SMC制品的細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計

SMC制品的細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計樹脂基復(fù)合材料經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，現(xiàn)在在世界上已得到廣泛應(yīng)用，特別 是在汽車、建筑、電器、船舶、防腐容器等方面發(fā)展極為迅速，由于其具有良好的 設(shè)計性和工藝性，且尺寸精確、穩(wěn)定性好等特點，在某些方面，已經(jīng)逐步取代金屬 材料和傳統(tǒng)塑料，成為行業(yè)的新寵。復(fù)合材料制品的功能和用途，一部分是通過復(fù) 合材料本身來實現(xiàn)的，一定程度上還依靠其制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，任何一件先進產(chǎn)品， 只有通過合理設(shè)計才能變?yōu)楝F(xiàn)實，所設(shè)計出產(chǎn)品的性能應(yīng)最大限度地滿足用戶的要 求，應(yīng)該結(jié)構(gòu)先進、功能好、成本低、使用維修方便，在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)，用最 低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)定功能，用最為優(yōu)化的設(shè)計方法，從若干可行方案中找到優(yōu) 選的方案。另外，復(fù)合材料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，在設(shè)計中必須充分注意和考慮復(fù)合 材料結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性，并提供簡便易行而有效可靠的修理技術(shù)。對于所有復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)，特別是容易受到損傷的部件，在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)考慮到可修理性、修理技術(shù)的可 行性、有效性和經(jīng)濟性。SMC模壓成型工藝由于其制件尺寸精度高、外觀優(yōu)良、成型周期短、便于批量 化生產(chǎn)，所以在復(fù)合材料工業(yè)中占有舉足輕重的地位2。在北美和歐洲，SMC在汽車中的應(yīng)用非常廣泛。SMC在汽車工業(yè)中逐步擴大應(yīng)用的過程，也是SMC工藝技術(shù)取得不斷進步的過程。在 SMC工藝中，幾乎大部分的發(fā)展，都是源于汽車工業(yè)的要 求。廣義的說，汽車工業(yè)對 SMC勺要求，遠比其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?SMC勺要求更高，綜 合性更強。其中，要求SMC制品外觀面達到A級水平，就是難度較大的一項要求， S MC材料的機械性能比鋼板性能低，為了補償在機械性能方面的這種差別，設(shè)計工程 師必須采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以維持零件的結(jié)構(gòu)整體性。因此，在進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時 需要進行特別考慮，使其結(jié)構(gòu)及外觀達到要求。本文主要從SMC制品的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和預(yù)埋件設(shè)計這三個方面進行論述。1外形結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1壁厚一般SMC制品的厚度設(shè)計為2.53mm經(jīng)測試，3mm勺玻璃鋼試板的彎曲強度 可以達到140MPa以上，基本可以滿足各種常規(guī)的強度要求。 在特殊使用條件下，需 要將產(chǎn)品厚度加厚以滿足要求，但一般不超過15mm制品過厚將增大成型周期，且容易出現(xiàn)芯固化度不夠。同時，SMC制品厚度也不能太薄，就目前情況看，一般不 得少于1mm厚度。但需注意的是，設(shè)計 SMC制品時，盡量采用等厚度，因為壁厚不均易引起固化度不均而易產(chǎn)生變形，若必須變化壁厚的話，應(yīng)逐漸平滑過度，不可 有突變。1.2皮紋現(xiàn)在部分汽車外飾產(chǎn)品，為了體現(xiàn)產(chǎn)品的高檔次，常需要在表面進行仿皮紋設(shè) 計，這會使整個制造過程復(fù)雜化，同時，如果產(chǎn)品設(shè)計不好，會造成無法脫模及表 面缺陷多等缺點，因此，進行產(chǎn)品設(shè)計時盡量遵循以下原則：1 ）皮紋顆粒間的過渡必須盡量平緩，避免尖角、突變等結(jié)構(gòu)；2）一般只在平整的表面設(shè)計皮紋， 如果必須要在側(cè)面或者翻邊上添加皮紋，該側(cè)面與脫模方向的角度必須大于15度。圖2飛邊設(shè)計示意圖1.3飛邊產(chǎn)品成型后，在產(chǎn)品周邊，模具上下模配合的部位會出現(xiàn)飛邊，必須通過后續(xù) 加工打磨來去除。如果設(shè)計不好，飛邊嚴重的產(chǎn)品會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度的降 低，因此我們進行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)盡量將飛邊安排在邊緣棱角處，且便于清除，尺寸精度要求嚴格和表面光潔度要求高的部位需盡可能的避免設(shè)計飛邊，具體如圖2所示。1.4孔洞為了便于裝配或其他功能性需要，產(chǎn)品上不可避免的會設(shè)計一些孔洞，雖然這 些孔洞可以通過模具直接成型，但為成型孔洞而設(shè)置的模具突起會影響片材在模具 內(nèi)的流動，造成纖維流動取向、產(chǎn)品強度降低，為了避免這種情況發(fā)生，一般的孔 洞均是通過二次加工實現(xiàn)，故在進行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)考慮二次加工方便且便于控制， 故需盡量避免出現(xiàn)復(fù)雜形狀的孔和階梯孔等結(jié)構(gòu)。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1加強筋對于大面積平板狀玻璃鋼制件，為增加剛度，防止制品變形，需在背面設(shè)計加 強筋。加強筋的設(shè)計原則為：1 ）加強筋應(yīng)布置在產(chǎn)品受力較大之處，以改善產(chǎn)品的強度；2 ）加強筋應(yīng)盡量作對稱分布，避免局部集中；3 ）加強筋不宜過高，太高會引起缺料或脫模困難。加強筋厚度一般為制品厚度的 2/3，高度小于等于3倍壁厚，圓角大于等于0.2 50.4的壁厚，兩側(cè)需有最小0.5º的斜度，以便于脫模。兩條平行加強筋的最 小間距一般不能小于10mm圖3加強筋設(shè)計示意圖在有加強筋交叉的部位，需在交叉出進行圓角過渡，并增大脫模角度，最好在 模具設(shè)計時在該處增加頂出，便于產(chǎn)品脫模。2.2凸臺h5也1有時為了使產(chǎn)品達到某種裝配功能或?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行工藝改善，常常需要在產(chǎn) 品上設(shè)計凸臺，如下圖所示：I圖4凸臺結(jié)構(gòu)及設(shè)計示意圖但在設(shè)計凸臺時，常常在凸臺周圍添加加強筋，以增加凸臺強度并改善材料的 流動性，并且凸臺壁厚不可太厚，以免在產(chǎn)品表面形成縮坑。2.3圓角在制品拐角或翻邊處，需用圓角過渡，以改善材料流動性能，應(yīng)盡量避免使用 直角或小于壁厚的圓角，圓角半徑的大小一般是外R取2T（壁厚），內(nèi)R取1T。3預(yù)埋件設(shè)計SMC制件中設(shè)計筋、臺與預(yù)埋金屬嵌件，是實現(xiàn)相應(yīng)功能（如減重、增加制件 剛性、方便零件配合與連接等）的主要方法，幾乎是不可避免的。但需注意上述細 節(jié)設(shè)計會造成表面縮坑現(xiàn)象，因此筋的厚度以3mm為宜，臺的根部要圓滑過渡，預(yù)埋嵌件用金屬材料的熱脹系數(shù)與 SMC盡可能接近，預(yù)埋嵌件周圍料層不宜太?。ǚ?則會因收縮破壞制件表面）。3.1自攻螺釘SMC制品上應(yīng)盡量避免使用自攻螺釘，因為玻璃鋼制品的剪切強度較低，無法 起到應(yīng)有的作用，且安裝時容易將凸臺脹裂。但如果確有需要，進行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng) 盡量參照圖5設(shè)計：圖5自攻螺釘設(shè)計示意圖3.2嵌件結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)SMCM品與其他零件的連接，常常需要在制品中預(yù)置螺紋嵌件。預(yù)埋 嵌件分為內(nèi)螺紋和外螺紋兩種，即預(yù)埋螺母和預(yù)埋螺栓。通常使用銅或鋁等硬度比 鋼低的材料，以防止嵌件在模具內(nèi)錯位時損傷模具。對于SMCM品用嵌件，設(shè)計時應(yīng)注意以下事項：1）嵌件用金屬材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與 SMC盡可能接近；2）嵌件周圍SM（料層不宜太薄，否則會因收縮而使制件破壞；3 ）嵌件必須用開槽或滾花結(jié)構(gòu)以保證嵌件牢固地固定在SMC本體內(nèi)。當(dāng)嵌件為通孔而且嵌件高度與制品厚度一致時，因嵌件高度有公差，合模時易 將嵌件壓變形。所以嵌件設(shè)計高度應(yīng)該低于制品厚度。