L'influenza della precisione dello stampo e dell'agente distaccante sulla qualità della superficie dei prodotti SMC

I prodotti stampati con composti per stampaggio fogli (SMC) sono ampiamente utilizzati nei settori automobilistico, aerospaziale e in altri settori. La qualità della superficie determina direttamente le loro prestazioni. La precisione dello stampo e il tipo di agente distaccante sono i fattori principali che influenzano la qualità della superficie e il loro effetto combinato non ha ancora formato uno schema sistematico. Questo documento adotta il metodo a variabile singola-, fissa i parametri del processo di stampaggio ed esplora l'influenza delle diverse accuratezze dello stampo e dei tipi di agenti distaccanti sulla ruvidità superficiale (Ra), sulla lucentezza, sul tasso di difetti e sulla deviazione dimensionale dei prodotti. Viene analizzato il meccanismo di sinergia e viene chiarita la combinazione ottimale del processo. I risultati mostrano che la precisione dello stampo è il fattore dominante e il tipo di agente distaccante è il fattore di ottimizzazione. Gli stampi ad alta-precisione e gli agenti distaccanti al fluorocarburo in sinergia possono ottenere la migliore qualità della superficie. Questa ricerca fornisce indicazioni teoriche e di processo per la produzione di alta-qualità dei prodotti SMC.

1. Introduzione

L'SMC è costituito da resina poliestere insatura come matrice e può essere modellato per produrre prodotti dalla forma complessa-e dimensionalmente stabili. Con l'aggiornamento delle richieste del settore, il mercato ha requisiti più elevati in termini di levigatezza, brillantezza e successiva prestazione di lavorazione dei prodotti SMC, ed è necessario evitare difetti come bolle e graffi.

I parametri del processo di stampaggio hanno una certa influenza sulla qualità della superficie, ma la precisione dello stampo e il tipo di agente distaccante svolgono un ruolo più cruciale. La precisione dello stampo determina direttamente l'effetto di replica della forma del prodotto e una precisione insufficiente può portare a superfici ruvide e deviazioni dimensionali; l'agente distaccante, come mezzo isolante, di un tipo inappropriato può causare problemi come adesione allo stampo e residui superficiali.

La maggior parte degli studi esistenti si concentra su un singolo fattore o su altri materiali compositi e sono relativamente pochi gli studi sistematici sulle SMC. Le regole di interazione tra i due non sono state chiaramente definite. Sulla base di ciò, questo documento esplora l'influenza dei due sulla qualità superficiale dei prodotti SMC e il loro meccanismo di interazione, ottimizza la combinazione di processi e fornisce supporto per il controllo di qualità.

2. Progettazione dello schema sperimentale

2.1 Materie prime e attrezzature sperimentali

I parametri specifici delle materie prime, delle attrezzature, degli stampi e degli agenti distaccanti utilizzati nell'esperimento sono mostrati nella tabella seguente:

Categoria	Tipo/Specifica	Parametro del kernel
Materiale composito SMC	grado tecnico	Componenti principali: resina poliestere insatura, fibra di vetro non-alcalina (lunghezza 30 mm, contenuto 30%), riempitivo di carbonato di calcio (contenuto 40%); Densità a temperatura ambiente 1.8 - 2.0 g/cm³; Temperatura di polimerizzazione 120 - 140 gradi
impianto di prova	Pressa idraulica a quattro-colonne	Modello 1000kN, utilizzato per il processo di stampaggio SMC
	rugosimetro di superficie	Modello TR200, utilizzato per misurare la rugosità superficiale del prodotto
	misuratore di brillantezza	Modello HG60, utilizzato per misurare la lucentezza superficiale dei prodotti
	macchina di misura a coordinate	Utilizzato per rilevare la deviazione dimensionale del prodotto
	Microscopio ad alta-definizione	Utilizzato per osservare i difetti superficiali del prodotto
Stampo per piatti piani	alta precisione	Dimensioni della cavità: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra Inferiore o uguale a 0,2μm; Durezza maggiore o uguale a HRC55; Errore di guida Inferiore o uguale a 0,03 mm (dopo lucidatura e pulizia)
	Precisione media	Dimensioni della cavità: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra=0.4 - 0.8μm; Durezza HRC 45 - 55; Errore di guida 0.03 - 0.05mm (dopo lucidatura e pulizia)
	bassa precisione	Dimensioni della cavità: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra Maggiore o uguale a 1,0μm; Durezza inferiore o uguale a HRC45; Errore di guida Maggiore o uguale a 0,05 mm (dopo lucidatura e pulizia)
agente distaccante esterno	Tipo siliconico	ModelloKL-200; Tipo generale; Quantità di rivestimento 10 g/m²
	Fluorocarburi	Modello: FC-302; Tipo PTFE; Resistente alle alte temperature con basso residuo; Quantità di rivestimento: 10 g/m²
	Tipo ceroso	Modello W-401; Tipo di cera sintetica in polietilene; Modello economico; Quantità di rivestimento 10 g/m²

 

2.2 Parametri del processo di test

Utilizzando il metodo a-variabile singola, i parametri del processo di pressatura dello stampo sono stati fissati: temperatura 130 gradi, pressione 600 kN, tempo di mantenimento della pressione 720 s, velocità di chiusura dello stampo 15 mm/s. Dopo 20 minuti di indurimento, lo stampo è stato raffreddato e sformato. Ciascun gruppo di test è stato ripetuto 5 volte e il valore medio è stato preso per ridurre gli errori.

2.3 Indicatori di valutazione della qualità della superficie

Fare riferimento agli standard di settore e selezionare 4 indicatori principali: ruvidità superficiale (Ra), brillantezza (angolo di 60 gradi), tasso di difetti (bolle statistiche, graffi, ecc.) e deviazione dimensionale (conforme allo standard ±0,3%). Tutti sono stati misurati con strumenti corrispondenti ed è stato preso il valore medio di più punti.

Rugosità superficiale (Ra): misurata con un rugosimetro. Minore è il valore, più liscia sarà la superficie.

Lucentezza: misurata con un lustrometro. Maggiore è il valore, migliore è la lucentezza.

Tasso di difetti: osservato al microscopio, calcolato in base alla percentuale di prodotti difettosi.

Deviazione dimensionale: misurata con una macchina di misura a tre-coordinate. Minore è la deviazione, maggiore è la precisione dimensionale.

 

 

3 Risultati dei test e analisi

 

3.1 Legge che influenza la precisione dello stampo sulla qualità della superficie dei prodotti stampati di SMC

 

Quando l'agente distaccante fluorocarburico è fissato, i risultati del test mostrano che la precisione dello stampo prevale sulla qualità della superficie e maggiore è la precisione, migliore è l'effetto:

 

(1) Rugosità superficiale:I prodotti ad alta precisione hanno Ra=0.22 μm, precisione media 0,65 μm e bassa precisione 1,85 μm. A causa dell'effetto di replica della forma della cavità dello stampo, gli stampi a bassa precisione tendono a provocare rugosità superficiale e a esporre le fibre.

 

(2) Lucentezza:I prodotti ad alta-precisione hanno una lucentezza di 98GU, i prodotti a media-precisione hanno 82GU e i prodotti a bassa-precisione hanno 58GU. Più la cavità è liscia, più uniforme sarà la riflessione della luce e maggiore sarà la brillantezza.

 

(3) Tasso di difetti:Alta precisione 0,1%, media precisione 0,8%, bassa precisione 4,7%. Gli stampi a bassa precisione presentano ampi errori di guida e cavità ruvide, che tendono a intrappolare aria e generare bolle e graffi.

 

(4) Deviazione dimensionale:Alta precisione ±0,12%, media precisione ±0,23%, bassa precisione ±0,38% (superiore allo standard), precisione dello stampo insufficiente con conseguente disallineamento durante la chiusura e deviazione dimensionale.

3.2 Modello di influenza dei tipi di agenti distaccanti sulla qualità della superficie dei prodotti stampati di SMC

Quando lo stampo ad alta-precisione viene fissato, gli effetti dei diversi agenti distaccanti variano in modo significativo. La classifica completa delle prestazioni è: tipo fluorocarburo > tipo silicone > tipo cera:

(Tipo di fluorocarburo): l'effetto di sformatura è il migliore, senza residui, Ra=0.22 μm, lucentezza 98GU, tasso di difetti inferiore o uguale allo 0,2%, resistenza alle alte temperature, adatto per prodotti di fascia alta-, solo con costi più elevati e requisiti di rivestimento rigorosi;

(2) Tipo di silicone: ha una forte versatilità e un costo moderato, consentendo molteplici processi di sformatura. Tuttavia, la superficie è soggetta a pellicola siliconica residua, con conseguente leggera diminuzione della lucentezza, con Ra=0.35 μm, un tasso di difetti dello 0,5% e richiede una pulizia secondaria. È adatto per prodotti di fascia media-.

 

(3) A base di cera-: il costo è il più basso, ma le prestazioni di sformatura sono scarse, la formazione della pellicola non è uniforme ed è facile che si formino residui. La lucentezza è di circa 59GU, Ra=0.82 μm, il tasso di difetti è dell'1,8% e ha una buona resistenza al calore, ma è adatto solo per componenti strutturali di fascia bassa-.

 

3.3 Legge di influenza sinergica tra precisione dello stampo e tipo di agente distaccante

C’è un significativo effetto sinergico tra i due. La precisione dello stampo è il fattore dominante e l'agente distaccante è il fattore di ottimizzazione. L'effetto principale della combinazione è il seguente:

(1) Tipo ad alta precisione + fluorocarburo: la combinazione ottimale, Ra=0.22 μm, lucentezza 98GU, tasso di difetti inferiore o uguale allo 0,1%, che soddisfa i requisiti dei prodotti di fascia alta-;

 

(2) Alta precisione + base silicone/cera-: l'effetto è scarso. L'agente distaccante residuo annulla i vantaggi dello stampo, impedendo la piena realizzazione del valore di alta precisione.

 

(3) Tipo di precisione media + fluorocarbonio: bilancia costi e qualità, Ra=0.65 μm, lucentezza 82GU, tasso di difetti 0,8%, adatto per prodotti di fascia media-;

 

(4) Precisione media + tipo silicone/cera: l'effetto è medio, con un tasso di difetto compreso tra 1,2% e 2,5%. È adatto per prodotti di fascia media-con requisiti relativamente bassi in termini di aspetto.

 

(5) Bassa precisione + agente distaccante arbitrario: l'effetto è il peggiore. Ra Maggiore o uguale a 1,8 μm, tasso di difetto maggiore o uguale al 4,5%. È adatto solo per componenti strutturali senza requisiti di qualità.

 

4 Analisi dei meccanismi

4.1 Meccanismo di replica morfologica e controllo dimensionale di Mold Precision

La cavità dello stampo determina la levigatezza superficiale del prodotto attraverso l'effetto di replica morfologica. Gli stampi ad alta-precisione consentono un flusso regolare della resina e una distribuzione uniforme delle fibre, risultando in una superficie più liscia; attraverso l'effetto di trasferimento delle dimensioni, la precisione dimensionale viene controllata. Gli stampi ad alta-precisione presentano piccoli errori di guida e possono evitare una chiusura irregolare dello stampo e residui di bolle, riducendo le deviazioni dimensionali; gli stampi a bassa-precisione sono soggetti a vari difetti.

4.2 Meccanismo di isolamento dell'interfaccia degli agenti di rilascio

Gli agenti distaccanti ottengono la sformatura riducendo la tensione interfacciale attraverso la formazione di uno strato isolante: gli agenti distaccanti a base di fluorocarburi- hanno una bassa energia superficiale, formano pellicole dense senza residui e sono resistenti alle alte temperature, garantendo la qualità della superficie;

gli agenti distaccanti a base di silicone- hanno un buon potere lubrificante ma sono soggetti a pellicole di silicone residue, che influiscono sulla successiva lavorazione; gli agenti distaccanti a base di cera-formano pellicole irregolari e hanno scarsa resistenza alle alte-temperature, sono soggetti a residui e causano difetti.

4.3 Meccanismo di effetto sinergico dei due

Il fulcro della sinergia è "predominio della precisione e sformatura ottimizzata": gli stampi ad alta-precisione forniscono le basi per la qualità della superficie, consentendo all'agente distaccante di diffondersi uniformemente; Gli agenti distaccanti ad alte-prestazioni compensano la mancanza di precisione dello stampo, riducendo l'attrito e l'adesione allo stampo. L’abbinamento dei due può aumentare sinergicamente l’efficienza, mentre il contrario comporta l’annullamento reciproco dei vantaggi e una ridotta qualità della superficie.

 

5. Conclusione e raccomandazioni

 

5.1 Conclusione fondamentale

La precisione dello stampo è il fattore dominante. Gli stampi ad alta-precisione possono migliorare significativamente la qualità della superficie, mentre gli stampi a bassa-precisione non sono in grado di soddisfare le esigenze delle applicazioni-di fascia alta.

Il tipo di distaccante è un importante fattore di ottimizzazione. Le prestazioni complete sono le seguenti: tipo fluorocarburico > tipo siliconico > tipo ceroso, adatto a prodotti di diversi gradi.

L’effetto sinergico dei due è significativo. La combinazione ottimale è alta precisione + tipo fluorocarburo, mentre la combinazione di precisione media + tipo fluorocarburo è la scelta ideale che bilancia costo e qualità.

L'effetto di replica della morfologia dello stampo e l'effetto di isolamento dell'interfaccia dell'agente distaccante determinano congiuntamente la qualità della superficie. L'abbinamento di questi due effetti può ottenere un miglioramento sinergico.

 

5.2 Suggerimenti sul processo produttivo

Per prodotti di fascia alta-: utilizza stampi ad alta-precisione e agenti distaccanti al fluorocarburo. La quantità di rivestimento dovrebbe essere controllata a circa 10 g/m². È necessaria una manutenzione regolare degli stampi.

 

Prodotti di fascia media-: utilizza il tipo a precisione media + fluorocarburo o il tipo ad alta precisione + silicone. Per il tipo in silicone è necessario un ulteriore processo di pulizia secondaria.

 

Componenti strutturali di fascia bassa-: sarà sufficiente selezionare materiali a base di-bassa precisione + cera-, controllare i parametri di stampaggio e soddisfare i requisiti di utilizzo di base.

 

Durante la produzione viene regolarmente controllata la precisione degli stampi, pulite le cavità e standardizzato il processo di rivestimento dell'agente distaccante. Viene adottata una corrispondenza ragionevole di questi due fattori per ottenere una produzione di alta-qualità e a basso-costo.