SMC制品模壓模具局部后打孔結(jié)構(gòu)設(shè)計＊

余 志，王少峰，彭 河，賈志欣，劉立君

（1.寧波益普樂模塑有限公司，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)輕量化是制品實現(xiàn)減重的主要手段，纖維增強的樹脂基復(fù)合材料具有密度小、強度高、抗沖擊性能好以及比模量高等特點，同時還具有良好的成型性、耐腐蝕性等優(yōu)點，是近年來迅速發(fā)展的一類高性能復(fù)合材料，在汽車、運輸、建筑、化工等方面得到了廣泛的應(yīng)用[1~2]。

SMC是片狀模塑料的簡稱，由低收縮劑、填料、添加劑等組分的樹脂混合料浸漬增強材料后加工而成的片狀或板狀熱固性模塑材料。纖維增強的樹脂基復(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，并且模壓時成型壓力和熔體流動對增強纖維的損傷非常小。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)計過程中要根據(jù)制品的具體要求，設(shè)計成型零件和模具結(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。孔是塑料和復(fù)合材料制品常見的結(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

在纖維增強的樹脂基復(fù)合材料制品中，對于要求不高的孔，通常在模壓時，這些孔的成型采用與注射模具相類似的結(jié)構(gòu)，針對孔的結(jié)構(gòu)特點，采用碰穿、插穿、對碰和對插等形式，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SMC制品質(zhì)量有重要影響。模壓過程中，隨著壓力的施加，樹脂攜帶著纖維在模腔中流動，最終充滿整個模腔空間并反應(yīng)固化；與此同時，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，模壓過程中預(yù)混料中的樹脂能夠自由流動，但纖維由于受到了模具型芯的阻礙，會出現(xiàn)分布不均與取向，造成孔壁周圍纖維少，力學(xué)性能差，致使纖維含量低的部分在脫模過程中出現(xiàn)裂紋甚至折斷[8]。

對于SMC制品存在高質(zhì)量要求的安裝孔時，如果采用注射模成型孔的固定型芯結(jié)構(gòu)，纖維在流動成型過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，再進行擠壓打孔，確保成型的孔壁強度高，飛邊少，孔內(nèi)邊緣光滑。

3 模壓模具后導(dǎo)入擠壓打孔機構(gòu)

針對纖維增強的樹脂基模壓制品上安裝孔要求飛邊小、內(nèi)壁光滑的特點，設(shè)計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的樹脂基SMC制品孔的模壓模具后導(dǎo)入機構(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通過螺紋與固定在下底板13上的連接柱10連接，并通過螺釘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，纖維增強的SMC料在高溫下充滿模腔，此時后導(dǎo)入打孔型芯2的上端面與下模芯平齊，方便樹脂和纖維布滿，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，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動，從而帶動導(dǎo)入打孔型芯2向上運動，型芯2擠壓纖維與樹脂熔體，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、樹脂等料已經(jīng)沉定下來，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

模壓成型是SMC復(fù)合材料成型的主要方法，隨著復(fù)合材料在大型汽車零部件領(lǐng)域應(yīng)用不斷擴大，制品要求不斷提高。本文根據(jù)纖維增強的復(fù)合材料模壓成型工藝特點，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)致孔精度下降的問題。