探析手糊玻璃鋼產品設計要點

韋燁　馬志強

摘 要：玻璃鋼產品的制造有其特殊性，我們的產品設計除要符合玻璃鋼材料本身的特性之外，還要符合生產設施、產品工藝路線等多種汲涉生產制造方面的具體要求。如何使產品能夠在生產制造過程中“降低制造難度、提高生產效率”是我們在產品設計工作中需要非常重視的工作思路。

關鍵詞：玻璃鋼 產品 制造 生產 結構 工藝 設計

1 手糊玻璃鋼產品工藝簡介

1.1 玻璃鋼的層間結構

手糊玻璃鋼成型工藝是手工作業把玻璃纖維織物和樹脂交替地鋪在工裝模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。其層間結構主要分為四層（具體如下圖1所示），第一層：膠衣層，為產品提供良好的表面質量及耐候性保護；第二層：表面氈（表面要求高的產品需要此層），減少表面氣泡，隔離布紋，平整表面。由于此層的樹脂含量高，所以可以作為產品的防腐層；第三層：膩子層，提高結構層玻璃纖維的貼合能力，減少產品表面下層氣泡；第四層：結構層，由樹脂和玻璃鋼纖維復合固化，是產品的受力主體。另外可以根據功能需要，結構成可以細分為防腐層、防老化層、強度層等功能層，各功能層采用不同特性的玻璃纖維材料鋪設。

1.2 玻璃鋼的生產流程

手糊玻璃鋼成型產品的生產流程與普通注塑件、模壓件等完全相同，其生產過程中采用的設備投入低，設備結構簡單，工作場地要求不高，其主要的成型工藝流程及工序順序可主要概括為：產品數據凍結→模具設計→模具加工制作→模具驗收→模具準備清潔、打蠟→刷膠衣→刮膩子→刷樹脂鋪玻纖層積操作→烘烤固化→脫模→獲取手糊件毛坯→切割、鉆孔→附件預埋件→水磨、除蠟→刮灰→底漆→面漆→分裝附件→檢驗→入庫。

1.3 玻璃鋼的常用材料

手糊成型玻璃鋼的主要原材料有：①玻璃纖維制品，玻璃纖維制品的種類非常多，工業中常用的有無捻粗紗、有捻紗、短切氈、表面氈、無紡布、單向布、平紋薄布、斜紋薄布、無捻粗紗方格布、緞紋布等，目前汽車零部件產品使用的玻璃纖維制品主要有：表面氈、短切氈、無捻粗紗方格布（簡稱“方格布”）三種；②樹脂，樹脂最早是指從樹上的分泌物中提取出來的脂狀物，后來能夠人工合成樹脂之后，就把人工合成的液態高分子化合物統稱為樹脂。樹脂的品種非常多，手糊玻璃鋼最常用的樹脂是不飽和聚酯樹脂；③固化劑、促進劑，聚酯樹脂常用的固化劑有三種：過氧化環已酮白色糊狀物體、過氧化甲乙酮無色透明液體、過氧化二苯甲酰白色固體或糊狀物體，使用的時候，只有在加熱或在促進劑的作用下，固化劑才能釋放出游離基，使樹脂固化；④填料，填料是加入玻璃鋼中以改善產品某種性能或降低成本，而其本身又具有相對惰性的物質。填料并非玻璃鋼產品中的必須材料，通常情況下不必加入，④促進劑，常用的促進劑有兩種：環烷酸鈷）紫藍色液體、二甲基苯胺淡黃透明液體，在實際使用中，通常是先將促進劑加入大桶的樹脂中配成“大料”。糊玻璃鋼的時候，再按施工的需要從“大料”中量取樹脂，最后再加入固化劑；⑤顏料糊，顏料糊也是一種樹脂，相當于染色劑，根據產品的顏色要求，將相應顏色的顏料糊加入膠衣樹脂中，混合均勻即可。顏料糊的加入量一般為樹脂量的1%～4%；⑥其他添加劑，如稀釋劑、光穩定劑、阻燃劑等。

2 手糊玻璃鋼產品結構設計基本原則

（1）盡量減少產品數量，盡量整體成型。手糊玻璃鋼工藝最顯著的特征就是能夠把多個零件整體成型，零件數量的減少可以大大減少裝配工時，同時也避免因接口的存在而造成強度下降和質量控制難度增加。特別是對于相鄰配合的零件，在模具中整體成型，最后再分割開，這樣做可獲得很好的裝配效果。

（2）產品設計必須適應裝配工藝的要求。整車外觀要求及裝配工藝直接影響到玻璃鋼產品的分塊方案、安裝結構、尺寸精度、工裝夾具等多方面的設計要求，進而影響制造成本。反過來，當發現現有玻璃鋼的制造工藝、產品精度等不能滿足整車外觀要求及裝配工藝的要求時（或能滿足要求但是代價很高），就必須要適當地調整設計結構方案或裝配工藝方法，使整車的結構方案及裝配工藝適合玻璃鋼件的生產。

（3）避免大平面設計。這是手糊玻璃產品的大忌。手糊玻璃鋼工藝不可避免地存在收縮變型現象，大平面產品通常會向內凹陷，產品很難達到大平面的質量要求；另一方面，大平面產品的模具制作及維修也比較困難。應盡量采用弧面，或采用凹/凸裝飾筋弱化大平面，同時可以提高產品剛性。

（4）盡量避免平直的棱線設計。汽車造型采用清晰的棱線造型，可以形成一種簡潔明快的造型風格。從工藝上而言，這種平直的棱線在手糊玻璃鋼產品的設計中是應該盡量避免的。

（5）注意過渡圓角設計。從手糊工藝考慮，直角和銳角都是應該盡量避免的出現，因為在玻璃鋼鋪層的時候，在拐角的部位，玻璃鋼纖維容易出現離空、不貼合。在工藝上，常常采取在拐角部位涂膩子的方法來提高玻璃鋼纖維的貼合能力，這樣做雖然解決了拐角部位的玻璃鋼纖維離空的問題，但另一方面，涂了膩子之后，拐角部位的脆性大大增加，在彎曲變形中更容易出現裂紋。

（6）考慮產品的脫模方向及脫模角，避免反角設計。為了使玻璃鋼產品能夠順利脫模，在模具上都需要做出2°～3°的脫模角。在產品設計的時候，要考慮好脫模方向，同時考慮好在脫模方向上加入脫模角之后是否會對產品的尺寸、裝配關系等產生不良影響。

（7）注意加強筋、預埋件的預埋位置，不能在平面的背面預埋加強筋。

3 手糊玻璃鋼產品典型結構設計

3.1 螺紋安裝結構

玻璃鋼材料不能用于攻螺紋，在必要的時候，產品中必需通過預埋鋼板、螺栓板、螺母板等結構為其他產品提供螺紋安裝支持。常用帶螺紋安裝結構如圖2。

3.2 固定、連接結構

在玻璃鋼底板上預埋螺母，M5～M6，預埋螺母的時候，一定要用膩子將螺母周邊填實，然后再糊玻璃纖維，這樣才能保證螺母不松動。也可以先將螺母焊在一塊小鋼板上做成螺母板，然后再預埋到產品中（如下圖3所示）。這種是最常用的一種結構，用于需要經常拆卸各種蓋板、檢修口等部位。

3.3 金屬預埋件結構

金屬預埋件主要用于在玻璃鋼部件上安裝其他零件，例如：在玻璃鋼儀表板殼體上預埋件金屬件，用于安裝組合儀表、收放機、電器開關、空調控制機構等部件；在前后保險杠上預埋預埋件金屬件，用于安裝霧燈、倒車燈等。實踐證明，金屬預埋件具有結構簡單、安全可靠、裝配方便的優點。原則上，如果需要在玻璃鋼殼體上安裝其他零部件（如電器、燈具等），應盡量采用金屬預埋件進行安裝固定。手糊玻璃鋼產品上的金屬預埋件結構一般設計原則：（1）必須在粘結面上設計一些通孔，這樣可以大大提高粘結的牢固程度，防止金屬預埋件被抽出。通孔的大小、數量視預埋件的大小而定，通常為直徑為?8～ ?12，數量為2～4個；（2）粘結面的有效長度不小于25mm，建議取40mm以上；（3）金屬預埋件采用表面鍍黃鋅或彩鋅處理，不要用電泳漆，因為預埋金屬件之前需要將表面的漆層磨掉。金屬預埋件預埋方法如下圖4所示。

3.4 產品的補強結構

對于一些大體積的薄殼體產品，可以通過在產品內表面預埋加強筋的方法來提高整體剛性，從而可以減少產品厚度、減輕重量，降低成本。必須注意，對于重要的外觀裝飾件，不能在其大平面的內表面預埋加強筋，否則外表面會產生明顯的縮痕，常用的補強結構如下圖5所示。

4 手糊玻璃鋼產品鋪層設計

產品的鋪層設計對產品的性能、質量、成本、生產效率等多方面都會產生直接影響，所以這是一項非常重要、嚴謹的工作。

玻璃鋼外覆蓋件的鋪層主要采取兩種做法：（1）膠衣+膩子+3層短切氈；（2）膠衣+5層方格布，兩種做法均可保證產品厚度控制在約3.5mm。前者做出的產品樹脂含量高、剛性高，強度低、不耐沖擊，纖維的貼合性能好，容易施工，生產效率高；后者做出的產品樹脂含量低、彈性好、強度高、耐沖擊，纖維的貼合性能不好，對工人的施工水平要求較高，生產效率低，結合施工難以程度和工人技術水平，汽車產品常常采取的是第一種做法。對于大多數玻璃鋼產品而言，正常的鋪層順序是：膠衣+表面氈+結構層，這樣做可以得到比較平整的表面質量。由于生產水平、產品設計、裝配等多方面原因，玻璃鋼產品最后都需要進行打磨、噴漆等工序。在鋪玻璃纖維之前，需要先涂刷一層膩子，從實踐上看，膩子層可以提高玻璃纖維的貼合能力，使玻璃鋼表層下的氣泡大大減少。另一方面，膩子層的脆性高，降低了產品的抗沖擊能力，因此在高質量的玻璃鋼產品中是不允許涂刷膩子層的。在鋪層樹脂中混入20%～30%的滑石粉，一方面可以提高產品的剛性，減少產品收縮，另一方面可以降低成本。其降成本的道理在于：滑石粉可以使鋪層顯著增厚，從而可以減少總鋪層數，大大減少了樹脂的使用量。

5 手糊玻璃鋼產品尺寸公差控制

手糊玻璃鋼制品的尺寸誤差要比金屬沖壓件、注塑件大，根據我們的研究和生產經驗總結出以下經驗數值：

（1）對于產品圖紙中的未注尺寸公差要求如下：①直線、孔距公差：每100mm，取±0.5mm；②角度公差：±3°；③厚度公差：T=2～5mm的壁厚，取±0.5 mm；T=6～10mm，取±1% T；④圓孔、圓柱、圓坑尺寸：直徑≤10mm，取±0.5 mm；10<直徑≤25mm，取±1 mm；25<直徑≤100mm，取±1.5 mm；100mm≤直徑，取±2.5 mm。

（2）對于有尺寸公差要求的尺寸，經濟、可行的公差要求如下：①直線、孔距公差：每100mm，取±0.3 mm；②角度公差：±2°；③厚度公差：T=2～5mm的壁厚，取±0.25 mm；T=6～10mm，取±0.75% T；④圓孔、圓柱、圓坑尺寸：直徑≤10mm，取±0.3 mm；10<直徑≤25mm，取±0.75 mm；25<直徑≤100mm，取±1 mm；100mm≤直徑，取±2 mm。

（3）對于因裝配尺寸鏈的需要，公差精度高于上述要求的尺寸，在生產過程中可以通過采用高精度的工裝在二次加工中實現，但尺寸偏差不能小于公稱尺寸的±0.15% （角度尺寸除外）。

6 結語

本文對于手糊玻璃鋼產品的結構設計原則、典型設計結構、鋪層工藝、設計精度控制等幾方面進行了簡單的介紹，涉及內容較多，旨在為手糊玻璃鋼產品的設計及生產提供指導性建議，本文中的相關數據均來源于實際零件生產的經驗總結，具有參考意義，以供各位同仁互相學習，共同進步。

參考文獻：

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