陶瓷纤维摆块式热压卷圆模设计

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陶瓷纤维摆块式热压卷圆模设计

张伟，吴转萍，彭坤龙

陕西重型汽车有限公司（陕西西安710201)

【摘要】陶瓷纤维摆块式热压卷圆模是用来压制无底瓶状结构的陶瓷纤维材料隔热套管的 一种模具。该模具为新型结构，上模采用阶梯芯轴及压配的驱动套，下模由左、中、右3个 凹模模口组成。使用时，将剪裁好的陶瓷纤维板加热至160。，靠模具下定位放置，通过左、 右摆块半随动半成形，中间托料块向下移动，3种复合运动，最终实现整圆合模，把陶瓷纤 维板料压制成瓶状结构。
关键词：陶瓷纤维；隔热套管;驱动套;卷圆模
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1    引言
* w* n2 h4 }; G6 X4 I* m目前汽车隔热套材料大都为陶瓷纤维复合材料, 形状为无底瓶状结构，手 工 成 形 效 率 低，且 此 材 料 需 要 加 热 后 成 形，然 后 冷 却 固 化，加 热 温 度 约 需 达160℃，手工操作困难，且固化时需要一定的力才能达到，手工提供力ffl不够， 无 法 保 证 制 件 质 量,无 论 从 操 作 效 率 还 是 操 作 可 行 性 都 欠 缺。陶瓷纤维材料流动性特差，根据材料的特性及制件形状特点，设计了上模阶梯芯轴，下模左、中、右摆块式凹模模具结构。


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2    制件特征
  O2 h* h9 D# [& ?4 I% \7 \2.1  制件的结构特征
) b0 B1 ^  p9 Z" D图1所示为某车 型中 某 隔 热 套 制 件，主 要 用 于 发 动 机 排 气 管 附 近 某 畏 热 元 件 的 隔 热 保 护，制 件 材 料 为 铝 箔 + 多 层 陶 瓷 纤 维 复 合 材 料 压 制 而 成，厚度约为 5mm,制件为沿母线回转的 开 式无 底 瓶 状 结 构，装配 时固定于 某畏 热 元 件  外 围，用拉带固定。

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2.2  制件的材料特性
制件材料为复合型陶瓷纤维，这种材料采用多层 陶瓷纤维为基材，与外表面铝箔加热压制而成，压成 后材料厚度约5mm。在常温状态下，材料塑性极差， 成形难度大，当把材料加热至160°C时，材料有一定 的塑性，当温度降低至常温时，材料塑性变差。
* |$ d$ Y  }8 h7 N3    成形过程分析
3.1  成形原理
9 z' R$ w8 O/ k1 y+ v8 W% E根据材料的特性及制件形状特点，制件采用卷圆 成形的方法,基本结构如图2所示。由于制件为瓶状 结构，很难在传统卷圆模上成形，需要对传统卷圆模 结构上进行创新设计。


2 `: g8 f! f9 x7 R6 P上模采用阶梯芯轴及压配的驱动套，下模由两层 分体式结构左、中、右3个凹模模口组成，左、右模口同 一高度对称布置，左、右模口形状为瓶状上半圆摆块 式凹模，居中为下半圆模口形状,兼活动托料块作用， 左、右摆块端部为整圆被驱动部分，中间挖空让位中 间模口。
  f' K& T( w& c* E. f3.2   成形过程
+ l9 J  _! F; i. R) e使用时，将剪裁好的陶瓷纤维复合板加热至 160℃后靠模具下定位放置，此时模具左、右摆块张 开，上平面处于水平位置，如图3a所示。成形开始时 上模芯轴下行,与心轴压配的驱动套驱动左右摆块端 部驱动面，迫使左右两侧摆块绕自身的销轴转动，摆 块下压居中凹模连接下托料块，中间凹模垂直向下移 动，压制下半圆部分成形，左、右摆块随动。当下半圆 成形到一定位置，摆块上半圆模口开始卷圆。通过 左、右摆块半随动半成形，中间向下移动，3种复合运 动完成整圆合模，如图3c所示，实现瓶状隔热套成形。
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3.3   坯料演算
首先应用Dynaform软件对制件进行展开，展开 后坯料轮廓如图4a所示，由于制件为瓶状结构，根据 制件成形方式及材料特性分析，制件展开坯料在下 半圆成形时，导致材料不能向上流动，将会造成上半圆缺料以及瓶 口部位不能成形的问题，需要对展开料进行演算修 正。从CAE坯料理论数值出发，保证大、小径坯料周 长不变的前提下，即/,+/2=L，lF,=lT2,并结合成形过程 坯料流动情况对制件坯料进行了多次演算，最终演算 出坯料轮廓形状和尺寸如图4b所示。

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4   模具结构设计
4 g  M* @( d0 y模具设计为一模两腔结构以 提 升 冲 压 效 率，导 柱 导 套 精 确 导 向，保证芯轴与下模腔间隙均匀，该 制件料厚为5mm的陶瓷纤维，属于软质非金属材料，与金属材料的 间 隙 值 选 取 不 同，需 减 小 间 隙 保 证 成 形。如图5、图6所示，本设计中 间 隙 值 取 正 常 间隙的75%-80%，间隙为3.5〜4mm。下模设计弹 簧+推板+托料块的方式托料，保 证 放 件 时 下 模 型 腔 拼 接 平 顺，采 用 可 调 定 位 板+定 位 销 定 位 坯 料，定 位 可 调，方便模具调试。上模为阶梯式芯轴设计，芯 轴 根 部 设 计 驱 动 套，用 来 修 正 摆 块 驱 动  时 机，保 证 在 制 件 下 半 圆 成 形 到 设 定 位 置 后 摆 块 进 人 实 质 性 卷圆阶段。活 动 支 撑 用 于 成 形 过 程 降 低 芯 轴 的 弯 曲 形 变，保 证 芯 轴 的 使 用 寿 命，翻 转 后 可  沿 着 芯 轴 轴 向 取 出 制 件。




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5    结束语
本案例从制件特征和材料性能入手，系统的进行 了成形原理分析与论证，利用分析软件和实践经验相 结合的方式对模具结构和坯料轮廊进行了优化和演 算,最终实现了该陶瓷纤维材料瓶状制件的模具化生产,解决了目前采用普通摆块卷圆模无法实现瓶状卷 圆成形的问题，大大地提高了该制件的生产效率和制 件质量。陶瓷纤维摆块式热压卷圆模的设计是一次 新材料模具设计应用的成功尝试，新的模具结构、新 的成 形思路在 类似 制 件模 具开发中有很大的实际应 用 价 值 和 推 广 价 值。

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