预埋钢件工艺定位工装方法探讨

张浩

【摘  要】预埋工艺成型产品的钢件耐腐蚀能力强，各片体之间组装拆卸简便，结构美观。但钢件预埋位置定位的难题一直困扰着该工艺的推广应用，本文就预埋工艺实施过程的关键技术问题进行探讨。

【关键词】FRP产品;预埋钢件;安装

FRP产品预埋钢件的实施基于FRP产品的VARTM工艺，产品铺层后連接钢件预埋在产品内部，所以无法直接对其定位，但钢件自身为了保证螺纹孔与外界贯通，同时又避免树脂渗入无法清理，注射前所有螺纹孔都必须旋入外螺纹且该外螺纹延伸至产品内表面，待产品固化脱模时再将其拆下，所以此时预埋件的定位已经转化成对预埋件上旋入螺纹的定位。

1 定位研究方法

为了便于拆装，定位、配合方便该螺纹使用标准的内六角圆柱头螺钉，定位连接板按照预埋钢件上螺纹孔的间距预先设计好螺钉圆柱头的配合孔，通常单边预留0.5mm间隙，连接板的厚度通常比螺钉圆柱头大2mm，保证没有圆柱头外露划伤真空袋又不会有多余树脂灌入。定位连接板外形为规则的四边形，各棱边倒钝，施加负压后真空袋紧紧贴附在该连接板上，此时对预埋钢件的定位转换为对定位连接板外形的定位。

1.1 定位工装结构设计

定位工装的前端设计成与定位连接板配合的四边带卡爪的结构，定位工装的后端设计了两圆柱销孔，圆柱销安装在模具上产品切割线以外区域，定位工装的长度根据预埋钢件的位置确定，一般使用8～10mm钢板即可满足使用要求。

1.2 定位工装的使用

产品制作时预埋件下部各纤维铺层后，安装该工装将预埋件进行定位，定位结束可使用喷胶将预埋件及其周边夹心固定，此时为使预埋件以上纤维铺层操作方便可将定位工装及连接板拆下，待产品各层纤维及脱模布铺层结束后再安装定位连接板，产品注射管件及真空袋布置完毕后再安装定位工装，直至产品固化脱模时取下，避免抽真空和树脂注射过程预埋钢件定位尺寸的任何改动。

2定位工装的安装定位

2.1基于模具3D

基于模具3D的定位方式是将产品及对应模具的3D组合在一起，根据产品上预埋钢件的位置将定位工装延伸至产品切割线以外的模具法兰上，并且在法兰上标记出工装定位销的安装孔，在模具制作时直接将孔中心线雕刻在上面，这种定位方式适合新制作的模具，投产前工装设计等工作准备的比较到位，该定位方式对应的定位工装在设计时需在其理论尺寸的基础上预留3-5mm的调整量，后续可根据产品的实测数据进行微调以弥补定位过程的误差累积。

2.2基于产品3D

该定位方式前期的工装设计与基于模具的定位方式相同，只是在确定定位工装安装位置的时候是将产品预埋件的轮廓线投影到模具面上，根据该投影轮廓线在该位置设计一模拟安装板，模拟安装板的外形与预埋钢件完全一致，下表面与模具面随形，上表面为产品内表面向外偏置出定位连接板的厚度，定位与模拟安装板的配合状态与其实际使用状态完全一致。如果是初始设计可将上述投影轮廓线雕刻在模具面上，如果是后期改造的模具，没有该投影轮廓线的位置标记，可借助模具造型面通过插接的密度板靠模定位该模拟安装板，模拟安装板位置确定后，将定位工装安装在上面即可在模具法兰区域确定出工装定位销的安装位置。此种定位方式是通过模拟安装板间接反求出工装的安装位置，工装不必预留调整量，安装累计误差小。

3.定位工装的设计注意事项

3.1悬臂摆动误差

当定位销或其配合孔磨损导致配合间隙过大时，定位工装安装后会在定位销上产生微小晃动，纵然无明显间隙，如果摆臂过长由该微小晃动导致的预埋钢件的定位误差同样会造成严重的定位误差。通过模拟计算可得，假设定位销和预埋钢件的间距为500mm，定位端存在1mm的间隙，可能会导致预埋钢件产生超过2.5mm的定位误差，该误差值远远大于孔的位置度要求及装配间隙，所以必须定期检查配合面的磨损情况，可将定位面设计成圆锥面配合以吸收较小的配合间隙。

3.2预埋钢件所在模具面为任意角度竖直面

当定位座安装面的法线与预埋钢件所在模具面的法线为0～90°范围任意角度时，为满足其脱出方向要求，同时保证结构及工艺简单，设计时将矩形槽转化成导向块结构。定位工装末端开有沿脱出方向的斜面槽，导向块两侧面控制定位工装的摆动，前后斜面部分用于安装定位和拆卸时的导向，导向块粘接在定位座上。根据使用效果，每件工装使用两组导向块共同定位更能有效克服由于制作精度导致的定位摆动误差。

3.3定位连接板的选材

定位连接板为该工艺实施过程定位预埋钢件的核心连接件，该件需具有边缘轮廓需整齐、各棱边光滑过渡、脱模时容易与产品分离等要求，一旦出现局部磨损或破坏将会影响定位精度，所以使用过程更换频繁，消耗量大。本文分别从使用、加工和成本方面对三种材质的定位连接板进行了比较，如表1所示。根据使用现场使用情况对比，对于单件且外形尺寸较小的连接板，用量小且不易破坏，可使用聚四氟乙烯板制作。对于大型或结构复杂的连接板，脱模难以避免破坏时可使用密度板制作。形状规则且用量较多的连接板宜选用PVC板，当原材料短缺等应急情况下可选用密度板来代替PVC板，为了便于成型后取下，使用前可在密度板上缠绕2～3层静电膜。

4.总结

本文着重介绍了应用该工艺时预埋钢件定位工装的设计、安装及使用改进等方面的关键问题，但是由于FRP产品、预埋钢件结构及技术要求不同，更多的问题仍需要在实践中不断地摸索和改进。

参考文献：

[1]刘勇.浅谈纲车制动梁端轴定位组焊简易工装的设计[J].成铁科技，2002，000（001）：26-27.

[2]肖世富，何琴淑，靳凡.一类轴对称结构过盈装配环向预紧力的不确定性量化[J].科学技术与工程，2017，v.17;No.432（35）：6-13.

[3]陈康，黄志彬，何超.斜拉桥混凝土牛腿钢锚梁的整体工装定位施工技术[J].珠江水运，2018，000（011）：10-11.

（作者单位：株丕特巴赫复合材料（德州）有限公司）