文/李永革，汪義高，凌家友，劉雪飛，江留寶·重慶江東機(jī)械有限責(zé)任公司技術(shù)中心

一種LFT-D在線模壓生產(chǎn)線研制

文/李永革，汪義高，凌家友，劉雪飛，江留寶·重慶江東機(jī)械有限責(zé)任公司技術(shù)中心

為了增強(qiáng)國(guó)內(nèi)裝備設(shè)計(jì)制造水平，同時(shí)替代同類(lèi)國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，降低應(yīng)用企業(yè)的生產(chǎn)成本，我公司研制LFT－D在線模壓生產(chǎn)線。本文介紹了長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（即LFT－D）的性能特點(diǎn)和LFT－D生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀，以及江東機(jī)械目前的LFT－D在線模壓復(fù)合材料生產(chǎn)線的研制情況，重點(diǎn)介紹了LFT－D的項(xiàng)目情況、研制技術(shù)指標(biāo)以及試生產(chǎn)情況。

石油能源日益緊張，雖然新能源汽車(chē)也在逐步興起，但是就目前而言，汽車(chē)輕量化仍然是時(shí)下的發(fā)展主流，同時(shí)也成為汽車(chē)行業(yè)作為降低油耗指標(biāo)的一個(gè)重要手段，已在汽車(chē)行業(yè)形成共識(shí)，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料將會(huì)作為汽車(chē)輕量化的重要替代材料被大量應(yīng)用，LFT-D在線模壓生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。LFT-D在線模壓復(fù)合材料生產(chǎn)線的研制成功，在石油能源日益緊張的大環(huán)境下，將為汽車(chē)輕量化及汽車(chē)節(jié)能降耗起到明顯的促進(jìn)推動(dòng)作用，并將在汽車(chē)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代，美國(guó)聚合物復(fù)合材料公司首次提出LFT的概念，1985年英國(guó)ICI公司首次成功開(kāi)發(fā)出LFT顆粒，商品名為Verton，但當(dāng)時(shí)短纖增強(qiáng)增韌及其他塑料改進(jìn)在研究及應(yīng)用方面取得巨大進(jìn)步，導(dǎo)致對(duì)LFT技術(shù)的研究放緩，直到20世紀(jì)90年代中期，LFT技術(shù)再次吸引了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，歐美公司紛紛開(kāi)發(fā)出一系列LFT技術(shù)及相應(yīng)的設(shè)備。

LFT是近年來(lái)技術(shù)取得了一定突破的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，這種材料的出現(xiàn)，克服了短纖維增強(qiáng)性能不足和連續(xù)纖維氈增強(qiáng)材料導(dǎo)致應(yīng)用成本高的問(wèn)題，引起了國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料研發(fā)部門(mén)以及行業(yè)的高度重視。長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料屬于高性能的玻纖增強(qiáng)工程塑料復(fù)合材料，也是LFT復(fù)合材料中數(shù)量最大和最重要的品種，占有90%以上市場(chǎng)份額。LFT-D復(fù)合材料制品具有高強(qiáng)度、剛度大、耐沖擊、尺寸穩(wěn)定、抗疲勞性好和耐蠕變等顯著優(yōu)點(diǎn)，再加上其本身具備的質(zhì)量輕、價(jià)格低、可循環(huán)重復(fù)使用的突出特點(diǎn)，在汽車(chē)內(nèi)外飾的結(jié)構(gòu)件和集成模塊等零部件上獲得越來(lái)越廣泛的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用。

LFT-D生產(chǎn)線的發(fā)展及工藝流程

目前，LFT復(fù)合材料發(fā)展迅速，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合生產(chǎn)工藝的改變，國(guó)內(nèi)外新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)出來(lái)，LFT復(fù)合材料打破傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，可以形成結(jié)構(gòu)與性能一體化設(shè)計(jì)與制備，所生產(chǎn)的制品具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能。

LFT復(fù)合材料直接在線混配模壓成形技術(shù)LFT復(fù)合材料主要有兩種生產(chǎn)制備方法：LFT復(fù)合材料粒料（LFT-G）制備和直接在線混配制備LFT復(fù)合材料與制品（LFT-D）如圖1、2所示。

LFT-D生產(chǎn)線研制情況

項(xiàng)目情況

由我公司承擔(dān)的04專(zhuān)項(xiàng)課題“復(fù)合材料汽車(chē)關(guān)鍵零部件在線模壓成形技術(shù)與裝備”，與北京航空航天大學(xué)等科研院所及生產(chǎn)單位聯(lián)合研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與德國(guó)迪芬巴赫同類(lèi)設(shè)備相當(dāng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，替代國(guó)外同等設(shè)備。

LFT－D生產(chǎn)線研制技術(shù)指標(biāo)

該生產(chǎn)線可同時(shí)滿足各種熱塑性及熱固性復(fù)合材料制件的生產(chǎn)工藝。熱塑性復(fù)合材料最大混配能力750kg/h，單次最快生產(chǎn)用時(shí)為40～60s，可實(shí)現(xiàn)一模多件，年產(chǎn)量為40萬(wàn)～120萬(wàn)件，單件最大尺寸為1550mm×1450mm×800mm，單件最大重量15kg。

生產(chǎn)線主機(jī)公稱力為最大4000t，臺(tái)面最大5000mm，滑塊行程最大4500mm，滑塊最大快下快回速度為800mm/s，滑塊最小開(kāi)模速度為0.1mm/s，保壓精度為0.8MPa/h。

項(xiàng)目實(shí)施情況

對(duì)于裝備企業(yè)而言，研發(fā)的可行性最直接的就是看結(jié)果、看實(shí)物，尤其對(duì)于國(guó)家項(xiàng)目中的生產(chǎn)線研制，不僅僅研制出設(shè)備，而且需要形成一定的產(chǎn)能，形成示范效應(yīng)。經(jīng)過(guò)江東技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，在研制接近尾聲時(shí)，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的效果。

圖1 傳統(tǒng)工藝流程圖

圖2 在線模壓成形技術(shù)

圖3 3D設(shè)計(jì)的LFT-D生產(chǎn)線

⑴LFT-D在線模壓生產(chǎn)線的研制情況。

采用先進(jìn)的CAD三維參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，基于設(shè)計(jì)模型，后續(xù)輔助以先進(jìn)的CAE分析軟件，建立了整線的模型圖，得到了主機(jī)應(yīng)力云圖等結(jié)果，整機(jī)變形最大在上橫梁頂端中部，最大位移約為1.5mm，最大應(yīng)力為86MPa，滿足設(shè)備剛性要求，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。虛擬設(shè)計(jì)和CAE分析等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，大大加快了開(kāi)發(fā)周期，為項(xiàng)目的研制成功提供了保障。目前，該生產(chǎn)線正處于整線試生產(chǎn)運(yùn)行階段，具體見(jiàn)圖3、圖4、圖5、圖6。

圖4 調(diào)試中的LFT-D生產(chǎn)線

圖5 主機(jī)應(yīng)力云圖

圖6 機(jī)器人自動(dòng)上下料

⑵LFT-D在線模壓生產(chǎn)線的試生產(chǎn)情況。

在此國(guó)家項(xiàng)目申報(bào)之初，根據(jù)申報(bào)內(nèi)容，由于項(xiàng)目性質(zhì)是資金后補(bǔ)助，要求生產(chǎn)線需試運(yùn)行一年后方可申請(qǐng)國(guó)家工信部的驗(yàn)收。因此，江東項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量的技術(shù)調(diào)研工作，且同步結(jié)合重慶汽車(chē)市場(chǎng)的需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢、參加國(guó)際會(huì)議、拜訪重慶市的汽車(chē)主機(jī)廠相關(guān)部門(mén)，將研制的生產(chǎn)線的生產(chǎn)零件目標(biāo)集中在保險(xiǎn)杠、儀表盤(pán)、電池托架、電池盒體、座椅支撐板等。在我們的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)LFT－D生產(chǎn)線進(jìn)行整線調(diào)試的同時(shí)，江東公司下屬分公司—江東汽車(chē)零部件有限公司同步開(kāi)展了試生產(chǎn)零件的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。

本項(xiàng)目將采用的自主研究與開(kāi)發(fā)在線模壓成形技術(shù)與裝備的技術(shù)路線，與國(guó)外復(fù)合材料在線模壓技術(shù)路線相比，將配混螺桿擠出系統(tǒng)與復(fù)合材料熱料自動(dòng)化傳遞機(jī)械手集成化，省去了熱料傳輸通道，減少熱料的溫降，可實(shí)現(xiàn)PP、PA、PET、PC等多種熱塑性基體樹(shù)脂復(fù)合材料的在線模壓成形，如圖7所示。

整線調(diào)試時(shí)，為了驗(yàn)證LFT-D生產(chǎn)線的高性能化預(yù)處理系統(tǒng)、纖維自動(dòng)輸送系統(tǒng)、分級(jí)混配擠出機(jī)快速喂料系統(tǒng)、自動(dòng)上下料系統(tǒng)、2000t高性能液壓機(jī)等生產(chǎn)線重要部件的穩(wěn)定性和可靠性，以及驗(yàn)證制品性能是否達(dá)到初步要求，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先研發(fā)且制作了一副片材模具，用于LFT-D片材的試制。試制的片材見(jiàn)圖8。通過(guò)對(duì)片材的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，片材性能完全能滿足性能要求。

目前，我公司已經(jīng)完成了數(shù)個(gè)LFT-D產(chǎn)品的試生產(chǎn)，圖9為我公司給重慶一個(gè)主機(jī)配套廠生產(chǎn)的一種小批量LFT-D零件。

結(jié)束語(yǔ)

圖7 自主研究與開(kāi)發(fā)在線模壓成套裝備技術(shù)路線

圖8 試制生產(chǎn)的LFT-D片材

圖9 試生產(chǎn)的LFT-D產(chǎn)品

重慶江東機(jī)械有限責(zé)任公司作為國(guó)內(nèi)重要的汽車(chē)行業(yè)鍛壓設(shè)備配套商，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，科技創(chuàng)新的發(fā)展理念，基于國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)的資助背景條件，在深入消化LFT-D生產(chǎn)線國(guó)際先進(jìn)工藝的同時(shí)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)重點(diǎn)科研院所，積極開(kāi)發(fā)LFT-D生產(chǎn)線，將為國(guó)家汽車(chē)行業(yè)的輕量化裝備開(kāi)發(fā)進(jìn)程貢獻(xiàn)一份力量。