舵基板双腔热压模具成型设计及工艺技术研究分析 机械制造专业

摘要舵基板是某型号高硅氧纤维／钡酚醛树脂产品。产品长约为680毫米，宽度200毫米，外形尺寸大，形状复杂，迎风面的前端是圆锥面与斜平面相连接的头部突起，突起后部是为空气舵提供转动平台的平面。背风面是平面与弧面相连接的形状，套装时背风面与伺服舱相粘接，在产品后半部通孔是M120×1.5细牙螺纹结构。产品厚度差别大，最厚处27毫米，最薄处只有6毫米。产品成型时极易变形。舵基座板是空气舵系统的组件之一，是实现弹头机动飞行的重要防热部件，产品设计对舵基板产品的性能数值要求非常高。双腔热压模具采用不溢式“一模两件”的成型方式，及机械混料的方法，用模压成型工艺压制,成功应用于型号生产,效率较高，能够满足战术武器低成本、大批量生产要求。关键词：舵基板双腔热压模具螺纹镶块AbstractTherudderbaseplateisthevycorfibre/bariumBakeliteproductofsomemodelweapon.Theproductwhichhaslargeoutlinedimensionandcomplexshapehas680mmlengthand200mmwidth.Itsleadingendofwindwardsideisheadraisedthatjoinedwithtaperfaceandobliqueplane.Theendpartoftuberclesuppliesturningplaneforairrudder.Theleeface’sformisjoinedwithplaneandcamberedsurface.Whenshrinking,theleefacejoinswithservocabinandthebackhalfpartofproductisM120×1.5finethreadfabric.Theproducthaslargedifference,thebiggestthicknessis27mmandthelargestthinnessis6mm.Therudderbaseplateisoneunitoftheairruddersystem.Itisanimportantheatparttorealizebulletautomotiveflight.Theproductdesignhasahighrequirementfortherudderbaseplate’sperformance.Thepairhot-presseddieadoptsnonoverflowfamilymouldandmechanicalblendways.Itusesformerwindingtechnologytopressandsucceedinusingtomanufactureonemodelproduct.Ithashighefficiencyandcansatisfytacticalproductionrequirement.Keywords:Therudderbaseplate,Thepairhot-presseddie,screwglutting目录TOC\o"1-3"\h\z前言 1第一章舵基板成型工艺研究 31.1舵基板使用工艺技术要求 31.2舵基板成型工艺分析 31.3热压模具的制造工艺分析 51.3.1凸、凹模及螺纹镶件材料的选取 51.3.2凹模加工工艺 51.3.3凸模加工工艺 6第二章舵基板双腔热压模具成型设计 72.1舵基板双腔热压模设计中主要问题的考虑 72.1.1压模具固定方式 72.1.2压模具加热方法的选取 72.1.3热压模冷却方法的考虑 82.1.4热压模具温度的测定 92.2舵基板双腔热压模的设计形式 92.3热压模凸、凹模的设计 112.4利用ANSYS软件对凹模进行受力分析 122.5表面粗糙度的选取 152.6热压模具顶出机构的设计 152.7模具复位机构的设计 152.8模具加工制造中关键问题的解决 16第三章热压模具加热系统及监控装置 183.1加热系统方案 183.2监控装置 19第四章热压模的检测及产品性能 214.1模具尺寸检测 214.2模具温度场检测 224.3产品性能测试情况 23第五章结论 245.1舵基板双腔热压模具设计结果 245.2技术的创新点 255.3结论 25致谢 26参考文献 27前言舵基座板(图1)是实现弹头机动飞行的重要防热部件,采用高硅氧玻璃纤维、钡酚醛树脂经高温模压成型的制造工艺，其成型精度要求高、工艺过程复杂、制造难度大、模压成型周期长。因此，舵基座板的生产一直是制约军品批生产的短线之一。为了确保批生产的交付进度，首次采用了“一模两腔”玻璃纤维模压成型技术代替传统模压成型技术，在不增加生产设备的情况下，使得舵基座板的生产效率提高一倍，确保了军品批生产交付任务。目前在我国民用的塑料热压模具上，“一模多腔”技术已普遍采用。但对于那些较大型、复杂的热压模具，一般还是更多地采用“一模一腔”技术，特别是对于像舵基座板这种具有复杂型面、成型精度要求高的纤维模压产品，基本采用“一模一腔”模压成型技术。这是因为一般的塑料制品收缩率多在0.5%—5%之间，所以要求其制品精度一般在IT8级以下。对于生产这些精度不是很高制品的模具，要使同一模具上的各个型腔达到基本统一是容易实现的。然而，舵基座板这类纤维模压制品由于其收缩率很小（一般在0.05%以内），其制品的精度大都要求较高（小于IT7级）。对于这些高精度的玻璃纤维模压制品，要想用同一模具上的各个型腔生产出的产品达到完全地一致，则很难实现。原因是：(1)、模具的设计和制造难度大——众所周知，即使有再高超的技术、用再精密的机床来加工零部件的形状和尺寸，也不可能没有误差，若出现超差，对于‘单模单型’的模具来说，解决起来可能不会太难，只要修正好自身的超差部分就可以了，而‘一模多型’的模具就不那么简单的了。修正时既要保证本身型腔的正确，又要保证与其它型腔的协调一致，这种顾此及彼的难度是可想而知的。(2)、多腔模压成型工艺难度高——仅仅制造出合格的多腔模具还不够。要想在同一模具的多个型腔，生产出同一精度等级的制品也绝非易事。因为它们时时受到设备的精度、填料的多少、模具设备的温度、压力等诸多因素的影响。正由于多型腔模具设计复杂、制造难度大，同一模具上各型腔尺寸的一致性不易保证；成型过程中各型腔压力、温度等工艺参数的一致性较难保证，所以目前，我国大型复杂纤维模压制品还很少使用“一模多腔”成型技术。第一章舵基板成型工艺研究1.1舵基板使用工艺技术要求(1)、模具型腔应符合保护罩产品图纸要求。(2)、模具设计时考虑产品收缩率，按0.05%-0.1%计算，同时产品不同尺寸或部位收缩率会有差别[22]。(3)、模具使用设备YH73-500吨，双腔成型压力440吨，使用温度200℃，因此模具应有足够的刚性和极小的热变形量，同时型腔应具有足够的硬度和耐腐蚀性，以满足多批次生产的使用要求。(4)、模具上、下模溢料边单边间隙为0.1-0.15mm。(5)、模具自带加热装置，加热电源电压最高36V，模具上下模加热孔布置有利于产品压制部分模温均匀，温度场温差<±2℃,最高温升速率40℃∕h，使用温度220℃，模具加热所需电功率按5-10千瓦/吨计算。6)、型腔深度按产品厚度10倍计算。7)、模具要求自带脱模机构，产品脱模要方便可靠，不损伤产品和模具工作面。1.2舵基板成型工艺分析热压模成型是根据压制产品工艺条件，将高硅氧纤维/钡酚醛树脂放入凹模型腔内逐渐加热加压，树脂由于受到加热和加压的作用而逐渐软化成粘流状态，充满型腔，经保压钡酚醛树脂产生硬化反应，然后降低模具温度，制品固化后将其顶出。成型过程如下[1,21]：(见图2)预浸料的备制预浸料的备制装料热压加工热处理图2舵基板成型过程流程图(1)、预浸料的备制：将高硅氧纤维短切成长24mm，在120℃温度下去水、烘干8小时后与钡酚醛树脂进行手工混料、涅合，晾晒烘干。(2)、装料：准确称量原料重量，均部于型腔底面，然后闭合压机，开始升温升压。(3)、热压：开始热压时，温度和压力都不宜太高，否则钡酚醛树脂易流失。温度和压力是根据高硅氧纤维/钡酚醛树脂的特性，用实验的方法确定的。压制时温度的控制分为五个阶段。第一阶段是预热阶段。温度是指从室温到硬化反应开始的温度。预热阶段中钡酚醛树脂发生熔化，并进一步浸透纤维，同时钡酚醛树脂还排除一些挥发分。施加的压力约为全压的一半左右。第二阶段是保温阶段。使钡酚醛树脂在较低的反应速度下进行硬化反应，直至舵基板坯边缘流出的钡酚醛树脂不能拉成丝为止。第三阶段是升温阶段。这一阶段是自硬化开始的温度升至压制时的最高温度150℃。升温不宜太快，否则会使硬化反应速度加快而引起成品分层或产生裂纹。第四阶段是当温度达到150℃的最高值后保持恒定的阶段。这一阶段的作用是保证钡酚醛树脂充分硬化，而使成品的性能达到最佳值。高硅氧纤维／钡酚醛树脂保温时间是4小时。第五阶段为冷却阶段，即当舵基板坯中钡酚醛树脂充分硬化后进行降温准备脱模阶段。降温采用自然冷却，压机压力保持至冷却完毕。图3时间与温度关系控制图五个阶段中所施的最大压力为440吨，压力的作用是除去挥发分，增加钡酚醛树脂的流动性，使纤维进一步压缩，防止制品在冷却过程图3时间与温度关系控制图中的变形。五个阶段中温度与时间的变化情形如(图3)所示。(4)、加工：去除压制成型舵基板的毛边。(5)、热处理：舵基板在60～70℃环境中放置3.5小时，是钡酚醛树脂充分硬化的补加措施，使制品机械强度、耐热性和电性能都达到最佳值依据上述工作过程在压力机上循环压制成型舵基板。1.3热压模具的制造工艺分析1.3.1凸、凹模及螺纹镶件材料的选取热压模使用500吨压力机，成型压力440吨，成型保温时温度为200℃，取出产品后模具需冷却，在工作中除承受压应力，张应力，弯曲力外，还受到热变形力产生的热疲劳，模具表面层中的循环热应力，是引起冷热疲劳的根本原因。高温氧化、冷却以及凸、凹模的摩擦作用，加速了冷热疲劳过程。凸、凹模型腔表面由于受热而软化，因而其耐磨性大为降低，另外，高温氧化腐蚀作用产生的氧化皮也起到磨损的作用。因此热压模具的凸、凹模选用材料为5CrMnMo热作模具钢，该材料特点是[2,4]：(1)、良好的高强度和韧性，同时具有足够的硬度和耐磨性。(2)、高的回火抗力和抗氧化性，能在工作时维持高强度和冲击韧性的配合。(3)、具有良好的抗冷热疲劳力及塑性变形抗力。(4)、导热性好，使模具表面的热量能迅速传出，不致使型腔表面温度过高。同时，5CrMnMo还具有较好的淬透性，淬火硬度为HRC38-42时，模具的使用寿命大为提高，能够满足产品的多批次生产。1.3.2凹模加工工艺模具材料采用5CrMnMo，这种材料的特点是热稳定性好，从而减少使用时因热变形而影响质量。但同时它也有一个相对的弱点——不宜焊接。这就给模具加工提出很高要求，因为加工缺陷无法通过焊接来修补。“一模两腔”模具加工的最大难点是：保证‘两型腔的同一性’。要想实现这一点，除了要有精密的数控机床和高水平的操作者外，还必须要有一套正确的加工工艺[14]。凹模即型腔。由于模具材料较硬，所以加工两个模具型腔时对所使用的刀具会有一定的磨损，而这种损耗必将会影响到加工件的精度。为了最大限度地减少这种误差，在加工工艺上采取了三次加工法——第一次，粗加工，各部均匀留5mm余量后热处理；第二次，半精加工，各部留0.2mm余量；第三次，精加工，更换进口高精度超硬合金刀将剩余的0.2mm全部加工到位。这样便避免了因刀具的磨损而产生加工的误差。使用高精度的设备加工同一工件同一部位时，不管是采用几个工步来加工，只要是同一工序，它就能够达到精度的要求，但若是出现需要两个以上的工序来完成同工件同部位的加工，其精度就很难保证了。无奈，这套模具就有这样的部位——按制品的要求，型腔的两端投影方向都是90度直角，这种清楞角式的造型，若只用铣削来加工是根本不行的，只有结合用电火花二次加工方可实现。困难的是：二次用电火花加工的型腔，必须要与先前已用数空铣床加工过型腔的尺寸、形状、位置等完全吻合，否则将造成加工的失败。为了确保两次加工相重合，设计使用了一些加工附件和准确的定位装置。通过这些工装的技术保证以及加工者的精心操作，终于使两个工序的二次加工达到完全吻合的结果。1.3.3凸模加工工艺此套模具尽管采用了热稳定性很好的5CrMnMo钢材，但在高温下使用，模具总还会有所变化。为了消除这些变化可能对模具精度的影响，模具设计时已然考虑出材料热膨胀后仍能保持合理的配合间隙（主要指凹凸模）。这种间隙，如果在单型腔的模具上实现起来并不算很难，只要在数控机床加工时将凹凸模配合间隙的精度考虑进去，分别一次加工到位即可。而“一模两腔”的模具加工起来就不是那么简单的了——此次“一模两腔”模具，根据制品的精度要求，两个凸模必须单独分别加工方可达到。而这种加工工艺，必然会使‘此模的两个凹凸模所有配合部位留有均匀的0.1mm间隙的要求’很难实现。间隙不合适，就会造成动静模配合部位的啃伤，从而影响产品的精度。为了保证两凹凸模各部配合间隙均等，我们把两凸模采取了两次成型法——第一次：完全按凹模的形状、尺寸加工两个凸模的外形，使其与两个凹模分别成为无间隙吻合，待整体动静模导向定位后，再将凸模配合部位均匀地去掉0.1mm，从而使动静模各配合处有合理的间隙。这种加工方法确保证了模具的质量。第二章舵基板双腔热压模具成型设计2.1舵基板双腔热压模设计中主要问题的考虑2.1.1压模具固定方式热压模上下模板分别固定在YH73-500吨压力机的上下台面上，开模，闭模，顶出等工序都在压力机工作台内进行，生产效率高，操作简单，劳动强度小，开模振动小，模具使用寿命长，能够压制批量较大，形状复杂的产品[16-18]（见附图4）。图4舵基板双腔热压模具成型图2.1.2压模具加热方法的选取热压模具加热方式通常有模具自加热式和外加热式，外加热方式，模具简单，造价低，但温度波动性大，对大型部件不合适，考虑到舵基板产品尺寸形状、厚度变化大，采用自加热式，要求三区温度温差±3℃，最大升温速率40℃／ｈ，最高工作温度200℃模具温度直接影响到产品的充模、定型、模塑周期和产品质量。电加热管是用不锈钢管作外壳，管中放入合金电阻丝作发热体，在空隙部分紧密填充具有绝缘和导热性能的结晶氧化镁而成的一种电加热元件。它具有使用寿命长，工作安全可靠，热效率高，结构简单，使用方便等优点，适用于对金属模具的加热。因此选用GJM1型电热管加热，为保证操作工人安全，使用36伏电压。GJM1型电热管（见附图5）为正、负极两端出线，连线方便，紧固时易于操作。热压模上模使用10根电热管，输出功率为8.2KW，下模使用25根电热管，输出功率为20KW，上下模电热管输出总功率为28.2KW。能够满足使用工艺要求温升速率40℃∕h。上、下模电热管用30X5紫铜板汇流条分别并联，模具接地线。热压模上、下端面安装两块30mm酚醛层压玻璃布板，使模具加热时减少设备的热量损耗。双腔热压模体积图5GJM1型电热管大，外侧壁厚较薄，加热管只有三路，不能增加加热孔，造成模具温度内外温差明显，在模具加温过程中，为保证模具温度的均衡与减少热量损失，用不锈钢护板内衬保温材料制成的可装卸的保温层，安装于模具两侧，同时也提高了模具的升温速度，缩短成型时间，节约了电能。2.1.3热压模冷却方法的考虑模具的冷却直接影响到产品的质量，如收缩率，翘曲变形，耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在热压模生产过程中，冷却时间占产品成型周期的约60%，冷却方法的优化分析决定了产品的质量，同时，也应考虑图6热压模冷却示意图模具的制造成本与生产现场使用要求。压铸模冷却多采用循环回路水冷却方法，对于舵基板双腔热压模采用此方法存在以下缺点[19]：(1)、受型腔结构影响较大，有时无法形成冷却回路。(2)、无法进行局部温度控制，模具制造完成后，很难进行冷却位置调整。(3)、冷却回路距模具型腔表面的距离不均匀，造成型腔表面过冷、过热，同时对模具的强度造成不良影响。(4)、冷却回路生锈、堵塞后不易清理，回路内部漏水时也无法修复。(5)、遇到模具局部需更换时，无法采用镶嵌法维修。(6)、加工深孔(长度/直径≥5)困难。因此模具设计采用自然冷却方法，在保证模具强度的同时，模具周边加工出尽可能的开口，卸掉保温层后便于散热。（见附图6）2.1.4热压模具温度的测定模具型腔表面保持均衡的温度，可减少大范围的应力交变，延缓表面疲劳裂纹的产生，提高模具的使用寿命。同时也使成型出的产品减少应力变形，有较好的平面度。因此对模具周围温度的监控非常重要。便于测量模具温度场的变化，在凸、凹模上分别制出4个和8个Φ10mm，深50mm-150mm的测温孔，共12个检测点，以便安装温度计。2.2舵基板双腔热压模的设计形式(1)、热压模具采用不溢式（见附图7）：加料室为型腔上部断面的延续，无挤压面，理论上压机所施的压力将全部作用在制件上，材料的溢出量很少。特点是制件承受压力大，故密实性好，机械强度高，因此特别适于压制形状复杂、厚度薄、流动性特别小、比容大的高硅氧纤维／钡酚醛树脂的制品。压制成型出的制品毛边不但极薄，而且在制品上呈垂直分布，可用平磨等办法去除。由于溢出料极少，加料量的多少直接影响制件的高度尺寸，因此每模加料都必须准确称量[5,7]。不溢式热压模极少采用多腔模，因为加料稍不均蘅就会造成各型腔压力的不等，而引起制件欠压。由于生产要求和压机数量限制，舵基板热压模必须一次成型出两件产品，这给模具加工及制品压制成型带来很大困难。(2)、模具外形尺寸：长1170mm，宽1070mm，闭合高度：721mm，总重约4.5吨，上、下模板两侧分别安装了四个Φ50的起重螺栓。模具上下面用厚30mm的酚醛层压玻璃布板，阻隔模具加热时与压机工作台面传热。图7热压模具侧视图(3)、热压模具模架不仅要满足强度要求，更应有良好的刚性。采用外置的四根直径为Φ80导柱导向，这样导向性能好，保证了凸、凹模间隙均匀，不会发生碰切现象。并在上模板上安装了6个等高的限位调整块，增减限位块高度71.15mm，来满足产品零件的厚度6mm。2.3热压模凸、凹模的设计(1)、9#件凸模单件重量200公斤，14#件凹模重量约为1.1吨，均为锻件。为避免可能出现的成分偏析，杂质超标等内部缺陷，需采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保每件锻件内部质量良好，将出现冶金缺陷或废品的毛坯及早剔除。(2)、凸模与凹模型腔间隙取值非常重要，如果间隙过小，在压制时型腔内的气体无法顺畅排除，不能得到优质制品，而且由于热压模在高温下使用，配合间隙小，二者极易咬死、擦伤，反之配合间隙亦不宜过大，过大的间隙会造成严重溢料，不但影响制件质量，而且溢边难于除净。溢料的粘结，还会使开模发生困难，一般按D3/dc3配合。对于舵基板这样大尺寸制件取单边间隙0.08mm～0.10mm。(3)、为了减少摩擦面积使开模容易，凸模和凹模配合高度设计为25mm，不配合部分将凹模对应部分尺寸逐渐放大而形成斜面(1°)，这段斜度很必要，由于原料比较疏松，有较大的可压缩性，因此当物料转变到熔融状态时，凸模已超过了凹模的斜度部分，原料不会大量挤出。凹模入口处作成R2的圆角，以引导凸模正确地进入型腔。(4)、舵基板带后半部通孔是M120×1.5－6h细牙螺纹结构，底面是带防热环细狭长防热构件，要求直接模压成型，纤维预浸料中单丝纤维较细，一般在10µm以下，也比较容易流动和变形，能够满足细牙螺纹成型需要。11#件螺纹镶块在加料前应先安装于型腔上，用13#件螺钉固定，再加12#件堵帽后填料，制件成型后开启上模，去掉12#、13#件，11#件与制件一起顶出。用专用扳手在工作台上把螺纹镶块旋出。（见附图8）图8热压模具螺纹镶块局部图2.4利用ANSYS软件对凹模进行受力分析整体式型腔应进行壁厚计算，对于大型热压模应按刚度进行计算，来确定凹模的壁厚及所选导柱的尺寸。整体型腔具有强度高，成型制件质量好的优点。14#件凹模外形尺寸为长930mm,宽为770mm，厚度180mm，型腔深度95mm，下衬50mm厚的垫板。垫板下有4根Φ60小导柱和2根Φ80支柱作支撑，沿周是宽度为左右127.5mm，前后83.5mm的下模板作支撑且与6支柱等高（如模型图9、10所示），下面对凹模在成型过程中承受440吨压力时的应力及最大变形进行校核[20]。其中取5CrMnMo材料的弹性模量E=200X103N/mm2PRINTUNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0图9凹模最大变形校核图THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUZ1-0.38675E-0120.00003-0.23607E-014-0.10170E-015-0.35367E-012583-0.36721E-012584-0.17131E-032585-0.43894E-012586-0.52514E-012587-0.41526E-012588-0.36092E-012589-0.64960E-012590-0.40855E-01*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUZMAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE2134VALUE-0.089589结论：2134结点处即凹模中心点变形最大为0.089589mm。图10凹模应力校核图PRINTSNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALSTRESSLISTING*****PowerGraphicsIsCurrentlyEnabledLOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0NODALRESULTSAREFORMATERIAL1THEFOLLOWINGX,Y,ZVALUESAREINGLOBALCOORDINATESNODESXSYSZSXYSYZSXZ1-8.8751-12.429-71.544-1.30898.8198-8.51172-30.324-25.262-75.8170.2708510.2394.06193-2.6829-3.1592-85.916-3.36628.3820-4.15464-9.0861-3.7966-75.689-0.488668.37520.596875-14.436-15.091-64.3463.472310.8315.28666-1.7149-5.7272-27.6892.42550.64886E-011.93657-7.1450-12.393-37.7833.10882.7707-5.56748-36.666-33.036-89.182-0.103599.7664-12.0679-8.6290-5.2823-80.4161.149610.483-5.921710-4.3839-3.8197-75.5162.364910.678-2.68531358-9.9108-3.3657-93.3700.2916913.3610.391831359-2.7345-0.62969-86.675-0.1891910.408-2.01101360-11.395-10.495-79.940-0.558966.8769-5.39031361-15.784-8.5983-67.6730.361445.78211.766113620.107500.91216-85.185-1.29038.9404-1.81271363-4.1093-5.9036-104.89-5.50479.5538-5.46901364-6.1837-2.3176-112.12-0.3146713.057-2.90731365-6.3556-9.6045-67.2340.291284.4939-2.1850*****POST1NODALSTRESSLISTING*****PowerGraphicsIsCurrentlyEnabledLOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0NODALRESULTSAREFORMATERIAL1MAXIMUMVALUESNODE129112722946711262VALUE25.78927.3325.775210.02421.48521.496结论：1272结点处即凹模Y轴方向应力最大为27.332N/mm2,小于5CrMnMo材料的屈服应力σs=300N/mm2,能够满足使用要求。2.5表面粗糙度的选取产品表面质量是由模具型腔表面质量决定的，舵基板形状复杂，精度要求高，成型材料为高硅氧纤维，因此型腔精加工完成后最后工序采用手工抛光的工艺方法，使凸、凹表面粗糙度不低于0.1，可使摩擦阻力小，抗咬合和抗疲劳能力强，提高模具使用寿命，同时保证产品能够顺利的脱模且具有优良的表面质量[6]。2.6热压模具顶出机构的设计产品成型，模具开启后，产品留在下模型腔内，由压力机下顶出液压缸驱动模具顶出机构完成脱模。模具顶出机构采用顶杆顶出，此种顶出机构制造简便，更换方便，不影响产品外观，顶出效果好。位置不能与加热管发生干扰，与模具采取三级精度动配合，顶出机构在顶料与回位时要求活动自由，没有别劲现象。为使顶杆定向活动，增加四个Φ60的导柱导向，保证工作稳固可靠。在型腔模中，顶杆在顶出产品时，产品尚处于较高温度状态，此时产品的强度低于室温时的许用强度，当产品脱模力较大，每根顶杆的顶出力超过产品被顶部位所能承受的许用应力，顶杆就会顶入产品内部，同时顶杆直径的大小对产品的质量也有较大影响。直径小，产品质量较好；直径大，顶出痕迹明显，产品外观质量较差。然而，若顶杆直径过小，顶出面积小，易引起应力集中，使产品局部产生应力而开裂；或者由于顶出力过大，导致顶杆弯曲。因此，应对直径及数量必须计算。此顶出机构有导向装置，配合间隙小于顶杆与其导向孔的间隙，导向装置可以承担部分顶出机构的受力，改善了顶杆的受力状态，此时主要考虑顶杆的强度及顶杆受静压力时的稳定性。D=A=F推/n[σ]式中D—顶杆直径，mmA—许用强度D=Φ20mmn=10个为单个产品所用顶杆数量顶杆顶出机构的使用避免了两极顶出机构溢料飞边使模具抱死现象。2.7模具复位机构的设计在成型的每一工作循环中，顶出机构推出产品后，都必须准确恢复到原来的位置。这个动作通常是借助复位杆来实现，并用挡销作最后定位，使顶出机构在合模状态处于准确可靠位置。热压模的复位杆与顶出杆一起固定在顶出板上，当液压机的顶出机构推动模具顶出机构时，产品与复位杆一起向上运动，至产品顶出型腔后，上、下模闭合时，上模固定的限位块触及复位杆端面，推动复位杆使顶出机构回复到原位。复位杆共六根，均布于型腔两侧，以使顶出机构受力均衡。2.8模具加工制造中关键问题的解决一模两腔的最大难点是：如何保证两型腔的同一性。要想实现这一点，除了要有精密的数控设备和技术外，还必须要有一套正确的加工工艺。1、在加工两个模具型腔时，由于此种模具材料较硬，对所使用的刀具会有一定的磨损，而这种损耗必将会影响到加工件的精度。为了最大限度地减少这种误差，在加工工艺上采取了三次加工法：(1)、粗加工：各部均匀留5mm余量后热处理；(2)、半精加工：各部留0.2mm余量；(3)、精加工：最后换一把进口高精度超硬合金刀将剩余的0.2mm全部加工到位。这样便解决了因刀具的磨损而产生加工误差。型腔表面加工时留下的刀痕、磨痕都是应力集中的部位，也是早期裂纹和疲劳裂纹源，因此在凸、凹模加工时一定要刃磨好刀具。平面刀具两端要刃磨好圆角R，圆弧刀具刃磨时用R规测量，不允许出现尖点。在精加工时走刀量要小，不允许出现刀痕。型腔要留足打磨余量，由钳工打磨抛光，注意打磨时防止局部出现过热、烧伤表面和降低表面硬度。2、使用高精度的设备加工同一工件同一部位时，不管是采用几个工步来加工，只要是同一工序，它就能够达到精度的要求，但若是出现需要两个以上的工序来完成同工件同部位的加工，其精度就很难保证了。舵基板热压模具就有这样的部位：按产品的要求，型腔的两端投影方向都是九十度直角，这种清楞角式的造型，若只用铣削来加工根本不行，只有结合用电火花二次加工方法实现。困难的是：二次用电火花加工的型腔，必须要与先前已用数空铣床加工过型腔的尺寸、形状、位置等完全吻合，否则将造成加工的失败。为了确保两次加工相重合，需设计加工辅助工装和准确定位装置，使两个工序的二次加工达到一致。电加工时零件表面有硬化层，厚10μm左右，硬化层脆且有残余应力，直接使用会引起早期开裂，对硬化层进行180℃的低温回火时可消除其残余应力。3、此套模具尽管采用了热稳定性很好的5CrMnMo钢材，但在高温下使用，模具总还会有所变化，为了消除这些变化可能对模具精度的影响，在模具设计时，已然考虑出材料热膨胀后仍能保持合理的配合间隙（主要指凸、凹模），这种间隙，如果在单型腔的模具上实现起来并不算很难，只要在数控机床加工时，将凸、凹模配合间隙的精度考虑进去，分别一次加工到位即可。而一模两型的模具加工起来就不是那么简单的了——此次‘一模两型’舵基板模具，根据产品的精度要求，两个模芯（凸模）必须单独分别加工方可达到，而这种加工工艺，必然会使此模的两个型腔型芯所有配合部位留有均匀的0.1mm间隙的要求，很难实现。间隙不合适，就会造成动静模配合部位的啃伤，从而影响产品的精度。为了保证两型腔、型芯各部配合间隙均等，我们把两型芯采取了两次成型法：第一次：完全按型腔的形状、尺寸加工两个型芯的外形，使其与两个型腔分别成为无间隙吻合，待整体动静模导向定位后，再将型芯配合部位均匀地去掉0.1mm，从而使动静模各配合处有合理的间隙。这种加工方法看似费工，但确保证了模具的质量。4、此套模具最重要的、最难加工的部位是型腔的头部，为了确保加工的准确，把电火花加工此部位所用的电极一共制作了4件（两粗两精），以减少电极使用时的损耗。最后证明：两精加工电极使用后损耗很小，从而保证了两型腔的一致性。5、在热压模具制造的过程中，为了减少或消除失误，对模具尺寸进行“过程检验”方法：即在加工的过程中，组织各方有关人员对一些关键部位的尺寸和形状，进行现场跟踪检验，并将测量结果填写《模具过程尺寸检测值》表，从而最大限度地避免了加工过程产生的失误。第三章热压模具加热系统及监控装置“一模两腔”模具的加热系统是原“一模一腔”模具加热系统基础上的改进方案。它克服了原加热系统的加热管易短路、换加热管难、监控难等问题。为保证压模时模具温度的均衡与减少热量损失，以及起模时的模具温度，因此用不锈钢护板内衬保温材料制成的可装卸的保温板，安装于模具两侧。3.1加热系统方案模具加热管分成三组：A、B、C。阳模上是A组加热管，是由A1、A2、A3组成，A1是由3根加热管组成，A2是由4根加热管组成，A3是由3根加热管组成；料腔部分是B组加热管，由B1、B2、B3组成，B1是由4根加热管组成，B2是由3根加热管组成，B3是由4根加热管组成；底模是C组部分加热管，由C1、C2、C3组成，分别由4根加热管组成。A组、B组、C组加热热管分别由3个变压器直接供36伏的电源。图11加热管分布图加热管由以前的GJM2型一端出线改为GJM1型两端出线；由930mm长、电压36伏、功率1.8千瓦改为1090mm、电压36伏、功率0.9千瓦；由以前的不锈钢接头改为铜接头。这些措施不仅克服了加热管易短路、断路和换加热管难的问题，而且延长了加热管的使用寿命。图12变压器3.2监控装置原“一模一腔”模具的加热管若发生断路无法及时发现，只能是通过产品表面的颜色来判断。检查时需要人工拆开加热管，逐根检查、确认。“一模双腔”成型模具增加了监控装置。监控装置由A1-3电流表、B1-3电流表、C1-3电流表组成，分别与相应的加热管对应。每根加热管20安培左右，通过电流表可监控加热管工作状态。考虑到监控装置的通用性，在监测装置与模具之间设计使用了转接箱[8-10]。第四章热压模的检测及产品性能4.1模具尺寸检测表1模具过程尺寸检测值序号产品尺寸检测尺寸/部分1#模腔测量结果2#模腔测量结果结果1117.50+0.2117.6-0.10117.56117.53合格2111.60+0.2111.7-0.10111.66111.63合格3R433.50+0.3R433.6-0.10433.54433.56合格4R391.00+0.3R391.1-0.10391.06391.05合格5Φ136-0.20136～135.8Φ135.9Φ135.86合格6产品头部提供头部造型图、编程及图纸、电极//合格7226.50+0.3226.620+0.1226.7226.7合格8R10R10R10R10合格序号产品尺寸200511291＃模腔实测值200511292＃模腔实测值200511301＃模腔实测值200511302＃模腔实测值结果1688.80+2.0689.27688.96689.30688.98合格2386.70+0.5386.83386.70386.91386.75合格3226.50+0.3226.55226.50226.51226.70合格4200±0.2199.98～200.11199.90～200.03199.95～200.11199.92～200.05合格521-0.2+0.220.84～20.9220.92～21.0220.85～20.9820.92～21.02合格6R2R2R2R2R2合格7平面度≤1.81.81.81.761.71合格8直线度<1.51.451.491.451.45合格表2产品尺寸检测模具验收尺寸主要分为三部分：8个过程尺寸；8个产品尺寸；3个自检尺寸。模具加工过程尺寸是指在模具加工过程中进行检测，模具成型后不再检测的。针对模具加工过程的特点，编制了模具验收大纲，并拟定检测的时间节点。在加工过程中，设计、工艺和检测单位在现场进行检测。两个模腔的过程尺寸符合图纸要求（见表1）。产品尺寸是指模具加工成型后，通过压制产品检测的尺寸。“一模双腔”模具试模时同时加工出的两件产品经检测单位检测表明，两个产品尺寸符合图纸要求（见表2）。自检尺寸，指由生产方自行检测的尺寸，包括：板厚、螺纹厚、通止规。经生产单位检测，模具自检尺寸符合图纸要求。4.2模具温度场检测图15模具温度场测点示意图检测单位6对12个点温度检测结果表明：“一模双腔”热压模模具的温度场均匀，满足成型温度要求。4.3产品性能测试情况表3产品性能情况测试项目单位要求值单模产品性能1#模腔产品性能2＃模腔产品性能处理结果平均值X离散系数CV%平均值X离散系数CV%平均值X离散系数CV%密度kg/m3≥1600164816471650合格弯曲强度MPa≥5097.8、14.785.58、1388.5、12合格拉伸强度MPa≥2041.6、17.344.75、13.540.4、15合格断裂延伸率%≥0.350.62、26.950.60、26.70.58、24.5合格烧蚀mm/s≤0.200.1130.0890.099合格舵基板双腔热压模投入批生产至今，生产了六组舵基板230件，交付4组舵基板143件。按要求加工拉伸试样、弯曲试样、密度试样、小发动机烧蚀试样等，并检测。产品性能见表3，表中同时将列出了单模模具生产的舵基板02批，21组性能的平均值与双模产品的性能值做了比较，产品性能符合验收技术条件要求。此外，将单模