鎳鋼合金Invar過(guò)去一直是大批量復(fù)合材料部件首選的模具材料，因?yàn)槠淠途眯院蜔崤蛎浵禂?shù)（CTE）與部件成型用的增強(qiáng)塑料相近。但是，隨著復(fù)合材料部件越來(lái)越大，金屬模具的過(guò)重問(wèn)題給加工廠帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此，許多制造商轉(zhuǎn)而采用復(fù)合材料工具，以降低重量，避免較高的鎳鋼加工成本。

美國(guó)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)（ACMA）前技術(shù)總監(jiān)Bob Lacovara說(shuō)，越來(lái)越多的模具開(kāi)始采用環(huán)氧樹(shù)脂和碳纖維來(lái)制造，特別是對(duì)尺寸和模具穩(wěn)定性要求比較高的場(chǎng)合。

“環(huán)氧樹(shù)脂比聚酯樹(shù)脂稍微耐用一點(diǎn)，它們具有較高的熱穩(wěn)定性，因此在需要高溫固化的應(yīng)用中，環(huán)氧樹(shù)脂是一個(gè)很好的選擇。”Lacovara說(shuō)。他最近入選了ACMA杰出人物。

摒棄模型

“我認(rèn)為最新最偉大的創(chuàng)新是直接模具的數(shù)控加工，它消除了模具生產(chǎn)過(guò)程中制造模型的步驟。”他說(shuō)，“因?yàn)槟Ｐ退貌牧媳旧矶加幸恍┫拗疲也考谋砻尜|(zhì)量要求也是一個(gè)問(wèn)題。”

“下一步就是開(kāi)發(fā)出一種可以獲得A級(jí)表面的技術(shù)，從而大大降低加工的成本和時(shí)間。”Lacovara說(shuō)到。Lacovara領(lǐng)導(dǎo)著一家名為Convergent復(fù)合材料的咨詢公司。

美國(guó)佛羅里達(dá)州的一家模具制造廠Mollicam采用五軸CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）加工中心為復(fù)合材料行業(yè)生產(chǎn)模型、原型和模具，可以為臨時(shí)的和產(chǎn)量有限的模具加工直接模具。該工廠有四臺(tái)CNC機(jī)床，用于生產(chǎn)模具、船體和其他復(fù)合材料部件。

其中一個(gè)直接模具項(xiàng)目來(lái)自船艇制造商Wellcraft Marine公司。

“客戶想要測(cè)試一個(gè)新的船體設(shè)計(jì)，需要一個(gè)模具生產(chǎn)出一個(gè)部件，讓其在水中實(shí)際行駛。”Mollicam公司總裁Jeremy Mollica說(shuō)到，“如果該部件運(yùn)行良好，他們計(jì)劃用該模具再生產(chǎn)一個(gè)部件，并將其轉(zhuǎn)換為玻纖母模。然后他們將由此制造一個(gè)生產(chǎn)用模具。”

“直接模具以客戶的需求為基礎(chǔ)，我們經(jīng)常加工直接模具，特別是一次性的部件。我們參與了許多主題樂(lè)園和船艇行業(yè)的項(xiàng)目。藝術(shù)作品和雕塑通常也都是一次性的項(xiàng)目。”他說(shuō)。

模具材料根據(jù)客戶制造部件所用的材料來(lái)確定。

“如果是一次性項(xiàng)目，而且表面質(zhì)量要求不是很高。我們將直接加工成泡沫，然后在表面涂覆一層密封膠。”Mollica解釋說(shuō)，“如果只生產(chǎn)一個(gè)部件，但對(duì)表面質(zhì)量要求較高的話，我們會(huì)將泡沫尺寸加工的小一點(diǎn)，然后附上一層玻璃，再在玻璃層壓板上噴涂一層工程油灰。我們會(huì)將最后的表面制作的稍高一點(diǎn)，然后再進(jìn)行加工，使其變低。”

“在為20個(gè)或20個(gè)以上的大量部件制造模具時(shí)，最好先生產(chǎn)一個(gè)模型。”Mollica說(shuō)，“有了模型就可以生產(chǎn)出足夠堅(jiān)固的模具。如果模具需要進(jìn)入高壓釜，經(jīng)常加熱，我們就要對(duì)模型進(jìn)行機(jī)加工，從而使生產(chǎn)出的模具達(dá)到高溫要求。”

根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行的CNC加工是非常精確的。母模生產(chǎn)用的可加工復(fù)合材料模具板和板材來(lái)自不同的制造商。這些產(chǎn)品范圍從聚氨酯泡沫、合成環(huán)氧樹(shù)脂到碳泡沫。這些材料粘結(jié)在一起后，被加工成特定的模具形狀，然后將其密封防止層壓樹(shù)脂滲透，并用雙馬來(lái)酰亞胺或環(huán)氧層壓板包覆，最后才進(jìn)行機(jī)加工。