玻璃鋼船體分片成型工藝及對分段成型的探討

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引言
　　玻璃鋼船舶的生產(chǎn)工藝是伴隨著生產(chǎn)的發(fā)展而逐步進展的。我國在60年代至70年代前期，基本上是整體模具成型(早期為陽模，以后逐漸轉(zhuǎn)為使船體外表光潔的陰模)，期間雖然也曾有過半模成型法，但所采用的工藝仍為陽模，分兩半成型后在龍骨中剖面處采用機械連接再加包玻璃鋼，拼合后再打磨，上油漆，由于不能采用膠衣層，故而外表甚為粗糙。在整體成型時，工人作業(yè)條件差，質(zhì)量也難以保證。經(jīng)過研究，推出了分片組合(哈夫)式模具，帶定位和脫模裝置，并在模具下設輪子，可在地面軌道上移開和組合，但還是整體成型，只是脫模較為方便。70年代后期，隨著改革開放政策的實行，國外的工藝技術(shù)逐漸傳入，玻璃鋼造船工藝及造模工藝也有了發(fā)展，模具表面光潔度有了進一步提高，且把模具做成可任意移動位置(即改有軌式為無軌式)，分開后可轉(zhuǎn)動一定角度，以方便操作(見圖1)加上使用拋光技術(shù)，模具的表面質(zhì)量有了很大提高，保證了產(chǎn)品外觀的光潔美觀。在成型工藝上，過去很多生產(chǎn)廠習慣于一次成型完畢，好處是成型時間短、生產(chǎn)進度快，免去了二次成型的麻煩，但不足之處是操作人員多，勞動強度大，質(zhì)量不易控制。為保證質(zhì)量，有的單位采用了國外常用的多次成型法，即每次成型兩層增強材料，一條艇體分若干次成型完畢。這種施工方法的好處是質(zhì)量容易控制，但也存在一些問題如施工周期長，需采用專用的適于多次成型的樹脂，因而，在批量小、模具少的情況下不宜采用。

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　　隨著玻璃鋼造船業(yè)的不斷發(fā)展，玻璃鋼船的尺度不斷加大，一次成型的弊端日漸引起重視。例如一條9m長的救生艇，在成型艇體時需要近30人集中操作，進入艇體內(nèi)懸掛式操作架上工作的人較多，在成型龍骨部位時，還要跪著作業(yè)，勞動強度大，操作環(huán)境惡劣，工人要求改善作業(yè)條件的呼聲很高。為此，在組合式模具的基礎上，實行了分片操作、組合成型的新工藝。這種工藝是把組合式模具拆開，調(diào)整到一定角度，操作工人可就地站立及在模外搭設的跳板上操作，免除了跪式作業(yè)，減少了操作人員，通風狀況也有了改善。分別成型好后，在一定時間內(nèi)把模具拼合，再處理拼合的部份，即成為符合要求的艇體。這是大型玻璃鋼制品層糊作業(yè)工藝的一大進步，它對于成型尺寸日趨增大的船舶產(chǎn)品來說是具有一定意義的。由分片成型組合可進一步發(fā)展成大型船舶的分段分片成型組合，對于其它大型玻璃鋼制品的成型也有一定的借鑒作用?，F(xiàn)將有關情況介紹如下。
　　2分片成型工藝
　　2.1如何分片
　　操作上的分片實際上決定于模具的分片。模具的分片方式一般均是縱向分，多為對稱式，有分成2~3片的，也有分成4~5片的。分片的界面常設在難于脫模之處，如圖2所示。

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　　2.2 拼合區(qū)的設計
　　拼合區(qū)即分片作業(yè)后拼合時的膠接作業(yè)范圍。它是分片成型的重要部位，是拼合成型質(zhì)量成敗的關鍵所在，因此必須予以足夠的重視。拼合區(qū)由增寬區(qū)及兩旁的接縫區(qū)組成。它以模具拼縫為中線，向兩邊擴展一定距離(見圖3)，這段距離可通過計算確定，其算式為:


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　　b=2k(nla1+n2a2+n3a3+……)+c
式中：b為拼合區(qū)寬度(展開計算)(mm)；
k為厚度系數(shù)，通常取30～40；
n1……為各種規(guī)格增強材料尾數(shù)；
a1……為各種規(guī)格增強材料厚度(mm)；
c為接縫增寬，視部位而定，通常長≮100mm。
　　目前常用的增強材料大多是規(guī)格為0.18～0.24mm及0.4～0.5mm的玻璃布，并要用部分250~600g/m2的玻纖氈,為方便起見，可將上式簡化為：
　　b=2k(0.2n1+0.4n2)+c
　　式中將布厚度0.18~0.24mm的均按0.2mm計算，0.4～0.5mm以及玻纖氈(表面氈除外)均按0.4mm計算。若用氈量較多，應接前式分別計算。
　　例如，一船體殼板采用0.22mm布4層，0.4mm布9層，厚度系數(shù)k取35，接縫增寬c取120mm，則拼合區(qū)寬度為：
　　b=2×35(0.2×4+0.4×9)+120=428≈430mm
　　得出拼合區(qū)的寬度后，應在模具上分別作出接縫區(qū)及增寬區(qū)的標記，并在施工工藝卡上寫明。有時為了施工方便，也可適當改變拼合區(qū)寬度，但一般只宜放大，不宜縮小，如圖4。若接縫區(qū)在龍骨上部垂直面及拐角處，則將給拼合作業(yè)帶來不便，在這種情況下應加大拼合區(qū)寬度，使接縫區(qū)在艇底的平面上。

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　　2.3分片作業(yè)
　　主要過程是：
　　a)拆開組合式模具，擺放成便于作業(yè)的合適位置并加以固定。為方便操作，根據(jù)模具邊緣高度情況，適當搭設作業(yè)腳手架(見圖5)。


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　　b)清理模具，按常規(guī)方法對模具采取脫模措施。
　　c)上膠衣。為了保證拼合處的質(zhì)量，接縫增寬處暫不上膠衣，第一遍膠衣可上到超出接縫范圍，進入增寬區(qū)約20mm，第二遍膠衣則比第一遍膠衣縮進20mm，即正好在接縫區(qū)邊緣(見圖6)。


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　　d)層糊作業(yè)。當膠衣層固化到一定程度后即按常規(guī)操作工藝進行層糊作業(yè)。第一層增強材料鋪到接合區(qū)邊緣，即第二遍膠衣邊緣，以后的增強材料則逐層縮進，每層錯開10～15mm(視厚度而定，厚的錯開多些，錯開距離是厚度a與厚度系數(shù)k的乘積，通常至少10mm，ak之積不足10mm時，則取10mm)，直到全部層糊完畢。
　　e)固化后修整。
　　2.4 拼合作業(yè)
　　主要過程是：
　　a)拼合模具并仔細校核找正位置，在拼縫處作技術(shù)處理使之平整。
　　b)上肢衣。第一遍膠衣上在增寬區(qū)無膠衣范圍內(nèi)；第二遍膠衣則應擴大到分片成型時僅上一遍膠衣的區(qū)域上，與已成型的玻璃鋼層相接，使整個膠衣層厚度均勻，見圖7。
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　　c)層糊作業(yè)。先在膠衣層上涂刷一層樹脂，然后將按照拼合部位寬度裁剪好的玻璃布鋪上，注意必須使接岔處吻合，既不要過寬，造成重疊，也不應過窄，形成空隙(見圖8)，并要襯貼緊密，浸透樹脂，趕除氣泡。
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　　如此逐層操作，直到規(guī)定厚度后再加糊1～2層0.2mm的薄布，覆蓋在整個拼合區(qū)上，不便接縫外露(見圖9)。
d)固化后修整，即可按常規(guī)進行其它作業(yè)。


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　　2.5 注意事項
　　a)膠衣樹脂須一次配色并在調(diào)配時加入數(shù)量相同(或相近)的促進劑，以保證接合部位的膠衣層與艇體各分片的膠衣層色澤一致。
　　b)玻璃布兩邊的單、雙鎖邊均須剪去，以使各層玻璃布貼合緊密(現(xiàn)常州建材253廠已生產(chǎn)了毛邊玻璃布，無環(huán)形鎖邊，可省掉剪邊工序)。
　　c)在接合部位層糊玻璃布時，應將布盡量拉得平直再貼上去，各層間的接岔邊緣也應盡量平齊均勻，以保證接合部位的質(zhì)量。
　　d)分片作業(yè)時，應盡量防止樹脂滴沾在接合部位第一遍膠衣層和增寬區(qū)的模具暴露面上，必要時可用紙或薄膜等物遮蓋。
　　e)在拼合作業(yè)前應先檢查接合部位和增寬區(qū)范圍內(nèi)模具的潔凈狀況，去除浮灰和清除雜物，接合面上如有氣泡、毛刺及多余的纖維束、團和樹脂凝聚物時，應事先修整。
　　f)接合面上應分別不同情況作表面處理:
　?、俨捎贸Ｖ萁ú?53廠的189#樹脂:
　　253廠生產(chǎn)不飽和聚酷樹脂系引進英國ScottBaden公司的技術(shù)。原技術(shù)文件上說明189#有48小時的新鮮期，在此期間內(nèi)可進行多次施工而不影響其粘結(jié)性能。為穩(wěn)妥起見經(jīng)與上海船檢部門商榷，將此段時間縮短為24小時(經(jīng)試驗，在24小時內(nèi)進行二次作業(yè)與一次成型相比，粘結(jié)強度僅差3%左右)。在此期間內(nèi)進行拼合作業(yè)無須在接縫處作表面處理，僅用丙酮清洗一遍即可。
　　②采用不含石臘的樹脂：
　　此種樹脂固化后表面無蠟膜復蓋，直接暴露在空氣中，因空氣對不飽和聚酷樹脂有阻聚作用而使表面層固化不足呈發(fā)粘狀態(tài)，有利于接續(xù)作業(yè)。在這種情況下不必進行表面處理，且時間也不必限于24小時之內(nèi)，只需在操作前在認真清理表面的基礎上再用丙酮清洗一遍(若間隔時間較短，且有防塵罩遮蓋的，可不清洗)，擦去表面粘附的灰塵等雜物，以提高粘結(jié)力。
　?、鄄捎闷渌贩N不飽和聚醋樹脂及雖采用253廠189#，但間隔時間超過24小時者：
　　在這種情況下應進行接合面的表面處理，方法是砂磨或打毛。砂磨時用2~3#砂布，打毛可用機械或手工工具。手工打毛時應掌握適度，打毛密度不得少于每厘米二道，深度不宜大于0.5毫米。
　?、懿捎闷渌麖S的189#樹脂：
　　因多種原因雖然牌號相同，但配方與工藝等可能有差異而影響質(zhì)量。為慎重起見，應接其它品種樹脂對待或通過試驗決定。
　　g)拼合作業(yè)必須認真細致，含膠量適中，避免氣泡和浸漬不良、樹脂積聚等弊病。接岔處應使緯紗相互交接，避免邊緣不齊，形成空隙或纖維疊合，見圖10。

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　　h)拼合作業(yè)時，操作人員必須進入艇內(nèi)，踩在已分片成型好的艇體上工作。為保持艇體內(nèi)表面的潔凈以保證拼合部位的質(zhì)量，應在進入艇體前更換清潔的工作鞋(或帆布襪套)，操作完畢退出時也應立即換下，并保持工作鞋的潔凈，以備下次再用。
　　3分片成型的實踐情況
　　1981年在國家船舶檢驗局上海辦事處(后改為上海分局)的支持和監(jiān)督下，常州玻璃鋼造船廠試行了分片成型工藝。為使試驗在確有把握的情況下進行，在仔細研究了工藝方案后，首先按照拼合工藝的要求制作了模擬接縫區(qū)的樣板，加工成試件后送上海玻璃鋼研究所測試，在采用逐層對接并錯開10～l2mm的情況下，試件的彎曲強度達到2078kg/cm，完全滿足國家船舶檢驗局“海船救生設備規(guī)范”中玻璃鋼板材抗彎強度≥1700kg/cm，的要求。在取得數(shù)據(jù)的基礎上，用分片成型工藝建造了一條8.5m玻璃鋼救生艇。該艇按船檢局要求做了靜負荷、系泊、拋落、碰撞、穩(wěn)住、不沉性及航行等一系列試驗，船體質(zhì)量全面達到國家船檢局的檢驗要求。在上海船檢部門的認可下，這種工藝正式投入實際應用。若干年來的實踐證明，這種工藝是可行的、成熟的。筆者認為此工藝也適用于常規(guī)的其它大型玻璃鋼制品。
　　4 對分段成型的探討
　　由于玻璃鋼具有易于成型、容易修補等特點，它可以通過多次成型的方法獲得一個完整的制品而不影響制品的性能，因此完全可以在大型制件上采用分片或分段成型的方法。實際上分片與分段并無多大區(qū)別，以船舶而論，一般把縱向分割稱為分片，把橫向分切稱為分段。在船舶總長不大的情況下，通常采用分片法而不采用分段法。其主要原因在于通常的組合式模具都是從易脫模的角度考慮而采用縱向分片，分片的拼縫安排在船的龍骨中線或折角線處，即使有些痕跡(實際上這種拼合痕跡是可以通過工藝處理消除的)也不影響美觀和航行速度。但如改為分段式組合模具，情況就正好相反。只有在玻璃鋼船舶主尺度大，由于施工不便及為了減輕勞動強度、縮短作業(yè)時間和克服現(xiàn)場施工條件不足才采用分段或分段與分片相結(jié)合的方法。
　　由于國內(nèi)迄今建造的玻璃鋼船絕大多數(shù)總長均在20m以內(nèi)，且出于對質(zhì)量等方面的顧慮，至今還沒有單位作分段成型的嘗試。據(jù)傳國外有此做法，但未見過有關介紹資料。筆者從我國玻璃鋼船舶逐漸向較大尺度發(fā)展的趨勢出發(fā)，對分段成型的工藝作了一些技術(shù)性探討，認為這種由分片成型工藝發(fā)展起來的工藝是可行的?，F(xiàn)簡述其要點如下：
　　1）段的分割
　　視總長大小而定，可考慮l0m左右為一段，但具體的分割要結(jié)合船體結(jié)構(gòu)情況，不一定等分，接縫區(qū)最好設計在隔艙壁部位。
　　2)分段操作的形式
　　基本上可分為整模分段操作與分模分段操作兩種。前者主要解決一次成型人員眾多、時間太長、質(zhì)量難以控制的問題，后者則可以改善操作條件，必要時(如考慮便于脫模、便于操作)分段模具還可以再分片。
　　3)工藝要點
　　與分片相似，要點是：
　?、倌＞咂纯p處一定要處理平整，并用嵌填膩子等措施保持脫模后該處平整光潔，如脫模后拼縫處殘留有 “飛邊”，應予仔細清除修平。
　?、诮涌p設計可分為窄縫式與寬縫式兩種，如圖11所示。窄縫式是將整個接縫設置在一塊隔艙壁下；寬縫式則將增寬區(qū)兩邊的接縫區(qū)分設在兩塊隔艙壁下。窄縫式的增寬應相應減小至50mm左有，而寬縫式的增寬則可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況相應加大。從效果看，寬縫式較窄縫式好。
　　如接合部位無隔艙，則分段的接縫應作如下處理：
　　a.厚度系數(shù)加倍；
　　b.接縫增寬加大至300mm；
　　c.在整個接縫區(qū)內(nèi)表面增加增強層，厚度可為船殼板的15%～20%，增強面積要大于接縫區(qū)面積，并注意邊緣的厚度要逐層過渡，以避免應力集中。
　　③分段作業(yè)用的樹脂最好用無蠟樹脂，并應嚴格控制接縫區(qū)表面的清潔程度，以保證有足夠的粘結(jié)強度。
　　④拼合作業(yè)時使用的布應整條裁剪，不要拼接。
　?、莞襞摫诎迮c船體接觸處的玻璃鋼膠接層應超過接縫區(qū)的范圍(見圖11)。

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　?、廾撃Ｑb置最好采用氣頂法，并應嚴格掌握脫模時間(拼合處玻璃鋼表面的巴柯爾硬度應大于40)，如拼合處有隔艙時，應在隔艙板膠結(jié)完成并達到可以脫模的程度時才可脫模。
　　分段成型工藝雖然目前國內(nèi)尚未有先例，但隨著玻璃鋼造船業(yè)的發(fā)展必將得到應用。它的特點是當船體較大以及由于生產(chǎn)現(xiàn)場條件所限，在整條大船不能運出的情況下，可考慮在水面寬闊的岸邊設立拼合和舾裝車間，在原生產(chǎn)場地分段建造后運至拼合現(xiàn)場拼成整體，組裝完畢后由水路出廠。有機會時，筆者愿意配合有關單位共同探討和付諸實踐。