专利名称：高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非金属防弹头盔成型模具，具体涉及高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具，属于模具工程技术领域。
背景技术：
传统的防弹头盔，大多数是由金属材料制造而成，这类头盔已不能满足时代发展的要求。其主要缺点是头盔的质量大，穿戴人员负荷重，基本不透气，由于其刚性大子弹飞溅弹回出去可能伤及他人，容易造成二次伤害。世界上主要发达国家已较为普遍地开始使用非金属头盔代替金属头盔。但非金属盔的关键是自身的防弹效果，如何提高非金属头盔的防弹能力，是本领域技术人员需要解决的问题。就目前的研究情况来看，主要有以下两个方面的问题。一是高性能的非金属材料和粘合剂的研究；二是成型工艺和模具结构的研究。高强聚乙烯纤维的比重是所有高性能纤维中最轻的，重量只有钢丝的1/8；其强度与同直径的钢丝相比要高12倍，具有很高的比强度；同时它还具有耐低温、耐疲劳、耐磨损，抗紫外线及电绝缘等优良的性能。研究表明，高强聚乙烯纤维是头盔的首选材料，但其加工难度大，如何控制成型是相关技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容针对金属防弹头盔存在质量大，穿戴人员负荷重，基本不透气，容易造成二次伤害之不足，本实用新型的目的是提供一种可调节温度以解决高强度聚乙烯纤维成型难的防弹头盔专用模具。
本实用新型的目的这样实现高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具，包括凸模、凹模，凸模与凹模由导柱导向可相对上下移动；凹模通过支承圈设于凹模板上，并组合形成密封空腔；密封空腔内凹模外壁均匀设有冷却水管，此密封空腔还设有与油泵连接的进油导管和出油导管；凸模与凸模座组合形成另一个密封空腔，空腔内壁设冷却水管，空腔中部设有热油分配器，热油分配器与进油导管连通，此空腔还设有出油导管。
采用此模具按如下方法即可将高强聚乙烯纤维制成防弹头盔(1)将片层状的聚乙烯材料经过叠合后，置于凸、凹模之间；(2)启动液压机使凸模慢速下行，将片层状叠合的聚乙烯纤维材料压入模具凹模型腔中，厚度为8～10mm；保持压力在80～100Mpa；(3)将凸、凹模的上、下空腔内通入热油，使模具温度升高达到130℃时，保温25～30Min；(4)然后，启动冷却系统将凸、凹模的冷却水管通入冷水对模具和工件进行冷却，冷却至室温即可；(5)最后，将工件取出，进行切边和表面处理。
采用本实用新型制造的高强度聚乙烯纤维材料头盔，能够有效地克服金属头盔的缺点，它具有质量轻；透气性较好；子弹陷入盔壳中，不会飞溅出去伤及他人等特点。通过试模调试，模具使用效果良好，该模具生产的产品在相关的技术试验和测试中，通过中华人民共和国公安部相关行业标准。
图1为本实用新型高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具结构示意图，图2为凸模的加热示意图。
图3为凸模循环冷却水系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具，凸模1与凹模2由导柱10导向可相对上下移动。凹模2通过支承圈3设于凹模板4上，凹模2、支承圈3和下模板4之间形成密封空腔，凹模2靠近工件13的外壁面均匀盘绕冷却水管5；此密封空腔底部还设有与油泵连接的进油导管18，顶部设有出油导管19，用以通入和排出热油。凸模1与凸模座7形成另一个密封空腔8，靠近工件13的空腔内壁盘绕冷却水管6，空腔中部设有热油分配器9，热油分配器通过导管15与热油池(图中未画出)相连通，密封空腔8的上部还设有出油导管16。图中，11、17是进水管，12是O型密封圈，13是工件，14是出水管。
图2为凸模的加热示意图，热油从进油管15导入凸模2的密封空腔8，通过热油分配器9将热油均匀的喷向凸模油池的内侧表面，均匀加热凸模2，热油与凸模2热交换后，从出油管16将热油导流回油箱。通过调节热油分配器9各个方向和不同部位的热油流量，从而准确、均匀地控制上模各部位的温度，将上模具的温差控制在设定温度的±5℃范围内。
在冷却方面，采用管道式循环水冷却，如图3所示。冷却水从进水管11进入，通过循环管道6与凸模2进行热交换，把凸模的热量带走，从出水管14流出。为了便于弯曲成形，用铜管制作。铜管与凸模采用软铅焊连接，确保管道的气密性和热传递的有效性。
凹模采用热油升温、冷却水降温控制工件的升温和降温与凸模相似，在此不再重复。
该模具结构中以下几个问题要注意1、模具要有良好的导向装置。片层状的聚乙烯材料经过叠合后，沿周向的材料在凸模下行过程中，材料变厚且不均匀，侧向分力大。如果没有良好的导向装置，将引起产品的周向厚度不均。
2、保压过程中需要排气。材料在压力温度下成形，有一定的气体溢出，如果没有排气过程，将影响产品的质量和致密度。
3、冷却系统的气密性要好，绝不允许有水油互相渗透的现象发生，更不允许在油池内出现漏水的情况，否则将是很危险的。
4、模具的强度、刚度设计很重要，由于工艺的需要，该模具的工作部分零件都设计成了壳形类的结构，在数百吨的压力下，模具不能有变形，否则，将引起产品报废。
5、模具的管接头很多，都应设计成快换接头的结构，以缩短模具在安装调试过程中的辅助时间，提高生产效率。
该模具的凸模和凹模属于深形腔复杂曲面类壳形零件，零件的内外表面都需要进行数控成形加工，工作表面的形状精度和表面质量要求都很高，否则将影响产品的形状和制品的脱模。工作部分的壁厚设计为30mm，底部加了两个环形支撑圈，以确保凹模的强度和刚度，工作表面内腔的表面粗糙度Ra要求在0.8μm以下，热处理硬度为40～43HRC。其工艺路线为备料—普通加工——数控粗加工——热处理一数控精加工——钳工组合装配。
本实用新型选用5000KN的液压机和上述模具，经升温——保温——冷却定型高强聚乙烯纤维防弹头盔，具体步骤包括1、将片层状的聚乙烯材料经过叠合后，置于凸、凹模之间；2、启动液压机使凸模慢速下行，将片层状叠合的聚乙烯纤维材料压如模具凹模型腔中，厚度为8mm为宜；保持压力在80～100Mpa3、采用油池加热装置将模具温度升高到130℃时进行保温，中间启动液压机使上模慢速上行排气一次；在保温过程中，聚乙烯材料有局部的熔融塑性流动，使头盔各部位的厚度更均匀，组织更致密。
4、保温成型25或30Min后，启动冷却系统，将水管通入冷水和对模具及工件进行冷却，定型制件。
5、最后，将制件取出，进行切边和表面处理等后续工序。
成型温度是指成型头盔时模具型腔的表面温度，头盔零件的实际成型温度是通过模具与制品的接触传递方式将头盔加热，并在一定温度和压力下产生化学反应将其成型、固化，形成头盔产品。本成型模具结构与传统的非金属材料的热压成型模具相比，对温度的控制要求严格，成型厚度大，有接近铅垂的型面，成形力的传递困难。采用专用温控系统和模具结构的加热和冷却独立控制的温控系统，使上、下模具分别独立进行温度调节。在加热方面，独创了油池加热方式。
本实用新型所用高强聚乙烯纤维及粘合剂有专门公司生产，如中国宁波大成公司，荷兰DSM公司，美国HONEYWELL公司等。本实用新型属于塑料材料热压成型技术，成型的主要工艺参数包括成型温度、成型压力和成型时间，三者既相互联系，又相互制约，此三个参数选用的正确与否，直接影响头盔的质量和防弹能力。所属领域技术人员均知道，聚乙烯材料的传热性能很差，为了将头盔材料加热到预定的成型温度，需要足够的时间。成型压力的作用是将头盔材料压入模具型腔，在一定的温度和压力下，使材料固化反应，获得稳定的产品形状。成型时间的长短与固化反应的速度有关，提高模具温度，可使固化反应速度加快，成型时间缩短，但成形温度过高，会引起产品防弹性能的下降，而成型温度过低，则成型周期太长，生产效率下降。
权利要求1.高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具，包括凸模(1)、凹模(2)，凸模(1)与凹模(2)由导柱(10)导向可相对上下移动；其特征在于凹模(2)通过支承圈(3)设于凹模板(4)上，并组合形成密封空腔，密封空腔内凹模(2)外壁均匀设有冷却水管(5)，此密封空腔还设有与油泵连接的进油导管(18)和出油导管(19)；凸模(1)与凸模座(7)组合形成另一密封空腔(8)，空腔(8)内壁设冷却水管(6)，空腔中部设有热油分配器(9)，热油分配器(9)与进油导管(15)连通，空腔(8)还设有出油导管(16)。
专利摘要高强聚乙烯纤维防弹头盔成型模具，凸模与凹模由导柱导向可相对上下移动；凹模通过支承圈设于凹模板上，并组合形成密封空腔；密封空腔内凹模外壁均匀设有冷却水管，此密封空腔还设有与油泵连接的进油导管和出油导管；凸模与凸模座组合形成另一个密封空腔，空腔内壁设冷却水管，空腔中部设有热油分配器，热油分配器与进油导管连通，此空腔还设有出油导管。采用此模具以高强度聚乙烯纤维材料制造的头盔，能够有效地克服金属头盔的缺点。具有质量轻、透气性较好等特点，子弹可陷入盔壳中，不会飞溅出去伤及他人。
文档编号B29C43/52GK2770927SQ20052003373
公开日2006年4月12日 申请日期2005年3月29日 优先权日2005年3月29日
发明者夏华, 黄虹, 陈元芳, 张鹏, 邓明, 黎勇 申请人:重庆工学院