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專題報告

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高性能復合材料模具制作工藝的創新與優化(中)

最后是測試凝膠時間和黏度。凝膠時間是指樹脂從液態轉變為固態的時間,它直接影響到模具的制作周期和質量。如果凝膠時間過短,可能會導致鋪層過程中樹脂來不及充分浸潤玻纖,從而影響鋪層的質量;如果凝膠時間過長,則會降低生產效率。黏度則反映了樹脂的流動性,合適的黏度可以保證樹脂在鋪層過程中能夠均勻地分布在玻纖增強材料之間,形成致密的結構。測試凝膠時間和黏度可以使用專業的測試設備,如凝膠時間測試儀和黏度計,按照標準的測試方法進行操作,確保測試結果的準確性。

4.1.2 玻纖增強材料的質量把控

短切氈等玻纖增強材料的質量對模具鋪層至關重要。短切氈具有最大程度減少纖維紋路印出的優點,這使得模具表面更加光滑,提高了模具的外觀質量。在鋪層過程中,短切氈能夠與模具樹脂良好結合,增加鋪層的強度和剛度。

質量把控方面,首先要關注短切氈的纖維質量。優質的短切氈應采用高強度的玻璃纖維,纖維直徑均勻,無雜質。玻璃纖維的強度直接影響到鋪層的強度,因此要選擇具有高拉伸強度和彈性模量的玻璃纖維。同時,纖維直徑的均勻性也很重要,不均勻的纖維直徑會導致短切氈的性能不穩定,影響鋪層的質量。

其次是短切氈的克重。不同的模具要求使用不同克重的短切氈,一般來說,小的模具可以使用較輕克重的短切氈,如 300g/㎡、450g/㎡等,而大的模具則需要使用較重克重的短切氈,以保證鋪層的強度和穩定性。例如,對于 8mm 厚左右的小模具,可以采用 M450×4~5+RX×N 的積層工藝,其中短切氈的克重可以選擇 450g/㎡;對于 15mm 厚左右的大模具,則需要增加短切氈的克重,以確保模具的強度。

此外,還要注意短切氈的均勻性。在鋪層過程中,均勻的短切氈能夠保證樹脂在玻纖之間的均勻分布,避免出現局部強度不足或氣泡等問題。可以通過目視檢查和溶劑檢驗法等方法來檢驗短切氈的均勻性。目視檢查時,觀察短切氈的顏色是否一致,無結合劑團、填料團等;溶劑檢驗法是通過測定成型料各部分樹脂的含量,來衡量短切氈的均勻性。在混好的料堆不同部位上各取數克料,分別加入酒精,攪拌溶解樹脂,然后濾去溶有樹脂的酒精,剩余物在 105℃進行干燥并稱量。原試樣與剩余物的重量差即為該試樣中的樹脂量,各個試樣中樹脂含量的差數不超過含有量的 0.1%時,便說明該料已混制均勻。

最后,在使用短切氈等玻纖增強材料時,要注意與模具樹脂的配合。確保樹脂能夠充分浸潤玻纖,形成良好的結合,同時要避免出現氣泡等缺陷。在鋪層過程中,要用鐵滾仔細滾壓鋪層,確保所有氣泡已趕凈,并保證合理的樹脂與纖維比例。當首層固化后,要對鋪層做認真全面的檢查,包括所有的拐角、曲面以及其他可能發生問題的地方。如發現氣泡等缺陷,必須小心的將氣泡去掉,并重新修補好創面。

4.2 鋪層工藝的優化與實施

復合材料模具的鋪層工藝直接影響著模具的質量和性能。在實際操作中,需要不斷優化鋪層工藝,以確保模具的強度、精度和耐用性。

4.2.1 首層鋪層的關鍵要點

首層鋪層是整個模具鋪層的基礎,對模具質量起著至關重要的作用。首層的質量要求非常高,要避免一切模具完成后的再修理或對膠衣造成破壞的可能性。

在材料選擇上,根據模具形狀的復雜程度,糊制首層時纖維選用 30 克/㎡表面氈、300 克/㎡、450 克/㎡的短切氈。這些材料能夠最大程度地減少纖維紋路的印出,保證模具表面的光滑度。同時,表面氈和短切氈的結合使用,可以增加首層的強度和剛度。

在鋪層操作過程中,必須用鐵滾仔細滾壓鋪層,確保所有氣泡已趕凈,并保證合理的樹脂與纖維比例。這一步驟非常關鍵,因為氣泡的存在會降低鋪層的強度,影響模具的質量。滾壓時要注意力度均勻,避免過度滾壓導致材料變形。

當首層固化后,要對鋪層做認真全面的檢查,包括所有的拐角、曲面以及其他可能發生問題的地方。如發現氣泡等缺陷,必須小心的將氣泡去掉,并重新修補好創面。檢查過程中要使用專業的檢測工具,如放大鏡、探針等,確保缺陷被完全發現和修復。

4.2.2 增厚鋪層的合理安排

增厚鋪層是為了增加模具的厚度和強度,滿足不同模具的使用要求。一般采用 M450×4~5+RX×N 的積層工藝,小的模具 8mm 厚左右,大的模具保證 15mm 左右。

在增厚鋪層過程中,要嚴格按照制定的時間表進行操作。時間表的制定是根據原輔材料的化學特性決定的,企圖走捷徑或加速工藝,都將對模具的質量產生不良的影響。例如,某些樹脂的固化時間較長,需要在首層固化后一定時間才能進行增厚鋪層,否則會影響樹脂的固化效果,降低模具的強度。

在鋪層材料的選擇上,可以繼續使用短切氈等玻纖增強材料,并根據模具的厚度要求適當增加材料的克重和層數。同時,要注意每層之間的樹脂浸潤情況,確保樹脂能夠充分浸潤玻纖,形成良好的結合。

在鋪層過程中,要注意控制鋪層的速度和壓力。過快的鋪層速度可能會導致樹脂分布不均勻,出現氣泡等缺陷;過大的壓力則可能會使材料變形,影響模具的尺寸精度。可以使用專業的鋪層設備,如鋪層機、壓輥等,來控制鋪層的速度和壓力,提高鋪層的質量和效率。

此外,在增厚鋪層過程中,還可以采用巴氏硬度儀來監測鋪層的固化程度。當積層的巴氏硬度達到完全固化硬度的 80%~90%時,就可以進行下一鋪層。這種方法可以消除由于固化時間差異而產生的數據誤差,確保模具的質量。

五、模具外結構的設計與制作

5.1 外結構的作用與設計原則

5.1.1 外結構的功能分析

模具外結構在復合材料模具中起著至關重要的作用。模具在使用過程中會受到外部力量的作用,如注塑壓力、熱脹冷縮等,這些力量如果不能得到均勻傳遞,就會導致模具表面變形,從而影響模具的精度和使用壽命。模具外結構的主要功能就是將外部力量平均傳遞到模具表面,阻止模具的表面變形。

例如,在注塑成型過程中,模具內部會受到巨大的壓力,如果沒有外結構的支撐,模具很容易發生變形。模具外結構可以將注塑壓力均勻地分散到整個模具表面,從而減少模具的變形。此外,在模具的加熱和冷卻過程中,由于不同材料的熱膨脹系數不同,也會產生應力,如果不能得到有效釋放,就會導致模具變形。模具外結構可以通過合理的設計,使模具在加熱和冷卻過程中能夠自由膨脹和收縮,從而減少應力的產生,防止模具變形。

5.1.2 設計原則的具體體現

模具外結構的設計應遵循以下原則:

首先,模具外結構應懸吊在高于模具鋪層面 1/4 英尺的地方。這樣可以避免結構骨架直接與模面聯結,防止不同的熱傳導引起模具表面印痕。例如,若結構骨架直接與模面聯結,當模具受熱時,結構骨架和模具表面的溫度傳導速度不同,會導致模具表面出現不均勻的熱膨脹,從而產生印痕,影響模具的表面質量。

其次,在結構層與表面之間不要放置部分泡沫、層板或其他絕緣材料做墊層。該結構與鋪層之間的黏結最好使用玻纖,但不要用編織布以防印痕。這是因為絕緣材料的熱傳導性能與模具材料不同,會影響模具的熱平衡,導致模具變形。而玻纖具有良好的強度和熱傳導性能,可以有效地傳遞外部力量,同時不會產生印痕。

例如,在一些精密模具的設計中,為了保證模具的精度和表面質量,會采用高強度的玻纖材料作為外結構與模具表面的連接材料。同時,在設計過程中,還會考慮外結構的形狀和尺寸,使其能夠與模具表面緊密貼合,從而更好地傳遞外部力量,防止模具變形。

5.2 外結構的制作方法與材料選擇

5.2.1 制作方法的步驟與要點

模具外結構的制作主要包括以下步驟:

首先,確定外結構的尺寸和形狀。根據模具的大小和形狀,以及所需承受的外部力量,設計出合適的外結構尺寸和形狀。在設計過程中,要充分考慮模具的使用環境和要求,確保外結構能夠有效地傳遞外部力量,同時不影響模具的正常使用。

其次,選擇合適的制作材料。一般來說,可以選擇鋼架結構或膠合板的條箱結構作為模具外結構的材料。鋼架結構具有強度高、穩定性好的優點,能夠承受較大的外部力量;膠合板的條箱結構則具有成本低、制作方便的特點,可以根據模具的具體形狀進行定制。

然后,進行外結構的組裝。將選擇好的材料按照設計要求進行組裝,可以采用焊接、螺栓連接等方式。在組裝過程中,要確保外結構的各個部分連接牢固,沒有松動和間隙。同時,要注意外結構的懸吊高度,必須懸吊在高于模具鋪層面 1/4 英尺的地方,以避免結構骨架直接與模面聯結產生印痕。

最后,對外結構進行表面處理。為了提高外結構的耐腐蝕性和美觀度,可以對外結構進行噴漆、鍍鋅等表面處理。在表面處理過程中,要注意選擇合適的涂料和處理方法,確保外結構的表面質量和性能。

在制作模具外結構的過程中,還需要注意以下要點:

一是要嚴格按照設計要求進行制作,確保外結構的尺寸和形狀準確無誤。任何偏差都可能影響外結構的性能和模具的質量。

二是要注意材料的質量和性能。選擇優質的材料可以提高外結構的強度和穩定性,延長模具的使用壽命。

三是要確保外結構的組裝質量。各個部分的連接要牢固可靠,避免在使用過程中出現松動和脫落的情況。

四是要注意外結構的表面處理。良好的表面處理可以提高外結構的耐腐蝕性和美觀度,同時也可以保護外結構不受外界環境的影響。

5.2.2 材料選擇的依據與優勢

選擇鋼架結構或膠合板的條箱結構作為模具外結構的材料,主要有以下依據和優勢:

對于鋼架結構來說,其優勢在于強度高、穩定性好。鋼架結構可以承受較大的外部力量,能夠有效地保護模具不受變形的影響。同時,鋼架結構的熱傳導性能較好,可以使模具在加熱和冷卻過程中更加均勻地膨脹和收縮,減少應力的產生。此外,鋼架結構的耐用性強,使用壽命長,可以降低模具的維護成本。

而膠合板的條箱結構則具有成本低、制作方便的特點。膠合板的價格相對較低,可以降低模具外結構的制作成本。同時,膠合板可以根據模具的具體形狀進行切割和組裝,制作過程相對簡單快捷。此外,膠合板的重量較輕,便于搬運和安裝,可以提高工作效率。

在選擇材料時,還需要考慮模具的使用環境和要求。如果模具需要在高溫、高壓等惡劣環境下使用,那么鋼架結構可能是更好的選擇;如果模具的尺寸較小,對成本要求較高,那么膠合板的條箱結構則更為合適。總之,要根據具體情況選擇合適的材料,以確保模具外結構的性能和質量。

六、脫模與模具處理

6.1 脫模方法與注意事項

6.1.1 脫模的步驟與技巧

模具框架結構完全固化后,就可以進行脫模操作。脫模的第一步是將模具邊緣切割整齊,為后續操作做好準備。然后,使用多個脫模楔均布插入陰、陽模之間。脫模楔的選擇應根據模具的大小和形狀來確定,一般來說,小模具可以使用較少的脫模楔,大模具則需要更多的脫模楔以確保均勻用力。在插入脫模楔時,要注意選擇合適的位置,避免插入到模具的薄弱部位或可能導致模具損壞的地方。

插入脫模楔后,均勻用力將模具慢慢分離。用力時要注意力度的大小,不要單獨用力以防損壞模具,可以使用橡皮錘敲打各個應力集中部位,如模具的拐角、邊緣等地方。敲打時要注意力度適中,不要用鐵器敲打,以免對模具造成損傷。最后,完全脫模,將模具從制品中取出。

6.1.2 避免模具損壞的措施

在脫模過程中,為了防止模具受損,需要采取一系列措施。首先,在脫模前要仔細檢查模具的狀態,確保模具已經完全固化,沒有未固化的部分。如果模具沒有完全固化就進行脫模,可能會導致模具變形或損壞。

其次,在使用脫模楔時,要注意插入的角度和深度。插入角度要合適,避免與模具表面垂直插入,以免損壞模具。插入深度也要適中,不要插入過深或過淺,過深可能會損壞模具內部結構,過淺則無法起到有效的脫模作用。

此外,在使用橡皮錘敲打應力集中部位時,要注意力度的控制。敲打力度過大可能會導致模具表面出現凹痕或裂縫,影響模具的質量。可以先從較小的力度開始敲打,逐漸增加力度,直到模具順利脫模。

同時,在脫模過程中,要注意保護模具的表面。可以在模具表面覆蓋一層柔軟的材料,如棉布或泡沫塑料,以防止在脫模過程中模具表面被刮傷或磨損。

最后,脫模后要及時對模具進行檢查和維護。如果發現模具表面有損傷或缺陷,要及時進行修復,以確保模具的質量和使用壽命。

6.2 模具處理的方法與目的

6.2.1 打磨與拋光的技巧

脫模后,仔細檢查模具每一個部位,任何表面的缺陷都應注意到并標記出來。若模具無法達到理想狀態,通常需要按照傳統的方法對模具進行打磨處理。

打磨時,首先要選擇合適的水磨砂紙。一般從粗砂紙開始,如可以從600目水砂紙起步,但最好是800目水砂紙,依次遞增至1000目、1200目、1500目甚至2000目,每一種砂紙都要精工細作,不能圖省事跳著來,否則粗砂紙造成的粗砂痕以后細砂紙無論再砂磨也是磨不掉的。

在拋光環節,先把粗拋光劑適量涂在模具表面上,用電動拋光機拋光。拋光時,將羊毛盤平放在模具表面,開動拋光機作圓形螺旋狀運轉,一片片拋過去,不要漏拋。主要工作量在粗拋,所以一般粗拋起碼要兩遍至模具光滑為止。粗拋完畢后,換上新的羊毛盤,再用細拋光劑細拋,重復上述操作。粗細拋光劑不可同用一個羊毛盤,最好各用一臺拋光機。

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