SMC制品的細節結構設計
摘 要：本文主要簡述了SMC制品在實際應用過程中所涉及到的結構設計，涵蓋了對SMC制品壁厚、加強筋、凸臺及嵌件結構優化設計思路的研究。
樹脂基復合材料經過半個多世紀的發展，已得到廣泛應用，特別是在汽車、建筑、電器、船舶、防腐容器等方面發展極為迅速，由于其具有良好的設計性和工藝性、尺寸精確、穩定性好等特點，在某些方面已經逐步取代金屬材料和傳統塑料，成為行業的新寵。復合材料制品的功能和用途，一部分是通過復合材料本身來實現的，一定程度上還依靠其制品的結構設計。任何一件先進產品，只有通過合理設計才能變為現實，所設計出產品的性能應大限度地滿足用戶的要求，應該結構先進、功能好、成本低、使用維修方便，在產品的壽命周期內，用低的成本實現產品的規定功能，用為優化的設計方法，從若干可行方案中找到優選的方案。另外，復合材料制品結構設計人員，在設計中必須充分注意和考慮復合材料結構的可修復性，并提供簡便易行而有效可靠的修理技術。對于所有復合材料結構，特別是容易受到損傷的部件，在設計中應當考慮到可修理性、修理技術的可行性、有效性和經濟性。
SMC模壓成型工藝由于其制件尺寸精度高、外觀優良、成型周期短、便于批量化生產，所以在復合材料工業中占有舉足輕重的地位。在北美和歐洲，SMC在汽車中的應用非常廣泛。SMC在汽車工業中逐步擴大應用的過程，也是SMC工藝技術取得不斷進步的過程。在SMC工藝中，幾乎大部分的發展，都是源于汽車工業的要求。廣議的說，汽車工業對SMC的要求，遠比其他應用領域對SMC的要求更高，綜合性更強。其中，要求SMC制品外觀面達到A級水平，就是難度較大的一項要求，SMC材料的機械性能比鋼板性能低，為了為補償在機械性能方面的這種差別，設計工程師必須采用適當的設計，以維持零件的結構整體性。因此，在進行產品結構設計時需要進行特別考慮，使其結構及外觀達到要求。本文主要從SMC制品的外形結構設計、內部結構設計和預埋件設計這三個方面進行論述。
1 外形結構設計
1.1 壁厚
一般SMC制品的厚度設計為2.5~3mm，經測試，3m的玻璃鋼試板的彎曲強度可達到140MPa以上，基本滿足各種常規規的強度要求。在特殊使用條件下，需要將產品厚度加厚以滿足要求，但一般不超過15mm，制品過厚將增大成型周期，容易出現芯固化度不夠。同時，SMC制品厚度也不能太薄，就目前情況看，一般不得少于1mm厚度。需注意的是，設計SMC制品時應盡量采用等厚度。需注意的是，設計SMC制品時應盡量采用等厚度，因為壁厚不均易引起固化度不均而易產生變形，若必須變化壁厚的話，應逐漸平滑過度，不可有突變。[-page-]
1.2 皮紋
現在部分汽車外飾產品，為了體現產品的高檔次，常需要在表面進行仿皮紋設計，這會使整個制造過程復雜化，同時，如果產品設計不好，會造成無法脫模及表面缺陷多等缺點，因此，進行產品設計時盡量遵循以下兩個原則，1、皮紋顆粒間的過渡必須盡理平緩、避免尖角、突變等結構；2、一般只在平整的表面設計皮紋，如果必須要在側面或者翻邊上添加皮紋，該側面與脫模方向的角度必須大于15度。
1.3 飛邊
產品成型后，在產品周邊，模具上下模配合的部位會出現飛邊，必須通過后續加工打磨來去除。如果設計不好，飛邊嚴重的產品會導致產品質量和尺寸精度的降低，因此我們進行產呂設計時應盡量將飛邊安排在邊緣棱角處，且便于清除，尺寸精度要求嚴格和表面光潔度要求高的部位需盡可能的避免設計飛邊，具體如圖2所示。
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1.4 孔洞
為了便于裝配或其他功能性需要，產品上不可避免會設計一些孔洞，雖然這些孔洞可以通過模具直接成型，但為了成型孔洞而設置的模具突起會影響片材在模具內的流動，造成纖維流動取向、產品強度降低，為了避免這種情況發生，一般的孔洞均是通過二次加工實現，故在進行產品設計時應考慮二次加工方便且便于控制，故需盡理避免出現復雜形狀的孔和階梯孔等結構。
2 內部結構設計
2.1 加強筋
對于大面積平板狀玻璃鋼制件，為增加剛度，防止制品變形，需在背面設計加強筋。加強筋的設計原則為，1加強筋應布置在產品受力較大之處，以改善產品的強度；2、加強筋應盡量作對稱分布，避免局部集中；3、加強筋不宜過高，太高會引起缺料或脫模困難。
加強筋厚度一般為制品厚度的2/3，高度小于等于3倍壁厚，圓角大于等于0.25~0.4的壁厚，兩側需有小0.5度的余度，以便于脫模。兩條平行加強筋的小間距一般不能小于10mm。
在有加強筋交叉的部位，需在交叉處理行圓角過渡，并增大脫模角度，好在模具設計時在該處增加頂出，便于產品脫模。[-page-]
2.2 凸臺
有時為了使產品達到某種裝配功能或對產品結構進行工藝改善，常常需要在產品上設計凸臺，如圖4所示。
但在設計凸臺時，常常在凸臺周圍添加加強筋，以增加凸臺強度并改善材料的流動性，并且凸臺壁厚不可太厚，以免在產品表面形成縮坑。
2.3 圓角
在制品拐角或翻邊處，需用圓角過渡，以改善材料流動性能，應盡量避免使用直角或小于壁厚的圓角，圓角半徑的大小一般是外R取2T(壁厚)，內R取1T。
3 預埋件設計
SMC制件中設計筋、臺與預埋金屬嵌件，是實現相應功能(如減重、增加制件剛性、方便零件配合與連接等)主要方法，幾乎是不可避免的。但需注意，上述細節設計會造成表面縮坑現象，因此筋的厚度以3mmf為宜，臺的根部要圓滑過渡，預埋嵌件用金屬材料的熱脹系數與SMC盡可能接近，預埋嵌件周圍料層不宜太薄(否則會因收縮破壞制件表面)。
3.1 自攻螺釘[-page-]
SMC制品上應盡量避免使用自攻螺釘，因為玻璃鋼制品的剪切強度較低，無法起到應有的作用，且安裝時容易將凸臺脹裂。但如果確有需要，進行產品設計時應盡量參照圖5設計。
3.2 嵌件結構
為實現SMC制品與其他零件的連接，常常需要在制品中預置螺紋嵌件。預埋嵌件分為內螺紋和外螺紋兩種，即預埋螺母和預埋螺栓。通常使用銅或鋁等硬度比鋼低的材料，以防止嵌件在模具內錯位時損傷模具。
對于SMC制品用嵌件，設計時應注意以下事項：
(1)嵌件用金屬材料的熱膨脹系數應與SMC盡可能接近；
(2)嵌件周圍SMC料層不宜太薄，否則會因收縮而使制件破壞；
(3)嵌件必須用開槽或滾花結構以保證嵌件牢固地固定在SMC本體內。
當嵌件為通孔且嵌件高度與制品厚度一致時，因嵌件高度有公差，合模時易將嵌件壓變形。所以嵌件設計高度應該低于制品厚度。
樹脂基復合材料經過半個多世紀的發展，已得到廣泛應用，特別是在汽車、建筑、電器、船舶、防腐容器等方面發展極為迅速，由于其具有良好的設計性和工藝性、尺寸精確、穩定性好等特點，在某些方面已經逐步取代金屬材料和傳統塑料，成為行業的新寵。復合材料制品的功能和用途，一部分是通過復合材料本身來實現的，一定程度上還依靠其制品的結構設計。任何一件先進產品，只有通過合理設計才能變為現實，所設計出產品的性能應大限度地滿足用戶的要求，應該結構先進、功能好、成本低、使用維修方便，在產品的壽命周期內，用低的成本實現產品的規定功能，用為優化的設計方法，從若干可行方案中找到優選的方案。另外，復合材料制品結構設計人員，在設計中必須充分注意和考慮復合材料結構的可修復性，并提供簡便易行而有效可靠的修理技術。對于所有復合材料結構，特別是容易受到損傷的部件，在設計中應當考慮到可修理性、修理技術的可行性、有效性和經濟性。
SMC模壓成型工藝由于其制件尺寸精度高、外觀優良、成型周期短、便于批量化生產，所以在復合材料工業中占有舉足輕重的地位。在北美和歐洲，SMC在汽車中的應用非常廣泛。SMC在汽車工業中逐步擴大應用的過程，也是SMC工藝技術取得不斷進步的過程。在SMC工藝中，幾乎大部分的發展，都是源于汽車工業的要求。廣議的說，汽車工業對SMC的要求，遠比其他應用領域對SMC的要求更高，綜合性更強。其中，要求SMC制品外觀面達到A級水平，就是難度較大的一項要求，SMC材料的機械性能比鋼板性能低，為了為補償在機械性能方面的這種差別，設計工程師必須采用適當的設計，以維持零件的結構整體性。因此，在進行產品結構設計時需要進行特別考慮，使其結構及外觀達到要求。本文主要從SMC制品的外形結構設計、內部結構設計和預埋件設計這三個方面進行論述。
1 外形結構設計
1.1 壁厚
一般SMC制品的厚度設計為2.5~3mm，經測試，3m的玻璃鋼試板的彎曲強度可達到140MPa以上，基本滿足各種常規規的強度要求。在特殊使用條件下，需要將產品厚度加厚以滿足要求，但一般不超過15mm，制品過厚將增大成型周期，容易出現芯固化度不夠。同時，SMC制品厚度也不能太薄，就目前情況看，一般不得少于1mm厚度。需注意的是，設計SMC制品時應盡量采用等厚度。需注意的是，設計SMC制品時應盡量采用等厚度，因為壁厚不均易引起固化度不均而易產生變形，若必須變化壁厚的話，應逐漸平滑過度，不可有突變。[-page-]
1.2 皮紋
現在部分汽車外飾產品，為了體現產品的高檔次，常需要在表面進行仿皮紋設計，這會使整個制造過程復雜化，同時，如果產品設計不好，會造成無法脫模及表面缺陷多等缺點，因此，進行產品設計時盡量遵循以下兩個原則，1、皮紋顆粒間的過渡必須盡理平緩、避免尖角、突變等結構；2、一般只在平整的表面設計皮紋，如果必須要在側面或者翻邊上添加皮紋，該側面與脫模方向的角度必須大于15度。
1.3 飛邊
產品成型后，在產品周邊，模具上下模配合的部位會出現飛邊，必須通過后續加工打磨來去除。如果設計不好，飛邊嚴重的產品會導致產品質量和尺寸精度的降低，因此我們進行產呂設計時應盡量將飛邊安排在邊緣棱角處，且便于清除，尺寸精度要求嚴格和表面光潔度要求高的部位需盡可能的避免設計飛邊，具體如圖2所示。
[-page-] 1.4 孔洞
為了便于裝配或其他功能性需要，產品上不可避免會設計一些孔洞，雖然這些孔洞可以通過模具直接成型，但為了成型孔洞而設置的模具突起會影響片材在模具內的流動，造成纖維流動取向、產品強度降低，為了避免這種情況發生，一般的孔洞均是通過二次加工實現，故在進行產品設計時應考慮二次加工方便且便于控制，故需盡理避免出現復雜形狀的孔和階梯孔等結構。
2 內部結構設計
2.1 加強筋
對于大面積平板狀玻璃鋼制件，為增加剛度，防止制品變形，需在背面設計加強筋。加強筋的設計原則為，1加強筋應布置在產品受力較大之處，以改善產品的強度；2、加強筋應盡量作對稱分布，避免局部集中；3、加強筋不宜過高，太高會引起缺料或脫模困難。
加強筋厚度一般為制品厚度的2/3，高度小于等于3倍壁厚，圓角大于等于0.25~0.4的壁厚，兩側需有小0.5度的余度，以便于脫模。兩條平行加強筋的小間距一般不能小于10mm。
在有加強筋交叉的部位，需在交叉處理行圓角過渡，并增大脫模角度，好在模具設計時在該處增加頂出，便于產品脫模。[-page-]
2.2 凸臺
有時為了使產品達到某種裝配功能或對產品結構進行工藝改善，常常需要在產品上設計凸臺，如圖4所示。
但在設計凸臺時，常常在凸臺周圍添加加強筋，以增加凸臺強度并改善材料的流動性，并且凸臺壁厚不可太厚，以免在產品表面形成縮坑。
2.3 圓角
在制品拐角或翻邊處，需用圓角過渡，以改善材料流動性能，應盡量避免使用直角或小于壁厚的圓角，圓角半徑的大小一般是外R取2T(壁厚)，內R取1T。
3 預埋件設計
SMC制件中設計筋、臺與預埋金屬嵌件，是實現相應功能(如減重、增加制件剛性、方便零件配合與連接等)主要方法，幾乎是不可避免的。但需注意，上述細節設計會造成表面縮坑現象，因此筋的厚度以3mmf為宜，臺的根部要圓滑過渡，預埋嵌件用金屬材料的熱脹系數與SMC盡可能接近，預埋嵌件周圍料層不宜太薄(否則會因收縮破壞制件表面)。
3.1 自攻螺釘[-page-]
SMC制品上應盡量避免使用自攻螺釘，因為玻璃鋼制品的剪切強度較低，無法起到應有的作用，且安裝時容易將凸臺脹裂。但如果確有需要，進行產品設計時應盡量參照圖5設計。
3.2 嵌件結構
為實現SMC制品與其他零件的連接，常常需要在制品中預置螺紋嵌件。預埋嵌件分為內螺紋和外螺紋兩種，即預埋螺母和預埋螺栓。通常使用銅或鋁等硬度比鋼低的材料，以防止嵌件在模具內錯位時損傷模具。
對于SMC制品用嵌件，設計時應注意以下事項：
(1)嵌件用金屬材料的熱膨脹系數應與SMC盡可能接近；
(2)嵌件周圍SMC料層不宜太薄，否則會因收縮而使制件破壞；
(3)嵌件必須用開槽或滾花結構以保證嵌件牢固地固定在SMC本體內。
當嵌件為通孔且嵌件高度與制品厚度一致時，因嵌件高度有公差，合模時易將嵌件壓變形。所以嵌件設計高度應該低于制品厚度。
