復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)制造工藝探討

馬瑛劍

（中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司,廣東 珠海 519040）

進(jìn)入21世紀(jì)后，復(fù)合材料發(fā)展迅速，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用至各行各業(yè)之中，尤其是在航空領(lǐng)域內(nèi)，復(fù)合材料以其諸多優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛推廣和應(yīng)用。但是，我國對復(fù)合材料的研究和應(yīng)用仍處于起步階段，再加上相關(guān)技術(shù)仍需從國外引進(jìn)，使得復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展受到了很大制約。而作為復(fù)合材料基礎(chǔ)技術(shù)的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，其不僅是我國復(fù)合材料領(lǐng)域創(chuàng)新的關(guān)鍵，更是我國復(fù)合材料行業(yè)進(jìn)步的前提。因此，加強(qiáng)對復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)與制造工藝的重視以及對其展開詳細(xì)的研究和探索，符合材料行業(yè)發(fā)展的趨勢，值得我們給予足夠的重視。

1 復(fù)合材料模具的基本構(gòu)造

復(fù)合材料模具的基本構(gòu)造分為陽模和陰模2種，這2種模具的構(gòu)造生產(chǎn)不同需要的模具零件。陽模是最省時(shí)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(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)就是成模速度快，縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，但是這種生產(chǎn)模具生產(chǎn)出來的成品表面粗糙，需要后續(xù)的表面處理技術(shù)進(jìn)行加持和改進(jìn)，增加了工作強(qiáng)度。陰模的生產(chǎn)適合與芯材一起使用，可以保證每個(gè)模具的表面光滑，大大的減少了精加工的時(shí)間，節(jié)省了模具出廠的時(shí)間，提高了模具的生產(chǎn)效率，降低了模具的生產(chǎn)成本。壓縮模具是通過陽模和陰模想結(jié)合制作出來的，適合生產(chǎn)高精密的零件，例如輕質(zhì)RTM模具，模具中裝有增強(qiáng)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(cè)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(chǎn)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(chǎn)才能保證合理和高效。

2 復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)控加工技術(shù)。 數(shù)控加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的操控，不同結(jié)構(gòu)的模具和不同材料的模具都需要借助數(shù)控加工技術(shù)，而數(shù)控加工技術(shù)運(yùn)用了自動(dòng)化的技術(shù)理念。由于是自動(dòng)化控制設(shè)備的運(yùn)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(chǎn)出來的模具精準(zhǔn)度和模具質(zhì)量都有較高的保障，將數(shù)控加工技術(shù)運(yùn)用到復(fù)合材料模具的設(shè)計(jì)與制造中，可以有效提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的合格率和過檢率。

（2）表面處理技術(shù)。表面處理技術(shù)是模具生產(chǎn)過程中，保障質(zhì)量的有效途徑和環(huán)節(jié)，生產(chǎn)模具的材料和質(zhì)量都有較高的要求，表面處理技術(shù)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(shù)應(yīng)該有較高的要求。表面處理技術(shù)在應(yīng)用中常見的有物理化學(xué)方法，對模具表面進(jìn)行清潔、打磨、噴涂、拋光，其次還有機(jī)械處理和等離子處理等多種表面處理技術(shù)。對于模具的處理要根據(jù)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(shí)長，規(guī)范模具生產(chǎn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）跟蹤制造技術(shù)。跟蹤制造技術(shù)是復(fù)合材料模具制造的必然發(fā)展趨勢，在模具精準(zhǔn)和質(zhì)量問題中，跟蹤制造技術(shù)可以有效的預(yù)防各種因質(zhì)量不達(dá)標(biāo)所產(chǎn)生的問題，對于變形模具和殘缺模具可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，運(yùn)用跟蹤制造技術(shù)，借用數(shù)字化操控技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測把關(guān)對于企業(yè)和客戶都有著重要意義。跟蹤制造技術(shù)對于我國來說是需要引進(jìn)的先進(jìn)制造技術(shù)，作為模具模板的生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)管，跟蹤制造技術(shù)可以成為復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)與制造工藝的最后一道關(guān)卡，有效的保證模具質(zhì)量的合格率。

3 提高符合材料模具設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量的主要措施

（1）創(chuàng)新技術(shù)。在模具的生產(chǎn)中，對于模具的總體和零件的尺寸、形態(tài)、質(zhì)量有著很高的要求，在許多復(fù)雜繁瑣的制造過程中，技術(shù)的要求占有很大的比重，科技是第一生產(chǎn)力，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和運(yùn)用可以確保生產(chǎn)力的高效，在塑料型的復(fù)合材料模具制作中，結(jié)合創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，使用智能化、數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行模具生產(chǎn)，可以完成多種材質(zhì)、多種形狀、多種功能的模具的制作和生產(chǎn)。例如，在我國技術(shù)不夠完善的情況下，引進(jìn)國外先進(jìn)的模具制造技術(shù)，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(shù)，可以有效提高復(fù)合材料模具的耐磨損性，延長模具的使用時(shí)長。使用創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行模具生產(chǎn)，在保證模具質(zhì)量的情況下，可以有效的提高模具的生產(chǎn)速度。對科技的運(yùn)用可以保證模具生產(chǎn)參數(shù)的精準(zhǔn)要求，保證模具生產(chǎn)企業(yè)的創(chuàng)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(jìn)行選擇，用于模具生產(chǎn)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(fù)合材料的使用功能，對于復(fù)合材料的使用壽命和耐磨程度都要進(jìn)行全方位的考慮和計(jì)劃，選擇合理的模具生產(chǎn)材料，可以降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)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(fèi)，對于曲面精準(zhǔn)度要求較高的模具時(shí)，材料的選擇應(yīng)該是可塑性較強(qiáng)，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(tài)變化，因此可以將其用作精密零部件的制造。又如，鋁質(zhì)材料因?yàn)橛捕鹊?，所以其可塑性很?qiáng)，容易加工和改變其形狀，由于其重量比較輕，所以生產(chǎn)成本也較低，因?yàn)槠溆捕炔粔?，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(zhǔn)度要求較低的復(fù)合材料模具的制作和使用。

（3）完善設(shè)計(jì)過程。對于模具的設(shè)計(jì)過程需要進(jìn)一步完善和改造，要對設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行潤色和修飾，因此就要進(jìn)一步的完善模具的設(shè)計(jì)過程。模具的設(shè)計(jì)過程從選材開始，至成品結(jié)束，在這個(gè)過程中需要逐步完善制作工藝，對于材料的選擇本文已經(jīng)進(jìn)行的詳細(xì)的敘述，除此以外還需要對模具進(jìn)行表面工藝的修飾和修改，運(yùn)用激光處理技術(shù)，對模具的表面進(jìn)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(yùn)作中去，有些模具需要化學(xué)處理技術(shù)進(jìn)行二次加工和浸潤，以保證模具的質(zhì)量達(dá)到生產(chǎn)時(shí)的精細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)。對于模具的生產(chǎn)過程要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，做到每一步都有相應(yīng)的圖紙進(jìn)行技術(shù)支持（如圖1），對于模具的結(jié)構(gòu)也要準(zhǔn)確把握，做到模具生產(chǎn)的高效率、高質(zhì)量。完善設(shè)計(jì)過程可以有效的避免復(fù)合材料模具生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的問題，例如，在焊接材料時(shí)模具發(fā)生變形、曲面的弧度精準(zhǔn)度不達(dá)標(biāo)甚至是模具的斷裂問題，完善設(shè)計(jì)過程，采用正確的模具制造工藝，可以保證模具生產(chǎn)質(zhì)量，從而減少模具生產(chǎn)過程中遇到的一系列降低生產(chǎn)效率和問題。完善設(shè)計(jì)過程也是要求對制作過程進(jìn)行嚴(yán)格的把控把關(guān)，制定科學(xué)合理的制作方案，對于細(xì)節(jié)的處理要著重的強(qiáng)調(diào)和監(jiān)管，有條件的生產(chǎn)企業(yè)可以引進(jìn)國外先進(jìn)的檢查設(shè)備，對所生產(chǎn)的復(fù)合材料模具進(jìn)行檢測，避免在生產(chǎn)過程中因?yàn)楸O(jiān)管不嚴(yán)格而產(chǎn)生的一系列問題。

圖1 磨具結(jié)構(gòu)

（4）提高設(shè)計(jì)與制造人員素質(zhì)，加強(qiáng)培養(yǎng)。在復(fù)合材料模具的制造過程中，設(shè)計(jì)人員和制造人員非常重要，因此要求生產(chǎn)企業(yè)提高設(shè)計(jì)人員和制造人員的專業(yè)素質(zhì)，定期開展專業(yè)知識(shí)技能的考核，嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)人員和制造人員的專業(yè)能力，對于考核不合格的相關(guān)崗位負(fù)責(zé)人，勒令其停止一線工作，進(jìn)行專業(yè)性的教育和培養(yǎng)。只有設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)過硬，制造人員的專業(yè)技能考核達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能在企業(yè)的生產(chǎn)過程中減少人為的失誤，才可以提高企業(yè)整體的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率，保證模具成品的質(zhì)量和精準(zhǔn)度。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，我們要提高復(fù)合材料的成品質(zhì)量首先要保證模具的質(zhì)量，在模具質(zhì)量合格的情況下進(jìn)行復(fù)合材料的大批量生產(chǎn)才能保障成品的高質(zhì)量和高效率，在材料的選擇和制作過程中，需要專業(yè)型技術(shù)人才進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，在理論支持的前提下進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)可以降低材料的報(bào)廢率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，我國生產(chǎn)企業(yè)要完善設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程，提高專業(yè)人員素質(zhì)，大力提倡數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展潮流，引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，推動(dòng)復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，為我國復(fù)合材料模具生產(chǎn)行業(yè)帶來意想不到的高收益。