一种LFT-D在线模压生产线研制

2017-09-03李永革汪义高凌家友刘雪飞江留宝重庆江东机械有限责任公司技术中心

锻造与冲压 2017年16期

文/李永革，汪义高，凌家友，刘雪飞，江留宝·重庆江东机械有限责任公司技术中心

一种LFT-D在线模压生产线研制

文/李永革，汪义高，凌家友，刘雪飞，江留宝·重庆江东机械有限责任公司技术中心

为了增强国内装备设计制造水平，同时替代同类国外进口设备，降低应用企业的生产成本，我公司研制LFT－D在线模压生产线。本文介绍了长玻纤增强热塑性复合材料（即LFT－D）的性能特点和LFT－D生产线的发展现状，以及江东机械目前的LFT－D在线模压复合材料生产线的研制情况，重点介绍了LFT－D的项目情况、研制技术指标以及试生产情况。

石油能源日益紧张，虽然新能源汽车也在逐步兴起，但是就目前而言，汽车轻量化仍然是时下的发展主流，同时也成为汽车行业作为降低油耗指标的一个重要手段，已在汽车行业形成共识，长玻纤增强热塑性复合材料将会作为汽车轻量化的重要替代材料被大量应用，LFT-D在线模压生产线生产工艺将会得到更为广泛的应用。LFT-D在线模压复合材料生产线的研制成功，在石油能源日益紧张的大环境下，将为汽车轻量化及汽车节能降耗起到明显的促进推动作用，并将在汽车行业得到广泛应用。

长玻纤增强热塑性复合材料的性能特点

20世纪80年代，美国聚合物复合材料公司首次提出LFT的概念，1985年英国ICI公司首次成功开发出LFT颗粒，商品名为Verton，但当时短纤增强增韧及其他塑料改进在研究及应用方面取得巨大进步，导致对LFT技术的研究放缓，直到20世纪90年代中期，LFT技术再次吸引了业内人士的关注，欧美公司纷纷开发出一系列LFT技术及相应的设备。

LFT是近年来技术取得了一定突破的纤维增强复合材料，这种材料的出现，克服了短纤维增强性能不足和连续纤维毡增强材料导致应用成本高的问题，引起了国内外复合材料研发部门以及行业的高度重视。长玻纤增强热塑性复合材料属于高性能的玻纤增强工程塑料复合材料，也是LFT复合材料中数量最大和最重要的品种，占有90%以上市场份额。LFT-D复合材料制品具有高强度、刚度大、耐冲击、尺寸稳定、抗疲劳性好和耐蠕变等显著优点，再加上其本身具备的质量轻、价格低、可循环重复使用的突出特点，在汽车内外饰的结构件和集成模块等零部件上获得越来越广泛的设计与实际应用。

LFT-D生产线的发展及工艺流程

目前，LFT复合材料发展迅速，通过技术创新，结合生产工艺的改变，国内外新工艺、新设备不断涌现出来，LFT复合材料打破传统生产工艺流程，可以形成结构与性能一体化设计与制备，所生产的制品具有更加优异的力学性能。

LFT复合材料直接在线混配模压成形技术LFT复合材料主要有两种生产制备方法：LFT复合材料粒料（LFT-G）制备和直接在线混配制备LFT复合材料与制品（LFT-D）如图1、2所示。

LFT-D生产线研制情况

项目情况

由我公司承担的04专项课题“复合材料汽车关键零部件在线模压成形技术与装备”，与北京航空航天大学等科研院所及生产单位联合研发，关键技术指标与德国迪芬巴赫同类设备相当，目标是实现国产化，替代国外同等设备。

LFT－D生产线研制技术指标

该生产线可同时满足各种热塑性及热固性复合材料制件的生产工艺。热塑性复合材料最大混配能力750kg/h，单次最快生产用时为40～60s，可实现一模多件，年产量为40万～120万件，单件最大尺寸为1550mm×1450mm×800mm，单件最大重量15kg。

生产线主机公称力为最大4000t，台面最大5000mm，滑块行程最大4500mm，滑块最大快下快回速度为800mm/s，滑块最小开模速度为0.1mm/s，保压精度为0.8MPa/h。

项目实施情况

对于装备企业而言，研发的可行性最直接的就是看结果、看实物，尤其对于国家项目中的生产线研制，不仅仅研制出设备，而且需要形成一定的产能，形成示范效应。经过江东技术研发团队的不懈努力，在研制接近尾声时，达到了项目预期的效果。

图1 传统工艺流程图

图2 在线模压成形技术

图3 3D设计的LFT-D生产线

⑴LFT-D在线模压生产线的研制情况。

采用先进的CAD三维参数化设计平台，基于设计模型，后续辅助以先进的CAE分析软件，建立了整线的模型图，得到了主机应力云图等结果，整机变形最大在上横梁顶端中部，最大位移约为1.5mm，最大应力为86MPa，满足设备刚性要求，达到设计预期。虚拟设计和CAE分析等先进设计手段的应用，大大加快了开发周期，为项目的研制成功提供了保障。目前，该生产线正处于整线试生产运行阶段，具体见图3、图4、图5、图6。

图4 调试中的LFT-D生产线

图5 主机应力云图

图6 机器人自动上下料

⑵LFT-D在线模压生产线的试生产情况。

在此国家项目申报之初，根据申报内容，由于项目性质是资金后补助，要求生产线需试运行一年后方可申请国家工信部的验收。因此，江东项目研发团队开展了大量的技术调研工作，且同步结合重庆汽车市场的需求，通过网络查询、参加国际会议、拜访重庆市的汽车主机厂相关部门，将研制的生产线的生产零件目标集中在保险杠、仪表盘、电池托架、电池盒体、座椅支撑板等。在我们的技术研发团队对LFT－D生产线进行整线调试的同时，江东公司下属分公司—江东汽车零部件有限公司同步开展了试生产零件的市场开发。

本项目将采用的自主研究与开发在线模压成形技术与装备的技术路线，与国外复合材料在线模压技术路线相比，将配混螺杆挤出系统与复合材料热料自动化传递机械手集成化，省去了热料传输通道，减少热料的温降，可实现PP、PA、PET、PC等多种热塑性基体树脂复合材料的在线模压成形，如图7所示。

整线调试时，为了验证LFT-D生产线的高性能化预处理系统、纤维自动输送系统、分级混配挤出机快速喂料系统、自动上下料系统、2000t高性能液压机等生产线重要部件的稳定性和可靠性，以及验证制品性能是否达到初步要求，研发团队首先研发且制作了一副片材模具，用于LFT-D片材的试制。试制的片材见图8。通过对片材的测试数据分析，片材性能完全能满足性能要求。

目前，我公司已经完成了数个LFT-D产品的试生产，图9为我公司给重庆一个主机配套厂生产的一种小批量LFT-D零件。