一、前言
图1高速摩托艇
如图1所示的某高速摩托艇以发动机为动力，具有自重轻、吃水浅、回旋半径小、动力大、能耗低、操纵机动灵活、速度快、抗浪性好、低噪声、故障率低等特点。主要应用在体育运动、旅游休闲等方面，是一种高级休闲产品，在国外使用较为广泛，目前国内使用的产品主要靠进口。
利用UGNX作为设计平台开发出的高速摩托艇，是一种小型采用喷射推进的高速动力艇，其时速可高达100公里以上。该摩托艇由艇身、发动机、喷射单元、控制系统、操纵系统、储物箱等部分组成。该摩托艇采用的是SMC整体复合成型船体、10000转/分的ECU电喷高速发动机、导管式螺旋桨喷射推进的船机桨系统，所采用的这些技术在国内均处于领先水平。下述重点讲解利用UGNX的模具设计制造工程专家系统在该产品的核心关键部件艇身和发动机缸体开发过程中的一些关键技术应用进行简要介绍。
本文以UGNX为模具CAD专家系统设计平台，说明模具CAD专家系统在该高速摩托艇艇身SMC压缩模成型、10000r/min的铝合金高速发动机缸体压铸模具设计制造等工程中的应用，同时提供了相关的模具成型工艺方面的实用经验。应用模具CAD专家系统设计提高模具的设计效率和模具设计质量对于提高企业的经济效益具有非常重要的意义，同时对于提升我国模具基础行业的设计应用开发水平，提高国家的核心技术的综合竞争力有着重要的影响。
二、UGNX平台下艇身SMC压缩成型模具
在热固性塑料成型中，热流道压缩模应用占据了较大的比例。如利用SMC成型车身覆盖件等。压缩模的设计可以充分利用了UGNX的曲面造型设计、装配设计以及UGNX注塑模具向导中的模具分模功能设计模块。由于热压模和压铸模在模具的结构设计上与注塑模有相似的地方，因此在进行某艇身SMC热压复合模具设计时，充分利用模具设计的相似性解决模具分模，模具结构设计方面的设计工作。对于大型模具的设计，利用UGNX的集成功能可以大幅度减少设计的工作量，同时可以非常快速的检测出压缩模设计方面的间隙控制等关键要素。
图2摩托艇艇身模具设计制造与实物
如图2所示为SMC模压成型的艇身下船体模具结构示意图以及模压出的产品。该模具结构为半封闭式、油循环加热成型艇身。此种结构较开放式、电加热型模具，其产品重量可以严格控制、无飞边、壁厚一致性好、加热均匀、维修维护方便、模压能耗低等多种优点。
某艇身覆盖件是目前国内最大的SMC模压件，加上其外形结构复杂、镶嵌件多、成型难度高、配合精度高、耐海水腐蚀等要求；同时承受着艇的各种运行工况作用，因而要求重量轻、比强度高。采用传统的手糊成型工艺不仅产品质量差、技术含量低、一致性差，而且存在劳动强度高、生产效率低、制造成本高等缺陷。艇身采用SMC片状模塑料压制成型，填补了国内采用此种方法成型全SMC复合材料艇身的空白。采用钢板拼焊整体模具设计制造，通过油循环加热实现SMC艇身的热模压，实现SMC艇身的大批量无余量生产。SMC模压最核心的主要依赖于模具的结构设计、模压的时间、压力温度等工艺参数的合理制定、热变形的校正措施等。
压缩模塑前的准备的工作包括模具调整、预压。压缩模塑过程中对于大的嵌件应预热；关键是加料量应准确。凸模为接触塑料前应快，接触后要慢。排气应安排在塑料未固化前，速度要快。固化速度和固化程度要适当，使制品性能好，生产效率高。要控制两个参数是固化速度和固化程度。固化速度过快容易导致充模不满；过慢则生产周期长，生产效率低。固化程度不足则导致力学强度、耐蠕变性、耐热性、化学性能下降；固化过度则导致力学强度不高，脆性大，变色，表面有气泡。脱模剂的选用在每件制品模压前也起着重要的作用，同时在模具清理时可用铜刀或铜刷去除残留物，用压缩空气吹净模具。
压缩模塑成型的压力在整个成型过程中，压力的变化与压缩模类型有关。成型压力主要根据塑料种类、塑料形态、制品形状及尺寸、成型温度和压缩模结构等确定。提高压力，利于充模，但太高，易损坏嵌件与模具。成型时模具温度，比热塑性塑料模温更重要。型腔内热固性塑料最高温度大于模具温度；热塑性塑料低于模温。模压时间与成型温度有关，成型温度越高，时间越短。还与塑料种类、制品形状及厚度、压缩模结构、预压和预热、成型压力等有关。模压时间太长，会产生过熟，导致制品强度下降，过短，则欠熟。
艇身SMC模压过程中的关键要素分别为填料、加压、温度、保温时间、起模、模具润滑等。其中SMC原材料对模压的有着重要的影响，如S35/1039/1046三种不同的材料，其模压的过程控制不同。如S35的材料，其综合机械性能高，纤维含量高且纤维丝较长，树脂含量低，其热模压时成型流动比较困难，因此在铺料时要求铺料要尽可能的均匀分布。1039则综合机械性能较低，树脂含量高，成型流动性好，但是脆性大。而1046这种类型的材料，综合机械性能适中，树脂含量和纤维含量适中，该材料的综合机械性能与成型工艺性能介入S35与1039之间，是比较适合大型薄壁壳体的成型的。从上述分析来看，在选择模压工艺前，首先要对纤维、树脂的含量对成型工艺性、机械性能等方面分析，从而能够比较好的确定其模压工艺参数与过程控制。
艇身SMC模压常见的缺陷主要包括重量超标或者过小、表面出现裂纹、表面光洁度不够、表面颜色不均匀且有些部位出现黄色、脱模不顺畅有时出现粘模的现象。针对上述情况在试模时的填料在理论计算的基础上通过工艺试验验证的方法进行合理的控制，同时配制样板在SMC板料的基础上对填料进行控制下料称重。模具表面温度通过温度测量计对多处关键点的温度进行测量，根据温度分布均匀的需要，对模具加温和流道等进行合理的设计制造来保证，在设计初期可通过有限元模拟的方法对流道进行传热分析模拟优化设计，有效的保证了模压时模具温度的均匀一致性。针对模压后，由于产品取出后为高温达120度左右状态，因此对脱模后的产品为保证产品的外形和减小冷却过程中的变形，通过校形铺放工装有效的保证了产品的外观尺寸精度一致性要求。如下图所示为艇身模压出的实物图，经过装配粘接与水上试验，通过SMC成型的方式，不仅有效的减轻了整艇的重量，同时有效的保证了产品的密封性、行驶的稳定性和使用强度与疲劳要求。
