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摘 要：本文首先介绍了净化槽的使用环境并简述了净化槽壳体的相关性能要求;其次介绍了片状模塑料（SMC）模压的成型设备与工艺并分层次论述了净化槽壳体模压生产过程，包括去除SMC保护膜、片材测量、剪裁折叠、抓取输送、SMC模压成型、整修、开孔、堆垛的设备的类型和结构，工作原理和工序顺序，同时介绍了壳体模压采用的相关工艺;最后总结了净化槽壳体制造过程。
关键词：SMC片材 净化槽壳体 模压成型
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0111-03
净化槽是一种一体化生物处理小型生活污水处理装置。它出水稳定、运行及维护成本低廉。专门用于家庭住宅内的粪便、厨房排水、洗衣排水和洗浴排水等生活污水处理和净化。主要在排水管网不能覆盖、污水无法纳入集中处理设施进行统一处理的地域使用。特别适宜地形复杂、住宅分散的生活污水处理。为了使净化槽在复杂环境中正常运转，它的外壳必须具有一定的结构强度和耐用性，壳体的质量直接决定了净化槽的寿命。
净化槽壳体采用玻璃纤维增强复合塑料材质，是由片状模塑料通过模压工艺制成。FRP作为复合材料的一种，有独特的性能优势，具有比强度高、耐疲劳性能好、减震性能好、破损安全性好、耐化学腐蚀、电性能好、导热率低、膨胀系数小、颜色可控、成型工艺性优越等特性。
1 SMC模压成型设备与工艺
SMC模压成型过程发生了化学变化，其目前生产上片状模塑料的成型主流的成型方法就是利用金属对模在一定压力及温度等条件下压制（见图1、图2）。片材的剪裁须符合一定的要求，例如成型压制所需的形状和层数，首先，须将片材两面的保护薄膜去除，按工艺要求由人工或自动化机械叠合之后置于模具上工艺要求的适当位置，其次按规定的工艺参数加温加压成型。高质量复合材料模压制品高度依赖使用的复合材料压力机和对应的模具，工艺条件必须严格控制和监控，其成型工序包括SMC剪切、料坯制作、清理金屬膜、刷脱模剂、投料、闭模、加压、保压、启模、脱模、取出产品、修边等。
1.1 模压前片材准备注意事项
1.1.1 片材质量检查
料薄膜剥离性，硬度及质量和均匀性等与片材质量密切相关的参数和材料性能对模压成型过程及制品质量控制至关重要。因此，模压前有必要掌握透彻。
1.1.2 去除SMC片材保护膜
对SMC片材进行裁剪之前必须去除片材的表护膜。
1.1.3 SMC加料与剪裁
切断完成的片材用真空吸盘吊具由“测重切断平台”输送到“剪切折叠平台”进行剪裁和折叠，根据制品的形状结构和折叠后的片材在模具上的摆放位置来决定片材剪裁的尺寸和片材经过折叠后的形状，为了提高工人工作便利性以提高生产效率可以使用激光将不同产品所需的裁剪尺寸投影到平铺的片材上，然后由工作人员按照投影形状尺寸进行剪裁折叠。每一个模压产品的投料量在第一次试压制时可按投料量等于单一产品体积乘1.8来计算;加料面积的大小，会对制品的密度情况，投料在模具中流动距离以及模压结束后产品的表面质量产生直接影响，与片材本身的流动性、固化特性、制品的性能参数要求以及模具结构有关系。在加料面积参数上，过小的加料面积会因流程过长而导致玻纤取向，降低强度，增加波纹度，甚至不能充满模腔;反之则不利于排气，易产生制品内裂纹，通常加料面积控制在40%～80%之间。为防止外界杂质的污染，作业场地应保持洁净。
1.1.4 加料位置与方式
制品的外观，强度与方向性直接受到投料位置与方式的影响。加料位置应在模腔的中部，而对于非对称复杂制品，投料位置须确保成型时料流同时达到模具成型内腔各端部，还要有利于排气。多层片材叠合时，最好将料块按上小下大呈宝塔形叠置。料块分开加会产生空气裹集和熔接区从而导致制品强度下降。
片材自动剪裁折叠后由剪裁折叠平台输送至片材抓取位置，平台旋转并升高，多连杆机械臂抓取片材，机械臂移动至压力机开口并伸长，投下SMC片材。
为增加片材在模具型腔中的流动性，在投料前，可在100℃或120℃下对模具进行预热。这对成型净化槽壳体尤其有利。
1.2 模压成型
1.2.1 模压设备准备
工艺人员及操作者须熟悉压机的各项性能及操作参数，复合材料压机的工作压力，压机运行速度及台面平行度等要根据制件的需求设置并调整测试好。模具安装必须水平，确保安装位置在压机台面的中心位置，模压前须先彻底清理模具，并涂脱模剂。加料前要用干净纱布将脱模剂擦均，以免影响制品外观质量。对于新模具，用前必须去油。
1.2.2 模压成型过程
按照工艺参数剪裁、称重并折叠后的“塔形”块料由人工或者自动化投料机械投入下模具符合模压成型工艺的位置，模压机上模具先快速下行，当上、下模快要吻合时，上模具减速缓缓下行，缓慢施加所需成型压力，模具型腔内在一定的压力、温度下，经过一定时间的固化后，产品成型结束。模压成型过程中合理地选定各种成型工艺参数及压机操作条件，可以降低收缩率，有效地改善制品的表面质量。
1.2.3 模压成型温度相关参考条件
片材的树脂糊的固化体系，制品的厚度及结构要求，工厂的生产效率等因素决定了模具型腔内的成型温度。想要实现片材完全固化并保证制品结构及表面的质量其成型温度必须保证固化体系引发、交联反应的顺利进行。净化槽壳体的成型温度在140℃左右。提高模压成型温度，可适当缩短相应的固化时间，但如果模温过高，熔融物反应快，固化快，不易流动，使压力失效，造成制品尺寸欠缺;反之，当成型温度降低时，则需延长相应的固化时间，但如果模温太低，固化不完全，达不到理想的性能;成型温度应在最高固化速度和最佳成型条件之间权衡选定，通常在120℃～155℃之间。此外，如果温度不均匀，也会造成制品局部有缺陷。 SMC的收缩主要由两部分组成：一是由固化反应收缩引起的体积减小，另一是由温度降低引起的热收缩。与热膨胀相比收缩占主导地位，随着温度的升高，制品表現出收缩率增加的趋势。因此，应当在能够保证固化体系引发、交联反应的顺利进行和实现完全固化的前提下，使用较低的成型温度，以利于降低收缩率，得到最好的表面质量。
1.2.4 成型压力
片状模塑料越稠、流动性越差、加料面积越小，所需的成型压力就越大。首先要选择合适的成型压力，若压力过大，则会产生应力，造成制品产生裂纹等缺陷;如果压力过小，则制品收缩率大，外观不好，也会产生纤维取向应力等问题。成型压力也与制品的形状结构有关。例如，对于一些结构复杂或大型薄壁制品，在成型时需要较高的成型压力，但过高的压力会增加缩孔形成的可能性。
净化槽壳体所需压力计算（以5人槽为例）：
F=P×S=7MPa×2190mm×1120mm=17169.6kN
F——压力。
P——单位面积受到的力（净化槽壳体P=7MPa）。
S——壳体投影面积。
17169.6KN换算为压力机所需吨位为1752t，考虑压力机效率等因素需要2000t以上压力机。
除了压力以外，其次还要选择好的加压时机，再次成型压力的大小与模具结构也有关系，最后还要卸压放气。应在充满模腔的前提下，宜采用较低的成型压力，以利于表面质量的提高。
1.2.5 固化时间
片状模塑料的性质、固化体系、成型温度及制品厚度和颜色等有关因素均可影响片状膜塑料在成型温度下的固化时间即保温保压时间，同时还与不稳定导热时间，即热源通过模具向模腔中心传热，使模腔中心部位的模压料温度达到其化学反应温度时所需的时间有关。保压时间应与成型压力、成型温度同时考虑，根据各种影响因素，一般采用保压时间为每毫米厚的制品0.8～1.2min，对3mm以上厚制品，每增加4mm，固化时间增加1min。保压时间过长或过短，都会产生不良影响。
通过优化SMC模压工艺来控制制品收缩率和表面粗糙度，采取两阶段模压压力，通过试验分析，选定最佳时机和压力，适宜降低模压温度，可显著降低SMC制品的固化收缩率，提高表面质量。
1.2.6 SMC模压成型设备
SMC模压成型设备主要包括复合材料压力机和模具。压机的作用是施加成型的压力和开模脱出制品的脱模力。而模具赋予模压制品的外部尺寸与形状。
SMC专用液压机是生产净化槽壳体最关键的生产设备。它应具有以下特点：
（1）较大拔模力，并且具有慢速微开模功能（防止壳体撕裂拉伤）。
（2）保压稳定，多阶段速度设定和无极调速功能，可对预压、加压、保压等阶段的速度、压力、位置、时间等参数进行设定。
（3）完善的排气功能。
根据SMC 模压成型过程中“料”、“机”、“模”、“技”四位一体的综合开发与运行原则务必将专用液压机纳入重点设备来进行系统性维护维修管理，将被动的异常故障维修逐步变为以预防为主的计划维修管理以便提高生产管理效率。
1.3 制件的取出
模压成型结束后由真空吸盘吊具伸入到制件上方将制件垂直取出后输送到壳体人工整修工位。
1.4 壳体整修、壳体检查
壳体输送至人工整修工位后壳体整修工装升起，壳体被放置在壳体整修工装上，此时工装旋转并由人工用角磨机和壁纸刀对飞边、毛刺进行清除，同时对壳体的模压质量进行检查。此过程工作人员须戴防护面罩。
对于整修完成并且外观无质量问题的壳体就可以送去开孔。
1.5 壳体开孔及壳体码垛
壳体由自动开孔机开孔后升降平台下降，由输送带送至升降机上，由升降机和码垛机配合完成壳体码垛，最后由叉车转运。
2 结语
净化槽壳体从SMC片材制造到模压结束虽然工艺过程并不复杂，但要模压成型高质量的净化槽壳体，不仅要使用合适的复合材料压力机、模具还要配合高效稳定的片材制备机组，严格控制和监控各项工艺参数，制造环境及条件;同时要进行大量的试验包括SMC片材添加剂组分的配比试验、化学实验，还有成型完成后所必须的物性实验，通过对数据的积累吃透SMC制造及成型的相关工艺，最终保证产品质量并且使其具有良好的一致性。
参考文献
[1] 曹国英.机械制造过程中的热处理工艺分析[J].南方农机，2019，50（20）：149.
[2] 陈国伟.关于机械制造工艺过程可靠性分析[J].技术与市场，2019，26（6）：133，135.
[3] 陈日新，徐清华.关于机械制造的生产过程及加工工艺研究分析[J].科技创新导报，2019，16（12）：124，126.
关键词：SMC片材 净化槽壳体 模压成型
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0111-03
净化槽是一种一体化生物处理小型生活污水处理装置。它出水稳定、运行及维护成本低廉。专门用于家庭住宅内的粪便、厨房排水、洗衣排水和洗浴排水等生活污水处理和净化。主要在排水管网不能覆盖、污水无法纳入集中处理设施进行统一处理的地域使用。特别适宜地形复杂、住宅分散的生活污水处理。为了使净化槽在复杂环境中正常运转，它的外壳必须具有一定的结构强度和耐用性，壳体的质量直接决定了净化槽的寿命。
净化槽壳体采用玻璃纤维增强复合塑料材质，是由片状模塑料通过模压工艺制成。FRP作为复合材料的一种，有独特的性能优势，具有比强度高、耐疲劳性能好、减震性能好、破损安全性好、耐化学腐蚀、电性能好、导热率低、膨胀系数小、颜色可控、成型工艺性优越等特性。
1 SMC模压成型设备与工艺
SMC模压成型过程发生了化学变化，其目前生产上片状模塑料的成型主流的成型方法就是利用金属对模在一定压力及温度等条件下压制（见图1、图2）。片材的剪裁须符合一定的要求，例如成型压制所需的形状和层数，首先，须将片材两面的保护薄膜去除，按工艺要求由人工或自动化机械叠合之后置于模具上工艺要求的适当位置，其次按规定的工艺参数加温加压成型。高质量复合材料模压制品高度依赖使用的复合材料压力机和对应的模具，工艺条件必须严格控制和监控，其成型工序包括SMC剪切、料坯制作、清理金屬膜、刷脱模剂、投料、闭模、加压、保压、启模、脱模、取出产品、修边等。
1.1 模压前片材准备注意事项
1.1.1 片材质量检查
料薄膜剥离性，硬度及质量和均匀性等与片材质量密切相关的参数和材料性能对模压成型过程及制品质量控制至关重要。因此，模压前有必要掌握透彻。
1.1.2 去除SMC片材保护膜
对SMC片材进行裁剪之前必须去除片材的表护膜。
1.1.3 SMC加料与剪裁
切断完成的片材用真空吸盘吊具由“测重切断平台”输送到“剪切折叠平台”进行剪裁和折叠，根据制品的形状结构和折叠后的片材在模具上的摆放位置来决定片材剪裁的尺寸和片材经过折叠后的形状，为了提高工人工作便利性以提高生产效率可以使用激光将不同产品所需的裁剪尺寸投影到平铺的片材上，然后由工作人员按照投影形状尺寸进行剪裁折叠。每一个模压产品的投料量在第一次试压制时可按投料量等于单一产品体积乘1.8来计算;加料面积的大小，会对制品的密度情况，投料在模具中流动距离以及模压结束后产品的表面质量产生直接影响，与片材本身的流动性、固化特性、制品的性能参数要求以及模具结构有关系。在加料面积参数上，过小的加料面积会因流程过长而导致玻纤取向，降低强度，增加波纹度，甚至不能充满模腔;反之则不利于排气，易产生制品内裂纹，通常加料面积控制在40%～80%之间。为防止外界杂质的污染，作业场地应保持洁净。
1.1.4 加料位置与方式
制品的外观，强度与方向性直接受到投料位置与方式的影响。加料位置应在模腔的中部，而对于非对称复杂制品，投料位置须确保成型时料流同时达到模具成型内腔各端部，还要有利于排气。多层片材叠合时，最好将料块按上小下大呈宝塔形叠置。料块分开加会产生空气裹集和熔接区从而导致制品强度下降。
片材自动剪裁折叠后由剪裁折叠平台输送至片材抓取位置，平台旋转并升高，多连杆机械臂抓取片材，机械臂移动至压力机开口并伸长，投下SMC片材。
为增加片材在模具型腔中的流动性，在投料前，可在100℃或120℃下对模具进行预热。这对成型净化槽壳体尤其有利。
1.2 模压成型
1.2.1 模压设备准备
工艺人员及操作者须熟悉压机的各项性能及操作参数，复合材料压机的工作压力，压机运行速度及台面平行度等要根据制件的需求设置并调整测试好。模具安装必须水平，确保安装位置在压机台面的中心位置，模压前须先彻底清理模具，并涂脱模剂。加料前要用干净纱布将脱模剂擦均，以免影响制品外观质量。对于新模具，用前必须去油。
1.2.2 模压成型过程
按照工艺参数剪裁、称重并折叠后的“塔形”块料由人工或者自动化投料机械投入下模具符合模压成型工艺的位置，模压机上模具先快速下行，当上、下模快要吻合时，上模具减速缓缓下行，缓慢施加所需成型压力，模具型腔内在一定的压力、温度下，经过一定时间的固化后，产品成型结束。模压成型过程中合理地选定各种成型工艺参数及压机操作条件，可以降低收缩率，有效地改善制品的表面质量。
1.2.3 模压成型温度相关参考条件
片材的树脂糊的固化体系，制品的厚度及结构要求，工厂的生产效率等因素决定了模具型腔内的成型温度。想要实现片材完全固化并保证制品结构及表面的质量其成型温度必须保证固化体系引发、交联反应的顺利进行。净化槽壳体的成型温度在140℃左右。提高模压成型温度，可适当缩短相应的固化时间，但如果模温过高，熔融物反应快，固化快，不易流动，使压力失效，造成制品尺寸欠缺;反之，当成型温度降低时，则需延长相应的固化时间，但如果模温太低，固化不完全，达不到理想的性能;成型温度应在最高固化速度和最佳成型条件之间权衡选定，通常在120℃～155℃之间。此外，如果温度不均匀，也会造成制品局部有缺陷。 SMC的收缩主要由两部分组成：一是由固化反应收缩引起的体积减小，另一是由温度降低引起的热收缩。与热膨胀相比收缩占主导地位，随着温度的升高，制品表現出收缩率增加的趋势。因此，应当在能够保证固化体系引发、交联反应的顺利进行和实现完全固化的前提下，使用较低的成型温度，以利于降低收缩率，得到最好的表面质量。
1.2.4 成型压力
片状模塑料越稠、流动性越差、加料面积越小，所需的成型压力就越大。首先要选择合适的成型压力，若压力过大，则会产生应力，造成制品产生裂纹等缺陷;如果压力过小，则制品收缩率大，外观不好，也会产生纤维取向应力等问题。成型压力也与制品的形状结构有关。例如，对于一些结构复杂或大型薄壁制品，在成型时需要较高的成型压力，但过高的压力会增加缩孔形成的可能性。
净化槽壳体所需压力计算（以5人槽为例）：
F=P×S=7MPa×2190mm×1120mm=17169.6kN
F——压力。
P——单位面积受到的力（净化槽壳体P=7MPa）。
S——壳体投影面积。
17169.6KN换算为压力机所需吨位为1752t，考虑压力机效率等因素需要2000t以上压力机。
除了压力以外，其次还要选择好的加压时机，再次成型压力的大小与模具结构也有关系，最后还要卸压放气。应在充满模腔的前提下，宜采用较低的成型压力，以利于表面质量的提高。
1.2.5 固化时间
片状模塑料的性质、固化体系、成型温度及制品厚度和颜色等有关因素均可影响片状膜塑料在成型温度下的固化时间即保温保压时间，同时还与不稳定导热时间，即热源通过模具向模腔中心传热，使模腔中心部位的模压料温度达到其化学反应温度时所需的时间有关。保压时间应与成型压力、成型温度同时考虑，根据各种影响因素，一般采用保压时间为每毫米厚的制品0.8～1.2min，对3mm以上厚制品，每增加4mm，固化时间增加1min。保压时间过长或过短，都会产生不良影响。
通过优化SMC模压工艺来控制制品收缩率和表面粗糙度，采取两阶段模压压力，通过试验分析，选定最佳时机和压力，适宜降低模压温度，可显著降低SMC制品的固化收缩率，提高表面质量。
1.2.6 SMC模压成型设备
SMC模压成型设备主要包括复合材料压力机和模具。压机的作用是施加成型的压力和开模脱出制品的脱模力。而模具赋予模压制品的外部尺寸与形状。
SMC专用液压机是生产净化槽壳体最关键的生产设备。它应具有以下特点：
（1）较大拔模力，并且具有慢速微开模功能（防止壳体撕裂拉伤）。
（2）保压稳定，多阶段速度设定和无极调速功能，可对预压、加压、保压等阶段的速度、压力、位置、时间等参数进行设定。
（3）完善的排气功能。
根据SMC 模压成型过程中“料”、“机”、“模”、“技”四位一体的综合开发与运行原则务必将专用液压机纳入重点设备来进行系统性维护维修管理，将被动的异常故障维修逐步变为以预防为主的计划维修管理以便提高生产管理效率。
1.3 制件的取出
模压成型结束后由真空吸盘吊具伸入到制件上方将制件垂直取出后输送到壳体人工整修工位。
1.4 壳体整修、壳体检查
壳体输送至人工整修工位后壳体整修工装升起，壳体被放置在壳体整修工装上，此时工装旋转并由人工用角磨机和壁纸刀对飞边、毛刺进行清除，同时对壳体的模压质量进行检查。此过程工作人员须戴防护面罩。
对于整修完成并且外观无质量问题的壳体就可以送去开孔。
1.5 壳体开孔及壳体码垛
壳体由自动开孔机开孔后升降平台下降，由输送带送至升降机上，由升降机和码垛机配合完成壳体码垛，最后由叉车转运。
2 结语
净化槽壳体从SMC片材制造到模压结束虽然工艺过程并不复杂，但要模压成型高质量的净化槽壳体，不仅要使用合适的复合材料压力机、模具还要配合高效稳定的片材制备机组，严格控制和监控各项工艺参数，制造环境及条件;同时要进行大量的试验包括SMC片材添加剂组分的配比试验、化学实验，还有成型完成后所必须的物性实验，通过对数据的积累吃透SMC制造及成型的相关工艺，最终保证产品质量并且使其具有良好的一致性。
参考文献
[1] 曹国英.机械制造过程中的热处理工艺分析[J].南方农机，2019，50（20）：149.
[2] 陈国伟.关于机械制造工艺过程可靠性分析[J].技术与市场，2019，26（6）：133，135.
[3] 陈日新，徐清华.关于机械制造的生产过程及加工工艺研究分析[J].科技创新导报，2019，16（12）：124，126.