紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)從碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)獲得翻番利潤(rùn)。一方面粘合織物生產(chǎn)企業(yè)的投資意愿不斷增長(zhǎng)，另外一方面，碳纖維增強(qiáng)塑料的特性正在對(duì)紡織機(jī)械關(guān)鍵部件產(chǎn)生影響。所以，開展自己的碳纖維增強(qiáng)塑料的機(jī)械加工是有優(yōu)越性的。

碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)機(jī)械零部件受歡迎的因素，不僅僅是因?yàn)閺?qiáng)度-重量的高比值，而且還因?yàn)槠淇梢哉{(diào)節(jié)熱膨脹和阻尼特性，降低振幅，吸收內(nèi)部振動(dòng)。所以，一段時(shí)間以來(lái)，紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)Liba公司一直在使用這種材料補(bǔ)償重要機(jī)械部件的熱效應(yīng)和機(jī)械/動(dòng)態(tài)影響。德國(guó)弗蘭克尼亞Nalia的Liba機(jī)械公司的老板主兼首席執(zhí)行官Karlheins Liebrandt說(shuō)：“在我們最重要的碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料部件中，所謂‘主動(dòng)刀柄’一枝獨(dú)秀?！痹谘亻L(zhǎng)度為6.6m的橫梁上，使用多達(dá)8000根活動(dòng)針創(chuàng)造了復(fù)雜輪廓形狀，活動(dòng)針的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必須極其精確并可以重復(fù)產(chǎn)生。

圖1 為了補(bǔ)償熱效應(yīng)和機(jī)械因素對(duì)尺寸穩(wěn)定性的影響，CFRP是制作細(xì)
長(zhǎng)、狹窄活動(dòng)刀柄的最合適材料。在這些橫梁上，安裝了8000根活動(dòng)針

另外，外部影響必須不會(huì)改變橫梁的形式和尺寸。使用碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料，Liba公司解決了車間溫度和慣性力的問(wèn)題，補(bǔ)償了熱膨脹和扭力。先前，采用擠壓成型的鋁鎂合金型材，無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。車間溫度的變化，影響橫梁長(zhǎng)度。自從改變了工作材料，橫梁的熱膨脹問(wèn)題解決了。Karlheins Liebrandt評(píng)論說(shuō)：“自從采用碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料以后，幾乎不再存在啟動(dòng)機(jī)器的困難?！钡牵鼡Q工作材料的工作并不容易?！罅康慕疱X和汗水’是企業(yè)老板兼首席執(zhí)行官建立碳纖維增強(qiáng)塑料部件制造和生產(chǎn)所支付的代價(jià)?！斑@是一個(gè)漫長(zhǎng)和讓人糾結(jié)的過(guò)程，十年前開始時(shí)經(jīng)歷過(guò)許多挫折;那時(shí)市場(chǎng)上沒(méi)有人知曉;例如，我們又不能從宇航工業(yè)上一對(duì)一地套用?！?/P>

由于各向異性的特點(diǎn)，CFRP性能與金屬不同

用碳纖維增強(qiáng)塑料制造和生產(chǎn)部件，需要采用與使用金屬不同的方法。其原因是各向異性的材料特性使然。Karlheins Liebrandt解釋說(shuō)：“碳纖維增強(qiáng)塑料的性能與鋁材不同，鋁材作為一種各向同性材料，在所有方向都具有同樣強(qiáng)度。與此相比，使用碳纖維增強(qiáng)塑料，我們可以通過(guò)纖維鋪設(shè)來(lái)影響部件強(qiáng)度和剛度。例如，為了使扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大化，碳纖維與長(zhǎng)度成45°交叉進(jìn)行鋪放。橫梁起始材料是纖維粘合材料，在此基礎(chǔ)上，制作預(yù)成型胚;然后，在RTM工藝中將預(yù)成型胚壓制在一起，形成部件。下一階段是機(jī)械加工。很長(zhǎng)一段時(shí)間，機(jī)械加工均采用常規(guī)機(jī)床進(jìn)行，這種機(jī)床設(shè)計(jì)從根本上說(shuō)，是用于機(jī)械加工鋼材和鋁材的。

圖2 這臺(tái)縱向銑床是為加工碳纖維增強(qiáng)塑料專門開發(fā)的。與先前
的常規(guī)機(jī)床相比，在加工活動(dòng)刀柄毛坯方面，其速度顯然更快的多

最近，使用縱向銑床對(duì)橫梁進(jìn)行機(jī)械加工。這臺(tái)加工中心，是Frickenhausen市 的Eima機(jī)械公司生產(chǎn)的，是Liebrandt專門為加工碳纖維增強(qiáng)塑料而購(gòu)買的第一臺(tái)機(jī)器?，F(xiàn)在，橫梁就是在這臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行加工的。紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行的研究表明，對(duì)于長(zhǎng)而狹窄的碳纖維增強(qiáng)塑料桁架而言，這是最好的機(jī)床;這臺(tái)機(jī)床可以銑削長(zhǎng)度達(dá)8m的大型部件。加工中心配備有刀架和專用銑刀，分別由 Kempten市的WNT Deutschland公司和Hededesheim市的Karnasch 專業(yè)工具公司制造。

橫梁以高達(dá) 1800r/min的主軸速度進(jìn)行銑削加工，其轉(zhuǎn)速至少是以前加工桁架常規(guī)機(jī)床的兩倍。相應(yīng)的進(jìn)給速率可達(dá)20m/min。Liebrandt解釋主要差別時(shí)說(shuō)：“產(chǎn)出已經(jīng)提高了40%。我肯定，只要我們安排好整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，我們就將能從機(jī)床上獲得更多產(chǎn)出?！?從長(zhǎng)期看，我們打算將加工中心的性能至少翻一番。最后，這家企業(yè)的老板兼首席執(zhí)行官主要希望降低碳纖維增強(qiáng)塑料部件的生產(chǎn)成本?！叭f(wàn)一生產(chǎn)我們自己的部件，機(jī)床利用率不高，我可以考慮為其他企業(yè)代理生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)塑料部件?！?/P>

圖3 Liba機(jī)器制造公司的老板兼首席執(zhí)行官Karlhernz Liebrandt說(shuō): “自從采用碳纖維增強(qiáng)塑料以來(lái)，啟動(dòng)機(jī)器就再也沒(méi)有什么困難了?！?/P>

不過(guò)那或許將是一種例外。畢竟，用于生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品的纖維紡織品，主要應(yīng)用于Liba公司生產(chǎn)的經(jīng)編機(jī)。在他們的這些機(jī)器上生產(chǎn)的產(chǎn)品，是用于混泥土增強(qiáng)的玻璃或碳素纖維粘合布，比如用于生產(chǎn)風(fēng)能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片等。據(jù)Liebrandt的觀察：“當(dāng)前最為重要的課題是汽車制造”。隨著電移動(dòng)性的蓬勃發(fā)展，汽車制造廠家在加緊使用碳纖維增強(qiáng)塑料生產(chǎn)汽車車身和結(jié)構(gòu)件的開發(fā)工作。例如，寶馬公司希望在2013年將配備全碳纖維增強(qiáng)塑料轎車轎廂的Megacity Vehicle電動(dòng)汽車推向市場(chǎng)。這家紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)深信，這樣的發(fā)展趨勢(shì)將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)碳纖維增強(qiáng)塑料零部件的需求。

碳纖維增強(qiáng)塑料加工專題展的觀眾及研討論壇

因此，Liba公司從碳纖維增強(qiáng)塑料上獲得兩個(gè)方面的利益。一方面，他們注意到對(duì)碳纖維增強(qiáng)塑料粘合布的需求在不斷增加;另外一方面，這種高性能工作材料提高經(jīng)編機(jī)的生產(chǎn)率。由于這個(gè)原因，Liebrandt希望跟上碳纖維增強(qiáng)塑料的機(jī)械加工發(fā)展趨勢(shì)。畢竟，機(jī)床和切削刀具生產(chǎn)企業(yè)都在對(duì)碳纖維增強(qiáng)塑料領(lǐng)域的發(fā)展作出反應(yīng)。在機(jī)床方面，從工作車間現(xiàn)場(chǎng)就可看到，比如碳纖維增強(qiáng)塑料切屑得和粉末的真空去除等;而在銑削刀具方面，與金屬切削刀具的差別反映在刀具幾何形狀和涂層上。

這兩方面的情況都將清晰可見(jiàn)地展示于2012年國(guó)際制造和自動(dòng)化技術(shù)展覽會(huì)metaV上，特別是展出面積為260m2的 “復(fù)合材料領(lǐng)域的舞臺(tái)”這個(gè)大型專題展上;與展覽會(huì)同時(shí)舉辦的，還有參展商舉辦的研討和論壇。該專題展和研討論壇的舉辦單位，是德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW)、行業(yè)雜志‘MM Maschinenmarktt’以及Composites e. V.(CCeV)，Augsburg等單位。今天，Liebrandt已經(jīng)能夠滿有把握地說(shuō)：“杜塞爾多夫?qū)⒖隙ㄊ俏覀兊纳a(chǎn)員工必須要去的地方?！?/P>