樹脂基復(fù)合材料經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在在世界上已得到廣泛應(yīng)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(shè)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(fù)合材料制品的功能和用途，一部分是通過復(fù)合材料本身來實現(xiàn)的，一定程度上還依靠其制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，任何一件先進(jìn)產(chǎn)品，只有通過合理設(shè)計才能變?yōu)楝F(xiàn)實，所設(shè)計出產(chǎn)品的性能應(yīng)最大限度地滿足用戶的要求，應(yīng)該結(jié)構(gòu)先進(jìn)、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(shè)計方法，從若干可行方案中找到優(yōu)選的方案。另外，復(fù)合材料制品結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，在設(shè)計中必須充分注意和考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性，并提供簡便易行而有效可靠的修理技術(shù)。對于所有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別是容易受到損傷的部件，在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)考慮到可修理性、修理技術(shù)的可行性、有效性和經(jīng)濟(jì)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(fù)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(yīng)用非常廣泛。SMC在汽車工業(yè)中逐步擴(kuò)大應(yīng)用的過程，也是SMC工藝技術(shù)取得不斷進(jìn)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，汽車工業(yè)對SMC的要求，遠(yuǎn)比其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)MC的要求更高，綜合性更強(qiáng)。其中，要求SMC制品外觀面達(dá)到A級水平，就是難度較大的一項要求，SMC材料的機(jī)械性能比鋼板性能低，為了補(bǔ)償在機(jī)械性能方面的這種差別，設(shè)計工程師必須采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以維持零件的結(jié)構(gòu)整體性。因此，在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要進(jìn)行特別考慮，使其結(jié)構(gòu)及外觀達(dá)到要求。本文主要從SMC制品的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和預(yù)埋件設(shè)計這三個方面進(jìn)行論述。

1 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計
             
       1.1 壁厚

一般SMC制品的厚度設(shè)計為2.5～3mm，經(jīng)測試，3mm的玻璃鋼試板的彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到140MPa以上，基本可以滿足各種常規(guī)的強(qiáng)度要求。在特殊使用條件下，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(shè)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(yīng)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(jìn)行仿皮紋設(shè)計，這會使整個制造過程復(fù)雜化，同時，如果產(chǎn)品設(shè)計不好，會造成無法脫模及表面缺陷多等缺點，因此，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)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，避免尖角、突變等結(jié)構(gòu)；
 2）一般只在平整的表面設(shè)計皮紋，如果必須要在側(cè)面或者翻邊上添加皮紋，該側(cè)面與脫模方向的角度必須大于15度。

 

圖1 皮紋設(shè)計示意圖

圖2 飛邊設(shè)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(shè)計不好，飛邊嚴(yán)重的產(chǎn)品會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度的降低，因此我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)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(yán)格和表面光潔度要求高的部位需盡可能的避免設(shè)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(shè)計一些孔洞，雖然這些孔洞可以通過模具直接成型，但為成型孔洞而設(shè)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(qiáng)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(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)考慮二次加工方便且便于控制，故需盡量避免出現(xiàn)復(fù)雜形狀的孔和階梯孔等結(jié)構(gòu)。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

 2.1 加強(qiáng)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(shè)計加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋的設(shè)計原則為：   
        1） 加強(qiáng)筋應(yīng)布置在產(chǎn)品受力較大之處，以改善產(chǎn)品的強(qiáng)度；
        2） 加強(qiáng)筋應(yīng)盡量作對稱分布，避免局部集中；
        3） 加強(qiáng)筋不宜過高，太高會引起缺料或脫模困難。

 加強(qiáng)筋厚度一般為制品厚度的2/3，高度小于等于3倍壁厚,圓角大于等于0.25~0.4的壁厚，兩側(cè)需有最小0.5º的斜度，以便于脫模。兩條平行加強(qiáng)筋的最小間距一般不能小于10mm。

圖3 加強(qiáng)筋設(shè)計示意圖

    在有加強(qiáng)筋交叉的部位，需在交叉出進(jìn)行圓角過渡，并增大脫模角度，最好在模具設(shè)計時在該處增加頂出，便于產(chǎn)品脫模。