复合材料成型新技术和新型模具材料

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1、复合材料成型新技术和新型模具材料（一）http://www.frponline.com.cn  2010-07-19  Ringer  [收藏该文章]     镍钢合金一直是大批量复合材料部件首选的模具材料。但是，随着复合材料部件越来越大，金属模具的过重问题给加工厂带来了新的挑战。因此，许多制造商转而采用复合材料工具，越来越多的模具开始采用环氧树脂和碳纤维来制造，特别是对尺寸和模具稳定性要求比较高的场合。   镍钢合金Invar过去一直是大批量复合材料部件首选的模具材料，因为其耐久性和热膨胀系数（CTE）

2、与部件成型用的增强塑料相近。但是，随着复合材料部件越来越大，金属模具的过重问题给加工厂带来了新的挑战。因此，许多制造商转而采用复合材料工具，以降低重量，避免较高的镍钢加工成本。   美国复合材料制造商协会（ACMA）前技术总监BobLacovara认为，越来越多的模具开始采用环氧树脂和碳纤维来制造，特别是对尺寸和模具稳定性要求比较高的场合。   “环氧树脂比聚酯树脂稍微耐用一点，它们具有较高的热稳定性，因此在需要高温固化的应用中，环氧树脂是一个很好的选择。”Lacovara说。他最近入选了ACMA杰出人物

3、。   摒弃模型   “我认为最新最伟大的创新是直接模具的数控加工，它消除了模具生产过程中制造模型的步骤。”他说，“因为模型所用材料本身都有一些限制，而且部件的表面质量要求也是一个问题。”   “下一步就是开发出一种可以获得A级表面的技术，从而大大降低加工的成本和时间。”Lacovara说到。Lacovara领导着一家名为Convergent复合材料的咨询公司。   美国佛罗里达州的一家模具制造厂Mollicam采用五轴CNC（计算机数控）加工中心为复合材料行业生产模型、原型和模具，可以为临时的和产量有限

4、的模具加工直接模具。该工厂有四台CNC机床，用于生产模具、船体和其他复合材料部件。   其中一个直接模具项目来自船艇制造商WellcraftMarine公司。   “客户想要测试一个新的船体设计，需要一个模具生产出一个部件，让其在水中实际行驶。”Mollicam公司总裁JeremyMollica说到，“如果该部件运行良好，他们计划用该模具再生产一个部件，并将其转换为玻纤母模。然后他们将由此制造一个生产用模具。”“直接模具以客户的需求为基础，我们经常加工直接模具，特别是一次性的部件。我们参与了许多主题乐园和

5、船艇行业的项目。艺术作品和雕塑通常也都是一次性的项目。”他说。   模具材料根据客户制造部件所用的材料来确定。   “如果是一次性项目，而且表面质量要求不是很高。我们将直接加工成泡沫，然后在表面涂覆一层密封胶。”Mollica解释说，“如果只生产一个部件，但对表面质量要求较高的话，我们会将泡沫尺寸加工的小一点，然后附上一层玻璃，再在玻璃层压板上喷涂一层工程油灰。我们会将最后的表面制作的稍高一点，然后再进行加工，使其变低。”   “在为20个或20个以上的大量部件制造模具时，最好先生产一个模型。”Molli

6、ca说，“有了模型就可以生产出足够坚固的模具。如果模具需要进入高压釜，经常加热，我们就要对模型进行机加工，从而使生产出的模具达到高温要求。”   根据计算机数据进行的CNC加工是非常精确的。母模生产用的可加工复合材料模具板和板材来自不同的制造商。这些产品范围从聚氨酯泡沫、合成环氧树脂到碳泡沫。这些材料粘结在一起后，被加工成特定的模具形状，然后将其密封防止层压树脂渗透，并用双马来酰亚胺或环氧层压板包覆，最后才进行机加工。   位于华盛顿州的美国领先的复合材料模具制造商Janicki工业公司开发了世界上最大的

7、CNC刨槽机之一。该机械的外壳尺寸最大可达30.5×6×2.4米。  在制备传统模具过程中，Mollicam采用五轴CNC刨槽机对一个船体模型进行加工。其模具就是根据该模型制造的。大型航空航天模具   NorthropGrumman航空航天系统制造开发工程师BobVale说，机身结构不断增加复合材料的用量，也变得越来越大越来越复杂。去年，在加利福尼亚圣地亚哥举办的制造工程师学会（SME）复合材料模具大会上，他提到Northrop早已将双马来酰亚胺（BMI）作为模具加工的最佳复合材料，并在飞机制造商的项目中

8、不断取得成功。   Northrop已经设计制造了600多个BMI模具。Vale说，通常，这些重量只占镍钢模具40%的模具要在150℃的温度和100psi的压力下经过700多个高压加热循环。采用复合材料制造航空航天模具和铺设芯轴的难题之一是要满足严格的材料需求。   这些特定的需求包括：能够承受最少500个循环；璃化转玻变温度在204℃以上，以满足高生产速率条件下176℃的固化温度要求。这些模具还必须具有高成本效率，能够抵抗紫