拉挤成型工艺自动化程度高、工艺稳定，随着玻璃钢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，玻璃拉挤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。玻璃钢拉挤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 玻璃钢拉挤模具设计加工
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
玻璃钢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40Cr，耐磨要求高的可选用Cr12、Cr12MoV、38CrMoAl等，型腔
表面硬度应大于HRC50，型腔表面粗糙度必须达到0.025-0.0800μm。为达到拉挤模具的工艺要求，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
玻璃钢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500-1500mm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°，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 玻璃钢拉挤模具的一些细节设计
(1)入口的设计
入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50mm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，玻璃钢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玻璃钢拉挤设备后部的牵引装置。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。
3 预成型设计加工
预成型部分可以说是拉挤生产的又一个重要组成部分，甚至可以说是技术含量最高的部分。预成型的主要作用是引导浸胶后的束状增强材料逐渐演变成接近拉挤最终产品的形状，同时挤去增强材料中多余的树脂以获得高体积含量的拉挤制品并排除带入材料中的气泡。预成型设计制作的好坏将很大程度上影响拉挤生产的顺利进行和产品的外观效果，例如产品尖角部位缺纱，毡走不到位等。预成型的设计可从以下几个方面进行考虑。
3.1 预成型的设计形式
目前拉挤生产常用到的预成型形式主要有两种，一种是板状预成型，一种是立体冷模预成型，当然也有将二者有机结合起来使用的，这个可根据不同产品的特点进行选择。
(1)板状预成型
板状预成型的设计原理是按照型材截面形状及增强材料配置形式，在板材上通过导毡槽和均匀布置的导纱孔将增强材料逐步引导成近似成型模腔形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模具，这样可以保证制品断面含纱量均匀。其优点是材料易得，加工方便，一般只需2～3道预成型。预成型板需要由耐磨、光滑材料制造，导毡槽及导纱孔应有倒角，其尺寸应略大于纱和毡的截面尺寸。对于材质偏软不耐磨的聚四氟乙烯板，导纱孔上可套
嵌金属环或瓷环。预成型是从简单到复杂逐渐过渡的，其过渡渐变空问约为0.5～1.5m，有的大型制品过渡空间会更长。对于箱体式预成型，其实是对板状预成型的改进，即将板状预成型上下及两侧相对密封起来，另外增加一台循环注胶泵，将外溢和挤出的胶循环注到箱体内，该方式的优点在于纤维及毡浸胶更充分，纤维张力更匀。缺点就是清理工作以及一些突发情况如断纱，处理起来要繁琐一些。
(2)立体冷模预成型
目前有一部分拉挤厂家使用的是立体冷模预成型，主要用于窗框型材等产品上。其优点主要在于包毡随形性好，纱毡等增强材料在进入模具以前已经定位准确，截面形状已经和模具型腔大体一样。设计原理是先将产品截面有机地分成若干部分，分别设计走毡和走纱的预成型通道，通道长度约150mm左右，毡在通过该通道后由平直状态逐渐变为所包覆部分的表面形状，而纱在其中一方面进行自身的定位，另一方面对毡的定位及渐变起到辅助夹持作用。这样通过2～3道预成型冷模后，内外毡及纱很好地组合在一起进入模腔。当然这种预成型的设计加工相对复杂，造价较高，有时要经过很多次机加工调整才能较好地实现走纱和包毡的任务，另外需要很多限纱、限毡的工装，否则纱和毡很难准确走到位。
3.2 预成型的细节设计
这里重点介绍关于板状预成型的一些细节设计，当然生产过程中很多时候光靠预成型定位成型还是不够的，还应同时根据具体情况作一些简易的辅助工装，如挑毡杆、分纱杆、压毡金属片、防止毡被胶液浸湿的护板等。这些辅助工装的存在使产品生产得更加顺利，减少了生产过程中事故的发生频率。对于板状预成型，要想保证增强材料行进顺利，产品外观饱满整齐，在设计过程中可注意以下细节设计：
(1)根据产品截面情况和含纱量的多少，使纱在截面各部位平均分布，截面越大的产品，纱束可进行多股并股，截面越小越薄的产品，纱束在预成型上应分布得越细，有利于截面各部分纱束定位准确；
(2)导毡槽的设计应遵循由平展到产品形状逐渐过渡的原则，尽量不要出现形状的突变，否则毡比较容易打折或窜位；
(3)导纱孔的大小要合适，过大起不到刮胶排气的作用，且预成型面积较大，在入模口附近不利于纱束在型腔中的均布；过小则走纱困难，容易堵纱。
导纱孔的设计应前后对应，层次分明，留出导毡槽的位置。很多时候考虑到预成型板上导纱孔的空间位置排布有限，因此一方面可以将部分导纱孔合并加工成长条孔，另一方面可依据产品截面情况将截面分成若干部分，然后再将每部分的导纱孔组的空问层次作些调整即可；
(4)产品具有尖角和小凸台的位置，在顸成型板的设计加工过程中或者将该部分导纱孔的位置和产品对应位置的角度作大些，或者在这些部位挑／压几根纱以防止该部位纱走不到位，出现粘模的情况；
(5)产品有内部叉口且要包毡时，制作预成型时相应部位可增加几个限毡的单股纱孔，防止又口部位的毡在入模时上下窜位；
(6)局部窄毡变形过渡困难时可参照立体冷模走毡思路，在预成型板上固定导毡的铜片或铝片，借以实现能导毡或导毡的同时又能导纱；
(7)板状预成型在设计时也不是一成不变的，可以根据产品的具体情况灵活设计，例如为了实现预成型截面形状的最小化和纱束排布得更均匀化，可以采用细铜管或钢管排布制作预成型。
4 结束语
拉挤在线生产的各个工序都是以模具及预成型为中心进行展开的，可以说玻璃钢拉挤模具及预成型设计加工的好坏直接决定了生产是继续还是停止。“工欲善其事，必先利其器”，只有设计加工的模具及预成型过关，再辅以合格的原材料、合适的工艺参数才能得到满意的产品。
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