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1、 SMC制品的細節(jié)結構設計 樹脂基復合材料經(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。復合材料制品的功能和用途，一部分是通過復 合材料本身來實現(xiàn)的，一定程度上還依靠其制品的結構設計，任何一件先進產(chǎn)品， 只有通過合理設計才能變?yōu)楝F(xiàn)實，所設計出產(chǎn)品的性能應最大限度地滿足用戶的要 求，應該結構先進、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)化的設計方法，從若

2、干可行方案中找到優(yōu) 選的方案。另外，復合材料制品結構設計人員，在設計中必須充分注意和考慮復合 材料結構的可修復性，并提供簡便易行而有效可靠的修理技術。對于所有復合材料 結構，特別是容易受到損傷的部件，在設計中應當考慮到可修理性、修理技術的可 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 車中的應用非常廣泛。SMC在汽車工業(yè)中逐步擴大應用的過程，也是 SMC工藝技術 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

3、車工業(yè)對 SMC勺要求，遠比其他應用領域?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，設計工程 師必須采用適當?shù)脑O計，以維持零件的結構整體性。因此，在進行產(chǎn)品結構設計時 需要進行特別考慮，使其結構及外觀達到要求。本文主要從 SMC制品的外形結構設 計、內(nèi)部結構設計和預埋件設計這三個方面進行論述。 1外形結構設計 1.1壁厚 一般SMC制品的厚度設計為2.5?3mm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

4、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 計，這會使整個制造過程復雜化，同時，如果產(chǎn)品設計不好，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

5、，避免尖角、突變等結構； 2）一般只在平整的表面設計皮紋， 如果必須要在側面或者翻邊上添加皮紋， 該側面 與脫模方向的角度必須大于15度。 圖2飛邊設計示意圖 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。如果設計不好，飛邊嚴重的產(chǎn)品會導致產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度的降 低，因此我們進行產(chǎn)品設計時應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計一些孔洞，雖然這 些孔洞可以通過模具

6、直接成型，但為成型孔洞而設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)品設計時應考慮二次加工方便且便于控制， 故需盡量避免出現(xiàn)復雜形狀的孔和階梯孔等結構。 2內(nèi)部結構設計 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，需在背面設計加 強筋。加強筋的設計原則為： 1 ）加強筋應布置在產(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

7、厚，圓角大于等于0.2 5~0.4的壁厚，兩側需有最小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)品結構進行工藝改善，常常需要在產(chǎn) 品上設計凸臺，如下圖所示： I 圖4凸臺結構及設計示意圖 但在設計凸臺時，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

8、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預埋件設計 SMC制件中設計筋、臺與預埋金屬嵌件，是實現(xiàn)相應功能（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 埋嵌件用金屬材料的熱脹系數(shù)與 SMC盡可能接近，預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 起到應有

9、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)品設計時應 盡量參照圖5設計： 圖5自攻螺釘設計示意圖 3.2嵌件結構 為了實現(xiàn)SMCM品與其他零件的連接，常常需要在制品中預置螺紋嵌件。預埋 嵌件分為內(nèi)螺紋和外螺紋兩種，即預埋螺母和預埋螺栓。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，設計時應注意以下事項： 1 ）嵌件用金屬材料的熱膨脹系數(shù)應與 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構以保證嵌件牢固地固定在 SMC本體內(nèi)。 當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。所以嵌件設計高度應該低于制品厚度。