复合材料模具设计制造及其应用分析

刘冰心 ,党晓丽 ,洪晓明

摘要：在科学技术不断发展的时代，复合材料由于在模具产品设计和制造中彰显了先进性，受到了各大企业的欢迎和使用。优良复合材料的生产需要模具的支持，证实了复合材料模具设计制造相关技术的重要性，要求有关工作人员深入研究设计制造和应用相关问题，增强模具加工的精度，使复合材料成品拥有更高的质量。鉴于此，本文围绕复合材料模具工作，介绍了模具的三种设计工艺和三种制造技术，提出了三条复合材料模具设计制造的应用路径。

关键词：复合材料模具；设计工艺；制造技术；应用路径

引言：复合材料是一种性能较高的新型材料，同传统金属材料相比拥有更高的强度、刚度，还能按照受力特征、产品需求等开展铺层设计工作。复合材料在21世纪初开始便搭乘了飞速发展的列车，在各个行业中得到了普及，在此背景下，相关工作人员更要强化对复合材料模具设计制造和应用的探究，有利于保障模具的使用安全和成品的整体质量。

1复合材料模具设计和制造相关技术

1.1复合材料模具设计工艺

1.1.1阴阳膜设计

    因复合材料模具制造技术的特征，复合材料的外形尺寸精度，通常与模具的阴阳模尺寸密切相关。机载天线通常为刀形复杂外形，成型方式采用模成形，决定了天线的阴模、阳模分别为天线的外形、内形尺寸。如果复合材料较大，还需要工作人员考虑到模具的收缩率，对阴阳模的外形尺寸加以适当调整。因阴阳模合模表面对于粗糙度要求较高，对复合材料表面质量产生直接影响，粗糙度较高将有助于脱模，从而影响到之后的工序。在天线底部的开口处，工作人员要进行工艺加长处理，原因在于开口位置容易出现多余材料的溢出，造成底部问题的出现，需要在复合材料成形后除掉底部的多余材料。

1.1.2脱模设计

由于复合材料的特殊性，成形后表面会具有粘接力、压紧力，说明模具应具备较强的脱模能力。阴模的脱模方法主要为，将阴模分割为左、右两个部分，凭借翘口的力量使阴模松开；阳模的脱模方法难度较大，主要是在底部位置设计好档料板，沿着档料板进行上下移动，脱模时经由档料板固定好复合材料，阳模则可以在退料螺栓的作用下退出。

1.1.3压形设计

    在复合材料合模之时要具有特定的压力，确保复合材料的壁厚和致密性，要求工作人员在底部安装台阶、螺钉等，便于对模具的压紧处理。阴模的侧面可安装4个加紧螺栓，阳模的地面可安装上紧螺栓，提升阴模合模区域的平面度，起到了模具合紧的作用，保证了复合材料具有较小的接缝，用以增强模具的整体质量。

1.2复合材料模具制造技术

1.2.1热压罐制造技术

    热压罐制造是指利用手工铺叠的方法，按照既定的设计方向、顺序，逐层将树脂、增强材料、预浸材料铺在模具上，当满足了厚度标准后，按照“加压→加热→固化→脱模→修整”的工序最终得到复合材料成品。同传统人工手糊制造的差异主要在于加压和固化工序上，属于对手糊制造的优化，具有产品强度高、缺陷少、含胶量始终的特性，且对于模具的要求较低，使用阳模即可。

1.2.2湿法铺层制造技术

    湿法铺层制造技术是最早的复合材料模具制造技术，工作人员先利用模具作为部件的阳模，用清树脂浸占增强纤维，以简单工具或手工的方式铺放纤维材料，在成形时适当增加表面压力，在常温状态下固化处理后，脱模采取辅助加工方法即可，其中铺贴的质量与工作人员的专业素质有关。湿法铺层技术成本较低、操作便捷，但制造出的材料含胶量不均匀、内部存在较多问题，整体质量无法得到保证。为了解决这一问题，衍生出了喷射制造技术，即使用喷枪替代以往的手工铺放，有利于增加表面的压力，提升了材料的质量，同样只使用阳模便能完成制造任务，对于模具的要求较低。

1.2.3树脂传递膜塑制造技术

    树脂传递膜塑制造技术即RTM技术，现将玻璃纤维材料放在闭模的模腔内，工作人员加压将树脂液灌入至模腔后，使玻璃纤维得到浸透，经过固化、脱模后便能得到成品。制造出的成品尽管表面质量优越、强度较高，但对于树脂的流动性、模具温度控制、进胶和出胶口设计方面提出的要求较高，成品含胶量较大，只适用于大规模制造。RTM技术属于现阶段发展最快的制造技术，在自动铺贴技术崛起和发展的时下，在航空领域内现已得到了广泛应用。

2复合材料模具设计制造的应用路径

2.1模具的科学选择

    模具的选择要将材料的选择作为根本，工作人员应善于掌握材料的使用能效，考虑到复合材料的耐磨性和寿命。在磨具切割中要尽量减少材料的浪费，在处理对曲面精度要求较高的模具时要优选可塑性较强的材料。如特种超高分子量聚乙烯材料具有钢性特点，在加热后不会发生较大的形态变化，可用于精密部件的制造。

2.2设计过程的优化

    针对模具从选材到成品的整个流程，工作人员需要对设计制造的各个层面加以优化，重点对模具表面工艺进行修饰处理。如激光处理工艺的使用可确保模具表面的光滑性，而部分类型模具则要利用化学处理的方法，进行二次浸润、加工等，保障模具可以满足精细化制造的指标。再如，对于焊接材料时发生的曲面弧度不精确、变形、断裂等问题，则要优选正确的制造技术，降低在生产中出现问题的几率。

2.3相关技术的创新

    复合材料模具的设计制造对于部件的形态、尺寸、质量提出了较高要求，技术在繁琐的制造中占影响质量的比重较大，若能对有关技术加以创新，便可保证模具的生产效能，需要工作人员掌握数控加工等智能化技术进行生产作业。比如，在技术不够完备的条件下，可引入国外先进的制造技术，创新技术的投用可明显提升模具的制造速度和质量，使模具生产企业彰显出创新性。

结束语：

综上所述，在复合材料得到广泛使用的时下，工作人员要在质量合格的条件下开展制造工作，才能确保成品的综合性能。因此，工作人员应当顺应时代发展趋势，优化和改进复合材料模具设计制造有关技术和工艺，通过科学选择模具、优化设计过程、创新相关技术等手段的应用，带动我国复合材料模具生产行业的可持续发展。

参考文献

[1]马瑛剑. 复合材料模具设计制造工艺探讨[J]. 中国设备工程,2019,(14):97-98.

[2]黄尚洪,李义全,李瑞盈,武健丹. 复合材料大巴车身模具的设计与制造技术[J]. 玻璃钢/复合材料,2019,(03):70-75.

[3]李春玲,张晓军. “复合材料模具设计与制造”课程在模具专业教学中的探索[J]. 科教导刊(上旬刊),2017,(13):132-133.

[4]郭荣. 试析复合材料的模具设计制造工艺[J]. 橡塑技术与装备,2016,42(12):50-51.

[5]夏景云. 复合材料硅橡胶膨胀加压成型模具的设计与制造[J]. 玻璃钢/复合材料,2015,(05):81-84.