前面罩是卡车驾驶室前围外表面的覆盖件，其具有外观装饰与防护内部功能性设备和结构的功能[1]。汽车厂多数采用碳钢[2]、铝合金[3]、塑料[4]等作为制造卡车前面罩的主要原材料。然而，随着复合材料行业的快速发展，片状模塑料(SMC)作为一种玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的复合材料[5]，凭借其密度小、比强度高、比模量大，耐候性、耐腐蚀性强，可设计性强等优点[6]，逐渐取代金属和塑料，成为前面罩材质的更优选择。SMC前面罩在模压成型过程中不仅要保证模压料在模腔内的充模效果和固化均匀性，还要考虑产品预埋件的定位与成型、侧孔的成型，对于大尺寸薄壁制件，脱模时还需确保脱膜力的均匀分布。李泰栋等[7]通过改变电流棒加热密度值和分布，提高模具表面温度均匀性。周长亮等[8]通过Matlab软件与ANSYS软件联合仿真，将加热管道直形排布优化为随形排布，优化后加热时间缩短为原来的72.62%。Kria等[9]优化了随形加热和冷却管路，实现了模具型腔表面的快速均匀加热和冷却。卢忠银等[10]设计了一种由金属预埋件和碳纤维材料复合而成的碳纤维增强复合材料(CFRP)螺旋桨，金属预埋件通过下模的固定件固定，预埋件与叶片连接强度高，不易剥离。卢同红等[11]开发了一种预埋定位工装应用于发电机叶片预埋螺栓套的定位，提高了各个预埋螺栓套的位置度。植才华[12]针对保险杠两端的扣边，根据聚丙烯料特性，巧妙设计“油缸+动模滑块”的脱模结构，使扣边脱模后，产品顺利顶出。温煌英等[13]针对B柱内饰板塑件上8类不同方向的倒扣，设计了8类脱模机构组成联合脱模系统，解决了B柱左右内饰板注塑过程中的脱模困难。彭河等[14]针对SMC汽车尾门结构特点，设计了模压模具，为零件的大批量生产提供了指导。本实验针对SMC材料特性和前面罩结构特点，设计了一套固定式多型腔半溢式模压模具，以实现模具温度的均匀分布，解决前面罩制品脱模困难的问题。利用推管型芯定位预埋件，简化模具结构。1SMC前面罩与模压工艺1.1前面罩结构性分析图1为某重卡SMC前面罩结构特征。图1某重卡SMC前面罩结构特征Fig.1Structural characteristics of a heavy dutytruck SMC front cover10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F1a1(a)前面罩结构示意图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F1a2(b)前面罩数模从图1a可以看出，某重卡SMC前面罩最大外形尺寸为2 361.62 mm×1 002.38 mm×318.68 mm，本体壁厚为4.00 mm，壁厚保持均匀一致。该产品属于大型薄壁制件，主视图呈“凸”字形且左右对称。前面罩采用整体式结构，在造型上类似一个拱形。前面罩背面设计横纵交错的加强筋，为避免制品表面出现缩痕，加强筋厚度为前面罩壁厚的55%，为2.2 mm。从图1b可以看出，在产品两侧有10个小孔，用于扰流板的安装和定位。加强筋交汇处设置了30处凸台用于安置金属嵌件。金属螺母嵌件为不通孔，模压时，金属螺母嵌件需要通过模具上的定位芯棒进行定位。1.2SMC前面罩模压工艺图2为SMC复合材料及制品成型工艺。从图2可以看出，先混合液体原料和固体组分以形成均匀的树脂糊；然后将树脂糊通入SMC机组，薄膜承载着树脂糊浸润短切玻璃纤维，随着机器的前进，上下两片树脂糊片合拢，形成“树脂糊+玻璃纤维+树脂糊”的“夹心结构”；最后将成型的SMC片材放入稠化室稠化规定时间[15]。将稠化后的片材按照规定规格切割，并放入加热的模具中，关闭模具，使模压料流动，充满模腔，形成所需的形状。然后压缩保持一段适当的时间，使树脂固化，将成品从模具中取出[16]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F002图2SMC复合材料及制品成型工艺Fig.2SMC composite materials and products molding process2模具主要结构设计2.1凹模与凸模设计凹模和凸模属于压模中重要的成形零件，由于前面罩制品呈拱形的结构，中间与两端的落差较大，为了保证凹模和凸模的刚度和强度，凹、凸模都采用整体式结构。图3为整体式凹模与凸模。从图3可以看出，下凸模长度尺寸为2 700 mm，宽度为1 310 mm，凹模、凸模闭合高度为638 mm，上凹模的模腔深度为塑件高度与加料室高度之和，为350 mm。从前面罩断面尺寸最大处分型，同时为确保分型面平滑过渡，压模分型面与前面罩弧度相同，分型面为前面罩制品外表面的曲面。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F003图3整体式凹模与凸模Fig.3Integral concave die and convex die图4为型腔配合形式。从图4可以看出，选择半溢式的凹凸模配合结构。由于前面罩制品长边轮廓呈拱形，结构复杂，成型难度大，在制品长度方向两侧的凸模上设置了支承面，压制时，物料外溢受限，能够对物料施加更大压力，有利于拱形结构的成型，得到均匀密实，表面质量良好的制品。支承面的宽度为15.12 mm，水平挤压边缘加料室高度为40.31 mm，锥形引导段高度为10.13 mm，斜度为14°，配合段高度为20.16 mm。挤压边缘外设有一圈环形空间为排气溢料槽。在凹模边缘设置32块承压块，防止凹凸模直接接触，在高压下变形、损坏，可延长压模寿命。铰链罩盖及前面罩宽度方向两侧选择无支承面的半溢式配合方式。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F004图4型腔配合形式Fig.4Mould cavity coordination form2.2加热系统设计本模压模具的加热管道采用四进四出的形式，由于制件为拱形，若采用普通直通式管道只能对顶部进行加热，会造成模面曲率过渡较大位置的加热效果不佳，同时模面的整体温度均匀性也受到影响，因此本模具采用“直通式＋水井式”加热管道。图5为加热系统设计。图5加热系统设计Fig.5Heating system design10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F5a1(a)凸模加热管道10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F5a2(b)凹模加热管道从图5可以看出，在凹模中采用直通式的随形加热管道，直通管道随前面罩曲面排布，管道直径均为19 mm，管道与型腔表面距离为75 mm，各管道之间距离为91 mm。由于产品深度较大，凹模四周采用水井式加热管道，管道直径均为19 mm，此外还设置了30根随形水井管道，管道直径为28 mm，确保制件各部分受热均匀。在凸模中同样采用“直通式＋水井式”加热管道，但凸模中加热管道应避开推杆、推管或其他零件。采用6根直径为28 mm的水井管道连接直通管道，避免与推管发生干涉。采用上述加热系统，可以确保模具温度均匀，能够使制品受热均匀，加热保温周期约为110 s，而且制品形状稳定。2.3脱模系统设计图6为脱模机构设计。图7为塑件上三种金属预埋螺母嵌件与推管机构的配合形式。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F006图6脱模机构设计Fig.6Demolishing mechanism design1—前面罩；2—推管；3—推杆；4—导柱；5—复位杆；6—定模座板；7—推板；8—推杆固定板；9—推杆；10—铰链罩盖；11—液压缸；12—导套图7塑件上三种金属预埋螺母嵌件与推管机构的配合形式Fig.7Cooperation form of three metal embedded nut inserts and pusher mechanism on plastic parts10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F7a1(a)锁销用M8预埋螺母10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F7a2(b)M6预埋螺母10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F7a3(c)铰链、气动撑杆用M8预埋螺母从图6可以看出，前面罩的投影面积、制件质量均较大，因此需对脱模机构进行合理设计，保证制件均匀受力，顺利从型腔中脱出。前面罩呈拱形结构，因此顶出面不是简单平面。选择推杆式脱模机构，机构主要由100个推杆、一块推杆固定板和一块推板组成，推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆行程约为100 mm，大于塑件最大高度与加料室高度之和。为使推出过程平稳，在推板的四角和中心设置了5组导柱和导套配合的导向机构。同时在推杆固定板四周设置了4根复位杆，便于推出机构完成塑件推出动作后，回到初始位置，复位杆贯穿凸模，高出凸模10 mm，与承压块高度一致。为使预埋金属螺母嵌件在合模运动中不松动，片材充填时不偏移不漏料，脱模机构中还设置了30根推管，采用推管型芯对嵌件进行定位，省去定位芯棒，简化了模具结构。推管推顶时周边受力均匀，无变形，同轴度高。2.4侧向抽芯机构的设计图8为侧向抽芯机构。从图8可以看出，对于前面罩两侧的10个用于扰流板安装(Ф9 mm)、定位(Ф6.5 mm)的小孔，需要设计侧向抽芯机构。从结构上分析发现，上模的加热管道多，可设计空间狭小，但由于侧孔结构比较简单，侧向抽芯距只需大于侧孔深度且多于2~3 mm的安全距离。因此采用液压抽芯结构，开模之前，只需液压缸通过活塞先抽出侧型芯，抽芯距为12 mm，再进行整体开模。该机构结构简单，便于制造。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F008图8侧向抽芯机构Fig.8Side core-pulling mechanism3模具装配图与工作过程图9为前面罩模具装配图。从图9可以看出，在模压生产时，模具的工作过程为：（1）模具预热。模压生产前要先对模具进行预热使模具达到指定模压温度，加热方式为油加热，模温机型号为AOSTM-75-45。（2）模压阶段。将SMC片材按照指定方式铺设在凸模表面，模具按指定程序合模，SMC片材充满整个模腔，再经过保压和固化得到产品稳定的现状。（3）脱模取件。保压完成后，在动模与定模分开之前，侧向抽芯液压缸启动，带动侧型芯运动至不妨碍塑件脱模位置。等动模移开一定距离后，脱模机构开始工作，推板带动推杆固定板运动，塑件从型腔和型芯中脱出。（4）脱模机构复位。取出产品以后，操作工人在模压机的控制器上按下复位键，由复位杆带动脱模机构进行复位。脱模机构完全复位后即可开始下一个产品的生产周期。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F009图9前面罩模具装配图Fig.9Front cover mold assembly drawing1—上模座板； 2—隔热板；3—推杆；4—加热管道；5—上凹模；6—螺钉；7—导套；8—导柱；9—复位杆；10—下凸模；11—垫片；12—垫块；13—下模座板；14—推板；15—支撑限位钉；16—推杆固定板；17—推板导柱；18—承压块；19—侧向抽芯机构液压缸；20—侧型芯；21—脱模机构液压缸；22—推管；23—推杆4模具装配图与工作过程批量生产采用液压机型号YZS-3500T，液压机公称压力为35 000 kN。压模最大外形尺寸2 700 mm×1 670 mm，小于液压机工作台面尺寸。压模闭模厚度为1 035 mm，大于液压机上、下模板间最小板间距，模压料能够被施加足够的压力。液压机上下模间最大间距为3 500 mm，大于模具闭模厚度与最小开模距离之和1 715 mm。液压机最大行程2 800 mm，大于压模最小开模距离680 mm。图10为前面罩的产品图片。图10前面罩的产品图片Fig.10The front cover product picture10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F10a1(a)SMC前面罩10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F10a2(b)铰链罩盖从图10可以看出，制件无鼓包、流纹、翘曲等缺陷，能顺利脱模，毛刺、飞边容易去除，制件外观光洁，行位公差在允许范围内。设计模具工作状况良好，在规定的模压工艺参数下工作，较好满足总装厂对前面罩的生产要求。5结论设计了SMC前面罩模压模具，包括加热系统、脱模系统、侧向抽芯系统、型腔与型芯等，并绘制了模具的装配图。通过模具实际生产验证，模具能连贯完成合模、顶出、复位等动作，满足模压模具的动作要求。热模内保压为110 s，抽芯距为12 mm，推杆行程为100 mm，产品模压周期约为2 min，较好地保证了生产效率。设计的模具应用于前面罩的批量生产。生产的塑料件无鼓包、流纹、针孔等缺陷，能顺利脱模，毛刺、飞边容易去除，制件外观光洁，行位公差在允许范围内。设计的模具工作状况良好，模具在推荐的工艺参数下工作，能够较好满足总装厂对前面罩的生产要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.019.F011