樹脂基復合材料經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，現(xiàn)在在世界上已得到廣泛應用，特別是在汽車、建筑、電器、船舶、防腐容器等方面發(fā)展極為迅速，由于其具有良好的設計性和工藝性，且尺寸精確、穩(wěn)定性好等特點，在某些方面，已經(jīng)逐步取代金屬材料和傳統(tǒng)塑料，成為行業(yè)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(xiàn)的，一定程度上還依靠其制品的結構設計，任何一件先進產(chǎn)品，只有通過合理設計才能變?yōu)楝F(xiàn)實，所設計出產(chǎn)品的性能應最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(chǎn)品的壽命周期內(nèi)，用最低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)定功能，用最為優(yōu)化的設計方法，從若干可行方案中找到優(yōu)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(jīng)濟性。

SMC模壓成型工藝由于其制件尺寸精度高、外觀優(yōu)良、成型周期短、便于批量化生產(chǎn)，所以在復合材料工業(yè)中占有舉足輕重的地位[2]。在北美和歐洲，SMC在汽車中的應用非常廣泛。SMC在汽車工業(yè)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(fā)展，都是源于汽車工業(yè)的要求。廣義的說，汽車工業(yè)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?shù)脑O計，以維持零件的結構整體性。因此，在進行產(chǎn)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(nèi)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(jīng)測試，3mm的玻璃鋼試板的彎曲強度可以達到140MPa以上，基本可以滿足各種常規(guī)的強度要求。在特殊使用條件下，需要將產(chǎn)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，且容易出現(xiàn)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。但需注意的是，設計SMC制品時，盡量采用等厚度，因為壁厚不均易引起固化度不均而易產(chǎn)生變形，若必須變化壁厚的話，應逐漸平滑過度，不可有突變。

        1.2 皮紋

 現(xiàn)在部分汽車外飾產(chǎn)品，為了體現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品設計時盡量遵循以下原則：

 1）皮紋顆粒間的過渡必須盡量平緩，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。

 

圖1 皮紋設計示意圖

圖2 飛邊設計示意圖

    1.3 飛邊

    產(chǎn)品成型后，在產(chǎn)品周邊，模具上下模配合的部位會出現(xiàn)飛邊，必須通過后續(xù)加工打磨來去除。如果設計不好，飛邊嚴重的產(chǎn)品會導致產(chǎn)品質量和尺寸精度的降低，因此我們進行產(chǎn)品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。

    1.4 孔洞

    為了便于裝配或其他功能性需要，產(chǎn)品上不可避免的會設計一些孔洞，雖然這些孔洞可以通過模具直接成型，但為成型孔洞而設置的模具突起會影響片材在模具內(nèi)的流動，造成纖維流動取向、產(chǎn)品強度降低，為了避免這種情況發(fā)生，一般的孔洞均是通過二次加工實現(xiàn)，故在進行產(chǎn)品設計時應考慮二次加工方便且便于控制，故需盡量避免出現(xiàn)復雜形狀的孔和階梯孔等結構。

2 內(nèi)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(chǎn)品受力較大之處，以改善產(chǎn)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，兩側需有最小0.5º的斜度，以便于脫模。兩條平行加強筋的最小間距一般不能小于10mm。

圖3 加強筋設計示意圖

    在有加強筋交叉的部位，需在交叉出進行圓角過渡，并增大脫模角度，最好在模具設計時在該處增加頂出，便于產(chǎn)品脫模。