CN106827583A - 一种复合材料传动轴及其制造方法 - Google Patents

一种复合材料传动轴及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种复合材料传动轴及其制造方法，所述制造方法，包括如下步骤，步骤1，模具处理；步骤2，碳纤维轴管铺放成型；采用铺放工艺在芯模表面制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°～90°；相邻碳纤维预浸料缠绕角之间相差15°‑45°；步骤3，加压固化；将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃‑170℃下加外压0.2～1.2MPa进行固化；步骤4，机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；步骤5，脱模并修整产品；步骤6，装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。

Description

一种复合材料传动轴及其制造方法
技术领域
本发明涉及传动系统技术领域，具体为一种复合材料传动轴及其制造方法。
背景技术
复合材料传动轴具有轻质、高强、耐腐蚀、均匀性好、生产效率高，应用前景广阔。但目前缺少一种高效、精确制备复合材料传动轴的工艺方法。现有工艺中存在如下问题，(1)纤维缠绕工艺对设备要求高，均匀性差；(2)纤维缠绕工艺自动化程度较低，生产效率低；(3)纤维缠绕工艺制造费用高，成本优势不明显。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合材料传动轴及其制造方法，能够提高复合材料传动轴的生产效率和产品性能；提高复合材料传动轴的均匀性和生产效率，提升整车NVH性能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种复合材料传动轴的制造方法，包括如下步骤，
步骤1，模具处理；对复合材料传动轴的芯模进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在芯模表面涂抹脱模剂2～5次，每次间隔10～40min；
步骤2，碳纤维轴管铺放成型；采用铺放工艺在芯模表面制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°～90°；相邻碳纤维预浸料缠绕角之间相差15°-45°；
步骤3，加压固化；将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃-170℃下加外压0.2～1.2MPa进行固化；
步骤4，机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；
步骤5，脱模并修整产品；
步骤6，装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。
优选的，所述的芯模为喷涂有至少厚0.2mm硅橡胶的金属芯模。
优选的，步骤2中，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°、45°、60°、75°或90°；相邻碳纤维预浸料缠绕角之间相差15°、30°或45°。
优选的，将固化后的碳纤维轴管在10℃-20℃下放置至少2小时后进行脱模。
优选的，步骤5中，采用脱模/装配工装脱模，首先用橡胶卡爪夹持固定碳纤维轴管，然后一端拉拔芯模，并将脱模后的碳纤维轴管进行表面修整。
一种由本发明所述制备方法制备得到的复合材料传动轴。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用铺放技术(TapeLayingMethod，简称TLM)，彻底消除了纤维缠绕工艺胶含量不稳定、制备工序繁琐、生产效率不高、精确性较差的不利影响，能够满足复合材料传动轴的大规模量产。
本发明的复合材料传动轴制造方法不需要焊接等生产工序减少了焊接过程中可能带来的热变形，能够极大改善传动轴的动平衡和径向跳动；与纤维缠绕工艺相比，复合材料传动轴均匀性好，生产效率高。铺放工艺的效率为纤维缠绕工艺的3～10倍，有效的提高了轴管的制备效率；铺放工艺制备的复合材料轴管单层厚度可达0.05mm，约为纤维缠绕工艺单层厚度的1/4，有效改善了复合材料轴管的一致性和生产稳定性问题；铺放工艺制备的复合材料轴管胶含量更加稳定，复合材料轴管中的树脂更加均匀，能够提高整车的NVH性能。通过铺放技术制备的碳纤维传动轴均匀性好，精确度高，生产效率得到很大提升。
进一步的，硅橡胶具有一定补偿位移的功能，保证在脱模过程中无需施加过大的脱模力，复合材料轴管在脱模过程中不会有损伤。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明所述的一种复合材料传动轴的制造方法，通过优化复合材料轴管制备工艺、简化装配工序提高复合材料传动轴的生产效率和产品性能。
本发明主要包括两步。(1)复合材料轴管的制备：①制备铺层角度确定的复合材料预浸料；②采用铺放技术(TapeLayingMethod，简称TLM)在芯模上制备复合材料轴管，并将其放置于150℃-170℃的高温中进行固化；③将复合材料轴管在10℃-20℃的低温下放置至少2小时后进行脱模；(2)机械加工及装配：将脱模后的复合材料轴管内壁涂上结构胶，塞入加工好的万向节叉中，结构胶固化后即可得到复合材料传动轴。具体的如下实施例所述。
实施例1
采用本发明所述的制造方法，制造静扭强度1800N·m、模态≥220Hz的碳纤维传动轴。
(1)模具处理：对复合材料传动轴的模具进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在模具表面涂抹脱模剂2～5次，每次间隔10～40min；
(2)碳纤维轴管铺放成型：采用铺放工艺在芯模上制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°、45°和90°；
(3)加压固化：将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃-170℃下加外压0.2～1.2MPa固化；
(4)机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；
(5)脱模并修整产品：采用脱模/装配工装脱模，首先用橡胶卡爪夹持复合材料轴管，然后一端拉拔喷涂有硅橡胶的金属芯模，并将脱模后的产品进行表面修整。
(6)装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。
铺放技术制备的碳纤维传动轴均匀性好，精确度高，生产效率得到很大提升。
实施例2
采用本发明所述的制造方法，制造静扭强度16000N·m、最大转速2000rpm的碳纤维传动轴。
(1)模具处理：对复合材料传动轴的模具进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在模具表面涂抹脱模剂2～5次，每次间隔10～40min；
(2)碳纤维轴管铺放成型：采用铺放工艺在芯模上制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为60°、75°和90°；
(3)加压固化：将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃-170℃下加外压0.2～1.2MPa固化；
(4)机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；
(5)脱模并修整产品：采用脱模/装配工装脱模，首先用橡胶卡爪夹持复合材料轴管，然后一端拉拔喷涂有硅橡胶的金属芯模，并将脱模后的产品进行表面修整。
(6)装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。
铺放技术制备的碳纤维传动轴均匀性好，精确度高，生产效率得到很大提升。
实施例3
采用本发明所述的制造方法，制造静扭强度300N·m、模态≥180Hz的碳纤维传动轴。
(1)模具处理：对复合材料传动轴的模具进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在模具表面涂抹脱模剂2～5次，每次间隔10～40min；
(2)碳纤维轴管铺放成型：采用铺放工艺在芯模上制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°、60°和90°；
(3)加压固化：将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃-170℃下加外压0.2～1.2MPa固化；
(4)机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；
(5)脱模并修整产品：采用脱模/装配工装脱模，首先用橡胶卡爪夹持复合材料轴管，然后一端拉拔喷涂有硅橡胶的金属芯模，并将脱模后的产品进行表面修整。
(6)装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。
铺放技术制备的碳纤维传动轴均匀性好，精确度高，生产效率得到很大提升。
以上所述仅为本发明的实施案例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所述的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种复合材料传动轴的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，模具处理；对复合材料传动轴的芯模进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在芯模表面涂抹脱模剂2～5次，每次间隔10～40min；
步骤2，碳纤维轴管铺放成型；采用铺放工艺在芯模表面制备碳纤维轴管，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°～90°；相邻碳纤维预浸料缠绕角之间相差15°-45°；
步骤3，加压固化；将铺放工艺成型的碳纤维轴管及其模具放入热压炉中，在温度150℃-170℃下加外压0.2～1.2MPa进行固化；
步骤4，机械加工；将固化后的碳纤维轴管两个端面进行机械加工处理平整；
步骤5，脱模并修整产品；
步骤6，装配成型；将脱模后的碳纤维轴管内壁涂上结构胶，塞入万向节叉中，结构胶固化后即得到复合材料传动轴。
2.根据权利要求1中所述的一种复合材料传动轴的制造方法，其特征在于，所述的芯模为喷涂有至少厚0.2mm硅橡胶的金属芯模。
3.根据权利要求1中所述的一种复合材料传动轴的制造方法，其特征在于，步骤2中，碳纤维预浸料缠绕角分别为30°、45°、60°、75°或90°；相邻碳纤维预浸料缠绕角之间相差15°、30°或45°。
4.根据权利要求1中所述的一种复合材料传动轴的制造方法，其特征在于，将固化后的碳纤维轴管在10℃-20℃下放置至少2小时后进行脱模。
5.根据权利要求1中所述的一种复合材料传动轴的制造方法，其特征在于，步骤5中，采用脱模/装配工装脱模，首先用橡胶卡爪夹持固定碳纤维轴管，然后一端拉拔芯模，并将脱模后的碳纤维轴管进行表面修整。
6.一种由权利要求1-5中任意一项所述制备方法制备得到的复合材料传动轴。
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