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CN106827573B - 碳纤维汽车零部件hp-rtm柔性生产线及其生产方法 - Google Patents

碳纤维汽车零部件hp-rtm柔性生产线及其生产方法 Download PDF

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CN106827573B CN201710111487.4A CN201710111487A CN106827573B CN 106827573 B CN106827573 B CN 106827573B CN 201710111487 A CN201710111487 A CN 201710111487A CN 106827573 B CN106827573 B CN 106827573B
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Abstract

本发明公开了一种碳纤维汽车零部件HP‑RTM柔性生产线及其生产方法，包括依次设置的开卷裁剪区、预成型区、HP‑RTM区、以及修整区；开卷裁剪区由依次设置的开卷机、裁剪机、扫码机、以及加热装置构成；预成型区的两侧设置有平行相对布置的预成型压机，两侧所述预成型压机之间留有第一转运通道；所述HP‑RTM区的两侧设置有平行相对布置的HP‑RTM压机，两侧所述HP‑RTM压机之间留有第二转运通道，所述第一转运通道与第二转运通道位于同一条线上；每台所述HP‑RTM压机的后方两侧分别设置有注射机，所述修整区设置有激光切割机。本发明将生产线上占用工时较长的预成型区、HP‑RTM区采用了并行设计，保证了开卷裁剪区和修整区的设备开动率，使整个生产过程通畅进行，生产效率大大提高。

Description

碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线及其生产方法
技术领域
本发明属于汽车零部件的技术领域，具体地指一种碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线及其生产方法。
背景技术
碳纤维是21世纪汽车制造业的关键原材料，是保有了优秀机械性能的复合材料，将会在汽车研发和制造领域带来一场变革。碳纤维HP-RTM高压树脂传递模塑工艺技术是近年来在汽车轻量化背景下推出的一种对大批量生产高性能热固性复合材料零件的新型RTM工艺技术。碳纤维HP-RTM工艺生产线主要用于汽车或工程机械部件的生产加工。
由于碳纤维HP-RTM工艺在2010年以后才开始被应用，目前国内仅有少数企业采用HP-RTM工艺制作碳纤维汽车零部件，但均属于离散单机生产，并没有一条自动化的生产线，造成生产成本高并且成品率低，性能不稳定，产品的市场推广和应用存在一定的困难。因此，如何工业化、连续化的生产出用HP-RTM工艺制作的效率高、性能稳定的碳纤维零部件就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线及其生产方法，该生产线将占用工时较长的预成型区和HP-RTM区采用了并行设计，保证了开卷裁剪区和修整区的设备开动率，使整个生产过程通畅进行，生产效率大大提高。
为实现上述目的，本发明所设计的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，该生产线包括依次设置的开卷裁剪区、预成型区、HP-RTM区、以及修整区；所述开卷裁剪区由依次设置的开卷机、裁剪机、扫码机、以及加热装置构成；
所述预成型区的两侧设置有平行相对布置的预成型压机，两侧所述预成型压机之间留有第一转运通道；所述HP-RTM区的两侧设置有平行相对布置的HP-RTM压机，两侧所述HP-RTM压机之间留有第二转运通道，所述第一转运通道与第二转运通道位于同一条线上；每台所述HP-RTM压机的后方两侧分别设置有注射机，所述修整区设置有激光切割机；
所述开卷裁剪区、预成型区、HP-RTM区、以及修整区相邻两个工位之间设置有工位区间转运装置，所述开卷裁剪区的开卷机、裁剪机、扫码机、以及加热装置之间通过传送带的方式运转，所述预成型区、HP-RTM区、修整区的区内分别设置有区内转运装置。
进一步地，所述开卷裁剪区设置在预成型区其中一台预成型压机的同一侧，所述开卷裁剪区的相对另一侧设置有毛坯存放区；所述修整区设置在HP-RTM区其中一台HP-RTM压机的同一侧，所述修整区的相对另一侧设置有零件存放区，所述修整区与零件存放区之间留有第三转运通道，所述第三转运通道与第二转运通道位于同一条线上。
进一步地，所述开卷裁剪区设置在预成型区的第一转运通道的水平中心线上游。
进一步地，所述区内转运装置包括设置在预成型区的第一转运通道、HP-RTM区的第二转运通道、以及修整区的第三转运通道上用于转运操作的固定式转运机器人。
进一步地，所述工位区间转运装置包括设置在开卷裁剪区、预成型区、HP-RTM区、以及修整区的相邻两个工位之间的转运小车。
进一步地，位于所述预成型压机的生产线上游、HP-RTM压机的生产线上游、以及激光切割机的生产线上游分别设置有上游载物台，位于所述预成型压机的生产线下游和HP-RTM压机的生产线下游分别设置有下游载物台。
本发明还提供了一种利用上述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，包括如下步骤：将放置在毛坯存放区的碳纤维卷料运转至开卷裁剪区，在开卷裁剪区依次进行开卷、裁剪、扫码、加热处理，取得铺层坯料；再将铺层坯料转运至预成型区进行预成型处理，取得预成型体；然后将预成型体转运至HP-RTM区进行树脂的浸渍和固化，取得零件坯体；接着将零件坯体转运至修整区，按零件的设计尺寸要求整形，最后转运至零件存放区。
进一步地，所述加热处理为采用通过式红外加热炉在温度为120-140℃的条件下进行加热处理；所述预成型压机的压力吨位为100-150吨。
进一步地，所述树脂的浸渍和固化的具体过程为：将预成型体放置在内表面涂覆有脱模剂的模具内，然后在真空辅助排气的情况下，利用注射机将树脂注入闭合的模腔内，最后利用HP-RTM压机提供高压完成树脂的浸渍和固化。
进一步地，所述注射机的压力为10-60bar，所述HP-RTM压机的压力吨位为3000-3600吨。
与现有技术相比，本发明的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线具有如下优点：
其一，本发明通过对生产线上的开卷裁剪区、预成型区、HP-RTM区、修整区等设备进行合理的布局和设置，该生产线将占用工时较长的预成型区的预成型压机和HP-RTM区的HP-RTM压机设置为对称平行布置，采用了双线并行的设计，使得整条生产线设计精巧，结构简单，实现了碳纤维HP-RTM工艺工业自动化的生产方式，工业化的生产，从而使得HP-RTM工艺制作碳纤维零部件效率高、性能稳定。
其二，本发明的第一种布置方式可以将开卷裁剪区设置在预成型区其中一台预成型压机的同一侧，可以节约开卷裁剪区的相对另一侧的空间用于放置毛坯存放区，而且还可以将修整区设置在HP-RTM区其中一台HP-RTM压机的同一侧，可以节约修整区的相对另一侧的空间用于放置零件存放区，这样使得设备的占用空间小，提高了空间的利用率。
其三，本发明提供的第二种布置方式将开卷裁剪区设置在预成型区的第一转运通道的水平中心线上游，这样可以缩短开卷裁剪区与预成型区之间的转运距离，提高生产的节拍，缩短生产时间。
附图说明
图1为本发明碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线的第一种实施方式；
图2为本发明碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线的第二种实施方式；
其中：1-开卷裁剪区、1.1-开卷机、1.2-裁剪机、1.3-扫码机、1.4-加热装置、2-预成型区、2.1-预成型压机、3-HP-RTM区、3.1-HP-RTM压机、3.2-注射机、4-修整区、4.1-激光切割机、5-毛坯存放区、6-零件存放区、7-固定式机器人、8-转运小车、9.1-上游载物台、9.2-下游载物台、10-滑轨、11.1-第一转运通道、11.2-第二转运通道、11.3-第三转运通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如1图所示为本发明的第一种实施方式，本实施方式的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线包括依次设置的开卷裁剪区1、预成型区2、HP-RTM区3、以及修整区4；开卷裁剪区1由依次设置的开卷机1.1、裁剪机1.2、扫码机1.3、以及加热装置1.4构成；
预成型区2的两侧设置有平行相对布置的预成型压机2.1，两侧预成型压机2.1之间留有第一转运通道11.1；HP-RTM区3的两侧设置有平行相对布置的HP-RTM压机3.1，两侧HP-RTM压机3.1之间留有第二转运通道11.2，第一转运通道11.1与第二转运通道11.2位于同一条线上；每台HP-RTM压机3.1的后方两侧分别设置有注射机3.2，修整区4设置有激光切割机4.1；
开卷裁剪区1、预成型区2、HP-RTM区3、以及修整区4相邻两个工位之间设置有工位区间转运装置，开卷裁剪区1的开卷机1.1、裁剪机1.2、扫码机1.3、以及加热装置1.4之间通过传送带的方式运转，预成型区2、HP-RTM区3、修整区4的区内分别设置有区内转运装置。
开卷裁剪区1设置在预成型区2其中一台预成型压机2.1的同一侧，开卷裁剪区1的相对另一侧设置有毛坯存放区5；修整区4设置在HP-RTM区3其中一台HP-RTM压机3.1的同一侧，修整区4的相对另一侧设置有零件存放区6，所述修整区4与零件存放区6之间留有第三转运通道11.3，第三转运通道11.3与第二转运通道11.2位于同一条线上。区内转运装置包括设置在预成型区2的第一转运通道11.1、HP-RTM区3的第二转运通道11.2、以及修整区4的第三转运通道11.3上用于转运操作的转运机器人，转运机器人为固定式机器人7，可以固定在工位区间的顶上或者地面上。工位区间转运装置包括设置在开卷裁剪区1、预成型区2、HP-RTM区3、以及修整区4的相邻两个工位之间的转运小车8。位于预成型压机2.1的生产线上游、HP-RTM压机3.1的生产线上游、以及激光切割机5.1的生产线上游分别设置有上游载物台9.1，位于预成型压机2.1的生产线下游和HP-RTM压机3.1的生产线下游分别设置有下游载物台9.2。
开卷裁剪区1设置有开卷机1.1、裁剪机1.2、扫码机1.3、加热装置1.4，整套设备沿生产线方向依次依序排列，且位于生产线的一侧，另一侧作为碳纤维卷料的毛坯存放区5。扫码机1.3打码是由激光在表面打二维码，来实现产品信息的可追溯性，加热装置1.4是由通过式红外加热炉实现的，铺层坯料由加热炉到预成型区2可通过AGV小车或转运小车来实现，主要负责搬运铺层坯料到预成型区2的上游载物台9.1。开卷裁剪区1的材料通过皮带输送机在开卷机1.1、裁剪机1.2、扫码机1.3、加热装置1.4间依次转运，皮带输送机的转速由工序的节拍决定，整个过程不需停机等待，均是在线条件下通过自动化设备完成，不需人工辅助作业。当快速树脂的开发，可直接经过加热装置1.4加热处理后的铺层坯料通过AGV小车或转运小车直接送到预成型区2的预成型压机2.1上，取消预成型区2的上游载物台9.1。
预成型区2的两侧设置有平行相对布置的预成型压机2.1，预成型区2对于用HP-RTM工艺生产的零件，需要制造一个由织物增强材料制成的预制件，这样的预制件在预成型区制造完成，是一个自动化的过程，两套预成型压机2.1位于固定式机器人7的两侧，在预成型压机2.1的压力下使增强纤维变成一体，预成型体在加热加压下制备是为了保证在后续高压注入树脂的条件下，使预成型体能保持高的抗冲刷性。预成型体在压力机上完成压制过程后，通过激光切割机，按照零件设计的尺寸进行激光切边，工序间的传输通过转运小车来转运。
HP-RTM区3的两侧设置有平行相对布置的HP-RTM压机3.1，每台HP-RTM压机3.1后方两侧分别设置有注射机3.2。HP-RTM区3采用预成型件通过真空辅助排气，在高压注射和在高压力下完成树脂的浸渍和固化过程。具体是将反应性混合物注入到闭模中浸渍预成型件，通过树脂系统以及部件的尺寸和工艺设计，按照合适的注射速度在一个闭环过程中，对树脂和固化剂进行精确计量，并在高压下进行混合，得到反应性混合物，固化完成后零件将被送往冲孔修边机。
修整区4设置有激光切割机4.1，修整区4是工艺最后的一环，包括零件外廓的修边，增加安装孔和嵌件开孔等，用铣刀进行的修整可以采用自动化切割台或手提式切割机，工具的选择主要取决于部件的尺寸和复杂程度，其中机器人被用于零件的上下料。
本实施例的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线通过对该生产线上开卷裁剪区1、预成型区2、HP-RTM区3、修整区4等设备进行合理的布局和设置，整条生产线设计精巧，结构简单，可实现了碳纤维HP-RTM手工生产线实现自动化改造的需求，大大满足了多元化市场的需求以及技术革新的影响，为企业解决了后顾之忧。
本发明利用第一种实施方式的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，具体包括如下步骤：用行车将由碳纤制成柔软的纤维卷的卷料，放置在毛坯存放区5，吊装到开卷机1.1的机架上，开卷机1.1芯轴通过旋油缸实现涨缩，通过张力开卷后进行纤维铺层。铺层的厚度和材料由产品设计决定，夹芯材料也可由玻纤替换，铺层完成后根据零件形状的需求，使用CNC切割技术，利用裁剪机1.2切割成所需的尺寸，该过程通过由存储的CAD零件参数得到的切割程序完成，切割成形的纤维铺层材料层合到一起，通过皮带机输送到扫码机1.3通过激光二维码机打码，再被输送到加热装置1.4中，由于预成型体的成型过程中，需对铺层坯料进行加热，温度约为120-140℃左右，被送到加热装置1.4的铺层坯料由通过式红外加热炉实现。
加热完成后将通过转运小车8把铺层坯料分别放置在预成型区2两侧的上游载物台9.1上，开始准备制备预成型体，根据节拍要求由预成型区2的固定式机器人7将铺层坯料分别送进两侧的预成型压机2.1中，预成型压机2.1的压力吨位在100-150吨，预成型区2的固定式机器人7布置在2台预成型压机2.1的中间，成型后的预成型体由预成型区2的固定式机器人7放到预成型区2两侧的下游载物台9.2上。
通过HP-RTM区3的转运小车8将预成型体放入HP-RTM区3两侧的上游载物台9.1上，清理模具的上下模，在模具表面涂覆脱模剂，其中模具的温度在130℃左右，由HP-RTM压机3.1自带的感应加热系统实现，再由HP-RTM区3的固定式机器人7将预成型体放置在模具内，闭合模具，然后在真空辅助排气的情况下，利用注射机3.2提供的高压10-60ba将专用树脂注入闭合模腔内，树脂的温度由树脂材料本身属性决定，最后利用液压机提供的高压按工件在模具内投影面积的大小，压力机的吨位按最大3600吨匹配，均可满足乘用车零部件的需求完成树脂的浸渍和固化，得到零件坯体。
固化完成后的零件坯体由HP-RTM区3的固定式机器人7放到HP-RTM区3两侧的下游载物台9.2上，通过转运小车8将零件坯体放入修整区4的上游载物台9.1上，通过固定式机器人7将零件坯体转送到激光切割机5.1上，按零件的设计尺寸要求整形，通过固定式机器人7下线后，由转运小车8送往零件存放区6，至此整个工艺流程完成。
如图2所示，本发明的第二种实施方式，与实施例1的不同之处在于开卷裁剪区1设置在预成型区2的第一转运通道11.1的水平中心线上游，这样可以缩短开卷裁剪区1与预成型区2之间的转运距离，提高生产的节拍，缩短生产时间。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，其特征在于：该生产线包括依次设置的开卷裁剪区(1)、预成型区(2)、HP-RTM区(3)、以及修整区(4)；所述开卷裁剪区(1)由依次设置的开卷机(1.1)、裁剪机(1.2)、扫码机(1.3)、以及加热装置(1.4)构成；
所述预成型区(2)的两侧设置有平行相对布置的预成型压机(2.1)，两侧所述预成型压机(2.1)之间留有第一转运通道(11.1)；所述HP-RTM区(3)的两侧设置有平行相对布置的HP-RTM压机(3.1)，两侧所述HP-RTM压机(3.1)之间留有第二转运通道(11.2)，所述第一转运通道(11.1)与第二转运通道(11.2)位于同一条线上；每台所述HP-RTM压机(3.1)的后方两侧分别设置有注射机(3.2)，所述修整区(4)设置有激光切割机(4.1)；
所述开卷裁剪区(1)、预成型区(2)、HP-RTM区(3)、以及修整区(4)相邻两个工位之间设置有工位区间转运装置，所述开卷裁剪区(1)的开卷机(1.1)、裁剪机(1.2)、扫码机(1.3)、以及加热装置(1.4)之间通过传送带的方式运转，所述预成型区(2)、HP-RTM区(3)、修整区(4)的区内分别设置有区内转运装置；
所述开卷裁剪区(1)设置在预成型区(2)其中一台预成型压机(2.1)的同一侧，所述开卷裁剪区(1)的相对另一侧设置有毛坯存放区(5)；
所述修整区(4)设置在HP-RTM区(3)其中一台HP-RTM压机(3.1)的同一侧，所述修整区(4)的相对另一侧设置有零件存放区(6)，所述修整区(4)与零件存放区(6)之间留有第三转运通道(11.3)，所述第三转运通道(11.3)与第二转运通道(11.2)位于同一条线上。
2.根据权利要求1所述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，其特征在于：所述开卷裁剪区(1)设置在预成型区(2)的第一转运通道(11.1)的水平中心线上游。
3.根据权利要求2所述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，其特征在于：所述区内转运装置包括设置在预成型区(2)的第一转运通道(11.1)、HP-RTM区(3)的第二转运通道(11.2)、以及修整区(4)的第三转运通道(11.3)上用于转运操作的固定式转运机器人(7)。
4.根据权利要求3所述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，其特征在于：所述工位区间转运装置包括设置在开卷裁剪区(1)、预成型区(2)、HP-RTM区(3)、以及修整区(4)的相邻两个工位之间的转运小车(8)。
5.根据权利要求4所述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线，其特征在于：位于所述预成型压机(2.1)的生产线上游、HP-RTM压机(3.1)的生产线上游、以及激光切割机(5.1)的生产线上游分别设置有上游载物台(9.1)，位于所述预成型压机(2.1)的生产线下游和HP-RTM压机(3.1)的生产线下游分别设置有下游载物台(9.2)。
6.一种利用权利要求1-5任意一项所述的碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：将放置在毛坯存放区(5)的碳纤维卷料运转至开卷裁剪区(1)，在开卷裁剪区(1)依次进行开卷、裁剪、扫码、加热处理，取得铺层坯料；再将铺层坯料转运至预成型区(2)进行预成型处理，取得预成型体；然后将预成型体转运至HP-RTM区(3)进行树脂的浸渍和固化，取得零件坯体；接着将零件坯体转运至修整区(4)，按零件的设计尺寸要求整形，最后转运至零件存放区(6)。
7.根据权利要求6所述的利用碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，其特征在于，所述加热处理为采用通过式红外加热炉在温度为120-140℃的条件下进行加热处理；所述预成型压机(2.1)的压力吨位为100-150吨。
8.根据权利要求6所述的利用碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，其特征在于，所述树脂的浸渍和固化的具体过程为：将预成型体放置在内表面涂覆有脱模剂的模具内，然后在真空辅助排气的情况下，利用注射机(3.2)将树脂注入闭合的模腔内，最后利用HP-RTM压机(3.1)提供高压完成树脂的浸渍和固化。
9.根据权利要求8所述的利用碳纤维汽车零部件HP-RTM柔性生产线进行汽车零部件的生产方法，其特征在于，所述注射机(3.2)的压力为10-60bar，所述HP-RTM压机(3.1)的压力吨位为3000-3600吨。
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