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玻璃鋼模具手糊成型技術

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-04-11  瀏覽次數:180
核心提示:介紹了快速原型技術的基本原理,闡述了從快速原型設計到玻璃鋼模具翻制的整個工藝過程及其相關細節,簡要分析了手糊成型工藝中常見的缺陷,并提出了相應的解決措施

       玻璃鋼FRP)模具是以樹脂為基體材料,玻璃纖維為增強材料,并以原型為基準所制成的模具。FRP模具具有成型靈活、生產開發周期短、工藝性好、耐磨、使用壽命長等優點。制作玻璃鋼模具首先是制作母模,即產品實樣。目前制作玻璃鋼模具的母模多以石膏、木材、水泥、石蠟等基材制作,這些材料制作的母模往往尺寸精度較低、表面質量粗糙、加工比較復雜,容易產生氣孔和裂紋及平整度比較差等缺陷。比較適合那些精度要求較低、表面質量要求不高的FRP模具制作。因此,本文提出了基于快速原型(RapidPrototyping,RP)的玻璃鋼模具制作技術,以期待能更好地解決以往制作母模尺寸精度低、表面質量差、加工復雜等問題,提高玻璃鋼模具的制造質量。
快速原型的制作

       快速原型技術是將傳統的“去除”加工方法(由毛坯切去多余材料形成產品)改變為“增加”加工方法(將材料逐層累積形成產品),采用離散分層/堆積的原理,由CAD模型直接驅動,快速制作原型或三維實體零件的一種全新的制造技術??焖僭图夹g發展至今,以其技術的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速發展。目前,快速原型的工藝方法已有數十種之多,其中典型工藝有四種基本類型:光固化成型法(StereoLithographyApparatus,SLA)、疊層實體制造法(LaminatedObjectManufacturing,LOM)、選擇性激光燒結法(SelectiveLaserSintering,SLS)、熔融沉積制造法(FusedDepositionManufacturing,FDM)。

       該方法基于SLA,以光敏樹脂為原料,計算機控制紫外線束,按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行連續掃描,使被掃描區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化,形成零件的一個薄層,之后工作臺下移一個層厚的距離,已成型的層面上又布滿一層新的液態樹脂,然后再進行新一層的掃描加工,新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此重復直到整個零件制造完畢,得到一個三維實體模型。該原型機制作的原型精度可達±0.3mm(100mm以內),分層厚度為0.2mm,生成的原型最大尺寸可達到350mm×350mm×500mm。

       在原型制作過程中,首先要根據產品設計要求,通過Pro/E、UG、CATIA等三維CAD造型軟件設計出產品的三維模型,以便進行觀模、修改。然后經過STL文件轉換、分層處理、支撐設計等操作,最終利用RP技術即可制作出一個三維實體原型來。  原型制作好后,需要進行清洗、去除支撐、后固化等處理。

       基于RP原型的FRP模具手糊成型工藝

       2.1材料的選擇

       基體樹脂采用藍星化工新材料股份有限公司無錫樹脂廠生產的WSP6101型環氧樹脂,該環氧樹脂固化收縮率低,電絕緣性能極好,對各種酸堿及有機溶劑都很穩定,抗拉強度可達450~700kg/cm2,抗彎曲強度可達900~1200kg/cm2。固化劑采用沈陽市振興實用技術研究所生產的環氧樹脂常溫E-999固化劑。稀釋劑采用丙酮(或環氧丙烷丁基醚)。模具膠衣采用耐高溫、硬度高、韌性好的模具專用膠衣。制作FRP模具的纖維增強材料采用300g/m2無堿短切氈和0.2mm玻璃纖維方格布。

       2.2工藝規程

       利用RP原型為母模手糊成型玻璃鋼模具的工藝流程如圖3所示。這種方法是以液態的環氧樹脂與有機或無機材料混合作為基體材料,并以原型為基準手工逐層糊制模具的一種制模方法。手糊成型玻璃鋼模具的具體工藝過程如下:

     (1)RP原型的表面處理

       紫外光固化制作的原型在其疊層方向上,由于每層切片截面都有一定的厚度,會在成型后的實體表面產生臺階現象,這將直接影響成型后實體的尺寸誤差和表面粗糙度。因此,必須對原型表面進行打磨、拋光等處理,以提高原型表面的光滑程度,只有使原型表面足夠光滑,才能保證制作的玻璃鋼模具型腔的光潔度。

     (2)選擇和完善分型面

      分型面設計是否合理,對工藝操作難易程度、模具的糊制和制件質量都有很大的影響。一般情況下,根據原型實體型體特征,在確保原型能順利脫模及模具上、下兩部分安裝精度的前提下,分型面的位置及形狀應盡可能簡單。因此,要正確合理的選擇分型面和澆口的位置,嚴禁出現倒拔模斜度,以免出現無法脫模。沿分型面用光滑木板固定原型,以便進行上下模的分開糊制。在原型和分型面上涂刷脫模劑時,一定要涂均勻、周到,并反復涂刷2~3遍,待前一遍涂刷的脫模劑干燥后,方可進行下一遍涂刷。

     (3)涂刷膠衣層

       待脫模劑完全干燥后,將模具專用膠衣用毛刷分兩次涂刷,涂刷要均勻,待第一層初凝后再涂刷第二層。膠衣顏色為黑色,膠衣層總厚度應控制在0.6mm左右。在這里要注意膠衣不能涂太厚,以防止產生表面裂紋和起皺。

     (4)樹脂膠液配制

       由于常溫樹脂粘度很大,可先將環氧樹脂在60℃恒溫箱中加熱30min,以降低其粘度,然后以100份的WSP6101型環氧樹脂和8~10份(重量比)的丙酮(或環氧丙烷丁基醚)混合于干凈的容器中,以電攪拌器或手工攪拌均勻后,再加入20~25份的固化劑(固化劑的加入量應根據當時的氣溫、現場溫度適當增減),迅速攪拌,進行真空脫泡1~3分鐘,以除去樹脂膠液中的氣泡,即可使用。

     (5)玻璃纖維逐層糊制

       待膠衣初凝,手感軟而不粘時,將調配好的環氧樹脂膠液涂刷到經膠凝的模具膠衣上,隨即鋪一層短切氈,壓實,排出氣泡。玻璃纖維以GC—M—M—R—M—R—M…(GC表示膠衣,M表示300g/m2無堿短切氈,R表示0.2mm玻璃纖維方格布)的積累方法進行逐層糊制,直到所需厚度。在糊制過程中,要嚴格控制每層樹脂膠液的用量,既要能充分浸潤纖維,又不能過多。含膠量高,氣泡不易排除,而且造成固化放熱大,收縮率大。整個糊制過程實行多次成型,每次糊制2~3層后,要待固化放熱高峰過了之后(即樹脂膠液較粘稠時,在20℃一般60min左右),方可進行下一層的糊制。糊制時玻璃纖維布必須鋪覆平整,玻璃布之間的接縫應互相錯開,盡量不要在棱角處搭接。要注意用毛刷將布層壓緊,使含膠量均勻,趕出氣泡,有些情況下,需要用尖狀物,將氣泡挑開。

      第一片模具固化后,切除多余飛邊,清理模具及另一半原型表面上的雜物,即可打脫模劑,制作膠衣層,放置注射孔與排氣孔,進行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后,切除多余的飛邊。為保證模具有足夠的強度,避免模具變形??蛇m當的粘結一些支撐件、緊固件、定位銷等以完善模具結構。

      (6)脫模修整

        在常溫(20℃左右)下糊制好的模具,一般48小時基本固化定型,即能脫模。脫模時盡可能使用壓縮空氣斷續吹氣,以使模具和母模逐漸分離。脫模后視模具的使用要求,可在模具上做些鉆孔等機械加工,尤其是在一些樹脂不易流滿的死角處,在無預留氣孔的情況下,一定要鉆些氣孔。然后進行模具后處理,一般用400#~1000#水砂紙依次打磨模具表面,使用拋光機對模具進行表面拋光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。
手糊成型工藝中常見的缺陷分析

       氣泡:在糊制模具時,常由于樹脂用量過多,膠液中氣泡含量多,樹脂膠液粘度太大,增強材料選擇不當,玻璃絲布鋪層未壓緊密等原因造成模具及型腔表面有大量氣泡產生,這嚴重影響了模具的質量和表面粗糙度。目前常采用控制含膠量,樹脂膠液真空脫泡,添加適量的稀釋劑(如丙酮),選用容易浸透樹脂的玻璃絲布等措施減少氣泡的產生。

       流膠:手工糊制模具時,常出現膠液流淌的現象。造成流膠的原因主要表現為:①樹脂粘度太低;②配料不均勻;③固化劑用量較少。常采用加入填充劑提高樹脂的粘度(如二氧化硅),適當調整固化劑的用量等措施,以避免流膠現象的出現。

      分層:由于樹脂用量不足及玻璃絲布鋪層未壓緊密,過早加熱或加熱溫度過高等,都會引起模具分層。因此,在糊制時,要控制足夠的膠液,盡量使鋪層壓實。樹脂在凝膠前盡量不要加熱,適當控制加熱溫度。

       裂紋:在制作和使用模具時,我們常能看到在模具表面有裂紋現象出現,導致這一現象的主要原因是由于膠衣層太厚以及受不均勻脫模力的影響。因此,模具膠衣的厚度應嚴格控制。在脫模時,嚴禁用硬物敲打模具,最好用壓縮空氣脫模。

    結束語

       從上面的論述中可以看出,基于快速原型的玻璃鋼模具手糊成型技術具有快速性、高精度、工藝簡捷、操作簡便等優點,能夠在很短的時間內將設計思想迅速轉變為現實產品,極大地縮短了新產品的開發周期,既降低了生產成本,又實現了產品的大批量生產,滿足了企業快速響應市場需求的發展趨勢。但其也存在著一定的局限性,如快速原型的加工范圍有限,這在很大程度上限定了快速原型技術在玻璃鋼模具制作領域的應用。因此,目前快速原型技術僅限于一定尺寸、精度較高、形狀較復雜的玻璃鋼模具制作。對于那些尺寸較大、精度較低、形狀較簡單的玻璃鋼模具,可采用水泥、石膏、木材等材料制作母模,這樣可有效地降低成本,縮短工期。因此,在成型玻璃鋼模具時,我們要根據具體的產品要求和生產條件,采用具體的工藝,不斷探索新工藝、新材料,才能達到更為理想的實踐與生產效果。

 
 
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