探析手糊玻璃鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)

韋燁　馬志強(qiáng)

摘 要：玻璃鋼產(chǎn)品的制造有其特殊性，我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)除要符合玻璃鋼材料本身的特性之外，還要符合生產(chǎn)設(shè)施、產(chǎn)品工藝路線等多種汲涉生產(chǎn)制造方面的具體要求。如何使產(chǎn)品能夠在生產(chǎn)制造過(guò)程中“降低制造難度、提高生產(chǎn)效率”是我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中需要非常重視的工作思路。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼 產(chǎn)品 制造 生產(chǎn) 結(jié)構(gòu) 工藝 設(shè)計(jì)

1 手糊玻璃鋼產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)介

1.1 玻璃鋼的層間結(jié)構(gòu)

手糊玻璃鋼成型工藝是手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹(shù)脂交替地鋪在工裝模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。其層間結(jié)構(gòu)主要分為四層（具體如下圖1所示），第一層：膠衣層，為產(chǎn)品提供良好的表面質(zhì)量及耐候性保護(hù)；第二層：表面氈（表面要求高的產(chǎn)品需要此層），減少表面氣泡，隔離布紋，平整表面。由于此層的樹(shù)脂含量高，所以可以作為產(chǎn)品的防腐層；第三層：膩?zhàn)訉?，提高結(jié)構(gòu)層玻璃纖維的貼合能力，減少產(chǎn)品表面下層氣泡；第四層：結(jié)構(gòu)層，由樹(shù)脂和玻璃鋼纖維復(fù)合固化，是產(chǎn)品的受力主體。另外可以根據(jù)功能需要，結(jié)構(gòu)成可以細(xì)分為防腐層、防老化層、強(qiáng)度層等功能層，各功能層采用不同特性的玻璃纖維材料鋪設(shè)。

1.2 玻璃鋼的生產(chǎn)流程

手糊玻璃鋼成型產(chǎn)品的生產(chǎn)流程與普通注塑件、模壓件等完全相同，其生產(chǎn)過(guò)程中采用的設(shè)備投入低，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作場(chǎng)地要求不高，其主要的成型工藝流程及工序順序可主要概括為：產(chǎn)品數(shù)據(jù)凍結(jié)→模具設(shè)計(jì)→模具加工制作→模具驗(yàn)收→模具準(zhǔn)備清潔、打蠟→刷膠衣→刮膩?zhàn)印?shù)脂鋪玻纖層積操作→烘烤固化→脫?！@取手糊件毛坯→切割、鉆孔→附件預(yù)埋件→水磨、除蠟→刮灰→底漆→面漆→分裝附件→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

1.3 玻璃鋼的常用材料

手糊成型玻璃鋼的主要原材料有：①玻璃纖維制品，玻璃纖維制品的種類非常多，工業(yè)中常用的有無(wú)捻粗紗、有捻紗、短切氈、表面氈、無(wú)紡布、單向布、平紋薄布、斜紋薄布、無(wú)捻粗紗方格布、緞紋布等，目前汽車零部件產(chǎn)品使用的玻璃纖維制品主要有：表面氈、短切氈、無(wú)捻粗紗方格布（簡(jiǎn)稱“方格布”）三種；②樹(shù)脂，樹(shù)脂最早是指從樹(shù)上的分泌物中提取出來(lái)的脂狀物，后來(lái)能夠人工合成樹(shù)脂之后，就把人工合成的液態(tài)高分子化合物統(tǒng)稱為樹(shù)脂。樹(shù)脂的品種非常多，手糊玻璃鋼最常用的樹(shù)脂是不飽和聚酯樹(shù)脂；③固化劑、促進(jìn)劑，聚酯樹(shù)脂常用的固化劑有三種：過(guò)氧化環(huán)已酮白色糊狀物體、過(guò)氧化甲乙酮無(wú)色透明液體、過(guò)氧化二苯甲酰白色固體或糊狀物體，使用的時(shí)候，只有在加熱或在促進(jìn)劑的作用下，固化劑才能釋放出游離基，使樹(shù)脂固化；④填料，填料是加入玻璃鋼中以改善產(chǎn)品某種性能或降低成本，而其本身又具有相對(duì)惰性的物質(zhì)。填料并非玻璃鋼產(chǎn)品中的必須材料，通常情況下不必加入，④促進(jìn)劑，常用的促進(jìn)劑有兩種：環(huán)烷酸鈷）紫藍(lán)色液體、二甲基苯胺淡黃透明液體，在實(shí)際使用中，通常是先將促進(jìn)劑加入大桶的樹(shù)脂中配成“大料”。糊玻璃鋼的時(shí)候，再按施工的需要從“大料”中量取樹(shù)脂，最后再加入固化劑；⑤顏料糊，顏料糊也是一種樹(shù)脂，相當(dāng)于染色劑，根據(jù)產(chǎn)品的顏色要求，將相應(yīng)顏色的顏料糊加入膠衣樹(shù)脂中，混合均勻即可。顏料糊的加入量一般為樹(shù)脂量的1%～4%；⑥其他添加劑，如稀釋劑、光穩(wěn)定劑、阻燃劑等。

2 手糊玻璃鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則

（1）盡量減少產(chǎn)品數(shù)量，盡量整體成型。手糊玻璃鋼工藝最顯著的特征就是能夠把多個(gè)零件整體成型，零件數(shù)量的減少可以大大減少裝配工時(shí)，同時(shí)也避免因接口的存在而造成強(qiáng)度下降和質(zhì)量控制難度增加。特別是對(duì)于相鄰配合的零件，在模具中整體成型，最后再分割開(kāi)，這樣做可獲得很好的裝配效果。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須適應(yīng)裝配工藝的要求。整車外觀要求及裝配工藝直接影響到玻璃鋼產(chǎn)品的分塊方案、安裝結(jié)構(gòu)、尺寸精度、工裝夾具等多方面的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而影響制造成本。反過(guò)來(lái)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有玻璃鋼的制造工藝、產(chǎn)品精度等不能滿足整車外觀要求及裝配工藝的要求時(shí)（或能滿足要求但是代價(jià)很高），就必須要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案或裝配工藝方法，使整車的結(jié)構(gòu)方案及裝配工藝適合玻璃鋼件的生產(chǎn)。

（3）避免大平面設(shè)計(jì)。這是手糊玻璃產(chǎn)品的大忌。手糊玻璃鋼工藝不可避免地存在收縮變型現(xiàn)象，大平面產(chǎn)品通常會(huì)向內(nèi)凹陷，產(chǎn)品很難達(dá)到大平面的質(zhì)量要求；另一方面，大平面產(chǎn)品的模具制作及維修也比較困難。應(yīng)盡量采用弧面，或采用凹/凸裝飾筋弱化大平面，同時(shí)可以提高產(chǎn)品剛性。

（4）盡量避免平直的棱線設(shè)計(jì)。汽車造型采用清晰的棱線造型，可以形成一種簡(jiǎn)潔明快的造型風(fēng)格。從工藝上而言，這種平直的棱線在手糊玻璃鋼產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中是應(yīng)該盡量避免的。

（5）注意過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)。從手糊工藝考慮，直角和銳角都是應(yīng)該盡量避免的出現(xiàn)，因?yàn)樵诓Ａт撲亴拥臅r(shí)候，在拐角的部位，玻璃鋼纖維容易出現(xiàn)離空、不貼合。在工藝上，常常采取在拐角部位涂膩?zhàn)拥姆椒▉?lái)提高玻璃鋼纖維的貼合能力，這樣做雖然解決了拐角部位的玻璃鋼纖維離空的問(wèn)題，但另一方面，涂了膩?zhàn)又?，拐角部位的脆性大大增加，在彎曲變形中更容易出現(xiàn)裂紋。

（6）考慮產(chǎn)品的脫模方向及脫模角，避免反角設(shè)計(jì)。為了使玻璃鋼產(chǎn)品能夠順利脫模，在模具上都需要做出2°～3°的脫模角。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮好脫模方向，同時(shí)考慮好在脫模方向上加入脫模角之后是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品的尺寸、裝配關(guān)系等產(chǎn)生不良影響。

（7）注意加強(qiáng)筋、預(yù)埋件的預(yù)埋位置，不能在平面的背面預(yù)埋加強(qiáng)筋。

3 手糊玻璃鋼產(chǎn)品典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 螺紋安裝結(jié)構(gòu)

玻璃鋼材料不能用于攻螺紋，在必要的時(shí)候，產(chǎn)品中必需通過(guò)預(yù)埋鋼板、螺栓板、螺母板等結(jié)構(gòu)為其他產(chǎn)品提供螺紋安裝支持。常用帶螺紋安裝結(jié)構(gòu)如圖2。

3.2 固定、連接結(jié)構(gòu)

在玻璃鋼底板上預(yù)埋螺母，M5～M6，預(yù)埋螺母的時(shí)候，一定要用膩?zhàn)訉⒙菽钢苓吿顚?shí)，然后再糊玻璃纖維，這樣才能保證螺母不松動(dòng)。也可以先將螺母焊在一塊小鋼板上做成螺母板，然后再預(yù)埋到產(chǎn)品中（如下圖3所示）。這種是最常用的一種結(jié)構(gòu)，用于需要經(jīng)常拆卸各種蓋板、檢修口等部位。

3.3 金屬預(yù)埋件結(jié)構(gòu)

金屬預(yù)埋件主要用于在玻璃鋼部件上安裝其他零件，例如：在玻璃鋼儀表板殼體上預(yù)埋件金屬件，用于安裝組合儀表、收放機(jī)、電器開(kāi)關(guān)、空調(diào)控制機(jī)構(gòu)等部件；在前后保險(xiǎn)杠上預(yù)埋預(yù)埋件金屬件，用于安裝霧燈、倒車燈等。實(shí)踐證明，金屬預(yù)埋件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、裝配方便的優(yōu)點(diǎn)。原則上，如果需要在玻璃鋼殼體上安裝其他零部件（如電器、燈具等），應(yīng)盡量采用金屬預(yù)埋件進(jìn)行安裝固定。手糊玻璃鋼產(chǎn)品上的金屬預(yù)埋件結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)原則：（1）必須在粘結(jié)面上設(shè)計(jì)一些通孔，這樣可以大大提高粘結(jié)的牢固程度，防止金屬預(yù)埋件被抽出。通孔的大小、數(shù)量視預(yù)埋件的大小而定，通常為直徑為?8～ ?12，數(shù)量為2～4個(gè)；（2）粘結(jié)面的有效長(zhǎng)度不小于25mm，建議取40mm以上；（3）金屬預(yù)埋件采用表面鍍黃鋅或彩鋅處理，不要用電泳漆，因?yàn)轭A(yù)埋金屬件之前需要將表面的漆層磨掉。金屬預(yù)埋件預(yù)埋方法如下圖4所示。

3.4 產(chǎn)品的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于一些大體積的薄殼體產(chǎn)品，可以通過(guò)在產(chǎn)品內(nèi)表面預(yù)埋加強(qiáng)筋的方法來(lái)提高整體剛性，從而可以減少產(chǎn)品厚度、減輕重量，降低成本。必須注意，對(duì)于重要的外觀裝飾件，不能在其大平面的內(nèi)表面預(yù)埋加強(qiáng)筋，否則外表面會(huì)產(chǎn)生明顯的縮痕，常用的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如下圖5所示。

4 手糊玻璃鋼產(chǎn)品鋪層設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的鋪層設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效率等多方面都會(huì)產(chǎn)生直接影響，所以這是一項(xiàng)非常重要、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳌?/p>

玻璃鋼外覆蓋件的鋪層主要采取兩種做法：（1）膠衣+膩?zhàn)?3層短切氈；（2）膠衣+5層方格布，兩種做法均可保證產(chǎn)品厚度控制在約3.5mm。前者做出的產(chǎn)品樹(shù)脂含量高、剛性高，強(qiáng)度低、不耐沖擊，纖維的貼合性能好，容易施工，生產(chǎn)效率高；后者做出的產(chǎn)品樹(shù)脂含量低、彈性好、強(qiáng)度高、耐沖擊，纖維的貼合性能不好，對(duì)工人的施工水平要求較高，生產(chǎn)效率低，結(jié)合施工難以程度和工人技術(shù)水平，汽車產(chǎn)品常常采取的是第一種做法。對(duì)于大多數(shù)玻璃鋼產(chǎn)品而言，正常的鋪層順序是：膠衣+表面氈+結(jié)構(gòu)層，這樣做可以得到比較平整的表面質(zhì)量。由于生產(chǎn)水平、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配等多方面原因，玻璃鋼產(chǎn)品最后都需要進(jìn)行打磨、噴漆等工序。在鋪玻璃纖維之前，需要先涂刷一層膩?zhàn)?，從?shí)踐上看，膩?zhàn)訉涌梢蕴岣卟ＡЮw維的貼合能力，使玻璃鋼表層下的氣泡大大減少。另一方面，膩?zhàn)訉拥拇嘈愿?，降低了產(chǎn)品的抗沖擊能力，因此在高質(zhì)量的玻璃鋼產(chǎn)品中是不允許涂刷膩?zhàn)訉拥?。在鋪層?shù)脂中混入20%～30%的滑石粉，一方面可以提高產(chǎn)品的剛性，減少產(chǎn)品收縮，另一方面可以降低成本。其降成本的道理在于：滑石粉可以使鋪層顯著增厚，從而可以減少總鋪層數(shù)，大大減少了樹(shù)脂的使用量。

5 手糊玻璃鋼產(chǎn)品尺寸公差控制

手糊玻璃鋼制品的尺寸誤差要比金屬?zèng)_壓件、注塑件大，根據(jù)我們的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：

（1）對(duì)于產(chǎn)品圖紙中的未注尺寸公差要求如下：①直線、孔距公差：每100mm，取±0.5mm；②角度公差：±3°；③厚度公差：T=2～5mm的壁厚，取±0.5 mm；T=6～10mm，取±1% T；④圓孔、圓柱、圓坑尺寸：直徑≤10mm，取±0.5 mm；10<直徑≤25mm，取±1 mm；25<直徑≤100mm，取±1.5 mm；100mm≤直徑，取±2.5 mm。

（2）對(duì)于有尺寸公差要求的尺寸，經(jīng)濟(jì)、可行的公差要求如下：①直線、孔距公差：每100mm，取±0.3 mm；②角度公差：±2°；③厚度公差：T=2～5mm的壁厚，取±0.25 mm；T=6～10mm，取±0.75% T；④圓孔、圓柱、圓坑尺寸：直徑≤10mm，取±0.3 mm；10<直徑≤25mm，取±0.75 mm；25<直徑≤100mm，取±1 mm；100mm≤直徑，取±2 mm。

（3）對(duì)于因裝配尺寸鏈的需要，公差精度高于上述要求的尺寸，在生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)采用高精度的工裝在二次加工中實(shí)現(xiàn)，但尺寸偏差不能小于公稱尺寸的±0.15% （角度尺寸除外）。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于手糊玻璃鋼產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、鋪層工藝、設(shè)計(jì)精度控制等幾方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，涉及內(nèi)容較多，旨在為手糊玻璃鋼產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)提供指導(dǎo)性建議，本文中的相關(guān)數(shù)據(jù)均來(lái)源于實(shí)際零件生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，具有參考意義，以供各位同仁互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

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