舵基板雙腔熱壓模具成型設(shè)計及工藝技術(shù)研究分析 機械制造專業(yè)

摘要舵基板是某型號高硅氧纖維／鋇酚醛樹脂產(chǎn)品。產(chǎn)品長約為680毫米，寬度200毫米，外形尺寸大，形狀復(fù)雜，迎風(fēng)面的前端是圓錐面與斜平面相連接的頭部突起，突起后部是為空氣舵提供轉(zhuǎn)動平臺的平面。背風(fēng)面是平面與弧面相連接的形狀，套裝時背風(fēng)面與伺服艙相粘接，在產(chǎn)品后半部通孔是M120×1.5細牙螺紋結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品厚度差別大，最厚處27毫米，最薄處只有6毫米。產(chǎn)品成型時極易變形。舵基座板是空氣舵系統(tǒng)的組件之一，是實現(xiàn)彈頭機動飛行的重要防熱部件，產(chǎn)品設(shè)計對舵基板產(chǎn)品的性能數(shù)值要求非常高。雙腔熱壓模具采用不溢式“一模兩件”的成型方式，及機械混料的方法，用模壓成型工藝壓制,成功應(yīng)用于型號生產(chǎn),效率較高，能夠滿足戰(zhàn)術(shù)武器低成本、大批量生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：舵基板雙腔熱壓模具螺紋鑲塊AbstractTherudderbaseplateisthevycorfibre/bariumBakeliteproductofsomemodelweapon.Theproductwhichhaslargeoutlinedimensionandcomplexshapehas680mmlengthand200mmwidth.Itsleadingendofwindwardsideisheadraisedthatjoinedwithtaperfaceandobliqueplane.Theendpartoftuberclesuppliesturningplaneforairrudder.Theleeface’sformisjoinedwithplaneandcamberedsurface.Whenshrinking,theleefacejoinswithservocabinandthebackhalfpartofproductisM120×1.5finethreadfabric.Theproducthaslargedifference,thebiggestthicknessis27mmandthelargestthinnessis6mm.Therudderbaseplateisoneunitoftheairruddersystem.Itisanimportantheatparttorealizebulletautomotiveflight.Theproductdesignhasahighrequirementfortherudderbaseplate’sperformance.Thepairhot-presseddieadoptsnonoverflowfamilymouldandmechanicalblendways.Itusesformerwindingtechnologytopressandsucceedinusingtomanufactureonemodelproduct.Ithashighefficiencyandcansatisfytacticalproductionrequirement.Keywords:Therudderbaseplate,Thepairhot-presseddie,screwglutting目錄TOC\o"1-3"\h\z前言 1第一章舵基板成型工藝研究 31.1舵基板使用工藝技術(shù)要求 31.2舵基板成型工藝分析 31.3熱壓模具的制造工藝分析 51.3.1凸、凹模及螺紋鑲件材料的選取 51.3.2凹模加工工藝 51.3.3凸模加工工藝 6第二章舵基板雙腔熱壓模具成型設(shè)計 72.1舵基板雙腔熱壓模設(shè)計中主要問題的考慮 72.1.1壓模具固定方式 72.1.2壓模具加熱方法的選取 72.1.3熱壓模冷卻方法的考慮 82.1.4熱壓模具溫度的測定 92.2舵基板雙腔熱壓模的設(shè)計形式 92.3熱壓模凸、凹模的設(shè)計 112.4利用ANSYS軟件對凹模進行受力分析 122.5表面粗糙度的選取 152.6熱壓模具頂出機構(gòu)的設(shè)計 152.7模具復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 152.8模具加工制造中關(guān)鍵問題的解決 16第三章熱壓模具加熱系統(tǒng)及監(jiān)控裝置 183.1加熱系統(tǒng)方案 183.2監(jiān)控裝置 19第四章熱壓模的檢測及產(chǎn)品性能 214.1模具尺寸檢測 214.2模具溫度場檢測 224.3產(chǎn)品性能測試情況 23第五章結(jié)論 245.1舵基板雙腔熱壓模具設(shè)計結(jié)果 245.2技術(shù)的創(chuàng)新點 255.3結(jié)論 25致謝 26參考文獻 27前言舵基座板(圖1)是實現(xiàn)彈頭機動飛行的重要防熱部件,采用高硅氧玻璃纖維、鋇酚醛樹脂經(jīng)高溫模壓成型的制造工藝，其成型精度要求高、工藝過程復(fù)雜、制造難度大、模壓成型周期長。因此，舵基座板的生產(chǎn)一直是制約軍品批生產(chǎn)的短線之一。為了確保批生產(chǎn)的交付進度，首次采用了“一模兩腔”玻璃纖維模壓成型技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)模壓成型技術(shù)，在不增加生產(chǎn)設(shè)備的情況下，使得舵基座板的生產(chǎn)效率提高一倍，確保了軍品批生產(chǎn)交付任務(wù)。目前在我國民用的塑料熱壓模具上，“一模多腔”技術(shù)已普遍采用。但對于那些較大型、復(fù)雜的熱壓模具，一般還是更多地采用“一模一腔”技術(shù)，特別是對于像舵基座板這種具有復(fù)雜型面、成型精度要求高的纖維模壓產(chǎn)品，基本采用“一模一腔”模壓成型技術(shù)。這是因為一般的塑料制品收縮率多在0.5%—5%之間，所以要求其制品精度一般在IT8級以下。對于生產(chǎn)這些精度不是很高制品的模具，要使同一模具上的各個型腔達到基本統(tǒng)一是容易實現(xiàn)的。然而，舵基座板這類纖維模壓制品由于其收縮率很?。ㄒ话阍?.05%以內(nèi)），其制品的精度大都要求較高（小于IT7級）。對于這些高精度的玻璃纖維模壓制品，要想用同一模具上的各個型腔生產(chǎn)出的產(chǎn)品達到完全地一致，則很難實現(xiàn)。原因是：(1)、模具的設(shè)計和制造難度大——眾所周知，即使有再高超的技術(shù)、用再精密的機床來加工零部件的形狀和尺寸，也不可能沒有誤差，若出現(xiàn)超差，對于‘單模單型’的模具來說，解決起來可能不會太難，只要修正好自身的超差部分就可以了，而‘一模多型’的模具就不那么簡單的了。修正時既要保證本身型腔的正確，又要保證與其它型腔的協(xié)調(diào)一致，這種顧此及彼的難度是可想而知的。(2)、多腔模壓成型工藝難度高——僅僅制造出合格的多腔模具還不夠。要想在同一模具的多個型腔，生產(chǎn)出同一精度等級的制品也絕非易事。因為它們時時受到設(shè)備的精度、填料的多少、模具設(shè)備的溫度、壓力等諸多因素的影響。正由于多型腔模具設(shè)計復(fù)雜、制造難度大，同一模具上各型腔尺寸的一致性不易保證；成型過程中各型腔壓力、溫度等工藝參數(shù)的一致性較難保證，所以目前，我國大型復(fù)雜纖維模壓制品還很少使用“一模多腔”成型技術(shù)。第一章舵基板成型工藝研究1.1舵基板使用工藝技術(shù)要求(1)、模具型腔應(yīng)符合保護罩產(chǎn)品圖紙要求。(2)、模具設(shè)計時考慮產(chǎn)品收縮率，按0.05%-0.1%計算，同時產(chǎn)品不同尺寸或部位收縮率會有差別[22]。(3)、模具使用設(shè)備YH73-500噸，雙腔成型壓力440噸，使用溫度200℃，因此模具應(yīng)有足夠的剛性和極小的熱變形量，同時型腔應(yīng)具有足夠的硬度和耐腐蝕性，以滿足多批次生產(chǎn)的使用要求。(4)、模具上、下模溢料邊單邊間隙為0.1-0.15mm。(5)、模具自帶加熱裝置，加熱電源電壓最高36V，模具上下模加熱孔布置有利于產(chǎn)品壓制部分模溫均勻，溫度場溫差<±2℃,最高溫升速率40℃∕h，使用溫度220℃，模具加熱所需電功率按5-10千瓦/噸計算。6)、型腔深度按產(chǎn)品厚度10倍計算。7)、模具要求自帶脫模機構(gòu)，產(chǎn)品脫模要方便可靠，不損傷產(chǎn)品和模具工作面。1.2舵基板成型工藝分析熱壓模成型是根據(jù)壓制產(chǎn)品工藝條件，將高硅氧纖維/鋇酚醛樹脂放入凹模型腔內(nèi)逐漸加熱加壓，樹脂由于受到加熱和加壓的作用而逐漸軟化成粘流狀態(tài)，充滿型腔，經(jīng)保壓鋇酚醛樹脂產(chǎn)生硬化反應(yīng)，然后降低模具溫度，制品固化后將其頂出。成型過程如下[1,21]：(見圖2)預(yù)浸料的備制預(yù)浸料的備制裝料熱壓加工熱處理圖2舵基板成型過程流程圖(1)、預(yù)浸料的備制：將高硅氧纖維短切成長24mm，在120℃溫度下去水、烘干8小時后與鋇酚醛樹脂進行手工混料、涅合，晾曬烘干。(2)、裝料：準確稱量原料重量，均部于型腔底面，然后閉合壓機，開始升溫升壓。(3)、熱壓：開始熱壓時，溫度和壓力都不宜太高，否則鋇酚醛樹脂易流失。溫度和壓力是根據(jù)高硅氧纖維/鋇酚醛樹脂的特性，用實驗的方法確定的。壓制時溫度的控制分為五個階段。第一階段是預(yù)熱階段。溫度是指從室溫到硬化反應(yīng)開始的溫度。預(yù)熱階段中鋇酚醛樹脂發(fā)生熔化，并進一步浸透纖維，同時鋇酚醛樹脂還排除一些揮發(fā)分。施加的壓力約為全壓的一半左右。第二階段是保溫階段。使鋇酚醛樹脂在較低的反應(yīng)速度下進行硬化反應(yīng)，直至舵基板坯邊緣流出的鋇酚醛樹脂不能拉成絲為止。第三階段是升溫階段。這一階段是自硬化開始的溫度升至壓制時的最高溫度150℃。升溫不宜太快，否則會使硬化反應(yīng)速度加快而引起成品分層或產(chǎn)生裂紋。第四階段是當(dāng)溫度達到150℃的最高值后保持恒定的階段。這一階段的作用是保證鋇酚醛樹脂充分硬化，而使成品的性能達到最佳值。高硅氧纖維／鋇酚醛樹脂保溫時間是4小時。第五階段為冷卻階段，即當(dāng)舵基板坯中鋇酚醛樹脂充分硬化后進行降溫準備脫模階段。降溫采用自然冷卻，壓機壓力保持至冷卻完畢。圖3時間與溫度關(guān)系控制圖五個階段中所施的最大壓力為440噸，壓力的作用是除去揮發(fā)分，增加鋇酚醛樹脂的流動性，使纖維進一步壓縮，防止制品在冷卻過程圖3時間與溫度關(guān)系控制圖中的變形。五個階段中溫度與時間的變化情形如(圖3)所示。(4)、加工：去除壓制成型舵基板的毛邊。(5)、熱處理：舵基板在60～70℃環(huán)境中放置3.5小時，是鋇酚醛樹脂充分硬化的補加措施，使制品機械強度、耐熱性和電性能都達到最佳值依據(jù)上述工作過程在壓力機上循環(huán)壓制成型舵基板。1.3熱壓模具的制造工藝分析1.3.1凸、凹模及螺紋鑲件材料的選取熱壓模使用500噸壓力機，成型壓力440噸，成型保溫時溫度為200℃，取出產(chǎn)品后模具需冷卻，在工作中除承受壓應(yīng)力，張應(yīng)力，彎曲力外，還受到熱變形力產(chǎn)生的熱疲勞，模具表面層中的循環(huán)熱應(yīng)力，是引起冷熱疲勞的根本原因。高溫氧化、冷卻以及凸、凹模的摩擦作用，加速了冷熱疲勞過程。凸、凹模型腔表面由于受熱而軟化，因而其耐磨性大為降低，另外，高溫氧化腐蝕作用產(chǎn)生的氧化皮也起到磨損的作用。因此熱壓模具的凸、凹模選用材料為5CrMnMo熱作模具鋼，該材料特點是[2,4]：(1)、良好的高強度和韌性，同時具有足夠的硬度和耐磨性。(2)、高的回火抗力和抗氧化性，能在工作時維持高強度和沖擊韌性的配合。(3)、具有良好的抗冷熱疲勞力及塑性變形抗力。(4)、導(dǎo)熱性好，使模具表面的熱量能迅速傳出，不致使型腔表面溫度過高。同時，5CrMnMo還具有較好的淬透性，淬火硬度為HRC38-42時，模具的使用壽命大為提高，能夠滿足產(chǎn)品的多批次生產(chǎn)。1.3.2凹模加工工藝模具材料采用5CrMnMo，這種材料的特點是熱穩(wěn)定性好，從而減少使用時因熱變形而影響質(zhì)量。但同時它也有一個相對的弱點——不宜焊接。這就給模具加工提出很高要求，因為加工缺陷無法通過焊接來修補?！耙荒汕弧蹦＞呒庸さ淖畲箅y點是：保證‘兩型腔的同一性’。要想實現(xiàn)這一點，除了要有精密的數(shù)控機床和高水平的操作者外，還必須要有一套正確的加工工藝[14]。凹模即型腔。由于模具材料較硬，所以加工兩個模具型腔時對所使用的刀具會有一定的磨損，而這種損耗必將會影響到加工件的精度。為了最大限度地減少這種誤差，在加工工藝上采取了三次加工法——第一次，粗加工，各部均勻留5mm余量后熱處理；第二次，半精加工，各部留0.2mm余量；第三次，精加工，更換進口高精度超硬合金刀將剩余的0.2mm全部加工到位。這樣便避免了因刀具的磨損而產(chǎn)生加工的誤差。使用高精度的設(shè)備加工同一工件同一部位時，不管是采用幾個工步來加工，只要是同一工序，它就能夠達到精度的要求，但若是出現(xiàn)需要兩個以上的工序來完成同工件同部位的加工，其精度就很難保證了。無奈，這套模具就有這樣的部位——按制品的要求，型腔的兩端投影方向都是90度直角，這種清楞角式的造型，若只用銑削來加工是根本不行的，只有結(jié)合用電火花二次加工方可實現(xiàn)。困難的是：二次用電火花加工的型腔，必須要與先前已用數(shù)空銑床加工過型腔的尺寸、形狀、位置等完全吻合，否則將造成加工的失敗。為了確保兩次加工相重合，設(shè)計使用了一些加工附件和準確的定位裝置。通過這些工裝的技術(shù)保證以及加工者的精心操作，終于使兩個工序的二次加工達到完全吻合的結(jié)果。1.3.3凸模加工工藝此套模具盡管采用了熱穩(wěn)定性很好的5CrMnMo鋼材，但在高溫下使用，模具總還會有所變化。為了消除這些變化可能對模具精度的影響，模具設(shè)計時已然考慮出材料熱膨脹后仍能保持合理的配合間隙（主要指凹凸模）。這種間隙，如果在單型腔的模具上實現(xiàn)起來并不算很難，只要在數(shù)控機床加工時將凹凸模配合間隙的精度考慮進去，分別一次加工到位即可。而“一模兩腔”的模具加工起來就不是那么簡單的了——此次“一模兩腔”模具，根據(jù)制品的精度要求，兩個凸模必須單獨分別加工方可達到。而這種加工工藝，必然會使‘此模的兩個凹凸模所有配合部位留有均勻的0.1mm間隙的要求’很難實現(xiàn)。間隙不合適，就會造成動靜模配合部位的啃傷，從而影響產(chǎn)品的精度。為了保證兩凹凸模各部配合間隙均等，我們把兩凸模采取了兩次成型法——第一次：完全按凹模的形狀、尺寸加工兩個凸模的外形，使其與兩個凹模分別成為無間隙吻合，待整體動靜模導(dǎo)向定位后，再將凸模配合部位均勻地去掉0.1mm，從而使動靜模各配合處有合理的間隙。這種加工方法確保證了模具的質(zhì)量。第二章舵基板雙腔熱壓模具成型設(shè)計2.1舵基板雙腔熱壓模設(shè)計中主要問題的考慮2.1.1壓模具固定方式熱壓模上下模板分別固定在YH73-500噸壓力機的上下臺面上，開模，閉模，頂出等工序都在壓力機工作臺內(nèi)進行，生產(chǎn)效率高，操作簡單，勞動強度小，開模振動小，模具使用壽命長，能夠壓制批量較大，形狀復(fù)雜的產(chǎn)品[16-18]（見附圖4）。圖4舵基板雙腔熱壓模具成型圖2.1.2壓模具加熱方法的選取熱壓模具加熱方式通常有模具自加熱式和外加熱式，外加熱方式，模具簡單，造價低，但溫度波動性大，對大型部件不合適，考慮到舵基板產(chǎn)品尺寸形狀、厚度變化大，采用自加熱式，要求三區(qū)溫度溫差±3℃，最大升溫速率40℃／ｈ，最高工作溫度200℃模具溫度直接影響到產(chǎn)品的充模、定型、模塑周期和產(chǎn)品質(zhì)量。電加熱管是用不銹鋼管作外殼，管中放入合金電阻絲作發(fā)熱體，在空隙部分緊密填充具有絕緣和導(dǎo)熱性能的結(jié)晶氧化鎂而成的一種電加熱元件。它具有使用壽命長，工作安全可靠，熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等優(yōu)點，適用于對金屬模具的加熱。因此選用GJM1型電熱管加熱，為保證操作工人安全，使用36伏電壓。GJM1型電熱管（見附圖5）為正、負極兩端出線，連線方便，緊固時易于操作。熱壓模上模使用10根電熱管，輸出功率為8.2KW，下模使用25根電熱管，輸出功率為20KW，上下模電熱管輸出總功率為28.2KW。能夠滿足使用工藝要求溫升速率40℃∕h。上、下模電熱管用30X5紫銅板匯流條分別并聯(lián)，模具接地線。熱壓模上、下端面安裝兩塊30mm酚醛層壓玻璃布板，使模具加熱時減少設(shè)備的熱量損耗。雙腔熱壓模體積圖5GJM1型電熱管大，外側(cè)壁厚較薄，加熱管只有三路，不能增加加熱孔，造成模具溫度內(nèi)外溫差明顯，在模具加溫過程中，為保證模具溫度的均衡與減少熱量損失，用不銹鋼護板內(nèi)襯保溫材料制成的可裝卸的保溫層，安裝于模具兩側(cè)，同時也提高了模具的升溫速度，縮短成型時間，節(jié)約了電能。2.1.3熱壓模冷卻方法的考慮模具的冷卻直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，如收縮率，翹曲變形，耐應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在熱壓模生產(chǎn)過程中，冷卻時間占產(chǎn)品成型周期的約60%，冷卻方法的優(yōu)化分析決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時，也應(yīng)考慮圖6熱壓模冷卻示意圖模具的制造成本與生產(chǎn)現(xiàn)場使用要求。壓鑄模冷卻多采用循環(huán)回路水冷卻方法，對于舵基板雙腔熱壓模采用此方法存在以下缺點[19]：(1)、受型腔結(jié)構(gòu)影響較大，有時無法形成冷卻回路。(2)、無法進行局部溫度控制，模具制造完成后，很難進行冷卻位置調(diào)整。(3)、冷卻回路距模具型腔表面的距離不均勻，造成型腔表面過冷、過熱，同時對模具的強度造成不良影響。(4)、冷卻回路生銹、堵塞后不易清理，回路內(nèi)部漏水時也無法修復(fù)。(5)、遇到模具局部需更換時，無法采用鑲嵌法維修。(6)、加工深孔(長度/直徑≥5)困難。因此模具設(shè)計采用自然冷卻方法，在保證模具強度的同時，模具周邊加工出盡可能的開口，卸掉保溫層后便于散熱。（見附圖6）2.1.4熱壓模具溫度的測定模具型腔表面保持均衡的溫度，可減少大范圍的應(yīng)力交變，延緩表面疲勞裂紋的產(chǎn)生，提高模具的使用壽命。同時也使成型出的產(chǎn)品減少應(yīng)力變形，有較好的平面度。因此對模具周圍溫度的監(jiān)控非常重要。便于測量模具溫度場的變化，在凸、凹模上分別制出4個和8個Φ10mm，深50mm-150mm的測溫孔，共12個檢測點，以便安裝溫度計。2.2舵基板雙腔熱壓模的設(shè)計形式(1)、熱壓模具采用不溢式（見附圖7）：加料室為型腔上部斷面的延續(xù)，無擠壓面，理論上壓機所施的壓力將全部作用在制件上，材料的溢出量很少。特點是制件承受壓力大，故密實性好，機械強度高，因此特別適于壓制形狀復(fù)雜、厚度薄、流動性特別小、比容大的高硅氧纖維／鋇酚醛樹脂的制品。壓制成型出的制品毛邊不但極薄，而且在制品上呈垂直分布，可用平磨等辦法去除。由于溢出料極少，加料量的多少直接影響制件的高度尺寸，因此每模加料都必須準確稱量[5,7]。不溢式熱壓模極少采用多腔模，因為加料稍不均蘅就會造成各型腔壓力的不等，而引起制件欠壓。由于生產(chǎn)要求和壓機數(shù)量限制，舵基板熱壓模必須一次成型出兩件產(chǎn)品，這給模具加工及制品壓制成型帶來很大困難。(2)、模具外形尺寸：長1170mm，寬1070mm，閉合高度：721mm，總重約4.5噸，上、下模板兩側(cè)分別安裝了四個Φ50的起重螺栓。模具上下面用厚30mm的酚醛層壓玻璃布板，阻隔模具加熱時與壓機工作臺面?zhèn)鳠帷D7熱壓模具側(cè)視圖(3)、熱壓模具模架不僅要滿足強度要求，更應(yīng)有良好的剛性。采用外置的四根直徑為Φ80導(dǎo)柱導(dǎo)向，這樣導(dǎo)向性能好，保證了凸、凹模間隙均勻，不會發(fā)生碰切現(xiàn)象。并在上模板上安裝了6個等高的限位調(diào)整塊，增減限位塊高度71.15mm，來滿足產(chǎn)品零件的厚度6mm。2.3熱壓模凸、凹模的設(shè)計(1)、9#件凸模單件重量200公斤，14#件凹模重量約為1.1噸，均為鍛件。為避免可能出現(xiàn)的成分偏析，雜質(zhì)超標等內(nèi)部缺陷，需采用超聲波探傷等無損檢測技術(shù)檢查，確保每件鍛件內(nèi)部質(zhì)量良好，將出現(xiàn)冶金缺陷或廢品的毛坯及早剔除。(2)、凸模與凹模型腔間隙取值非常重要，如果間隙過小，在壓制時型腔內(nèi)的氣體無法順暢排除，不能得到優(yōu)質(zhì)制品，而且由于熱壓模在高溫下使用，配合間隙小，二者極易咬死、擦傷，反之配合間隙亦不宜過大，過大的間隙會造成嚴重溢料，不但影響制件質(zhì)量，而且溢邊難于除凈。溢料的粘結(jié)，還會使開模發(fā)生困難，一般按D3/dc3配合。對于舵基板這樣大尺寸制件取單邊間隙0.08mm～0.10mm。(3)、為了減少摩擦面積使開模容易，凸模和凹模配合高度設(shè)計為25mm，不配合部分將凹模對應(yīng)部分尺寸逐漸放大而形成斜面(1°)，這段斜度很必要，由于原料比較疏松，有較大的可壓縮性，因此當(dāng)物料轉(zhuǎn)變到熔融狀態(tài)時，凸模已超過了凹模的斜度部分，原料不會大量擠出。凹模入口處作成R2的圓角，以引導(dǎo)凸模正確地進入型腔。(4)、舵基板帶后半部通孔是M120×1.5－6h細牙螺紋結(jié)構(gòu)，底面是帶防熱環(huán)細狹長防熱構(gòu)件，要求直接模壓成型，纖維預(yù)浸料中單絲纖維較細，一般在10μm以下，也比較容易流動和變形，能夠滿足細牙螺紋成型需要。11#件螺紋鑲塊在加料前應(yīng)先安裝于型腔上，用13#件螺釘固定，再加12#件堵帽后填料，制件成型后開啟上模，去掉12#、13#件，11#件與制件一起頂出。用專用扳手在工作臺上把螺紋鑲塊旋出。（見附圖8）圖8熱壓模具螺紋鑲塊局部圖2.4利用ANSYS軟件對凹模進行受力分析整體式型腔應(yīng)進行壁厚計算，對于大型熱壓模應(yīng)按剛度進行計算，來確定凹模的壁厚及所選導(dǎo)柱的尺寸。整體型腔具有強度高，成型制件質(zhì)量好的優(yōu)點。14#件凹模外形尺寸為長930mm,寬為770mm，厚度180mm，型腔深度95mm，下襯50mm厚的墊板。墊板下有4根Φ60小導(dǎo)柱和2根Φ80支柱作支撐，沿周是寬度為左右127.5mm，前后83.5mm的下模板作支撐且與6支柱等高（如模型圖9、10所示），下面對凹模在成型過程中承受440噸壓力時的應(yīng)力及最大變形進行校核[20]。其中取5CrMnMo材料的彈性模量E=200X103N/mm2PRINTUNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0圖9凹模最大變形校核圖THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUZ1-0.38675E-0120.00003-0.23607E-014-0.10170E-015-0.35367E-012583-0.36721E-012584-0.17131E-032585-0.43894E-012586-0.52514E-012587-0.41526E-012588-0.36092E-012589-0.64960E-012590-0.40855E-01*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUZMAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE2134VALUE-0.089589結(jié)論：2134結(jié)點處即凹模中心點變形最大為0.089589mm。圖10凹模應(yīng)力校核圖PRINTSNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALSTRESSLISTING*****PowerGraphicsIsCurrentlyEnabledLOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0NODALRESULTSAREFORMATERIAL1THEFOLLOWINGX,Y,ZVALUESAREINGLOBALCOORDINATESNODESXSYSZSXYSYZSXZ1-8.8751-12.429-71.544-1.30898.8198-8.51172-30.324-25.262-75.8170.2708510.2394.06193-2.6829-3.1592-85.916-3.36628.3820-4.15464-9.0861-3.7966-75.689-0.488668.37520.596875-14.436-15.091-64.3463.472310.8315.28666-1.7149-5.7272-27.6892.42550.64886E-011.93657-7.1450-12.393-37.7833.10882.7707-5.56748-36.666-33.036-89.182-0.103599.7664-12.0679-8.6290-5.2823-80.4161.149610.483-5.921710-4.3839-3.8197-75.5162.364910.678-2.68531358-9.9108-3.3657-93.3700.2916913.3610.391831359-2.7345-0.62969-86.675-0.1891910.408-2.01101360-11.395-10.495-79.940-0.558966.8769-5.39031361-15.784-8.5983-67.6730.361445.78211.766113620.107500.91216-85.185-1.29038.9404-1.81271363-4.1093-5.9036-104.89-5.50479.5538-5.46901364-6.1837-2.3176-112.12-0.3146713.057-2.90731365-6.3556-9.6045-67.2340.291284.4939-2.1850*****POST1NODALSTRESSLISTING*****PowerGraphicsIsCurrentlyEnabledLOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0NODALRESULTSAREFORMATERIAL1MAXIMUMVALUESNODE129112722946711262VALUE25.78927.3325.775210.02421.48521.496結(jié)論：1272結(jié)點處即凹模Y軸方向應(yīng)力最大為27.332N/mm2,小于5CrMnMo材料的屈服應(yīng)力σs=300N/mm2,能夠滿足使用要求。2.5表面粗糙度的選取產(chǎn)品表面質(zhì)量是由模具型腔表面質(zhì)量決定的，舵基板形狀復(fù)雜，精度要求高，成型材料為高硅氧纖維，因此型腔精加工完成后最后工序采用手工拋光的工藝方法，使凸、凹表面粗糙度不低于0.1，可使摩擦阻力小，抗咬合和抗疲勞能力強，提高模具使用壽命，同時保證產(chǎn)品能夠順利的脫模且具有優(yōu)良的表面質(zhì)量[6]。2.6熱壓模具頂出機構(gòu)的設(shè)計產(chǎn)品成型，模具開啟后，產(chǎn)品留在下模型腔內(nèi)，由壓力機下頂出液壓缸驅(qū)動模具頂出機構(gòu)完成脫模。模具頂出機構(gòu)采用頂桿頂出，此種頂出機構(gòu)制造簡便，更換方便，不影響產(chǎn)品外觀，頂出效果好。位置不能與加熱管發(fā)生干擾，與模具采取三級精度動配合，頂出機構(gòu)在頂料與回位時要求活動自由，沒有別勁現(xiàn)象。為使頂桿定向活動，增加四個Φ60的導(dǎo)柱導(dǎo)向，保證工作穩(wěn)固可靠。在型腔模中，頂桿在頂出產(chǎn)品時，產(chǎn)品尚處于較高溫度狀態(tài)，此時產(chǎn)品的強度低于室溫時的許用強度，當(dāng)產(chǎn)品脫模力較大，每根頂桿的頂出力超過產(chǎn)品被頂部位所能承受的許用應(yīng)力，頂桿就會頂入產(chǎn)品內(nèi)部，同時頂桿直徑的大小對產(chǎn)品的質(zhì)量也有較大影響。直徑小，產(chǎn)品質(zhì)量較好；直徑大，頂出痕跡明顯，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差。然而，若頂桿直徑過小，頂出面積小，易引起應(yīng)力集中，使產(chǎn)品局部產(chǎn)生應(yīng)力而開裂；或者由于頂出力過大，導(dǎo)致頂桿彎曲。因此，應(yīng)對直徑及數(shù)量必須計算。此頂出機構(gòu)有導(dǎo)向裝置，配合間隙小于頂桿與其導(dǎo)向孔的間隙，導(dǎo)向裝置可以承擔(dān)部分頂出機構(gòu)的受力，改善了頂桿的受力狀態(tài)，此時主要考慮頂桿的強度及頂桿受靜壓力時的穩(wěn)定性。D=A=F推/n[σ]式中D—頂桿直徑，mmA—許用強度D=Φ20mmn=10個為單個產(chǎn)品所用頂桿數(shù)量頂桿頂出機構(gòu)的使用避免了兩極頂出機構(gòu)溢料飛邊使模具抱死現(xiàn)象。2.7模具復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計在成型的每一工作循環(huán)中，頂出機構(gòu)推出產(chǎn)品后，都必須準確恢復(fù)到原來的位置。這個動作通常是借助復(fù)位桿來實現(xiàn)，并用擋銷作最后定位，使頂出機構(gòu)在合模狀態(tài)處于準確可靠位置。熱壓模的復(fù)位桿與頂出桿一起固定在頂出板上，當(dāng)液壓機的頂出機構(gòu)推動模具頂出機構(gòu)時，產(chǎn)品與復(fù)位桿一起向上運動，至產(chǎn)品頂出型腔后，上、下模閉合時，上模固定的限位塊觸及復(fù)位桿端面，推動復(fù)位桿使頂出機構(gòu)回復(fù)到原位。復(fù)位桿共六根，均布于型腔兩側(cè)，以使頂出機構(gòu)受力均衡。2.8模具加工制造中關(guān)鍵問題的解決一模兩腔的最大難點是：如何保證兩型腔的同一性。要想實現(xiàn)這一點，除了要有精密的數(shù)控設(shè)備和技術(shù)外，還必須要有一套正確的加工工藝。1、在加工兩個模具型腔時，由于此種模具材料較硬，對所使用的刀具會有一定的磨損，而這種損耗必將會影響到加工件的精度。為了最大限度地減少這種誤差，在加工工藝上采取了三次加工法：(1)、粗加工：各部均勻留5mm余量后熱處理；(2)、半精加工：各部留0.2mm余量；(3)、精加工：最后換一把進口高精度超硬合金刀將剩余的0.2mm全部加工到位。這樣便解決了因刀具的磨損而產(chǎn)生加工誤差。型腔表面加工時留下的刀痕、磨痕都是應(yīng)力集中的部位，也是早期裂紋和疲勞裂紋源，因此在凸、凹模加工時一定要刃磨好刀具。平面刀具兩端要刃磨好圓角R，圓弧刀具刃磨時用R規(guī)測量，不允許出現(xiàn)尖點。在精加工時走刀量要小，不允許出現(xiàn)刀痕。型腔要留足打磨余量，由鉗工打磨拋光，注意打磨時防止局部出現(xiàn)過熱、燒傷表面和降低表面硬度。2、使用高精度的設(shè)備加工同一工件同一部位時，不管是采用幾個工步來加工，只要是同一工序，它就能夠達到精度的要求，但若是出現(xiàn)需要兩個以上的工序來完成同工件同部位的加工，其精度就很難保證了。舵基板熱壓模具就有這樣的部位：按產(chǎn)品的要求，型腔的兩端投影方向都是九十度直角，這種清楞角式的造型，若只用銑削來加工根本不行，只有結(jié)合用電火花二次加工方法實現(xiàn)。困難的是：二次用電火花加工的型腔，必須要與先前已用數(shù)空銑床加工過型腔的尺寸、形狀、位置等完全吻合，否則將造成加工的失敗。為了確保兩次加工相重合，需設(shè)計加工輔助工裝和準確定位裝置，使兩個工序的二次加工達到一致。電加工時零件表面有硬化層，厚10μm左右，硬化層脆且有殘余應(yīng)力，直接使用會引起早期開裂，對硬化層進行180℃的低溫回火時可消除其殘余應(yīng)力。3、此套模具盡管采用了熱穩(wěn)定性很好的5CrMnMo鋼材，但在高溫下使用，模具總還會有所變化，為了消除這些變化可能對模具精度的影響，在模具設(shè)計時，已然考慮出材料熱膨脹后仍能保持合理的配合間隙（主要指凸、凹模），這種間隙，如果在單型腔的模具上實現(xiàn)起來并不算很難，只要在數(shù)控機床加工時，將凸、凹模配合間隙的精度考慮進去，分別一次加工到位即可。而一模兩型的模具加工起來就不是那么簡單的了——此次‘一模兩型’舵基板模具，根據(jù)產(chǎn)品的精度要求，兩個模芯（凸模）必須單獨分別加工方可達到，而這種加工工藝，必然會使此模的兩個型腔型芯所有配合部位留有均勻的0.1mm間隙的要求，很難實現(xiàn)。間隙不合適，就會造成動靜模配合部位的啃傷，從而影響產(chǎn)品的精度。為了保證兩型腔、型芯各部配合間隙均等，我們把兩型芯采取了兩次成型法：第一次：完全按型腔的形狀、尺寸加工兩個型芯的外形，使其與兩個型腔分別成為無間隙吻合，待整體動靜模導(dǎo)向定位后，再將型芯配合部位均勻地去掉0.1mm，從而使動靜模各配合處有合理的間隙。這種加工方法看似費工，但確保證了模具的質(zhì)量。4、此套模具最重要的、最難加工的部位是型腔的頭部，為了確保加工的準確，把電火花加工此部位所用的電極一共制作了4件（兩粗兩精），以減少電極使用時的損耗。最后證明：兩精加工電極使用后損耗很小，從而保證了兩型腔的一致性。5、在熱壓模具制造的過程中，為了減少或消除失誤，對模具尺寸進行“過程檢驗”方法：即在加工的過程中，組織各方有關(guān)人員對一些關(guān)鍵部位的尺寸和形狀，進行現(xiàn)場跟蹤檢驗，并將測量結(jié)果填寫《模具過程尺寸檢測值》表，從而最大限度地避免了加工過程產(chǎn)生的失誤。第三章熱壓模具加熱系統(tǒng)及監(jiān)控裝置“一模兩腔”模具的加熱系統(tǒng)是原“一模一腔”模具加熱系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進方案。它克服了原加熱系統(tǒng)的加熱管易短路、換加熱管難、監(jiān)控難等問題。為保證壓模時模具溫度的均衡與減少熱量損失，以及起模時的模具溫度，因此用不銹鋼護板內(nèi)襯保溫材料制成的可裝卸的保溫板，安裝于模具兩側(cè)。3.1加熱系統(tǒng)方案模具加熱管分成三組：A、B、C。陽模上是A組加熱管，是由A1、A2、A3組成，A1是由3根加熱管組成，A2是由4根加熱管組成，A3是由3根加熱管組成；料腔部分是B組加熱管，由B1、B2、B3組成，B1是由4根加熱管組成，B2是由3根加熱管組成，B3是由4根加熱管組成；底模是C組部分加熱管，由C1、C2、C3組成，分別由4根加熱管組成。A組、B組、C組加熱熱管分別由3個變壓器直接供36伏的電源。圖11加熱管分布圖加熱管由以前的GJM2型一端出線改為GJM1型兩端出線；由930mm長、電壓36伏、功率1.8千瓦改為1090mm、電壓36伏、功率0.9千瓦；由以前的不銹鋼接頭改為銅接頭。這些措施不僅克服了加熱管易短路、斷路和換加熱管難的問題，而且延長了加熱管的使用壽命。圖12變壓器3.2監(jiān)控裝置原“一模一腔”模具的加熱管若發(fā)生斷路無法及時發(fā)現(xiàn)，只能是通過產(chǎn)品表面的顏色來判斷。檢查時需要人工拆開加熱管，逐根檢查、確認?！耙荒ｋp腔”成型模具增加了監(jiān)控裝置。監(jiān)控裝置由A1-3電流表、B1-3電流表、C1-3電流表組成，分別與相應(yīng)的加熱管對應(yīng)。每根加熱管20安培左右，通過電流表可監(jiān)控加熱管工作狀態(tài)?？紤]到監(jiān)控裝置的通用性，在監(jiān)測裝置與模具之間設(shè)計使用了轉(zhuǎn)接箱[8-10]。第四章熱壓模的檢測及產(chǎn)品性能4.1模具尺寸檢測表1模具過程尺寸檢測值序號產(chǎn)品尺寸檢測尺寸/部分1#模腔測量結(jié)果2#模腔測量結(jié)果結(jié)果1117.50+0.2117.6-0.10117.56117.53合格2111.60+0.2111.7-0.10111.66111.63合格3R433.50+0.3R433.6-0.10433.54433.56合格4R391.00+0.3R391.1-0.10391.06391.05合格5Φ136-0.20136～135.8Φ135.9Φ135.86合格6產(chǎn)品頭部提供頭部造型圖、編程及圖紙、電極//合格7226.50+0.3226.620+0.1226.7226.7合格8R10R10R10R10合格序號產(chǎn)品尺寸200511291＃模腔實測值200511292＃模腔實測值200511301＃模腔實測值200511302＃模腔實測值結(jié)果1688.80+2.0689.27688.96689.30688.98合格2386.70+0.5386.83386.70386.91386.75合格3226.50+0.3226.55226.50226.51226.70合格4200±0.2199.98～200.11199.90～200.03199.95～200.11199.92～200.05合格521-0.2+0.220.84～20.9220.92～21.0220.85～20.9820.92～21.02合格6R2R2R2R2R2合格7平面度≤1.81.81.81.761.71合格8直線度<1.51.451.491.451.45合格表2產(chǎn)品尺寸檢測模具驗收尺寸主要分為三部分：8個過程尺寸；8個產(chǎn)品尺寸；3個自檢尺寸。模具加工過程尺寸是指在模具加工過程中進行檢測，模具成型后不再檢測的。針對模具加工過程的特點，編制了模具驗收大綱，并擬定檢測的時間節(jié)點。在加工過程中，設(shè)計、工藝和檢測單位在現(xiàn)場進行檢測。兩個模腔的過程尺寸符合圖紙要求（見表1）。產(chǎn)品尺寸是指模具加工成型后，通過壓制產(chǎn)品檢測的尺寸。“一模雙腔”模具試模時同時加工出的兩件產(chǎn)品經(jīng)檢測單位檢測表明，兩個產(chǎn)品尺寸符合圖紙要求（見表2）。自檢尺寸，指由生產(chǎn)方自行檢測的尺寸，包括：板厚、螺紋厚、通止規(guī)。經(jīng)生產(chǎn)單位檢測，模具自檢尺寸符合圖紙要求。4.2模具溫度場檢測圖15模具溫度場測點示意圖檢測單位6對12個點溫度檢測結(jié)果表明：“一模雙腔”熱壓模模具的溫度場均勻，滿足成型溫度要求。4.3產(chǎn)品性能測試情況表3產(chǎn)品性能情況測試項目單位要求值單模產(chǎn)品性能1#模腔產(chǎn)品性能2＃模腔產(chǎn)品性能處理結(jié)果平均值X離散系數(shù)CV%平均值X離散系數(shù)CV%平均值X離散系數(shù)CV%密度kg/m3≥1600164816471650合格彎曲強度MPa≥5097.8、14.785.58、1388.5、12合格拉伸強度MPa≥2041.6、17.344.75、13.540.4、15合格斷裂延伸率%≥0.350.62、26.950.60、26.70.58、24.5合格燒蝕mm/s≤0.200.1130.0890.099合格舵基板雙腔熱壓模投入批生產(chǎn)至今，生產(chǎn)了六組舵基板230件，交付4組舵基板143件。按要求加工拉伸試樣、彎曲試樣、密度試樣、小發(fā)動機燒蝕試樣等，并檢測。產(chǎn)品性能見表3，表中同時將列出了單模模具生產(chǎn)的舵基板02批，21組性能的平均值與雙模產(chǎn)品的性能值做了比較，產(chǎn)品性能符合驗收技術(shù)條件要求。此外，將單模