復(fù)合材料發(fā)射箱的模具設(shè)計(jì)

趙淵

摘 要：模具作為復(fù)合材料產(chǎn)品成型重要裝備之一，對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式、產(chǎn)品成型工藝、型面形狀、尺寸、穩(wěn)定性等均會(huì)產(chǎn)生很大的影響，利用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行發(fā)射箱模具設(shè)計(jì)及優(yōu)化，采取變圓角設(shè)計(jì)解決模具脫模問題，成功制造了發(fā)射箱的樣件，滿足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。為此，該文重點(diǎn)對(duì)復(fù)合材料發(fā)射箱模具的具體設(shè)計(jì)方法作如下分析。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 發(fā)射箱 模具 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1672-3791（2017）06（b）-0110-02

一直以來，發(fā)射箱主要材料都是鋼制、鋁制金屬箱體，在發(fā)射箱制作過程中，經(jīng)常運(yùn)用復(fù)合材料，這是因箱體復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)較明顯，主要表現(xiàn)在：強(qiáng)度高、隔熱、抗燒蝕、耐腐蝕、易于整體成型等。在很多領(lǐng)域，復(fù)合材料已經(jīng)慢慢替代屬材料。因此，進(jìn)一步了解復(fù)合材料發(fā)射箱的模具設(shè)計(jì)工作非常關(guān)鍵。

1 復(fù)合材料發(fā)射箱模具具體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)復(fù)合材料發(fā)射箱模具時(shí)，需要確保整個(gè)發(fā)射箱模具順利脫模，且減少撓曲的變形。例如，某個(gè)復(fù)合材料發(fā)射箱長7.5 m左右，模具長10 m，在進(jìn)行整體脫模時(shí)，需設(shè)計(jì)好模具與脫模設(shè)備，將兩端支起，要想保證中間的撓曲變形<1.5 mm，需模具具備較強(qiáng)的剛度。因此，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需重點(diǎn)做好整體脫模、撓曲變形等方面的設(shè)計(jì)工作，具體表現(xiàn)如下。

1.1 復(fù)合材料發(fā)射箱脫模設(shè)計(jì)

復(fù)合材料發(fā)射箱模具設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)需整個(gè)脫模的發(fā)射箱設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員所采取的設(shè)計(jì)手段主要是將模具兩側(cè)設(shè)計(jì)成大、小端，通常將拔模的斜度控制在0.5°～3°之間，并經(jīng)輔助工裝或是脫模機(jī)即可完成發(fā)射箱脫模。在以上所列舉的例子中，發(fā)射箱長7.5 m左右，模具長10 m，設(shè)計(jì)人員若將拔模的斜度設(shè)計(jì)為0.5°，則會(huì)使模具兩側(cè)大、小端差距在85 mm左右，若此種設(shè)計(jì)必須與設(shè)計(jì)要求不相符，這就需要設(shè)計(jì)人員重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可多次調(diào)研國內(nèi)的模具制造商以及復(fù)合材料買賣市場(chǎng)，并根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)展開設(shè)計(jì)。

比如，設(shè)計(jì)人員以截面為矩形的發(fā)射箱，在纏繞過程中產(chǎn)生張力現(xiàn)象等相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就使截面是矩形的復(fù)合材料發(fā)射箱在纏繞過程中，于纏繞張力未發(fā)生任何改變的基礎(chǔ)上，矩形4個(gè)角尺寸與設(shè)計(jì)要求相符，但是4條直邊會(huì)向外鼓包，且尺寸會(huì)偏大，射界人員就可把纏繞后的試驗(yàn)件于矩形的截面慢慢剖開，能夠明顯地看出矩形4個(gè)角結(jié)構(gòu)玻璃鋼構(gòu)成比較緊密，且纖維含量也非常高，其成型質(zhì)量非常高。需要注意的是，矩形4條的直邊也會(huì)形成樹脂聚集或者是成型質(zhì)量差等，一旦出現(xiàn)此種情況，設(shè)計(jì)人員可設(shè)計(jì)出另外一種復(fù)合材料發(fā)射箱模具，即變圓角模具。變圓角模具主要指在矩形復(fù)合材料發(fā)射箱的模具4個(gè)圓角區(qū)，均選擇漸變圓角，在其他的大平面上未設(shè)計(jì)定拔模斜度，設(shè)計(jì)人員僅需未倒拔稍就行，此種模具設(shè)計(jì)方法和一般拔模斜度的設(shè)計(jì)方法有很大區(qū)別。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行復(fù)合材料發(fā)射箱的變圓角模具設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)實(shí)踐中可明顯看出該類矩形產(chǎn)品脫模，經(jīng)常會(huì)在4個(gè)角產(chǎn)生脫模劃痕，而在整個(gè)大平面上質(zhì)量非常好。

1.2 復(fù)合材料發(fā)射箱撓曲變形設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)復(fù)合材料發(fā)射箱針撓曲變形模具時(shí)，充分考慮整個(gè)發(fā)射箱特征，在設(shè)計(jì)中可將模具設(shè)計(jì)方案分成： 整體模具、分體模具兩種設(shè)計(jì)方案，而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，因分體模具設(shè)計(jì)撓曲的變形程度比較嚴(yán)重，在實(shí)際制造、生產(chǎn)過程中工作量較大，且操作起來較為復(fù)雜，產(chǎn)品后期的維護(hù)工作量也較大，因此，重點(diǎn)分析整體模具設(shè)計(jì)。在進(jìn)行整體模具設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員主要以CAD或者是CAE技術(shù)為主，優(yōu)化整個(gè)復(fù)合材料發(fā)射箱模具結(jié)構(gòu)，其力學(xué)模型與簡支梁模型有很多相似之處，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括以下方面。

第一，發(fā)射箱通軸加輻板筋結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員綜合考慮各個(gè)結(jié)構(gòu)，模具主要選取焊接性能較好以及強(qiáng)度非常高的鋼板、無縫鋼管等進(jìn)行焊接處理，通常將厚度控制在12～30 mm左右[1]。以CAE技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)撓曲變形程度做相應(yīng)分析，同時(shí)分析具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，顯示出兩端約束，且模具可承4.0 t自重載荷，發(fā)射箱上表面可以施加1 t的壓力。

第二，發(fā)射箱拱門筋加輻板筋結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)發(fā)射箱拱門筋加輻板筋結(jié)構(gòu)時(shí)，模具重點(diǎn)選取焊接性能較好、強(qiáng)度較高的鋼板、無縫鋼管等進(jìn)行焊接而成，和通軸加輻板筋結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)方法一樣，將厚度控制在12～30 mm之間。發(fā)射箱拱門筋加輻板筋結(jié)構(gòu)撓曲變形程度同樣選取CAE技術(shù)進(jìn)行分析，深入了解實(shí)際實(shí)踐情況，其中，兩端約束，結(jié)構(gòu)模具可承載3.5 t自重載荷，同樣在模具的上表面可以施加1 t的壓力。

1.3 復(fù)合材料發(fā)射箱模具其他設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員除做好復(fù)合材料發(fā)射箱撓曲變形設(shè)計(jì)、復(fù)合材料發(fā)射箱脫模設(shè)計(jì)等部分外，還可按照既定真空導(dǎo)人的成型設(shè)計(jì)路線對(duì)復(fù)合材料發(fā)射器模具做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方法表現(xiàn)在： 第一，如果所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料發(fā)射器模具自身的脫模力非常大，則設(shè)計(jì)人員需加強(qiáng)整個(gè)模具兩端的端頭軸，也就是把模具大端一側(cè)端頭軸伸到模具主體結(jié)構(gòu)的部分再加長一部分，這樣能夠保證脫模的過程中，整個(gè)模具的整體不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形[2]；第二，由于復(fù)合材料發(fā)射器模具的主要材料是鋼板拼焊制成，這就需要設(shè)計(jì)人員制訂好整個(gè)模具的焊接工藝，主要包含： 模具的焊接方式、鋼板焊接順序、焊接參數(shù)、熱處理、設(shè)備設(shè)計(jì)、鋼板焊接的坡口設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用等，這樣才能控制好整個(gè)復(fù)合材料發(fā)射箱模具焊接不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形；第三，因復(fù)合材料發(fā)射箱脫模模具較氣密，這就要求相關(guān)人員在焊接的過程中將其滿焊，所選取的模具鋼板厚度需適宜，這樣能夠較好地避免相關(guān)人員使用機(jī)加工模具焊接變形作補(bǔ)償期間，產(chǎn)生泄露；第四，設(shè)計(jì)人員需在復(fù)合材料發(fā)射箱模具上設(shè)計(jì)定位，以提升整個(gè)模具設(shè)計(jì)工藝。

2 結(jié)語

綜上闡述，該文主要就復(fù)合材料發(fā)射箱模具的具體設(shè)計(jì)展開分析，不同模具的設(shè)計(jì)方法不同，這就要求設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)具體的模具選取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。比如，選取變圓角模具設(shè)計(jì)，能夠保證長軸類的復(fù)合材料發(fā)射箱運(yùn)用時(shí)不會(huì)脫模，而選取拱門筋加輻板筋模具設(shè)計(jì)，可增強(qiáng)整個(gè)長軸類產(chǎn)品模具剛度，確保整個(gè)簡支梁模具不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)锨冃危瑥亩嵘龔?fù)合材料發(fā)射箱的應(yīng)用要求，因此，做好復(fù)合材料發(fā)射箱的模具設(shè)計(jì)非常重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫雪梅，趙國群.懸臂鋁合金型材偽分流擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（24）：39-44.

[2] 柏洪武.復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)制造工藝的探討[J].河北農(nóng)機(jī)，2014，15（12）：32-34.