鎳鋼合金Invar過去一直是大批量復(fù)合材料部件首選的模具材料，因為其耐久性和熱膨脹系數(shù)（CTE）與部件成型用的增強塑料相近。但是，隨著復(fù)合材料部件越來越大，金屬模具的過重問題給加工廠帶來了新的挑戰(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。
美國復(fù)合材料制造商協(xié)會（ACMA）前技術(shù)總監(jiān)Bob Lacovara說，越來越多的模具開始采用環(huán)氧樹脂和碳纖維來制造，特別是對尺寸和模具穩(wěn)定性要求比較高的場合。
“環(huán)氧樹脂比聚酯樹脂稍微耐用一點，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)氧樹脂是一個很好的選擇。”Lacovara說。他最近入選了ACMA杰出人物。
摒棄模型
“我認為最新最偉大的創(chuàng)新是直接模具的數(shù)控加工，它消除了模具生產(chǎn)過程中制造模型的步驟。”他說，“因為模型所用材料本身都有一些限制，而且部件的表面質(zhì)量要求也是一個問題。”
“下一步就是開發(fā)出一種可以獲得A級表面的技術(shù)，從而大大降低加工的成本和時間。”Lacovara說到。Lacovara領(lǐng)導(dǎo)著一家名為Convergent復(fù)合材料的咨詢公司。
美國佛羅里達州的一家模具制造廠Mollicam采用五軸CNC（計算機數(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，可以為臨時的和產(chǎn)量有限的模具加工直接模具。該工廠有四臺CNC機床，用于生產(chǎn)模具、船體和其他復(fù)合材料部件。
其中一個直接模具項目來自船艇制造商Wellcraft Marine公司。
“客戶想要測試一個新的船體設(shè)計，需要一個模具生產(chǎn)出一個部件，讓其在水中實際行駛。”Mollicam公司總裁Jeremy Mollica說到，“如果該部件運行良好，他們計劃用該模具再生產(chǎn)一個部件，并將其轉(zhuǎn)換為玻纖母模。然后他們將由此制造一個生產(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園和船艇行業(yè)的項目。藝術(shù)作品和雕塑通常也都是一次性的項目。”他說。
模具材料根據(jù)客戶制造部件所用的材料來確定。
“如果是一次性項目，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，“如果只生產(chǎn)一個部件，但對表面質(zhì)量要求較高的話，我們會將泡沫尺寸加工的小一點，然后附上一層玻璃，再在玻璃層壓板上噴涂一層工程油灰。我們會將最后的表面制作的稍高一點，然后再進行加工，使其變低。”
“在為20個或20個以上的大量部件制造模具時，最好先生產(chǎn)一個模型。”Mollica說，“有了模型就可以生產(chǎn)出足夠堅固的模具。如果模具需要進入高壓釜，經(jīng)常加熱，我們就要對模型進行機加工，從而使生產(chǎn)出的模具達到高溫要求。”
根據(jù)計算機數(shù)據(jù)進行的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脂滲透，并用雙馬來酰亞胺或環(huán)氧層壓板包覆，最后才進行機加工。
