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热塑性复合材料技术及制品

近几年，团队与众多企业进行产学研合作、技术服务，并开发了大量的复合材料产品，为新能源汽车轻量化技术的探讨和推广积累了宝贵的经验。其中研发和推广的改性热塑性树脂基体复合材料汽车零部件自2016年起批量化制造40余万件。

生产的长纤维增强热塑性复合材料制品不仅密度低（1.1～1.4g/cm3），而且具有很好的力学性能，其拉伸强度、弹性模量、冲击韧性、耐热性和耐蠕变性能均明显优于短纤维增强的热塑性塑料，特别是其抗冲击性能高，通常被设计用于汽车的结构件和半结构件。

除汽车行业外，长纤维复合材料模压技术还广泛应用于机械、建筑、体育娱乐、电气电子、物流和园艺等各个工业、民用领域。

热塑性复合材料成套装备

由北京机科国创轻量化科学研究院有限公司开发设计的长纤维复合材料在线模压成形成套装备，涵盖300、1000、3000、4000、6000吨级生产线，最大成形面积5000*3000mm。

热塑性复合材料模压成型技术是将设计好比例的树脂、添加剂以及长纤维在专用设备中可控混合，在此过程中纤维长度和物料均一性得到有效控制，纤维长度于15~60mm可控，制成胚料后经传输装置送入模压单元，直接快速成形制品，生产效率1~3件/分钟，力学性能与轻质金属相当，形成20~30万件/年的生产能力。

其显著特点是省略了半成品制备步骤，大幅度提高生产效率，纤维含量和纤维长度、热塑性树脂、添加剂均可以直接在线调节到最终制品的设计要求，通过对混料过程中纤维长度和均一性的有效控制，与同类材料成形工艺相比，其制品的抗冲击性能提高40~60%，可实现复合材料批量化制造生产。

热固性复合材料技术及制品

工艺流程：

生产的快速固化环氧树脂具体指标如下：

1.开发出快速固化双组份环氧树脂体系A组份即环氧树脂在常温状态下黏度≤500mpa.s，B组份即固化剂在常温状态下黏度≤20mpa.s，两者混合黏度≤100mpa.s，并且常温储存时间≥30min；

2.在120℃下，环氧树脂完全固化时间≤5min，其玻璃化转变温度≥120℃。即表示在高温开模时，产品不容易变形；

3.试制防撞梁和支架两种典型汽车碳纤维复合材料零部件。部件强度300Mpa~800Mpa，断裂延伸率3~45%。

热固性复合材料成套装备

由北京机科国创轻量化科学研究院有限公司开发设计的复合材料湿法模压成形成套技术及产品，集成创制包括碳纤维放卷与裁切设备，树脂混配输送一体化设备、液态树脂喷淋设备、自动化放料、取件系统、碳纤维零部件精切设备等多台专用设备，采用中央控制系统对各单机控制系统联动控制，协调整线工艺节拍，具备工艺全参数存储、远程数据传输，设备稳定曲线分析等智能化控制功能。

复合材料预制体数字化三维成形技术及装备

北京机科国创轻量化科学研究院有限公司致力于复合材料成形技术与装备研发，开发出具有自主知识产权的复合材料预制体数字化三维成形技术及装备，研制出系列化复合材料柔性导向多针织造成形机。

复合材料柔性导向三维织造成形机

复合材料3D打印成形技术及装备

北京机科国创轻量化科学研究院有限公司在复合材料3D打印成形技术及装备领域开发出成形范围为500mm×500mm×500mm、2500mm×1500mm×500mm等多台套复合材料3D打印成形装备，适用于CF/PA、CF/PLA、KF/PLA、CF/PEEK 等短纤维与连续纤维增强热塑性树脂复合材料，可实现不同领域内碳纤维复合材料单件小批量个性化定制及样件快速试制。

纤维增强复合材料增材制造成形机

高温难变形材料超塑成形扩散连接（SPFDB）工艺技术与装备

超塑成形/扩散连接（SPF/DB）是一种复杂构件整体近净成形工艺，低载荷条件下一次成形出薄壁、多层中空结构、空间点阵结构复杂零件，适用于钛合金、铝合金、镁合金、镍基高温合金、Ti-Al金属间化合物、陶瓷材料等复杂零件的整体成形难题。

轻合金事业部研制开发了国内首台套超高温（平台最高加热温度1200℃）、大台面（3000×2000mm）超塑成形/扩散连接装备，应用于Ti-Al系金属间化合物轻质耐高温材料（600～750℃长期使用）复杂构件成形制造，自主知识产权的1200℃超高温超塑成形装备用大尺寸陶瓷平台技术有效解决热失配问题，达到国际领先水平，已获授权发明专利8项，机械工业科技进步奖、国防科技发明奖、机械总院科技进步奖等多项，获批第十三届中国工业论坛“中国工业首台（套）重大技术装备” 。

轻合金事业部自主研发的8000kN超塑成形/扩散连接装备最高温度950℃，工作台面尺寸1600×1400mm，气体压力加载范围0~5Mpa，扩散连接压力≥2MPa，高温加热平台温度均匀性≤±10℃，平台平面度≤0.5mm，应用于钛合金多层中空结构复杂零件成形制造，民用领域乘用车全铝车身成形、轨道交通车辆高铁车头、壁板、车窗等零件的成形制造。

轻合金事业部自主研发的2000KN精密数控真空超塑成形/扩散连接装备加热室最高温度1300℃，工作区温度均匀性≤±5℃，工作台面400×460mm，平台最大开启高度≥250mm，平台平面度≤0.5mm，极限真空度10-3Pa～10-5Pa，工作真空度：5.0×10-3 Pa，压升率≤0.5Pa，4路单独控制惰性气体气压加载气压加载范围0～5MPa，扩散连接压力≥5MPa，零部件扩散连接焊后变形量控制0.2～2%。

                                       超塑成形扩散连接TC4三层板中空结构翼面                           TC4钛合金半球零件 

                                        扩散连接GH4169蓄压器膜盒                                         高铁铝合金车窗 

                                     （1309mm×889mm×137mm） 

20000kN陶瓷加热平台超塑成形/扩散连接装备（平台最高加热温度1200℃）

8000kN超塑成形/扩散连接装备

2000kN真空超塑成形/扩散连接设备

超高强钢热冲压成形工艺

热冲压成形技术包括直接热冲压和间接热冲压两种形式。其工艺流程主要是将硼钢板坯料加热到奥氏体化温度以上，并保温一定时间使其充分奥氏体化，随后将加热的坯料迅速转移至带有冷却系统的模具内冲压成形。超高强钢热冲压产品的机械性能明显高于传统高强钢产品，其抗拉强度≥1500Mpa，屈服强度≥1100MPa,延伸率≥5％，回弹≤0.3mm。

超高强钢热成形零件主要应用

团队目前已掌握超高强钢热成形工艺开发和模拟、热成形零件结构优化与仿真、成形与淬火一体化模具设计和热冲压装备关键设备自主开发与集成等4项关键核心技术。针对热冲压零件冷弯性能差、吸能效果低，团队开展超高强钢TWB、TRB和局部热成形技术研究，已掌握TRB和TWB热成形零件机构优化和成形仿真工艺。TWB热成形技术是指将把不同厚度、不同性能的板材激光拼焊接在一起，然后进行热冲压的工艺，TRB热成形技术是指将超高强钢钢坯在轧制时根据热成形零件产品需要，实现一张钢板不同厚度的轧制工艺，TWB和TRB都是通过降低零件厚度或局部淬火，实现一个零件不同强度，提高零件碰撞时的吸能效果和整车安全性能。局部热冲压技术指在一个热成形零件成形过程中同时进行两种不同热处理工艺，最后零件强度分为软区、过渡区和高强度区三个部分。局部热冲压可以通过加热炉局部加热工艺和模具局部加热工艺两种方法实现，团队已掌握出局部热成形工艺和局部热冲压模具温度场仿真工艺，开发出局部热冲压模具及精确控温系统。

铸件/锻件自动化柔性打磨技术与成套装

北京机科国创轻量化科学研究院有限公司开发出铸/锻件自动化柔性打磨技术与成套装备。自动化打磨生产线采用机器人和专机协同匹配的方式，集成3D相机、激光测距、力位执行器、浮动打磨头、六维力控等功能，实现铸件/锻件的视觉识别、自动打磨与清理、物料自动转运及生产线集中管控；同时可根据客户技术需求定制开发打磨专机与打磨自动化生产线。

发动机缸盖自动化柔性清理设备

K6摇枕、侧架打磨/检测一体机                            链环立环柔性智能打磨产线