1　前　言
       拉擠成型工藝自動化程度高、工藝穩(wěn)定，隨著復(fù)合材料應(yīng)用市場的不斷拓展，拉擠制品所占份額也越來越大。開發(fā)一件新的拉擠制品，首先是根據(jù)其使用條件和性能要求對制品進行材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定產(chǎn)品的截面形狀和原材料配比方式；其次就是拉擠成型中非常重要的一道工序，模具及預(yù)成型的設(shè)計與加工。模具及預(yù)成型部分可以說是拉擠生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)，由紗架、膠槽部位過來的增強材料經(jīng)由預(yù)成型初步定型，然后在牽引裝置的作用下進入模具固化成型，最后切割為定長產(chǎn)品。模具及預(yù)成型的設(shè)計與加工的好壞將直接決定拉擠生產(chǎn)的效率高低，甚至成敗與否，同時還決定著拉擠制品的外觀與質(zhì)量。模具一但加工定型后將很難改變，預(yù)成型部分盡管可以作調(diào)整，但如果設(shè)計加工不合理同樣會給生產(chǎn)造成很大的經(jīng)濟損失，如需要更多的人員參與生產(chǎn)從而增加人工成本，紗束和氈走不到位，造成次品、廢品，甚至發(fā)生堵模導(dǎo)致生產(chǎn)停頓，接下來就是費工費力的拆模、清理和重新穿紗再次起機。因此模具及預(yù)成型的設(shè)計與加工很關(guān)鍵，設(shè)計加工合理可避免很多不必要的損失。

2　模具設(shè)計加工

在拉擠成型工藝過程中，模具是各種工藝參數(shù)作用的交匯點，其主要要求是具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐磨性和極低的表面粗糙度。目前拉擠生產(chǎn)常用的模具主要為直腔鋼制模具，有整體式的，也有組合式的，一般為長方體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式盡管相對簡單，但設(shè)計加工過程中需要注意和考慮的地方較多，主要有如下幾個部分。
       2.1　模具材料選擇及加工類型
　　拉擠模具材料應(yīng)能滿足以下要求，強度高、熱處理變形小、加工性能好、使用過程中尺寸穩(wěn)定性好、耐磨、耐熱及耐熱腐蝕等。完全都能滿足這些要求的材料為數(shù)不多，目前常用模具材料為40 Cr，耐磨要求高的可選用Cr 12、Cr 12 MoV等，型腔表面硬度應(yīng)大于HRC 50，型腔表面粗糙度必須達到0.025～0.800μm。為達到擠拉模具的工藝要求，通常須經(jīng)過鍛造，退火、粗銑、調(diào)質(zhì)、精銑、淬火、研磨等一系列工序。其中模具的熱處理環(huán)節(jié)一定要做好，偷工減料和以次充好的結(jié)果通常是模具壽命短、使用過程中易變形。
　　目前拉擠常用到的模具加工類型主要有兩大類，一類是鍍鉻模具，即模具機加工完成后進行拋光、電鍍。對于一般產(chǎn)品和小件產(chǎn)品這種模具加工形式比較經(jīng)濟耐用，使用過程中如果出現(xiàn)鉻層脫落的現(xiàn)象，還可以褪鉻后重新鍍鉻再次使用，但對于大件寬幅模具，鍍鉻過程中如果控制不當(dāng)會出現(xiàn)鉻層薄厚不均的現(xiàn)象，主要是中間部位偏薄而周邊部位偏厚，對于尺寸精度要求較高的產(chǎn)品該類型不能滿足要求；另一類是直接采用高性能鋼材加工或模腔表面進行氮化處理，這樣模腔尺寸精度較高，但如果長期不用模具必須注意保養(yǎng)，防止生銹。這里需要注意的是拉擠生產(chǎn)過程中如果生產(chǎn)白色制品，建議使用鍍鉻模具，避免玻纖及填料在對模腔磨損過程中造成產(chǎn)品表面有灰黑色的磨痕。
       2.2　模具尺寸的設(shè)計
　　擠拉模具的橫截面應(yīng)足夠大，以使模具具有一定的熱容，保證加熱均勻、穩(wěn)定，一般來說，鋼模的橫截面至少等于拉擠制品截面積的10倍。但目前隨著模具材料性能及加工工藝、外部加熱技術(shù)水平等因素的提高，很多模具的橫截面面積設(shè)計加工得比制品截面積大不了多少，工藝性能同樣優(yōu)異。為保證產(chǎn)品在模具內(nèi)受熱均衡，有的模具的截面形狀可加工成和產(chǎn)品截面形狀一致或掏空一部分。
　　模具的長度與設(shè)備加熱能力，樹脂特性及配方，制品幾何尺寸及擠拉速度有關(guān)。典型的模具長度在500～1500 mm之間。對固定截面的制品，適當(dāng)增加模具長度可提高擠拉速度，提高生產(chǎn)效率，但會導(dǎo)致牽引力的加大。
　　模具型腔尺寸決定于制品的尺寸及收縮率。不飽和聚酯樹脂／玻璃纖維體系，收縮率一般在2％左右，乙烯基樹脂，環(huán)氧樹脂，收縮率要低些，一般在0  8％左右。填料，玻纖含量及所在截面位置的不同，收縮率也有差異。需要注意，在設(shè)計中，拉擠制品的截面形狀不能完全按照等代設(shè)計的方法，而必須依照拉擠工藝的特點進行截面形狀設(shè)計。早期人們沿用鋼構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計FRP制品，由于FRP是非均質(zhì)材料，固化過程中會收縮致使制品產(chǎn)生變形。因此在模具設(shè)計時需要加以補正。如角型材在模具設(shè)計時若采用90°，生產(chǎn)出的制品會向內(nèi)收縮變形，實際角度會小于90°度，因此可通過模具設(shè)計時將角度放大1～2°來控制。另外一種方式就是在設(shè)計那些拐角位置時，內(nèi)外圓角取值要做些相對調(diào)整，該處厚度不宜過厚。
       2.3　模具的一些細節(jié)設(shè)計
　　(1)入?？诘脑O(shè)計
　　入?？诘脑O(shè)計也是擠拉模具的關(guān)鍵之一，在此由于纖維束體積縮小而壓力升高，而入口處的幾何形狀是重要的影響因素。通常的入口形式可采用錐形，圓形和拋物線形，但實際生產(chǎn)中有的模具只作簡單的入模倒角設(shè)計即可，而有的模具不光要設(shè)計一定的入模角度進行加工，有時還需輔助加工一些倒紗溝，以利于產(chǎn)品尖角或凸臺的成型。有時為了產(chǎn)品下氈包氈順利，模具入口處可以考慮將下模突出一部分利于氈的定位和走向。
　　(2)模腔內(nèi)部倒角的設(shè)計
　　擠拉模具還有一特殊要求，那就是在模具設(shè)計時應(yīng)盡量避免一些細小的突出和銳角出現(xiàn)，如果設(shè)計中有上述結(jié)構(gòu)，在模腔內(nèi)固化成型過程中該位置會出現(xiàn)紗和氈走不到位的情況，容易造成粘模，使制品表面出現(xiàn)缺損，甚至最終導(dǎo)致擠拉的失敗。所以制品的棱邊最好采用2～5°的圓角過渡。當(dāng)然隨著原材料種類的增加，如膨體紗的出現(xiàn)可有效避免邊角的粘模現(xiàn)象，如果產(chǎn)品在棱邊方面有特殊要求的話，型腔棱邊處也是可以做到為直角的。
　　(3)空心模具設(shè)計注意事項
　　對中空擠拉制品，為了減少脫模時芯模造成的阻力，可將芯模尾部大約50 mm處，加工成1／300～1／200的錐度。對空心型材，還應(yīng)特別注意芯模的固定安裝設(shè)計，因為空心型材的芯模只能一端固定，所以安裝時更要精心調(diào)整，通常芯棒的固定形式主要有兩種，一種為框架式固定形式，一種是底托式固定形式，但不管采用那種形式，都必需保證芯棒可調(diào)。目前有些廠家反其道而行之，將芯棒相對固定，而通過調(diào)整模具來對產(chǎn)品的同心度加以調(diào)整。對于大型厚壁空腔模具，為了保證產(chǎn)品內(nèi)部固化的穩(wěn)定性，可考慮在芯棒內(nèi)部加工圓孔，放入可以調(diào)溫的加熱棒進行溫度補給。
　　(4)分型面的選擇
　　除整體模外，擠拉模具一般由幾塊模具件拼裝組合而成。在模具設(shè)計時，正確選擇分型面及其位置，不僅能保證模具的順利制作，而且能滿足擠拉制品的生產(chǎn)工藝要求和質(zhì)量要求。成型過程中在兩塊模具的接縫處所受應(yīng)力最大，也是容易產(chǎn)生樹脂粘附，堵塞的地方，并且最終在制品的表面出現(xiàn)合?？p影響表觀質(zhì)量，所以在滿足模具加工制造的前提下，應(yīng)盡量減少分型面，并且模具合縫棱邊不得有損傷，保證合縫嚴(yán)密。
　　(5)型腔位置的選擇
　　拉擠成型中，制品離開模具的主動力來自機器后部的牽引裝置。所以拉擠制品在模具設(shè)計時，應(yīng)正確選擇型腔位置，盡量使制品的平直部分平行于加熱板，有利于夾具的夾持牽引。例如對槽型材，工字型材，應(yīng)使腹板平行于加熱板方向，而對角型材，最好采用“人”字形取向，保證牽引時兩邊均勻受力。當(dāng)然設(shè)計型腔位置時還需考慮產(chǎn)品包氈的難易情況，包氈順利、牽引合適將是最佳方案，否則還應(yīng)以包氈順利為主進行考慮，牽引部分可以考慮采用合適的夾具形式加以牽引。