复合材料发射箱的模具设计

赵渊

摘 要：模具作为复合材料产品成型重要装备之一，对于整个产品结构形式、产品成型工艺、型面形状、尺寸、稳定性等均会产生很大的影响，利用CAD/CAE技术进行发射箱模具设计及优化，采取变圆角设计解决模具脱模问题，成功制造了发射箱的样件，满足了产品设计的技术要求。为此，该文重点对复合材料发射箱模具的具体设计方法作如下分析。

关键词：复合材料 发射箱 模具 设计

中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号： 1672-3791（2017）06（b）-0110-02

一直以来，发射箱主要材料都是钢制、铝制金属箱体，在发射箱制作过程中，经常运用复合材料，这是因箱体复合材料优势较明显，主要表现在：强度高、隔热、抗烧蚀、耐腐蚀、易于整体成型等。在很多领域，复合材料已经慢慢替代属材料。因此，进一步了解复合材料发射箱的模具设计工作非常关键。

1 复合材料发射箱模具具体设计

设计人员在设计复合材料发射箱模具时，需要确保整个发射箱模具顺利脱模，且减少挠曲的变形。例如，某个复合材料发射箱长7.5 m左右，模具长10 m，在进行整体脱模时，需设计好模具与脱模设备，将两端支起，要想保证中间的挠曲变形<1.5 mm，需模具具备较强的刚度。因此，在设计过程中，设计人员需重点做好整体脱模、挠曲变形等方面的设计工作，具体表现如下。

1.1 复合材料发射箱脱模设计

复合材料发射箱模具设计过程中，针对需整个脱模的发射箱设计，设计人员所采取的设计手段主要是将模具两侧设计成大、小端，通常将拔模的斜度控制在0.5°～3°之间，并经辅助工装或是脱模机即可完成发射箱脱模。在以上所列举的例子中，发射箱长7.5 m左右，模具长10 m，设计人员若将拔模的斜度设计为0.5°，则会使模具两侧大、小端差距在85 mm左右，若此种设计必须与设计要求不相符，这就需要设计人员重新设计。设计人员可多次调研国内的模具制造商以及复合材料买卖市场，并根据以往的设计经验展开设计。

比如，设计人员以截面为矩形的发射箱，在缠绕过程中产生张力现象等相关试验进行设计，也就使截面是矩形的复合材料发射箱在缠绕过程中，于缠绕张力未发生任何改变的基础上，矩形4个角尺寸与设计要求相符，但是4条直边会向外鼓包，且尺寸会偏大，射界人员就可把缠绕后的试验件于矩形的截面慢慢剖开，能够明显地看出矩形4个角结构玻璃钢构成比较紧密，且纤维含量也非常高，其成型质量非常高。需要注意的是，矩形4条的直边也会形成树脂聚集或者是成型质量差等，一旦出现此种情况，设计人员可设计出另外一种复合材料发射箱模具，即变圆角模具。变圆角模具主要指在矩形复合材料发射箱的模具4个圆角区，均选择渐变圆角，在其他的大平面上未设计定拔模斜度，设计人员仅需未倒拔稍就行，此种模具设计方法和一般拔模斜度的设计方法有很大区别。设计人员进行复合材料发射箱的变圆角模具设计，在生产实践中可明显看出该类矩形产品脱模，经常会在4个角产生脱模划痕，而在整个大平面上质量非常好。

1.2 复合材料发射箱挠曲变形设计

设计人员在设计复合材料发射箱针挠曲变形模具时，充分考虑整个发射箱特征，在设计中可将模具设计方案分成： 整体模具、分体模具两种设计方案，而在实际设计过程中，因分体模具设计挠曲的变形程度比较严重，在实际制造、生产过程中工作量较大，且操作起来较为复杂，产品后期的维护工作量也较大，因此，重点分析整体模具设计。在进行整体模具设计的过程中，设计人员主要以CAD或者是CAE技术为主，优化整个复合材料发射箱模具结构，其力学模型与简支梁模型有很多相似之处，具体结构设计包括以下方面。

第一，發射箱通轴加辐板筋结构模具设计。整个设计过程中，设计人员综合考虑各个结构，模具主要选取焊接性能较好以及强度非常高的钢板、无缝钢管等进行焊接处理，通常将厚度控制在12～30 mm左右[1]。以CAE技术对结构挠曲变形程度做相应分析，同时分析具体结构设计情况，显示出两端约束，且模具可承4.0 t自重载荷，发射箱上表面可以施加1 t的压力。

第二，发射箱拱门筋加辐板筋结构模具设计。在设计发射箱拱门筋加辐板筋结构时，模具重点选取焊接性能较好、强度较高的钢板、无缝钢管等进行焊接而成，和通轴加辐板筋结构模具设计方法一样，将厚度控制在12～30 mm之间。发射箱拱门筋加辐板筋结构挠曲变形程度同样选取CAE技术进行分析，深入了解实际实践情况，其中，两端约束，结构模具可承载3.5 t自重载荷，同样在模具的上表面可以施加1 t的压力。

1.3 复合材料发射箱模具其他设计

设计人员除做好复合材料发射箱挠曲变形设计、复合材料发射箱脱模设计等部分外，还可按照既定真空导人的成型设计路线对复合材料发射器模具做相应的设计，具体设计方法表现在： 第一，如果所设计的复合材料发射器模具自身的脱模力非常大，则设计人员需加强整个模具两端的端头轴，也就是把模具大端一侧端头轴伸到模具主体结构的部分再加长一部分，这样能够保证脱模的过程中，整个模具的整体不会产生严重变形[2]；第二，由于复合材料发射器模具的主要材料是钢板拼焊制成，这就需要设计人员制订好整个模具的焊接工艺，主要包含： 模具的焊接方式、钢板焊接顺序、焊接参数、热处理、设备设计、钢板焊接的坡口设计以及实际应用等，这样才能控制好整个复合材料发射箱模具焊接不会产生严重变形；第三，因复合材料发射箱脱模模具较气密，这就要求相关人员在焊接的过程中将其满焊，所选取的模具钢板厚度需适宜，这样能够较好地避免相关人员使用机加工模具焊接变形作补偿期间，产生泄露；第四，设计人员需在复合材料发射箱模具上设计定位，以提升整个模具设计工艺。

2 结语

综上阐述，该文主要就复合材料发射箱模具的具体设计展开分析，不同模具的设计方法不同，这就要求设计人员在实际设计过程中，针对具体的模具选取相应的设计方法。比如，选取变圆角模具设计，能够保证长轴类的复合材料发射箱运用时不会脱模，而选取拱门筋加辐板筋模具设计，可增强整个长轴类产品模具刚度，确保整个简支梁模具不会出现严重挠曲变形，从而提升复合材料发射箱的应用要求，因此，做好复合材料发射箱的模具设计非常重要。

参考文献

[1] 孙雪梅，赵国群.悬臂铝合金型材伪分流挤压模具结构设计及其强度分析[J].机械工程学报，2013，49（24）：39-44.

[2] 柏洪武.复合材料模具设计制造工艺的探讨[J].河北农机，2014，15（12）：32-34.