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

為了增強國內(nèi)裝備設(shè)計制造水平，同時替代同類國外進口設(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。本文介紹了長玻纖增強熱塑性復(fù)合材料（即LFT－D）的性能特點和LFT－D生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀，以及江東機械目前的LFT－D在線模壓復(fù)合材料生產(chǎn)線的研制情況，重點介紹了LFT－D的項目情況、研制技術(shù)指標(biāo)以及試生產(chǎn)情況。

石油能源日益緊張，雖然新能源汽車也在逐步興起，但是就目前而言，汽車輕量化仍然是時下的發(fā)展主流，同時也成為汽車行業(yè)作為降低油耗指標(biāo)的一個重要手段，已在汽車行業(yè)形成共識，長玻纖增強熱塑性復(fù)合材料將會作為汽車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，將為汽車輕量化及汽車節(jié)能降耗起到明顯的促進推動作用，并將在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

長玻纖增強熱塑性復(fù)合材料的性能特點

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

LFT是近年來技術(shù)取得了一定突破的纖維增強復(fù)合材料，這種材料的出現(xiàn)，克服了短纖維增強性能不足和連續(xù)纖維氈增強材料導(dǎo)致應(yīng)用成本高的問題，引起了國內(nèi)外復(fù)合材料研發(fā)部門以及行業(yè)的高度重視。長玻纖增強熱塑性復(fù)合材料屬于高性能的玻纖增強工程塑料復(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%以上市場份額。LFT-D復(fù)合材料制品具有高強度、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，再加上其本身具備的質(zhì)量輕、價格低、可循環(huán)重復(fù)使用的突出特點，在汽車內(nèi)外飾的結(jié)構(gòu)件和集成模塊等零部件上獲得越來越廣泛的設(shè)計與實際應(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，通過技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合生產(chǎn)工藝的改變，國內(nèi)外新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)出來，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

項目情況

由我公司承擔(dān)的04專項課題“復(fù)合材料汽車關(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)與德國迪芬巴赫同類設(shè)備相當(dāng)，目標(biāo)是實現(xiàn)國產(chǎn)化，替代國外同等設(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)用時為40～60s，可實現(xiàn)一模多件，年產(chǎn)量為40萬～120萬件，單件最大尺寸為1550mm×1450mm×800mm，單件最大重量15kg。

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

項目實施情況

對于裝備企業(yè)而言，研發(fā)的可行性最直接的就是看結(jié)果、看實物，尤其對于國家項目中的生產(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)過江東技術(shù)研發(fā)團隊的不懈努力，在研制接近尾聲時，達到了項目預(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。

采用先進的CAD三維參數(shù)化設(shè)計平臺，基于設(shè)計模型，后續(xù)輔助以先進的CAE分析軟件，建立了整線的模型圖，得到了主機應(yīng)力云圖等結(jié)果，整機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，達到設(shè)計預(yù)期。虛擬設(shè)計和CAE分析等先進設(shè)計手段的應(yīng)用，大大加快了開發(fā)周期，為項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)運行階段，具體見圖3、圖4、圖5、圖6。

圖4 調(diào)試中的LFT-D生產(chǎn)線

圖5 主機應(yīng)力云圖

圖6 機器人自動上下料

⑵LFT-D在線模壓生產(chǎn)線的試生產(chǎn)情況。

在此國家項目申報之初，根據(jù)申報內(nèi)容，由于項目性質(zhì)是資金后補助，要求生產(chǎn)線需試運行一年后方可申請國家工信部的驗收。因此，江東項目研發(fā)團隊開展了大量的技術(shù)調(diào)研工作，且同步結(jié)合重慶汽車市場的需求，通過網(wǎng)絡(luò)查詢、參加國際會議、拜訪重慶市的汽車主機廠相關(guān)部門，將研制的生產(chǎn)線的生產(chǎn)零件目標(biāo)集中在保險杠、儀表盤、電池托架、電池盒體、座椅支撐板等。在我們的技術(shù)研發(fā)團隊對LFT－D生產(chǎn)線進行整線調(diào)試的同時，江東公司下屬分公司—江東汽車零部件有限公司同步開展了試生產(chǎn)零件的市場開發(fā)。

本項目將采用的自主研究與開發(fā)在線模壓成形技術(shù)與裝備的技術(shù)路線，與國外復(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)合材料熱料自動化傳遞機械手集成化，省去了熱料傳輸通道，減少熱料的溫降，可實現(xiàn)PP、PA、PET、PC等多種熱塑性基體樹脂復(fù)合材料的在線模壓成形，如圖7所示。

整線調(diào)試時，為了驗證LFT-D生產(chǎn)線的高性能化預(yù)處理系統(tǒng)、纖維自動輸送系統(tǒng)、分級混配擠出機快速喂料系統(tǒng)、自動上下料系統(tǒng)、2000t高性能液壓機等生產(chǎn)線重要部件的穩(wěn)定性和可靠性，以及驗證制品性能是否達到初步要求，研發(fā)團隊首先研發(fā)且制作了一副片材模具，用于LFT-D片材的試制。試制的片材見圖8。通過對片材的測試數(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LFT-D產(chǎn)品的試生產(chǎn)，圖9為我公司給重慶一個主機配套廠生產(chǎn)的一種小批量LFT-D零件。

結(jié)束語

圖7 自主研究與開發(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

重慶江東機械有限責(zé)任公司作為國內(nèi)重要的汽車行業(yè)鍛壓設(shè)備配套商，堅持技術(shù)創(chuàng)新，科技創(chuàng)新的發(fā)展理念，基于國家科技重大專項的資助背景條件，在深入消化LFT-D生產(chǎn)線國際先進工藝的同時，聯(lián)合國內(nèi)重點科研院所，積極開發(fā)LFT-D生產(chǎn)線，將為國家汽車行業(yè)的輕量化裝備開發(fā)進程貢獻一份力量。