譚世穎（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州，545007）

裝載機(jī)駕駛室SMC頂護(hù)蓋設(shè)計

譚世穎
（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州，545007）

駕駛室頂護(hù)蓋輕量化的必要性。SMC因其良好的各項性能成為取代部分金屬材料的首選。本文介紹了SMC頂護(hù)蓋的設(shè)計要求、SMC成型模具的設(shè)計及工藝，以及制造過程出現(xiàn)的缺陷和解決辦法。

SMC頂護(hù)蓋設(shè)計；輕量化；模具；生產(chǎn)工藝；缺陷；對策

某裝載機(jī)駕駛室A、D柱有開裂現(xiàn)象，經(jīng)有限元分析，發(fā)現(xiàn)主要是鋼制頂護(hù)蓋過重引起的，駕駛室顛簸和振動時間久了導(dǎo)致立柱疲勞開裂，駕駛室的頂護(hù)蓋輕量化成為必然。

SMC以其良好的機(jī)械性能、耐腐蝕性、密度小、高效率、工程設(shè)計靈活等特點在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，例如汽車、工程機(jī)械等。裝載機(jī)工況復(fù)雜，常會遇到高空落物以及物料從鏟斗飛出落在駕駛室頂上，頂護(hù)蓋起到保護(hù)司機(jī)免受傷害的作用，因SMC優(yōu)異的隔熱性能，頂護(hù)蓋還有遮陽隔熱的作用。經(jīng)過綜合對比分析和試驗，選擇SMC作為頂護(hù)蓋輕量化的材料。

1 裝載機(jī)駕駛室SMC頂護(hù)蓋設(shè)計

1.1 零件壁厚設(shè)計要求

SMC頂護(hù)蓋的零件壁厚設(shè)計首先要滿足零件強(qiáng)度要求，兼顧零件成本，因此零件壁厚設(shè)計為4mm。同時SMC采用的是熱固化工藝，零件壁厚差異大會導(dǎo)致固化速度不均勻，整個制品的固化時間將延長，生產(chǎn)效率降低，同時導(dǎo)致殘余應(yīng)力產(chǎn)生，引起縮印，因此設(shè)計零件時零件各區(qū)域的壁厚最好均勻，無法做到均勻時局部位置厚度差不要超過2.5～3.5mm。SMC頂護(hù)蓋主體壁厚為4mm，當(dāng)初考慮安裝孔處的強(qiáng)度要很大，起初特地增加SMC頂護(hù)蓋安裝孔處金屬嵌件周邊的材料厚度，厚度達(dá)16 mm（圖1），因為厚度差異過大最終導(dǎo)致頂面出現(xiàn)明顯縮印，此處的固化時間也比主體其它部分的固化時間長150秒左右。改進(jìn)頂護(hù)蓋安裝孔處的結(jié)構(gòu)，用六條放射狀的加強(qiáng)筋代替原來的厚結(jié)構(gòu)后（圖2），解決了縮印問題，把固化時間減短到和頂護(hù)蓋其它主體部分的固化時間同步，提高了生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，又滿足強(qiáng)度要求。

圖1 原結(jié)構(gòu)

圖2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

1.2 脫模角度設(shè)計要求

一般來說，脫模角度過小的話，脫模阻力大且制品表面易拉傷，對于脫模而言，如果結(jié)構(gòu)允許，脫模角越大越好，頂護(hù)蓋制品深度大的地方脫模角度設(shè)計為不小于8°，深度淺的地方脫模角度設(shè)計為2～4°。

1.3 加強(qiáng)筋的設(shè)計

除了前面分析的局部厚度差異大引起縮印外，加強(qiáng)筋的厚度設(shè)計也很關(guān)鍵。與主體壁厚相比，如果加強(qiáng)筋太粗，零件表面會被強(qiáng)大的加強(qiáng)筋拉出縮印現(xiàn)象；加強(qiáng)筋太薄，材料難以流動到模具薄腔處，造成成型不充分產(chǎn)生缺陷及筋條頂部強(qiáng)度不足。一般來說加強(qiáng)筋的底部厚度設(shè)計為零件壁厚的3/4為佳，脫模角度單邊要求達(dá)到1°，降低脫模阻力。駕駛室頂護(hù)蓋背后設(shè)計有很多網(wǎng)格狀的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋相交有三種結(jié)構(gòu)：直接相交，圖3；通過圓柱結(jié)構(gòu)相交，圖4；通過管壁狀結(jié)構(gòu)相交，圖5。頂出位置設(shè)計在加強(qiáng)筋相交處，因相交處強(qiáng)度大，可防止頂出變形。

圖3

圖4

圖5

2 頂護(hù)蓋模具設(shè)計重點

2.1 預(yù)埋嵌件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

SMC的樹脂固化后右脆性，安裝孔處壓力過大會使樹脂崩落，因此制品的安裝孔處要嵌入金屬嵌件，通過金屬嵌件來傳遞緊固螺栓的預(yù)緊力，由于金屬嵌件和SMC之間的粘接力不是很大，金屬嵌件容易脫出或者轉(zhuǎn)動，因此金屬嵌件應(yīng)該有防脫出結(jié)構(gòu)（圖6）和防轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)（圖7）。

圖6 防脫的槽結(jié)構(gòu)

圖7 防轉(zhuǎn)的槽結(jié)構(gòu)

2.2 飛邊設(shè)計

飛邊設(shè)計應(yīng)使飛邊容易處理，處理效率高，處理后制品外觀均勻光潔。飛邊厚度設(shè)計一般在0.1～0.2mm，飛邊盡量在同一個面里的或在同一條連續(xù)的線上，錯位的飛邊不易處理。

2.3 頂出機(jī)構(gòu)選擇

SMC模具頂出方式有油缸頂出和機(jī)械頂出兩種方式；油缸頂出方式，頂出過程同步性好，平穩(wěn)，效率高，噪音低。機(jī)械頂出方式，效率低，頂出力的大小不能進(jìn)行控制。油缸頂出方式可以調(diào)節(jié)頂出力的大小。頂護(hù)蓋面積大，脫模阻力會有變化，使用油缸頂出方式能夠靈活調(diào)整頂出力，平衡頂出速度。

3 頂護(hù)蓋生產(chǎn)關(guān)鍵工藝介紹

3.1 片材計量與剪裁。首先對片材質(zhì)量和性能參數(shù)進(jìn)行檢查，然后按制品結(jié)構(gòu)形狀、加料位置決定片材剪裁尺寸，制作樣板裁料。片材剪裁成方形較容易操作，尺寸按制品表面投影面積的40%-80%。模具安裝一定要水平，確保安裝位置在壓機(jī)臺面中心，加料前要用干凈紗布將脫模劑擦勻。加料前揭去片材保護(hù)薄膜。

3.2 嵌件預(yù)埋。把嵌件依次放入模具內(nèi)，確認(rèn)沒有漏放。

3.3 加料。片材裁剪好后，按工藝要求鋪放材料，鋪料時應(yīng)注意：

1）加料方式必須有利于排氣。避免SMC片材有折皺和空鼓現(xiàn)象，多層片材疊放時，最好將片料按上小下大呈寶塔形疊放，否則零件內(nèi)部會形成針眼和空包，涂裝烤漆時會產(chǎn)生氣泡。

2）避免分區(qū)鋪設(shè)，應(yīng)連續(xù)層疊鋪設(shè)，否則塊與塊之間銜接強(qiáng)度下降。

3）在鋪料前，為增加片材的流動性，可先用100℃進(jìn)行預(yù)熱。鋪設(shè)位置應(yīng)在模腔的中部，必須確保成型時材料流動順暢，能夠同時達(dá)到模具成型內(nèi)腔各端部，尤其要關(guān)注制品的薄壁結(jié)構(gòu)處填充要充分。

3.4 成型。成型是一道關(guān)鍵的工序，應(yīng)重點控制以下三個要素：

1）成型溫度 SMC頂護(hù)蓋結(jié)構(gòu)相對簡單，厚度均勻，壁厚在4mm，其成型溫度一般控制在135±5°C范圍內(nèi)，型腔的溫度比型芯的溫度高5°C左右。

2）成型壓力 成型壓力的確定應(yīng)考慮的影響因素較多，如制品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、尺寸、表面質(zhì)量的要求、模具分型、模具的配合間隙等。頂護(hù)蓋結(jié)構(gòu)簡單，表面粗糙度要求不是很高，其成型壓力確定在25～30Mpa范圍內(nèi)。

3）固化時間 在頂護(hù)蓋安裝孔處SMC局部很厚的地方改進(jìn)前，頂護(hù)蓋在成型溫度下的固化時間是500秒左右，在局部厚料改成放射狀筋條從而讓厚度變得均勻后，通過反復(fù)試驗，固化時間降到350秒左右。

4 頂護(hù)蓋成型缺陷及對策

5 總結(jié)

頂護(hù)蓋從鋼制品改為SMC材料后，重量由50kg降到23kg，減重明顯，既保證了機(jī)械強(qiáng)度又解決了因為太重導(dǎo)致立柱疲勞開裂的問題，又獲得很好的隔熱性能。由于是一次模壓成型，相對金屬的拼焊結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率提高了很多，外觀質(zhì)量得到很大提升，成本降低30%，SMC材料取代金屬頂護(hù)蓋獲得了非常好的效果。

譚世穎，男（1970.8—），廣西柳工機(jī)械股份有限公司，主要從事裝載機(jī)駕駛室的設(shè)計開發(fā)工作。

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Tan Shiying
（Liugong Machinery Co.，Ltd，545007）

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