1 前 言
拉挤成型工艺自动化程度高、工艺稳定，随着复合材料应用市场的不断拓展，拉挤制品所占份额也越来越大。开发一件新的拉挤制品，首先是根据其使用条件和性能要求对制品进行材料选择和结构设计，确定产品的截面形状和原材料配比方式；其次就是拉挤成型中非常重要的一道工序，模具及预成型的设计与加工。模具及预成型部分可以说是拉挤生产的中心环节，由纱架、胶槽部位过来的增强材料经由预成型初步定型，然后在牵引装置的作用下进入模具固化成型，最后切割为定长产品。模具及预成型的设计与加工的好坏将直接决定拉挤生产的效率高低，甚至成败与否，同时还决定着拉挤制品的外观与质量。模具一但加工定型后将很难改变，预成型部分尽管可以作调整，但如果设计加工不合理同样会给生产造成很大的经济损失，如需要更多的人员参与生产从而增加人工成本，纱束和毡走不到位，造成次品、废品，甚至发生堵模导致生产停顿，接下来就是费工费力的拆模、清理和重新穿纱再次起机。因此模具及预成型的设计与加工很关键，设计加工合理可避免很多不必要的损失。
2 模具设计加工
在拉挤成型工艺过程中，模具是各种工艺参数作用的交汇点，其主要要求是具有良好的尺寸稳定性、优良的耐磨性和极低的表面粗糙度。目前拉挤生产常用的模具主要为直腔钢制模具，有整体式的，也有组合式的，一般为长方体结构，结构形式尽管相对简单，但设计加工过程中需要注意和考虑的地方较多，主要有如下几个部分。
2.1 模具材料选择及加工类型
拉挤模具材料应能满足以下要求，强度高、热处理变形小、加工性能好、使用过程中尺寸稳定性好、耐磨、耐热及耐热腐蚀等。完全都能满足这些要求的材料为数不多，目前常用模具材料为40 Cr，耐磨要求高的可选用Cr 12、Cr 12 MoV等，型腔表面硬度应大于HRC 50，型腔表面粗糙度必须达到0.025～0.800μm。为达到挤拉模具的工艺要求，通常须经过锻造，退火、粗铣、调质、精铣、淬火、研磨等一系列工序。其中模具的热处理环节一定要做好，偷工减料和以次充好的结果通常是模具寿命短、使用过程中易变形。
目前拉挤常用到的模具加工类型主要有两大类，一类是镀铬模具，即模具机加工完成后进行抛光、电镀。对于一般产品和小件产品这种模具加工形式比较经济耐用，使用过程中如果出现铬层脱落的现象，还可以褪铬后重新镀铬再次使用，但对于大件宽幅模具，镀铬过程中如果控制不当会出现铬层薄厚不均的现象，主要是中间部位偏薄而周边部位偏厚，对于尺寸精度要求较高的产品该类型不能满足要求；另一类是直接采用高性能钢材加工或模腔表面进行氮化处理，这样模腔尺寸精度较高，但如果长期不用模具必须注意保养，防止生锈。这里需要注意的是拉挤生产过程中如果生产白色制品，建议使用镀铬模具，避免玻纤及填料在对模腔磨损过程中造成产品表面有灰黑色的磨痕。
2.2 模具尺寸的设计
挤拉模具的横截面应足够大，以使模具具有一定的热容，保证加热均匀、稳定，一般来说，钢模的横截面至少等于拉挤制品截面积的10倍。但目前随着模具材料性能及加工工艺、外部加热技术水平等因素的提高，很多模具的横截面面积设计加工得比制品截面积大不了多少，工艺性能同样优异。为保证产品在模具内受热均衡，有的模具的截面形状可加工成和产品截面形状一致或掏空一部分。
模具的长度与设备加热能力，树脂特性及配方，制品几何尺寸及挤拉速度有关。典型的模具长度在500～1500 mm之间。对固定截面的制品，适当增加模具长度可提高挤拉速度，提高生产效率，但会导致牵引力的加大。
模具型腔尺寸决定于制品的尺寸及收缩率。不饱和聚酯树脂／玻璃纤维体系，收缩率一般在2％左右，乙烯基树脂，环氧树脂，收缩率要低些，一般在0 8％左右。填料，玻纤含量及所在截面位置的不同，收缩率也有差异。需要注意，在设计中，拉挤制品的截面形状不能完全按照等代设计的方法，而必须依照拉挤工艺的特点进行截面形状设计。早期人们沿用钢构件标准设计FRP制品，由于FRP是非均质材料，固化过程中会收缩致使制品产生变形。因此在模具设计时需要加以补正。如角型材在模具设计时若采用90°，生产出的制品会向内收缩变形，实际角度会小于90°度，因此可通过模具设计时将角度放大1～2°来控制。另外一种方式就是在设计那些拐角位置时，内外圆角取值要做些相对调整，该处厚度不宜过厚。
2.3 模具的一些细节设计
(1)入模口的设计
入模口的设计也是挤拉模具的关键之一，在此由于纤维束体积缩小而压力升高，而入口处的几何形状是重要的影响因素。通常的入口形式可采用锥形，圆形和抛物线形，但实际生产中有的模具只作简单的入模倒角设计即可，而有的模具不光要设计一定的入模角度进行加工，有时还需辅助加工一些倒纱沟，以利于产品尖角或凸台的成型。有时为了产品下毡包毡顺利，模具入口处可以考虑将下模突出一部分利于毡的定位和走向。
(2)模腔内部倒角的设计
挤拉模具还有一特殊要求，那就是在模具设计时应尽量避免一些细小的突出和锐角出现，如果设计中有上述结构，在模腔内固化成型过程中该位置会出现纱和毡走不到位的情况，容易造成粘模，使制品表面出现缺损，甚至最终导致挤拉的失败。所以制品的棱边最好采用2～5°的圆角过渡。当然随着原材料种类的增加，如膨体纱的出现可有效避免边角的粘模现象，如果产品在棱边方面有特殊要求的话，型腔棱边处也是可以做到为直角的。
(3)空心模具设计注意事项
对中空挤拉制品，为了减少脱模时芯模造成的阻力，可将芯模尾部大约50 mm处，加工成1／300～1／200的锥度。对空心型材，还应特别注意芯模的固定安装设计，因为空心型材的芯模只能一端固定，所以安装时更要精心调整，通常芯棒的固定形式主要有两种，一种为框架式固定形式，一种是底托式固定形式，但不管采用那种形式，都必需保证芯棒可调。目前有些厂家反其道而行之，将芯棒相对固定，而通过调整模具来对产品的同心度加以调整。对于大型厚壁空腔模具，为了保证产品内部固化的稳定性，可考虑在芯棒内部加工圆孔，放入可以调温的加热棒进行温度补给。
(4)分型面的选择
除整体模外，挤拉模具一般由几块模具件拼装组合而成。在模具设计时，正确选择分型面及其位置，不仅能保证模具的顺利制作，而且能满足挤拉制品的生产工艺要求和质量要求。成型过程中在两块模具的接缝处所受应力最大，也是容易产生树脂粘附，堵塞的地方，并且最终在制品的表面出现合模缝影响表观质量，所以在满足模具加工制造的前提下，应尽量减少分型面，并且模具合缝棱边不得有损伤，保证合缝严密。
(5)型腔位置的选择
拉挤成型中，制品离开模具的主动力来自机器后部的牵引装置。所以拉挤制品在模具设计时，应正确选择型腔位置，尽量使制品的平直部分平行于加热板，有利于夹具的夹持牵引。例如对槽型材，工字型材，应使腹板平行于加热板方向，而对角型材，最好采用“人”字形取向，保证牵引时两边均匀受力。当然设计型腔位置时还需考虑产品包毡的难易情况，包毡顺利、牵引合适将是最佳方案，否则还应以包毡顺利为主进行考虑，牵引部分可以考虑采用合适的夹具形式加以牵引。
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