復合材料模具設計制造工藝探討

馬瑛劍

（中航通飛華南飛機工業有限公司,廣東 珠海 519040）

進入21世紀后，復合材料發展迅速，已經被廣泛應用至各行各業之中，尤其是在航空領域內，復合材料以其諸多優勢已經被廣泛推廣和應用。但是，我國對復合材料的研究和應用仍處于起步階段，再加上相關技術仍需從國外引進，使得復合材料行業的發展受到了很大制約。而作為復合材料基礎技術的模具設計與制造技術，其不僅是我國復合材料領域創新的關鍵，更是我國復合材料行業進步的前提。因此，加強對復合材料模具設計與制造工藝的重視以及對其展開詳細的研究和探索，符合材料行業發展的趨勢，值得我們給予足夠的重視。

1 復合材料模具的基本構造

復合材料模具的基本構造分為陽模和陰模2種，這2種模具的構造生產不同需要的模具零件。陽模是最省時省力的一種模具制造方法，是以成品模具為原模，在成模的表面進行模具結構的生產，其優點就是成模速度快，縮短生產時間，提高了生產效率，但是這種生產模具生產出來的成品表面粗糙，需要后續的表面處理技術進行加持和改進，增加了工作強度。陰模的生產適合與芯材一起使用，可以保證每個模具的表面光滑，大大的減少了精加工的時間，節省了模具出廠的時間，提高了模具的生產效率，降低了模具的生產成本。壓縮模具是通過陽模和陰模想結合制作出來的，適合生產高精密的零件，例如輕質RTM模具，模具中裝有增強材料和樹脂材料，在模具緊固和閉合之前，多余的樹脂材料被擠壓出來，減少了材料與模具之間的縫隙，從而使得到的模具兩側光滑。同樣，壓縮模具可以用于樹脂材料的灌注或者注射，在生產模具之前要首先考慮成品零件的使用途徑和使用者，這樣對于模具的生產才能保證合理和高效。

2 復合材料模具設計與制造的關鍵技術

（1）數控加工技術。 數控加工技術可以實現遠程的操控，不同結構的模具和不同材料的模具都需要借助數控加工技術，而數控加工技術運用了自動化的技術理念。由于是自動化控制設備的運行，因此相比較于人工的操作和管理更加的安全高效，并且生產出來的模具精準度和模具質量都有較高的保障，將數控加工技術運用到復合材料模具的設計與制造中，可以有效提高生產效率，提高產品的合格率和過檢率。

（2）表面處理技術。表面處理技術是模具生產過程中，保障質量的有效途徑和環節，生產模具的材料和質量都有較高的要求，表面處理技術直接決定了模具的性能，包括模具的硬度、模具的耐磨程度、美觀性和耐腐蝕性等，因此對于表面處理技術應該有較高的要求。表面處理技術在應用中常見的有物理化學方法，對模具表面進行清潔、打磨、噴涂、拋光，其次還有機械處理和等離子處理等多種表面處理技術。對于模具的處理要根據模具的材料選擇合理的處理方式，這樣可以有效的解決模具表面存在的各種問題，延長模具的使用時長，規范模具生產的質量標準。

（3）跟蹤制造技術。跟蹤制造技術是復合材料模具制造的必然發展趨勢，在模具精準和質量問題中，跟蹤制造技術可以有效的預防各種因質量不達標所產生的問題，對于變形模具和殘缺模具可以及時地發現和調整，運用跟蹤制造技術，借用數字化操控技術進行嚴格的質量檢測把關對于企業和客戶都有著重要意義。跟蹤制造技術對于我國來說是需要引進的先進制造技術，作為模具模板的生產和質量監管，跟蹤制造技術可以成為復合材料模具設計與制造工藝的最后一道關卡，有效的保證模具質量的合格率。

3 提高符合材料模具設計與制造質量的主要措施

（1）創新技術。在模具的生產中，對于模具的總體和零件的尺寸、形態、質量有著很高的要求，在許多復雜繁瑣的制造過程中，技術的要求占有很大的比重，科技是第一生產力，不斷進行技術創新和運用可以確保生產力的高效，在塑料型的復合材料模具制作中，結合創新技術的應用，使用智能化、數控加工技術進行模具生產，可以完成多種材質、多種形狀、多種功能的模具的制作和生產。例如，在我國技術不夠完善的情況下，引進國外先進的模具制造技術，完善我國自身模具制造的不足，ACG公司與Integran公司合作的納米技術，可以有效提高復合材料模具的耐磨損性，延長模具的使用時長。使用創新技術進行模具生產，在保證模具質量的情況下，可以有效的提高模具的生產速度。對科技的運用可以保證模具生產參數的精準要求，保證模具生產企業的創造力。

（2）注重選擇，合理選擇模具。對于模具的選擇，首先要從模具的材料中進行選擇，用于模具生產的材料多種多樣，有塑料、橡膠、樹脂、鋼材等材料的選擇，要了解復合材料的使用功能，對于復合材料的使用壽命和耐磨程度都要進行全方位的考慮和計劃，選擇合理的模具生產材料，可以降低生產成本，縮短生產周期。選擇有利于加工的模具材料，可以在模具的切割過程中減少材料的浪費，對于曲面精準度要求較高的模具時，材料的選擇應該是可塑性較強，在加工過程中便于操作，例如，TNVAR.材料，此材料具有明顯的鋼性特征，加熱后也沒有明顯的體積改變和形態變化，因此可以將其用作精密零部件的制造。又如，鋁質材料因為硬度低，所以其可塑性很強，容易加工和改變其形狀，由于其重量比較輕，所以生產成本也較低，因為其硬度不夠，所以使用年限相對于其他材料模具來說比較短，可適用于對精準度要求較低的復合材料模具的制作和使用。

（3）完善設計過程。對于模具的設計過程需要進一步完善和改造，要對設計工藝進行潤色和修飾，因此就要進一步的完善模具的設計過程。模具的設計過程從選材開始，至成品結束，在這個過程中需要逐步完善制作工藝，對于材料的選擇本文已經進行的詳細的敘述，除此以外還需要對模具進行表面工藝的修飾和修改，運用激光處理技術，對模具的表面進行處理，確保模具表面光滑無痕，可以將成品投入到市場的運作中去，有些模具需要化學處理技術進行二次加工和浸潤，以保證模具的質量達到生產時的精細化標準。對于模具的生產過程要進行嚴格的把控，做到每一步都有相應的圖紙進行技術支持（如圖1），對于模具的結構也要準確把握，做到模具生產的高效率、高質量。完善設計過程可以有效的避免復合材料模具生產過程中產生的問題，例如，在焊接材料時模具發生變形、曲面的弧度精準度不達標甚至是模具的斷裂問題，完善設計過程，采用正確的模具制造工藝，可以保證模具生產質量，從而減少模具生產過程中遇到的一系列降低生產效率和問題。完善設計過程也是要求對制作過程進行嚴格的把控把關，制定科學合理的制作方案，對于細節的處理要著重的強調和監管，有條件的生產企業可以引進國外先進的檢查設備，對所生產的復合材料模具進行檢測，避免在生產過程中因為監管不嚴格而產生的一系列問題。

圖1 磨具結構

（4）提高設計與制造人員素質，加強培養。在復合材料模具的制造過程中，設計人員和制造人員非常重要，因此要求生產企業提高設計人員和制造人員的專業素質，定期開展專業知識技能的考核，嚴格把控設計人員和制造人員的專業能力，對于考核不合格的相關崗位負責人，勒令其停止一線工作，進行專業性的教育和培養。只有設計人員的專業素質過硬，制造人員的專業技能考核達到標準，才能在企業的生產過程中減少人為的失誤，才可以提高企業整體的生產能力和生產效率，保證模具成品的質量和精準度。

4 結語

綜上所述，隨著時代的進步與發展，復合材料的應用越來越廣泛，我們要提高復合材料的成品質量首先要保證模具的質量，在模具質量合格的情況下進行復合材料的大批量生產才能保障成品的高質量和高效率，在材料的選擇和制作過程中，需要專業型技術人才進行精準的設計，在理論支持的前提下進行實際生產可以降低材料的報廢率，降低企業的生產成本。因此，我國生產企業要完善設計生產過程，提高專業人員素質，大力提倡數字化設計制造技術，順應時代的發展潮流，引進國內外先進的生產設備，提高企業的生產效率，降低生產成本，保證產品的質量，推動復合材料模具設計制造技術的飛速發展，為我國復合材料模具生產行業帶來意想不到的高收益。