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玻璃钢模具手糊成型工艺技术简介

玻璃钢（FRP）模具是以树脂为基体材料，玻璃纤维为增强材料，并以原型为基准所制成的模具。FRP模具具有成型灵活、生产开发周期短、工艺性好、耐磨、使用寿命长等优点。制作玻璃钢模具首先是制作母模，即产品实样。目前制作玻璃钢模具的母模多以石膏、木材、水泥、石蜡等基材制作，这些材料制作的母模往往尺寸精度较低、表面质量粗糙、加工比较复杂，容易产生气孔和裂纹及平整度比较差等缺陷。比较适合那些精度要求较低、表面质量要求不高的FRP模具制作。因此，本文提出了基于快速原型(RapidPrototyping，RP)的玻璃钢模具制作技术，以期待能更好地解决以往制作母模尺寸精度低、表面质量差、加工复杂等问题，提高玻璃钢模具的制造质量。
快速原型的制作
快速原型技术是将传统的“去除”加工方法(由毛坯切去多余材料形成产品)改变为“增加”加工方法(将材料逐层累积形成产品)，采用离散分层/堆积的原理，由CAD模型直接驱动，快速制作原型或三维实体零件的一种全新的制造技术。快速原型技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前，快速原型的工艺方法已有数十种之多，其中典型工艺有四种基本类型:光固化成型法(StereoLithographyApparatus,SLA)、叠层实体制造法(LaminatedObjectManufacturing,LOM)、选择性激光烧结法(SelectiveLaserSintering,SLS)、熔融沉积制造法(FusedDepositionManufacturing,FDM)。
该方法基于SLA，以光敏树脂为原料,计算机控制紫外线束,按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行连续扫描,使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层，之后工作台下移一个层厚的距离，已成型的层面上又布满一层新的液态树脂，然后再进行新一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。该原型机制作的原型精度可达±0.3mm（100mm以内），分层厚度为0.2mm，生成的原型最大尺寸可达到350mm×350mm×500mm。
在原型制作过程中，首先要根据产品设计要求，通过Pro/E、UG、CATIA等三维CAD造型软件设计出产品的三维模型，以便进行观模、修改。然后经过STL文件转换、分层处理、支撑设计等操作，最终利用RP技术即可制作出一个三维实体原型来。 原型制作好后，需要进行清洗、去除支撑、后固化等处理。
基于RP原型的FRP模具手糊成型工艺
2.1材料的选择
基体树脂采用蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂生产的WSP6101型环氧树脂，该环氧树脂固化收缩率低，电绝缘性能极好，对各种酸碱及有机溶剂都很稳定，抗拉强度可达450～700kg/cm2，抗弯曲强度可达900～1200kg/cm2。固化剂采用沈阳市振兴实用技术研究所生产的环氧树脂常温E-999固化剂。稀释剂采用丙酮（或环氧丙烷丁基醚）。模具胶衣采用耐高温、硬度高、韧性好的模具专用胶衣。制作FRP模具的纤维增强材料采用300g/m2无碱短切毡和0.2mm玻璃纤维方格布。
2.2工艺规程
利用RP原型为母模手糊成型玻璃钢模具的工艺流程如图3所示。这种方法是以液态的环氧树脂与有机或无机材料混合作为基体材料,并以原型为基准手工逐层糊制模具的一种制模方法。手糊成型玻璃钢模具的具体工艺过程如下：
（1）RP原型的表面处理
紫外光固化制作的原型在其叠层方向上，由于每层切片截面都有一定的厚度，会在成型后的实体表面产生台阶现象，这将直接影响成型后实体的尺寸误差和表面粗糙度。因此，必须对原型表面进行打磨、抛光等处理，以提高原型表面的光滑程度，只有使原型表面足够光滑，才能保证制作的玻璃钢模具型腔的光洁度。
（2）选择和完善分型面
分型面设计是否合理，对工艺操作难易程度、模具的糊制和制件质量都有很大的影响。一般情况下，根据原型实体型体特征，在确保原型能顺利脱模及模具上、下两部分安装精度的前提下，分型面的位置及形状应尽可能简单。因此，要正确合理的选择分型面和浇口的位置，严禁出现倒拔模斜度，以免出现无法脱模。沿分型面用光滑木板固定原型，以便进行上下模的分开糊制。在原型和分型面上涂刷脱模剂时，一定要涂均匀、周到，并反复涂刷2～3遍，待前一遍涂刷的脱模剂干燥后，方可进行下一遍涂刷

（3）涂刷胶衣层
待脱模剂完全干燥后，将模具专用胶衣用毛刷分两次涂刷，涂刷要均匀，待第一层初凝后再涂刷第二层。胶衣颜色为黑色，胶衣层总厚度应控制在0.6mm左右。在这里要注意胶衣不能涂太厚，以防止产生表面裂纹和起皱。
（4）树脂胶液配制
由于常温树脂粘度很大，可先将环氧树脂在60℃恒温箱中加热30min，以降低其粘度，然后以100份的WSP6101型环氧树脂和8～10份（重量比）的丙酮（或环氧丙烷丁基醚）混合于干净的容器中，以电搅拌器或手工搅拌均匀后，再加入20～25份的固化剂（固化剂的加入量应根据当时的气温、现场温度适当增减），迅速搅拌，进行真空脱泡1～3分钟，以除去树脂胶液中的气泡，即可使用。
（5）玻璃纤维逐层糊制
待胶衣初凝，手感软而不粘时，将调配好的环氧树脂胶液涂刷到经胶凝的模具胶衣上，随即铺一层短切毡，压实，排出气泡。玻璃纤维以GC—M—M—R—M—R—M…（GC表示胶衣，M表示300g/m2无碱短切毡，R表示0.2mm玻璃纤维方格布）的积累方法进行逐层糊制，直到所需厚度。在糊制过程中，要严格控制每层树脂胶液的用量，既要能充分浸润纤维,又不能过多。含胶量高,气泡不易排除,而且造成固化放热大,收缩率大。整个糊制过程实行多次成型，每次糊制2～3层后，要待固化放热高峰过了之后（即树脂胶液较粘稠时，在20℃一般60min左右），方可进行下一层的糊制。糊制时玻璃纤维布必须铺覆平整,玻璃布之间的接缝应互相错开，尽量不要在棱角处搭接。要注意用毛刷将布层压紧，使含胶量均匀，赶出气泡，有些情况下，需要用尖状物，将气泡挑开。
第一片模具固化后,切除多余飞边,清理模具及另一半原型表面上的杂物，即可打脱模剂，制作胶衣层，放置注射孔与排气孔，进行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后，切除多余的飞边。为保证模具有足够的强度，避免模具变形。可适当的粘结一些支撑件、紧固件、定位销等以完善模具结构。
（6）脱模修整
在常温（20℃左右）下糊制好的模具，一般48小时基本固化定型，即能脱模。脱模时尽可能使用压缩空气断续吹气，以使模具和母模逐渐分离。脱模后视模具的使用要求，可在模具上做些钻孔等机械加工，尤其是在一些树脂不易流满的死角处，在无预留气孔的情况下，一定要钻些气孔。然后进行模具后处理，一般用400#～1000#水砂纸依次打磨模具表面，使用抛光机对模具进行表面抛光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。