節(jié)設(shè)計會造成表面縮坑現(xiàn)象,因此筋的厚度以 3mm為宜,臺的根部要圓滑過渡,預
埋嵌件用金屬材料的熱脹系數(shù)與 SMC盡可能接近,預埋嵌件周圍料層不宜太薄(否 則會因收縮破壞制件表面)。
3.1自攻螺釘
SMC制品上應盡量避免使用自攻螺釘,因為玻璃鋼制品的剪切強度較低,無法 起到應有
9、的作用,且安裝時容易將凸臺脹裂。但如果確有需要,進行產(chǎn)品設(shè)計時應 盡量參照圖5設(shè)計:
圖5自攻螺釘設(shè)計示意圖
3.2嵌件結(jié)構(gòu)
為了實現(xiàn)SMCM品與其他零件的連接,常常需要在制品中預置螺紋嵌件。預埋 嵌件分為內(nèi)螺紋和外螺紋兩種,即預埋螺母和預埋螺栓。通常使用銅或鋁等硬度比 鋼低的材料,以防止嵌件在模具內(nèi)錯位時損傷模具。
對于SMCM品用嵌件,設(shè)計時應注意以下事項:
1 )嵌件用金屬材料的熱膨脹系數(shù)應與 SMC盡可能接近;
2)嵌件周圍SM(料層不宜太薄,否則會因收縮而使制件破壞;
3 )嵌件必須用開槽或滾花結(jié)構(gòu)以保證嵌件牢固地固定在 SMC本體內(nèi)。
當嵌件為通孔而且嵌件高度與制品厚度一致時,因嵌件高度有公差,合模時易 將嵌件壓變形。所以嵌件設(shè)計高度應該低于制品厚度。