碳纖維被譽(yù)為當(dāng)代“新材料之王”,但這種材料特殊的加工成型方式,需要專用設(shè)備,研發(fā)難度高。眼下,威海光威精密機(jī)械有限公司作為鏈主企業(yè),正著力研發(fā)自動(dòng)加工設(shè)備,加快補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)短板。
無論是翱翔藍(lán)天的飛機(jī),還是遨游太空的飛船,直沖云霄的時(shí)刻,重量是決定性能的關(guān)鍵指標(biāo)。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),航天器每減重1公斤,經(jīng)濟(jì)效益就增加近10萬美元。在材料選擇過程中,碳纖維的表現(xiàn)格外亮眼,它的強(qiáng)度是鋼的7到9倍,重量卻只有四分之一,而要讓一縷縷碳絲變成精密部件,加工裝備至關(guān)重要。
光威精密機(jī)械團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行相關(guān)測試工作。紀(jì)哲/攝
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“普通的機(jī)床是利用金屬材料進(jìn)行一個(gè)車削或者是銑削的減材過程,而我們碳纖維的成型工藝需要通過多層鋪疊來實(shí)現(xiàn)材料增厚,再通過高溫固化形成一個(gè)零件?!惫馔軝C(jī)械副總工程師白賢榮介紹。
相較于手工鋪放,自動(dòng)化裝備的效率能提升20倍左右。但由于航空航天市場專業(yè)性強(qiáng),研發(fā)難度大。過去要想在飛機(jī)上使用碳纖維,設(shè)備只能依賴進(jìn)口。核心裝備受制于人,作為國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)的頭部企業(yè),光威精密機(jī)械決心開展自主研發(fā)。
“10年前,我們能夠自己研發(fā)碳纖維裝備,通過不斷改進(jìn)和迭代實(shí)現(xiàn)成功,而現(xiàn)在,我們在碳纖維發(fā)展后期的裝備應(yīng)用上也有信心。同時(shí),企業(yè)也有責(zé)任和義務(wù)保障航空航天制品發(fā)展所需要的裝備應(yīng)用?!惫馔軝C(jī)械總經(jīng)理侯煥斌說。
為攻克關(guān)鍵技術(shù),光威精密機(jī)械組建了一支涵蓋機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動(dòng)化、數(shù)控系統(tǒng)、軟件開發(fā)等多領(lǐng)域的復(fù)合型研發(fā)團(tuán)隊(duì)。他們首先要解決曲面鋪放軌跡規(guī)劃的難題,來滿足航空部件依據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)曲度變化大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。
“像S進(jìn)氣道這種高級曲面,它會(huì)出現(xiàn)一個(gè)扇形,開始端如果是A4紙大小,結(jié)束端會(huì)擴(kuò)大一倍。因?yàn)榻z數(shù)沒有變化,始終保持一定的寬度,勢必到末端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空白三角區(qū)域?!卑踪t榮說。
擺在工程師面前的,不僅要補(bǔ)齊這個(gè)空白,還要盡可能保證碳纖維長度。碳纖維越長,最終部件的力學(xué)性能越好。選擇最優(yōu)方案,團(tuán)隊(duì)嘗試了幾萬次,使用上萬平方米的碳纖維布料測試,而每平方米的綜合價(jià)格高達(dá)2800元。“我們通過反復(fù)測試,可以使鋪層厚度控制在正負(fù)0.1毫米內(nèi),也就是一張紙的厚度,整個(gè)面都很均勻?!卑踪t榮介紹。
然而新的難題很快又出現(xiàn)了,頻繁增減絲造成刀片磨損,幾百次后就需要更換。每更換一次需要半個(gè)多小時(shí),嚴(yán)重耽誤生產(chǎn)進(jìn)度。研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一年半時(shí)間,改進(jìn)切刀結(jié)構(gòu),又通過改善材質(zhì)繼續(xù)提高切刀壽命,如今連續(xù)生產(chǎn)幾個(gè)星期都沒問題。
歷時(shí)5年多打磨,光威精密機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)鋪絲設(shè)備經(jīng)過山東省裝備制造業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)定,整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。光威精機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)鋪絲設(shè)備已應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域,助力國內(nèi)相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化加工。(Hi威??蛻舳擞浾?謝菁)