HP-RTM技術(shù)用于汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

航空工業(yè)目前正采用樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝（RTM），進(jìn)行大型高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。然而，其生產(chǎn)效率很低，有時(shí)還需大量的手工作業(yè)。在汽車(chē)的制造過(guò)程中，采用RTM工藝進(jìn)行零部件的生產(chǎn)，主要是為了達(dá)到更好的視覺(jué)效果，并且只用于小批量生產(chǎn)的頂級(jí)轎車(chē)中。若能為量化生產(chǎn)開(kāi)發(fā)出一條可靠的自動(dòng)化RTM生產(chǎn)線，則纖維增強(qiáng)塑料（FRP）將能夠更加廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)高強(qiáng)度承重結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。

德國(guó)加工機(jī)械領(lǐng)域的專(zhuān)家迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克勞斯瑪菲公司（KraussMaffei）在RTM技術(shù)領(lǐng)域展開(kāi)了合作，他們對(duì)以上的市場(chǎng)需求做出了響應(yīng)——開(kāi)發(fā)了一條高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝（HP-RTM）的自動(dòng)化生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)系統(tǒng)包括了預(yù)成型加工、壓制過(guò)程，以及修整工藝。相比于傳統(tǒng)的RTM工藝，該HP-RTM工藝減少了樹(shù)脂注射次數(shù)，提高了預(yù)制件的浸漬質(zhì)量，并縮短了成型周期。

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預(yù)成型

對(duì)于HP-RTM部件的生產(chǎn)，需要制造一個(gè)由織物增強(qiáng)材料制成的預(yù)制件。這樣的預(yù)制件在迪芬巴赫的預(yù)成型中心制造完成，通常使用一個(gè)完全自動(dòng)化的過(guò)程。



由碳纖維或玻纖制成柔軟的纖維織物或纖維氈從卷軸上開(kāi)卷后放入切割機(jī)。使用CNC切割技術(shù)，纖維鋪層被切割成部件加工所需尺寸。該過(guò)程通過(guò)由現(xiàn)有的CAD零件參數(shù)得到的切割程序完成。切割成形的纖維鋪層材料層合到一起，然后放置到成型單元中。

可以使用機(jī)器人來(lái)可靠地處理切割織物、纖維氈，以及預(yù)制件。預(yù)制件成型中心可以作為一個(gè)單獨(dú)的單元來(lái)運(yùn)行，也可與壓制工藝一起結(jié)合在產(chǎn)線上。

壓制過(guò)程

預(yù)制件的加工過(guò)程之后就是壓制過(guò)程。該過(guò)程包括用環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)浸漬預(yù)制件，以及其固化過(guò)程。

在用機(jī)器人將預(yù)制件放置到RTM模具中之后，根據(jù)模內(nèi)壓力及部件的尺寸和復(fù)雜性，采用一臺(tái)迪芬巴赫液壓壓機(jī)用高達(dá)36000 kN（3600 t）的壓力完成實(shí)際的壓制過(guò)程。壓機(jī)在很短的建壓時(shí)間內(nèi)達(dá)到450 mm/s的合模速度和40 mm/s的壓制速度。迪芬巴赫短沖程系統(tǒng)能夠確保壓機(jī)具有非常高的能效，尤其具有很短的成型時(shí)間和較大的滑塊行程。與傳統(tǒng)的壓制成型技術(shù)相比，可以提高50%的能效。



壓制控制系統(tǒng)允許使用不同的操作程序，并能縮短生產(chǎn)周期。模座周期性地進(jìn)入和離開(kāi)壓機(jī)，只需要很短的換模式時(shí)間、裝卸過(guò)程，以及生產(chǎn)線下對(duì)下半模的清潔。

完成高壓注射過(guò)程后，可以通過(guò)再加壓來(lái)獲得部件質(zhì)量的改善。

注射過(guò)程

將低粘度的反應(yīng)性混合物注入到閉模中浸漬預(yù)制件。通過(guò)使用克勞斯瑪菲的技術(shù)，能夠使注射速度達(dá)到10-200 g/s，取決于樹(shù)脂系統(tǒng)以及部件的尺寸和工藝設(shè)計(jì)。在一個(gè)閉環(huán)過(guò)程中，對(duì)樹(shù)脂和固化劑進(jìn)行精確計(jì)量，并在高壓下進(jìn)行混合，得到反應(yīng)性混合物。

高壓計(jì)量使得注射時(shí)間更短，并提高了預(yù)制件的浸潤(rùn)度，因而能以較短的固化時(shí)間來(lái)處理樹(shù)脂系統(tǒng)。這帶來(lái)了更短的生產(chǎn)周期和更高的成本效益。此外，這還提供了額外的好處，比如，能在保持出色的表面品質(zhì)的同時(shí)獲得更低的孔隙度。而對(duì)溫度的精確控制則能進(jìn)一步縮短加工周期，并從特殊RTM樹(shù)脂體系中獲益。



采用克勞斯瑪菲的高壓混合頭消除了耗費(fèi)成本的停工時(shí)間，也無(wú)需使用清洗傳統(tǒng)低壓混合頭時(shí)所需的特殊材料。這種混合頭具有自清潔能力，因此能在大批量生產(chǎn)時(shí)表現(xiàn)出突出的能效優(yōu)勢(shì)，它的這種優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在多種量化生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證。

通過(guò)脫模劑供料塊，能夠?qū)⒐に囁璧拿撃┲苯右刖o湊的自清潔克勞斯瑪菲高壓混合頭，并且，即使在最低劑量（如0.1 g/sec）時(shí)，仍具有極高的準(zhǔn)確性和工藝可靠性。具有高精度、高重復(fù)性的脫模劑計(jì)量對(duì)于可靠地實(shí)施下游工藝來(lái)說(shuō)無(wú)疑是非常必要的。

內(nèi)容來(lái)自123456

修整

修整是工藝鏈最后步驟的其中一環(huán)。包括部件的外廓修邊，增加安裝孔和嵌件開(kāi)孔。用銑刀進(jìn)行的修整采用的由克勞斯瑪菲開(kāi)發(fā)的定制化解決方案?？梢圆捎米詣?dòng)化切割臺(tái)或手提式切割機(jī)。工具的選擇主要取決于部件的尺寸和復(fù)雜程度。機(jī)器人被用于在工藝步驟之間進(jìn)行零部件的處理。



HP-RTM交鑰匙車(chē)間

迪芬巴赫、克勞斯瑪菲，以及弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所（ICT）和LCC Munich之間的合作，使得從單一供應(yīng)源進(jìn)行HP-RTM工藝交鑰匙解決方案的全球交付成為可能。由這些企業(yè)共同開(kāi)發(fā)的這種創(chuàng)新HP-RTM生產(chǎn)線包含了以下特點(diǎn)：

◆ 高生產(chǎn)率；
◆ 始終如一的高度自動(dòng)化；
◆ 較短的加工周期；
◆ 自動(dòng)化預(yù)成型加工；

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◆ 節(jié)能的壓制技術(shù)；
◆ 自清潔高壓混合頭；
◆ 無(wú)論是預(yù)成型加工還是注射過(guò)程都無(wú)需使用輔助材料；
◆ 保持出色的表面質(zhì)量，同時(shí)具有低孔隙率。

這項(xiàng)合作的一個(gè)重要因素在于可持續(xù)發(fā)展的HP-RTM工藝技術(shù)，以及HP-RTM整體式生產(chǎn)線的未來(lái)發(fā)展。為了提升這項(xiàng)技術(shù)，弗勞恩霍夫ICT裝備了一個(gè)由迪芬巴赫壓制機(jī)和克勞斯瑪菲HP-RTM混合計(jì)量單元（RimStar Thermo）構(gòu)成的RTM設(shè)備單元。這套裝置既被用于內(nèi)部測(cè)試，也可用于客戶(hù)實(shí)驗(yàn)。這些研發(fā)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室以及交付給知名企業(yè)的那些設(shè)備，突顯了其成功之處。

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