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RTM模具设计 南京东源汽车科技有限公司钱川 1 前言 RTM成型工艺技术是当前世界FRP工业中发展最快的成型工艺之一 所有RTM产品都需要一个适合其工艺的模具 RTM模具可以用铝 钢 FRP来制作 铝 钢模具不易变形但价格高 FRP模具成本较低 制作周期较短 是目前主流的RTM工艺用模具 下面主要对FRP模具做个介绍 2 FRP模具 钢模 FRP模具 铝模 3 一 RTM模具设计 1 1简介模具是产品的镜子 决定RTM产品的首要因素就是模具 由于RTM模具一般采用阴阳模对合方法 因而想办法提高阴阳模的表面质量和尺寸精度就成为决定产品质量的一个关键因素了 另外模具的紧固 密封 注胶口和排气口的设计是否合理也是决定RTM产品质量的重要因素 4 1 2模具设计步骤 RTM模具设计制作步骤如下 1 模具制作环境的要求以及原料的选择a 环境环境温度 理想的范围为25 3 相对湿度 不能大于60 制作车间 应保持比产品生产区更高的清洁度与日常维护 b 材料由于RTM模具要求具有强度高 变形小 寿命长 模腔尺寸准确等许多特点 所以对制模材料有特殊的要求 主要材料有 胶衣 模具树脂 表面毡 无碱短切毡 轻木 强芯毡 保温芯块 蜡片 辅助材料 聚酯封孔剂 易打磨底胶 高光胶衣 玻璃微珠 丁酮 丙酮 方格布 固化剂 促进剂 各种目数水砂纸 定位件 紧固件 注射口 排气口 注射塞 工具 胶衣喷枪 搅拌器 油漆喷枪 毛刷 塑料盆 各种辊筒 固化剂量杯 腻子刀 剪刀 美工刀 钢直尺等 5 2 原模的制作原模的材料一般可用木材 代木 石膏 聚氨酯泡沫 也可以用产品支撑起来完成 木材要求使用水分相对较低 最好是烘干的松木来制作 石膏牵涉到水分挥发的问题 需要进行封孔 聚氨酯泡沫同样也牵扯到表面处理 产品精度要求高的首选用代木和木材 原模的加工可以手工也可以通过加工中心加工 如果加工中心平台没有那么大 可以分割加工 最后拼装 对原模需要重复使用的 建议使用代木 原模在制作过程中要考虑到R角的处理 R角与产品厚度的关系见下表 6 另外还要考虑到脱模斜度的问题 有脱模斜度的制品脱模力小 脱模顺利且不易损伤模具表面 根据产品的外形情况和技术条件许可尽量加大脱模斜度 如果技术条件不具备的情况下也要确保预留3 的脱模斜度 7 3 模具设计 制作方案的确定在该步骤中我们主要考虑模具的分模面 考虑是否进行分模或者需要做活块 这一步将影响到产品是否能顺利的生产出来 还有开合模过程的操作是否顺利 8 模具结构层的设计一般情况下FRP模具的FRP结构层为产品厚度的3 5倍 以下为2种参考方案 A 2层胶衣 1层30g m2表面毡 1层300g m2短切毡 2层300g m2短切毡 2层0 4方格布 轻木 1层300g m2短切毡 6层0 8方格布 轻木以后的积层全部用RTM专用模具树脂 2层300g m2短切毡 加固钢架 B 2层胶衣 1层30g m2表面毡 1层300g m2短切毡 2层300g m2短切毡 2层强芯毡 轻木 1层300g m2短切毡 6层0 8方格布 轻木以后的积层全部用RTM专用模具树脂 2层300g m2短切毡 加固钢架 注 每个加号的铺层为一次完成 9 4 裙边的设计在制作方案以及铺层设计都完成以后就开始第一片模具 即阴模 的制作 第一步是裙边的制作 一般情况下 RTM模具裙边设计宽度为8 12cm 对于操作不便的死角要预留出足够的空间位置 进行平滑过渡处理 以便于密封胶条能很顺利的贴合 在裙边预留密封胶条的位置 否则在制作的时候会带来不必要的麻烦 10 5 原模表面的处理a 用120目砂布把原模表面的毛刺处理掉 b 把原模表面的木纹或钉孔用原子灰刮平 打磨 c 整体喷一层易打磨底胶 打磨找平 d 在模具表面打蜡 11 6 密封胶条及模腔的位置处理用蜡片贴出密封胶条的位置 然后对边缘用腻子或橡皮泥进行圆滑过度处理 12 13 14 15 7 模具胶衣准备胶衣的用量一般控制在850g m2 此时的厚度在0 6 0 8mm之间 凝胶时间控制在2小时左右 凝胶太快会导致胶衣层中的气孔率高 胶衣分两次喷涂 两次的间隔时间不超过30分钟 喷涂时喷枪压力控制在70psi 模具胶衣施工程序 首先检查喷射设备是否处于良好状态 检查所有的密封状态是否良好 压力调节器操作是否灵活 16 8 模具的积层制作前要确保纤维制品不受潮 不沾油污 保证纤维含量控制在60 左右 17 9 轻木可以加入轻木或泡沫来增强 18 19 20 21 22 10 模具的加固根据模具结构情况 增强纤维织物的情况 用方钢加固模具 模具的加固的好坏直接影响到模具的寿命 23 24 11 排气口和注射口的设计一般情况下排气口和注射口设于上模 对于几何形状较规则的模具注射口设置在其几何中心 不规则的模具一般位于模具注射状态下制件的最底端 排气孔设计一般安放在产品的最高点以及不利于排气的位置 如果有需要 可以在合适的位置放置气脱来帮助产品的脱模 总之 要根据制品的具体形状进行分析 充分考虑到树脂的流动方式 全面权衡 妥善安排注射口和排气口的位置 以保证制品的注射成功 25 12 阳模的制作在铺设完蜡片开始制作阳模的时候 结构层的糊制和阴模一样 但有以下注意事项 a 喷胶衣时注意操作间的湿度不能超过60 否则会严重影响其固化 容易引起胶衣皱摺 因此在湿度大的情况下不能喷涂胶衣 b 阳模制作过程中 要严格控制树脂的用量以及积层的速度 否则模具以及模腔的尺寸均得不到保证 26 13 紧固件 定位件的焊接我们在阳模的FRP结构层完成以后 同样也要对模具进行钢结构的加强 操作和阴模一样 但要注意焊接时要把注射口和排气口的位置让出来 同时在注射口的位置方钢的间距需要小一些以增加该位置的刚性 一般情况下 阴阳两片模具的定位件仅需要两件 采用对称的位置焊接 其它位置均用紧固件 所有这些金属焊接件的空间距离为40cm左右 如果模具较厚或者裙边的钢架不够平整 需要用厚度为10mm左右的钢板进行衔接 焊接时一定要保证在模具紧固时受力在同一方向 当然还要根据模具的具体情况进行灵活处理以达到最佳的效果 27 14 后固化处理到此 我们模具的制作过程就完成了 由于模具在制作过程中树脂固化不完全 以及紧固件和定位件的焊接等会造成模具中存在着较大的应力 如果马上投入生产 会严重的影响到模具的质量和寿命 因此要进行模具的后固化处理 方法如下 在高于模具使用温度40 50 的温度下进行热处理 一般以60 80 为参考温度 固化8小时来消除模具的内应力以及提高树脂的固化度 使得模具达到最佳的性能 后固化处理完以后如果时间上充裕可以将模具放置一周以后脱模并处理再投入生产 28 15 模具的后处理完成模具的后固化就可以脱模进行后处理 脱开模具 去除蜡片 蜡片都附着在阳模上 去除蜡片以后用洁模剂清洗模具 从600目砂纸开始依次递增到2000目以上 根据产品要求打磨模具 模具表面打磨后开始抛光处理 29 16 试模 试模前一定要保证脱膜剂的完整涂覆 并要做脱模实验 根据产品的形状剪裁毡 合上模具 紧固到位 准备注射 注射时的压力可以从小往大调 待产品固化以后脱模 察看整个模具以及产品的情况 需要时及时进行调整直到满意为止 至此 我们整个模具的制作就完成了 30 17 模具的保养 维护和保管由于RTM注射模具属于精度比较高的模具 不管是否长期生产 都需要对模具进行必要的保养和维护 总的原则 保养重于修补 修补难以得到好的模具 保养方法 边使用边保养 主要是重新打磨 抛光 保持光洁度 使用久的模具 在其表面可能会有脱膜蜡或脱膜剂的积垢 需要用专门的清洗剂来去除这些积垢 让模具焕然一新 模具在使用告一段落以后 需要继续保管时 要注意几点 a 模具必须合模紧固到位然后存放 合模时必须保证模腔的洁净 b 不允许放在露天 31 小结