噴射成型生產列車前端體

    噴射成型又稱噴涂成型,適于多品種中、小批量制品的生產,也可成型大型制品和形狀復雜的制品,同時還能夠成型裝有嵌件、加強筋的制品。噴射成型工藝設備投資相對較少,由于物料只是在環境條件下噴射到模具上,模具型腔受壓力作用較小,因此可用非金屬材料制造模具,且制造成本大幅度下降。
 列車分為普通列車和高速列車,對于高速列車,其前端體(列車前錐)通常采用采用芳綸纖維增強環氧樹脂的FRP復合材料和樹脂傳遞模塑(RTM)技術,生產出符合空氣動力學線型要求的車頭;對于普通的列車,列車前端體通常采用噴射成型制得,盡管如此,由于普通列車前端體積大,結構較為復雜,合理地選擇模具的結構形式及其制造工藝方法仍然直接關系到前端件的制造工藝及產品質量。
    模具的選擇
    在選擇前端件模具的結構形式時,要考慮以下幾個因素。
    1、模具必須具有足夠的強度、剛度及尺寸穩定性,結構合理,尺寸準確,制造方便,拆卸、組合簡易省力;
    2、便于制件成型、操作;
    3、確保制件方便、順利地脫模。
為滿足這些要求,這里對前端制件的結構特點進行了分析:前端件是左右對稱結構,在前窗和側窗部位都有下陷。這樣,模具只能是組合結構??紤]到脫模時將模具向兩側分離比較方便,因此,將模具的結構形式確定為對開式組合陰模。模具由6個部件組成:2個對開半模、2個前窗活塊、2個側窗活塊。在2個對開半模上各裝4個輪子,這樣,在脫模分離半模時,非常省力。
    前端件的模具是在1:1的木模型上分塊制造的,選用的材料是玻璃鋼,全部采用多次噴射(每次噴射積層不大于3mm)多次固化的工藝方法。除在一些復雜部位使用國外玻璃纖維外,其余均使用國產材料。制造的玻璃鋼模具組裝后檢測,大對角線尺寸(長4092mm)與木模型的尺寸誤差為4~6mm,大寬度尺寸(長3104mm)與木模型的尺寸誤差為2~7mm,完全符合設計要求。
  引發劑用量的選擇
    引發劑用量的選擇主要是根據施工現場的環境溫度、濕度及產品工藝對凝膠時間的要求,通過調節設備上的引發劑泵的位置,可在0.5%-3%之間調整。如20℃時,要求凝膠時間為1lmin,引發劑用量取2.5%就比較合適。每次選定引發劑用量后,必須用設備做兩次以上的取樣試驗。
含膠量的控制
    含膠量可以通過兩種途徑來控制:通過選擇不同型號的噴嘴調節樹脂的輸出量;通過增加或減少玻璃纖維股數調節纖維的輸出量。通常纖維的輸出量為1-1.8kg/min,樹脂噴射量為2-3.6kg/min。如使用3股纖維和中等型號的噴嘴(如4004SS)時,含膠量可控制在66%左右。
    噴射積層厚度的控制
    噴射積層厚度可以根據噴射輸出量和所需噴射的制件面積來計算。通常,使用3股纖維和中型噴嘴時,樹脂的輸出量為3.6kg/min,纖維的輸出量為1.8kg/min,總輸出量為5.4kg/min。根據總輸出量,只要控制好噴射面積和噴射時間,就可得到預期的積層厚度。這種控制厚度的方法只是理論上的計算,在實際操作中很難實現。因為制件的形狀不一定很規整,操作噴槍噴射的時間及其移動速度也不易嚴格控制。在實際操作中常用隨噴射隨測試的方法來控制積層的厚度,這樣可以較好地控制制件各部位的厚度。對于厚度大于3mm的制件,要采取分次噴射的成型方法。一般來說,次噴射的積層厚度為1~2mm,以后各次為2~3mm。后次噴射必須在前次噴射的積層基本固化后方可進行,這樣可以避免因積層太厚引起固化時產生過熱燒蝕現象,影響制件質量。
    噴射操作要領
    噴射玻璃纖維積層時,從噴槍噴射出的樹脂和玻璃纖維所形成的扇面應相吻合,樹脂的扇面要略寬于玻璃纖維的扇畫。樹脂的扇面可以通過更換不同型號的噴嘴在25-60°之間調整,每―個噴嘴都有其固定的噴射角度。如3004SS噴嘴和4004SS噴嘴,其噴射角度分別為30°和40°。玻璃纖維的噴射扇面可通過調節噴槍上的纖維切斷器與噴嘴的相對高度來與樹脂扇面進行吻合。噴射的走向通常是從上向下,從左向右進行往復式運動。噴槍的移動速度要均勻、穩定,相鄰兩行程之間要有一定的重疊寬度,―般是后次噴射積層壓合前次噴射積層三分之一的寬度,這樣就可以得到厚度均勻一致的噴射積層。
    脫模劑的選擇
    在前端件的玻璃鋼模具及前端件產品的制造中都存在著如何能保證其順利脫模的問題,尤其是前端件產品。為保證制件結構及外型的整體性,提高制件的強度、尺寸穩定性及整體的協調性,采用玻璃鋼對開式組合陰模進行整體成型。制件與模具的接觸面積約30m2,為保證脫模順利,對脫模劑的性能提出了較高的要求。為此選擇了5種脫模劑進行模擬性試驗,經過對5種脫模劑的綜合性能比較,選用了自配的復合型脫模劑(石蠟乳液―聚乙烯醇溶液)。實施方法是,先使用石蠟乳液使其在模具表面形成一層光滑的蠟膜,而后在其表面上用聚乙烯醇溶液制成一層聚乙烯醇薄膜,這樣就制成了復合型脫模劑層。盡管所使用的復合型脫模劑中的任一種脫模劑的粘結力都很低,但在脫模劑與模具之間制件的界面上仍有一定的粘附力,當采用復合型脫模劑時,制件脫模時在粘合力小的兩側脫模劑之間分離。通過前端件的玻璃鋼模具和前端件制品試制,證明這種復合型脫模劑能較好地滿足使用要求。