CN107654550A - 一种变刚度复合材料板簧及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于轻型客车、轻型卡车、MPV、皮卡等汽车的变刚度复合材料板簧及其制造工艺，包括从上至下依次层叠设置主簧片、中间垫片和副簧片，所述主簧片的一端设有平卷耳，另一端设有上卷耳，两端耳孔内都装有复合衬套；本发明采用两片制的主、副复合结构，主片卷耳及两耳孔尺寸等与传统钢板弹簧保持一致，可实现与传统多片制变刚度板簧等效替换，安装、维护方便；本发明主簧片采用高强度弹簧钢等应力变截面设计、副簧片采用玻璃纤维树脂基复合材料，重量比传统钢板弹簧减轻50%以上，使整车轻载时更舒适，重载时更能承载，能显著减轻汽车自重、降低油耗，减少环境污染。

Description

一种变刚度复合材料板簧及其制造工艺

技术领域

本发明涉及汽车悬架系统元件技术领域，具体是一种适用于轻型客车、轻型卡车、MPV、皮卡等汽车的变刚度复合材料板簧及其制造工艺。

背景技术

随着汽车工业中新材料、新技术、新工艺的不断发展，树脂基复合材料板簧具有重量轻、比强度大、耐腐蚀、减振性能好、疲劳寿命长等优点在汽车领域得到越来越广泛的应用。汽车在制动过程中板簧卷耳处所承受的瞬态剪切力很大，而复合材料的许用剪切应力只有50MPa左右，是弹簧钢（弹簧钢为许用剪切应力350MPa左右）的1/7。

现有技术是在复合材料板簧本体端部安装金属卷耳来解决复合材料板簧的剪切问题，由于金属与非金属的材料性质不同，这就造成了复合材料板簧和金属件的连接方式以及结构工艺设计特别困难，连接不可靠、结构不合理、制造成本高。汽车在行驶过程中，复合材料板簧会被金属卷耳件剪切断裂，从而影响整车的安全性能。同时，高昂的制造成本，也是复合材料板簧的广泛推广应用的最大困惑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、安全稳定、舒适性和承载性能强，性价比高的变刚度复合材料板簧。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变刚度复合材料板簧，包括从上至下依次层叠设置的主簧片、中间垫片和副簧片，所述主簧片的一端设有平卷耳，且另一端设有上卷耳，位于两端的平卷耳和上卷耳的耳孔内装有衬套；所述主簧片、中间垫片和副簧片的中部设有中心孔，中心螺栓通过主簧片、副簧片和中间垫片的中心孔与中心螺母连接固定。

作为本发明进一步的方案：所述主簧片、副簧片的中部通过中间垫片隔开。

作为本发明再进一步的方案：所述主簧片的材料为高强度弹簧钢60Si2CrVA，副簧片的材料为E玻璃纤维增强树脂基复合材料，中间垫片的材料为尼龙66。

作为本发明再进一步的方案：所述主簧片沿长度方向中间平直段最厚，平直段长度与中间垫片等长，平直段两端为抛物线型变截面簧片；副簧片为等厚度等截面复合材料簧片。

作为本发明再进一步的方案，所述平卷耳和上卷耳中安装有减振复合弹性衬套或减噪复合弹性衬套。

一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，适用于生产上述高强度弹簧钢材料的主簧片，其特征在于：包括以下步骤：

S1：断料，根据所需长度将原材料弹簧钢断料成簧片；

S2：钻孔，在簧片中心位置钻中心孔；

S3：轧制，簧片分端加热到950℃～1050℃进行轧制，使簧片纵截面成为抛物线形状的变截面簧片；

S4：卷耳，将轧制后的簧片的端头加热到850℃～950℃放置卷耳机中，压头绕卷耳芯轴转动形成耳孔的结构形式；

S5：成形热处理（淬火、回火）；

S6：应力喷丸；

S7：电泳涂装；

S8：卷耳孔压装衬套；

S9：主簧片涂装、标识；

S10：主簧片尺寸检测。

一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，适用于生产上述E玻璃纤维增强树脂基复合材料的副簧片，其特征在于：包括以下步骤：

S1：玻璃纤维布编织。根据复合材料板簧的设计要求，选用不同型号纱辊，编织不同角度纤维布，分为45°、－45°、0°三类。

S2：切块。根据复合材料板簧的长度、宽度、厚度等尺寸，对玻璃纤维布开卷、切割成块；

S3：叠层。根据复合材料板簧刚度值，设计纤维叠层方案，采取不同角度纤维布组合和不同叠层数，对应不同的簧片刚度；

S4：点焊。将叠层好的纤维块组合，采取点焊方式联接在一起；

S5：预制。将叠层、点焊好的纤维块置入模具，预压成型为纤维预制件；

S6：切割。将大块纤维预制件按产品规格切开成单个坯料；

S7：HP-RTM成型。将单个纤维预制坯置入模具内，合模、抽真空、高压注射树指、高温高压成型；

S8：开模。打开模腔，模具的顶出机构将腔内成型的产品顶出、冷却，毛坯出模时因温度高马上装在固定夹具上，以防止产品变形。

S9：后处理。将成型产品切头、打磨、钻孔；

S10：复合材料副簧片检测；

S11：复合材料副簧片与钢板弹簧主簧片组装，总成性能检测、入库。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用两片制的主、副复合结构，使整车轻载时更舒适，重载时更能承载；主簧片采用弹簧钢材料，利用金属各项同性的特点承受各个方向的载荷，两端卷耳抗冲击、剪切能力强，可靠性高；副簧片采用树脂基复合材料，利用复合材料各项异性的特点让其只承受垂直方向的载荷，疲劳寿命高，同时复合材料具有重量轻的特点，能显著减轻汽车自重、降低油耗，减少环境污染。

本发明制造的变刚度复合板簧，总成疲劳寿命由主簧片决定，因为采用HP-RTM工艺生产的复合材料板簧台架疲劳寿命高达50～100万次，而高强度钢板弹簧台架疲劳寿命在30万次左右，完全满足整车使用寿命要求；

本发明制造的变刚度复合板簧总成重量，比玻璃纤维复合材料板簧高10%左右。但制造成本要比玻璃纤维复合材料板簧低30%以上，性价比优势明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实例获得其它技术方案。

图1为一种变刚度复合材料板簧的结构示意图；

图2为变刚度复合材料板簧的端部卷耳剖示图；

图3为变刚度复合材料板簧的中部剖示图图。

图例说明：

1、主簧片；11、平卷耳；12、上卷耳；2、副簧片；3、中间垫片；4、复合衬套；5、中心螺栓；6、中心螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1-3，本发明提供的一种变刚度复合材料板簧，包括从上至下依次层叠设置的主簧片1、中间垫片3和副簧片2，所述主簧片1的一端设有平卷耳11，另一端设有上卷耳12，位于两端的平卷耳11和上卷耳12的耳孔内装有衬套4；所述主簧片1、中间垫片3和副簧片2的中部设有中心孔，中心螺栓5通过主簧片1、中间垫片3、副簧片2的中心孔与中心螺母6连接固定；

本发明较之普通的钢板弹簧，减少了簧片的数量，从而减少了簧片间存在的摩擦力，能够更好地吸收冲击力，搞高汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性。另外，由于采用两片制的主、副复合结构，使整车轻载时更舒适，重载时更能承载；主簧片1采用弹簧钢材料，利用金属各项同性的特点承受各个方向的载荷，可靠性高；副簧片2采用树脂基复合材料，利用复合材料各项异性的特点让其只承受垂直方向的载荷，安全性高，同时复合材料具有重量轻的特点，能显著减轻汽车自重、降低油耗，减少环境污染。

本实施例中，主簧片1、副簧片2的中部之间通过中间垫片3隔开。目的在于，防止簧片之间的磨损，确保其使用寿命。

本实施例中，主簧片1沿长度方向中间厚，向两端逐渐变薄，采用轧制工艺来实现，目的在于，减轻簧片的自重，同时可调节产品的根部设计应力使簧片应力分布均匀，延长簧片的使用寿命。

本实施例中，副簧片2等厚度等截面，目的在于，简化复合材料板簧的制造工艺和降低制造成本。

本实施例中，主簧片1的一端设置平卷耳11，目的在于让纵向力作用方向和板簧主片1断面的中心线重合，这样可以减少卷耳的应力。

本实施例中，平卷耳11及上卷耳12中安装有复合衬套。目的在于，减少板簧卷耳与板簧销之间摩擦摩损，降低震动和噪声，提高整车平顺性和操纵稳定性。

本实施例中，一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，用于生产上述高强度弹簧钢材料的主簧片，包括以下步骤：

S1：断料，根据所需长度将原材料弹簧钢断料成簧片；

S2：钻孔，在簧片中心位置钻中心孔；

S3：轧制，簧片分端加热到950℃～1050℃进行轧制，使簧片纵截面成为抛物线形状的变截面簧片；

S4：卷耳，将轧制后的第一簧片的端头加热到850℃～950℃放置卷耳机中，压头绕卷耳芯轴转动形成耳孔的结构形式；

S5：成形热处理（淬火、回火）；

S6：应力喷丸；

S7：电泳涂装；

S8：卷耳孔压装衬套；

S9：主簧片涂装、标识；

S10：主簧片尺寸检测。

本实施例中，一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，用于生产上述E玻璃纤维增强树脂基复合材料的副簧片，包括以下步骤：

S1：玻璃纤维布编织。根据复合材料板簧的设计要求，选用不同型号纱辊，编织不同角度纤维布，分为45°、－45°、0°三类。

S2：切块。根据复合材料板簧的长度、宽度、厚度等尺寸，对玻璃纤维布开卷、切割成块；

S3：叠层。根据复合材料板簧刚度值，设计纤维叠层方案，采取不同角度纤维布组合和不同叠层数，对应不同的簧片刚度；

S4：点焊。将叠层好的纤维块组合，采取点焊方式联接在一起；

S5：预制。将叠层、点焊好的纤维块置入模具，预压成型为纤维预制件；

S6：切割。将大块纤维预制件按产品规格切开成单个坯料；

S7：HP-RTM成型。将单个纤维预制坯置入模具内，合模、抽真空、高压注射树指、高温高压成型；

S8：开模。打开模腔，模具的顶出机构将腔内成型的产品顶出、冷却，毛坯出模时因温度高马上装在固定夹具上，以防止产品变形。

S9：后处理。将成型产品切头、打磨、钻孔；

S10：复合材料副簧片检测；

S11：复合材料副簧片与钢板弹簧主簧片组装，总成性能检测、入库。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种变刚度复合材料板簧，其特征在于，包括从上至下依次层叠设置的主簧片、中间垫片和副簧片，所述主簧片的一端设有平卷耳，且另一端设有上卷耳，位于两端的平卷耳和上卷耳的耳孔内装有衬套；所述主簧片、中间垫片和副簧片的中部设有中心孔，中心螺栓通过主簧片、副簧片和中间垫片的中心孔与中心螺母连接固定。

2.根据权利要求1所述的变刚度复合材料板簧，其特征在于，所述主簧片、副簧片的中部通过中间垫片隔开。

3.根据权利要求1所述的变刚度复合材料板簧，其特征在于，所述主簧片的材料为高强度弹簧钢60Si2CrVA，副簧片的材料为E玻璃纤维增强树脂基复合材料，中间垫片的材料为尼龙66。

4.根据权利要求1或3所述的变刚度复合材料板簧，其特征在于，所述主簧片沿长度方向中间的平直段最厚，平直段长度与中间垫片等长，平直段两端为抛物线型变截面簧片；副簧片为等厚度等截面复合材料簧片。

5.根据权利要求1所述的变刚度复合材料板簧，其特征在于，所述平卷耳和上卷耳中安装有减振复合衬套或减噪复合衬套。

6.一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，适用于生产上述高强度弹簧钢材料的主簧片，其特征在于：包括以下步骤：

S1：断料，根据所需长度将原材料弹簧钢断料成簧片；

S2：钻孔，在簧片中心位置钻中心孔；

S3：轧制，簧片分端加热到950℃～1050℃进行轧制，使簧片纵截面成为抛物线形状的变截面簧片；

S4：卷耳，将轧制后的簧片的端头加热到850℃～950℃放置卷耳机中，压头绕卷耳芯轴转动形成耳孔的结构形式；

S5：成形热处理（淬火、回火）；

S6：应力喷丸；

S7：电泳涂装；

S8：卷耳孔压装衬套；

S9：主簧片涂装、标识；

S10：主簧片尺寸检测。

7.一种变刚度复合材料板簧的制造工艺，适用于生产上述E玻璃纤维增强树脂基复合材料的副簧片，其特征在于：包括以下步骤：

S1：玻璃纤维布编织，根据复合材料板簧的设计要求，选用不同型号纱辊，编织不同角度纤维布，分为45°、－45°、0°三类；

S2：切块，根据复合材料板簧的长度、宽度、厚度等尺寸，对玻璃纤维布开卷、切割成块；

S3：叠层，根据复合材料板簧刚度值，设计纤维叠层方案，采取不同角度纤维布组合和不同叠层数，对应不同的簧片刚度；

S4：点焊，将叠层好的纤维块组合，采取点焊方式联接在一起；

S5：预制，将叠层、点焊好的纤维块置入模具，预压成型为纤维预制件；

S6：切割，将大块纤维预制件按产品规格切开成单个坯料；

S7：HP-RTM成型，将单个纤维预制坯置入模具内，合模、抽真空、高压注射树指、高温高压成型；

S8：开模，打开模腔，模具的顶出机构将腔内成型的产品顶出、冷却，毛坯出模时因温度高马上装在固定夹具上，以防止产品变形；

S9：后处理，将成型产品切头、打磨、钻孔；

S10：复合材料副簧片检测；

S11：复合材料副簧片与钢板弹簧主簧片组装，总成性能检测、入库。