拉挤成型工艺汽车零部件实现商业化生产

2020年05月07日09:11 来源：碳纤维其复合材料技术

慧正资讯：拉挤成型是热固性复合材料最传统的成型工艺之一，如今，它被用于生产从电线杆到窗框以及梯子、钢筋和风力涡轮机部件的产品。传统拉挤成型易于以低人工实现自动化，并且能够以合理的成本和速度生产高度结构化的部件，目前几乎可以通过模具挤压出任何形状的型材（空心或实心，对称或不对称）。但是，该形状必须具有恒定的横截面/厚度。此外，与热塑性挤出或金属管材的挤出不同（在生产过程中或之后对成品零件施加压力和热量以将它们弯曲成新的形状），使用拉挤成型生产除直线、线性轮廓以外的任何材料都是很困难的。

而多亏了Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG（TTI，德国不来梅市），这种情况已经开始改变，该公司开发了一种专利工艺来克服传统拉挤成型的许多局限性。事实上，通用汽车公司（美国密歇根州底特律）推出2020雪佛兰Corvette跑车后，第一个弯曲的拉挤汽车部件就已经投入商业生产。一级供应商Shape Corp.（美国密歇根州Grand Haven）正在使用碳纤维增强聚氨酯-丙烯酸酯的TTI半径拉挤运动成型工艺为汽车生产弯曲的后保险杠横梁。

移动与固定

在传统的线性拉挤成型中，带有抓爪的往复式牵引系统用于通过浴槽从其筒子架中拉出干态的增强材料，并在其中浸入液态热固性树脂。接下来，将浸渍的增强材料拉入固定的加热模具中，在此模具中成型轮廓并完全固化。离开模具后，运动型材冷却（仍由拉出单元拉出），然后切成一定长度并进行包装。

最初，纤维增强仅严格限于单向粗纱，也就是说，连续玻璃纤维、碳纤维或其他与拉力轴成0度定向的纤维。但是，随着时间的流逝，拉挤型材中已经加入了多种多轴织物（机织和非卷曲织物（NCF）），从而实现了多种纤维取向而不会变形/纤维运动。尽管大量应用使用聚氨酯，但几乎任何热固性树脂体系均可用于浸渍拉挤成型中的增强材料。近几十年来，拉挤成型甚至已经进行了改进，可以使用预聚合的热塑性塑料。

传统拉挤成型的许多特征在TTI的半径拉挤成型工艺中都被颠倒了，但是要理解的最重要的方面是，对于半径拉挤成型，模具不是固定的。相反，它移动并拉动材料以产生线性恒定的横截面或恒定弯曲的轮廓。

模具或一系列模具不仅在轮廓上来回移动，使材料成形和固化，而且两者都沿着轨道前进（在这种情况下，轮廓在一个方向上移动，而模具在两个方向上移动）但是模具也将干燥的增强材料拉过树脂熔池和固化的型材，朝着夹具和切割器。为了产生线性横截面，模具和型材都沿着轨道的直线部分移动。为了产生弯曲的横截面，模具和轮廓沿着轨道的弯曲部分移动。

TTI销售主管Sebastian Mehrtens解释说：“在这项技术中，模具有效地代替了往复式拉拔器，而拉拔器被打开或关闭但不会移动的固定式抓爪代替。” “当夹钳达到预定长度并准备切割时，夹持器将关闭并支撑固化的型材，否则保持打开状态，并使型材向切割单元移动。” 为了减少从热物料中拉出纤维的风险，对加热的模具进行了镀铬处理。

此外，TTI的半径拉挤成型设备允许机器轴水平或垂直旋转，从而可以产生具有连续曲线（箍结构）和恒定2D或3D半径，或交替的直线和曲线截面的轮廓，或者更明显的是，轮廓看起来像螺旋弹簧。“当弯曲部分平行于长[拉]轴出现时，旋转和线性[拉]移动是垂直的，也就是说，它们像保险杠一样向上或向下弯曲，” JensB？lke解释说， TTI复合材料和新技术负责人。“另一方面，当曲线平行于短[横拉]轴发生时，旋转和线性运动是水平的，这意味着它就像玻璃顶天窗的窗框一样向左或向右弯曲。”

目前，半径拉挤成型的主要设计局限性在于，它尚无法产生既弯曲又具有可变横截面的型材。其他一些实际限制是，尽管最大半径没有理论限制，但产生的最大TTI直径为1500厘米，在螺旋弹簧状结构的情况下，最大半径目前为40毫米。几年前，该公司指出，半径拉挤成型的未来工作将集中于生产弯曲的波形弹簧结构，并可能通过反应聚合进入热塑性型材。

优势和应用可能性

半径拉挤成型有很多优点：

· 它的运行速度与传统线性拉挤机大致相同（最高2米/分钟）。

· 它几乎不产生废料。

· 它可以产生具有高纤维体积分数和2D或3D曲率的实心或空心结构。

· 几乎没有收缩；型材以低残余应力退出，并能够保持严格的公差。

· 可以使用许多不同的树脂体系-从聚氨酯和环氧到乙烯基酯和不饱和聚酯。

· 可以使用多种类型的增强材料，包括单向粗纱以及各种织物-带有或不带有用于改善表面光洁度和悬垂性的面纱。

除了已经投入生产的直的或弯曲的保险杠梁外，其他潜在的汽车应用还包括车顶弓，传动系统和底盘部件，防倾杆，车门侧面防撞梁和螺旋弹簧。目标市场还包括建筑，建筑，农业，海洋，基础设施，医疗部件和体育用品。TTI报告说，其技术的其他商业应用包括在生产自行车轮辋时用作丢失的磁芯。

TTI目前制造和销售半径拉挤设备，获得许可并为客户生产常规的线性和半径拉挤零件。TTI的最新创新是其pullCUBE系统，该系统最初定于2020年JEC世界大会上推出，现在将在5月的实时在线会议中进行展示。这款紧凑的系统可以说是世界上最短的3.5米拉挤设备（与传统拉挤机相比，可以拉长15至20米），紧凑的系统可以在同一台机器上生产直线形和曲线形轮廓，并配备了模具，夹具单元和切割锯。“由于比传统的拉挤设备短75％，pullCUBE在运行过程中消耗的能源明显减少，并且在初始设置过程中产生的干纤维浪费减少了75％，”B？lke补充道。“此外，不同于传统的拉挤成型系统，在生产过程中大约需要每15-30分钟对材料进行吹扫，我们的新设备在正常生产运行中根本不需要吹扫周期。”

Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG的最新技术是该公司的pullCUBE紧凑型拉挤成型机，该设备据说是世界上最短的拉挤成型系统，其长度为3.5米，比可拉长15至20米的传统拉挤生产线短75％，并且可以生产直线（传统）或弯曲（半径）拉挤零件。该装置的体积小巧，可显着节省能源，干纤维废料，运输成本和仓库空间。它不需要在整个生产过程中进行定期清洗，从而进一步减少了树脂和纤维的浪费；全封闭设计有助于提高工人安全性。

此外，这种小型系统易于运输，仅需使用叉车即可移动，安装速度比传统生产线还快，并且在工厂车间所需的空间也小得多。“在某些应用中这可能会带来有趣的好处，” Mehrtens说。“例如，可以在桥梁翻新附近安装机器，以根据需要生产结构元件。或者，它可以在铺设新高速公路时设置，并且可以生产钢筋，可以在工作现场将其切成定制长度。” pullCUBE的另一个优点是工人安全，因为该设备是完全封闭的，并且操作员不会在灼热的模具表面上烫手，不会被by子夹住或被锯割伤。

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