CN108048712A - 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108048712A
CN108048712A CN201711340790.8A CN201711340790A CN108048712A CN 108048712 A CN108048712 A CN 108048712A CN 201711340790 A CN201711340790 A CN 201711340790A CN 108048712 A CN108048712 A CN 108048712A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fibre
fibre composite
boring bar
carbon
bar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711340790.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108048712B (zh
Inventor
梁宁纳
郭海伟
李俊娇
孙凯
孙一凯
乔月月
张廉
李璐
邵海磊
薛海霞
王麦
王一麦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Siwei Special Material Co Ltd
Original Assignee
Zhengzhou Siwei Special Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou Siwei Special Material Co Ltd filed Critical Zhengzhou Siwei Special Material Co Ltd
Priority to CN201711340790.8A priority Critical patent/CN108048712B/zh
Publication of CN108048712A publication Critical patent/CN108048712A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108048712B publication Critical patent/CN108048712B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • C22C47/12—Infiltration or casting under mechanical pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04—Light metals
    • C22C49/06—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法。该碳纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次设置的杆芯、碳纤维复合材料层、金属套筒，所述碳纤维复合材料层包括铝合金基体和碳纤维，碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为50～60％。本发明提供的碳纤维复合材料镗杆，采用碳纤维/铝合金复合材料为主体材料，其具有轻质、弹性模量大、能量损耗因子高的特点，而且与杆芯、金属套的结合力高，镗杆结构的整体性和稳定性好，可显著增强镗杆的刚度和抗震性能，提高镗杆的工作转速，延长镗杆的使用寿命。

Description

一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法
技术领域
本发明属于镗杆领域，具体涉及一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法。
背景技术
镗杆是深孔加工镗削工艺中的主要承载部件之一，多用于工件内孔的成型加工。在镗削加工中，切削力多为不均匀力，而镗杆的刚度有限，使得加工过程中镗杆很容易产生振动，导致工件的加工质量和精度难以得到保证。
传统的全金属制备的镗杆，其质量较重，而且刚度和抗震性能不能满足现阶段镗削工艺的加工要求。公布号为CN104923814A的专利公开了一种带支撑分段复合结构阻尼减震镗杆，该镗杆的减震部分主要采用碳纤维增强复合材料。传统碳纤维复合材料主要以树脂为基体，碳纤维为增强体，利用碳纤维弹性模量大、受力变形小的特点，来实现减小振动的目的。但由于采用树脂基体的碳纤维复合材料本身脆性较大，导致镗杆的刚度和抗震性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料镗杆，从而解决现有镗杆的刚度和抗震性能有待提高的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述碳纤维复合材料镗杆的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种碳纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次设置的杆芯、碳纤维复合材料层、金属套筒，所述碳纤维复合材料层包括铝合金基体和碳纤维，碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为50～60％。
本发明提供的碳纤维复合材料镗杆，采用碳纤维/铝合金复合材料为主体材料，其具有轻质、弹性模量大、能量损耗因子高的特点，而且与杆芯、金属套的结合力高，镗杆结构的整体性和稳定性好，可显著增强镗杆的刚度和抗震性能，提高镗杆的工作转速，延长镗杆的使用寿命。
铝合金基体选用常规铝合金即可，优选的，所述铝合金基体中含有Ti，Ti的质量百分占比为0.2～0.5％。含有上述Ti元素含量的铝合金，可有效改善碳纤维与铝合金基体的界面性能，提高碳纤维复合材料的性能发挥。进一步优选的，所述铝合金基体由以下质量百分比的组分组成：Mg 1.9～2.9％、Zn 5～6％、Mn 0.1～0.3％、Cu 1.2～2％、Fe 0.15～0.5％、Si 0.232～0.236％、Cr 0.04～0.28％、Ti 0.2～0.5％，余量为铝。采用上述组分组成的铝合金作为基体，碳纤维与铝合金基体的润湿性能好，碳纤维复合材料的性能优良。
不锈钢杆芯的直径、碳纤维复合材料层与金属套筒的厚度比为10：(3～8)：1。
碳纤维优选高强高模碳纤维，如可选择日本三菱化学公司生产的型号为K1392U、K13C2U、K13C6U、K13D2U的碳纤维。
本发明的碳纤维复合材料镗杆的制备方法所采用的技术方案是：
一种碳纤维复合材料镗杆的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳纤维丝束缠绕在杆芯外周面上形成碳纤维预成型体；
2)在碳纤维预成型体上套装金属套筒，然后将铝合金熔体浸渗到碳纤维预成型体中，凝固即得。
所述杆芯和金属套筒均为不锈钢材料。优选的，所述杆芯的外表面粗糙度为6～7，所述金属套筒的内表面粗糙度为6～7。通过以上粗糙度的设置，可增强碳纤维/铝合金复合材料与杆芯、金属套筒的界面性能，进一步提高镗杆的整体性。
步骤1)中，缠绕时，对碳纤维施加张力。优选的，张力的大小为0.014～0.04N。
步骤2)中，所述浸渗是将碳纤维预成型体置于真空环境中，然后将铝合金熔体压入碳纤维预成型体中。优选的，浸渗过程中对铝合金熔体施加的压力为0.5～2MPa。浸渗时间为20～360s。凝固过程优选在浸渗压力下进行。采用纤维缠绕和熔体浸渗相结合的成型工艺，碳纤维缠绕形成预成型体，可以给碳纤维提前施加预张力，使其具有一定的抗变形能力，可以防止熔体浸渗过程中碳纤维移位。
本发明是利用真空压力浸渗工艺将铝合金熔体在浸渗到碳纤维预成型体中，再经凝固制备碳纤维/铝合金复合材料，可有效避免气孔、缩孔等缺陷，所得碳纤维复合材料的组织结构致密，性能优良。
附图说明
图1为本发明的碳纤维复合材料镗杆的结构示意图；
图2为图1在径向方向上的截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，型号为K1392U、K13C2U、K13C6U、K13D2U的碳纤维购自日本三菱化学公司。将铝合金原料加入熔炼炉中，在无氧、690～720℃的条件下熔炼，即得铝合金熔体。
碳纤维复合材料镗杆的结构如图1～图2所示，包括由内到外依次复合的不锈钢杆芯2、碳纤维复合材料层3和金属套筒1。
实施例1
本实施例的碳纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次复合的不锈钢杆芯、碳纤维复合材料层和金属套筒，所述碳纤维复合材料包括铝合金基体和K13C2U碳纤维，K13C2U碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为60％，铝合金基体的质量百分比组成为：Mg 2.2％、Zn 5.5％、Mn 0.2％、Cu 1.5％、Fe 0.3％、Si 0.235％、Cr 0.15％、Ti 0.2％，余量为铝。不锈钢杆芯的直径、碳纤维复合材料层与金属套筒的厚度比为10：5：1。
本实施例的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，包括以下步骤：
1)选用两轴的数控纤维缠绕机，将碳纤维丝束缠绕在不锈钢杆芯上，在杆芯外周面上形成碳纤维预成型体；缠绕过程对碳纤维施加张力，张力的大小为0.03N；
2)在碳纤维预成型体外套装不锈钢金属套筒，杆芯与金属套筒之间的环形空间形成模腔，对模腔抽真空，然后使铝合金熔体在外加压力下进入到模腔中，对碳纤维预成型体进行浸渗，外加的浸渗压力为1MPa，200s后浸渗完全，在浸渗压力下凝固，即得。
本实施例中，杆芯外表面和金属套筒内表面的表面粗糙度均为6.4，金属套筒外表面的粗糙度为0.8。
实施例2
本实施例的碳纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次复合的不锈钢杆芯、碳纤维复合材料层和金属套筒，所述碳纤维复合材料包括铝合金基体和K13C2U碳纤维，K13C2U碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为50％，铝合金基体的质量百分比组成为：Mg 1.9％、Zn 5％、Mn 0.1％、Cu 1.2％、Fe 0.15％、Si 0.232％、Cr 0.04％、Ti 0.3％，余量为铝。不锈钢杆芯的直径、碳纤维复合材料层与金属套筒的厚度比为10：3：1。
本实施例的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，可参考实施例1进行，步骤1)中，缠绕过程对碳纤维施加的张力为0.02N。步骤2)中，外加的浸渗压力为0.5MPa，360s后浸渗完全。杆芯外表面和金属套筒内表面的表面粗糙度均为6.4，金属套筒外表面的粗糙度为0.8。
实施例3
本实施例的碳纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次复合的不锈钢杆芯、碳纤维复合材料层和金属套筒，所述碳纤维复合材料包括铝合金基体和K13C2U碳纤维，K13C2U碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为55％，铝合金基体的质量百分比组成为：Mg 2.9％、Zn 6％、Mn 0.3％、Cu 2％、Fe 0.5％、Si 0.236％、Cr 0.28％、Ti 0.5％，余量为铝。不锈钢杆芯的直径、碳纤维复合材料层与金属套筒的厚度比为10：8：1。
本实施例的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，可参考实施例1进行，步骤1)中，缠绕过程对碳纤维施加的张力为0.04N。步骤2)中，外加的浸渗压力为2MPa，60s后浸渗完全。杆芯外表面和金属套筒内表面的表面粗糙度均为6.4，金属套筒外表面的粗糙度为0.8。
本发明的碳纤维复合材料镗杆的其他实施例中，可按照实施例1的方法使用型号为K1392U、K13C6U、K13D2U的碳纤维对K13C2U碳纤维进行等量替换，浸渗压力和浸渗时间可以在本发明限定的范围内进行适应性调整，可获得性能相当的镗杆制品。

Claims (8)

1.一种碳纤维复合材料镗杆，其特征在于，包括由内到外依次设置的杆芯、碳纤维复合材料层、金属套筒，所述碳纤维复合材料层包括铝合金基体和碳纤维，碳纤维在碳纤维复合材料中的体积分数为50～60％。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料镗杆，其特征在于，所述铝合金基体中含有Ti，Ti的质量百分占比为0.2～0.5％。
3.如权利要求2所述的碳纤维复合材料镗杆，其特征在于，所述铝合金基体由以下质量百分比的组分组成：Mg 1.9～2.9％、Zn 5～6％、Mn 0.1～0.3％、Cu 1.2～2％、Fe 0.15～0.5％、Si 0.232～0.236％、Cr 0.04～0.28％、Ti 0.2～0.5％，余量为铝。
4.一种如权利要求1所述的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将碳纤维丝束缠绕在杆芯外周面上，形成碳纤维预成型体；
2)在碳纤维预成型体上套装金属套筒，然后将铝合金熔体浸渗到碳纤维预成型体中，凝固即得。
5.如权利要求4所述的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述浸渗是将碳纤维预成型体置于真空环境中，然后将铝合金熔体压入碳纤维预成型体中。
6.如权利要求5所述的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，浸渗过程中对铝合金熔体施加的压力为0.5～2MPa。
7.如权利要求5所述的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，浸渗时间为20～360s。
8.如权利要求4～7任一项所述的碳纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，所述杆芯的外表面粗糙度为6～7，所述金属套筒的内表面粗糙度为6～7。
CN201711340790.8A 2017-12-14 2017-12-14 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法 Active CN108048712B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711340790.8A CN108048712B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711340790.8A CN108048712B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108048712A true CN108048712A (zh) 2018-05-18
CN108048712B CN108048712B (zh) 2019-09-27

Family

ID=62133039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711340790.8A Active CN108048712B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108048712B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111070802A (zh) * 2018-10-22 2020-04-28 有研工程技术研究院有限公司 一种复合结构身管及其成形方法
CN114752872A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 迪沃伊格尔(深圳)科技有限公司 一种碳纤维金属复合材料结构及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101713056A (zh) * 2009-12-08 2010-05-26 耿世达 一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法
JP2013018087A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Mitsubishi Materials Corp ボーリングバー
CN103602932A (zh) * 2013-12-10 2014-02-26 湖南健行康复器材科技发展有限公司 一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法
CN104923814A (zh) * 2015-07-13 2015-09-23 南京理工大学 带支撑分段复合结构阻尼减振镗杆
CN204867481U (zh) * 2015-07-13 2015-12-16 南京理工大学 带支撑分段复合结构阻尼减振镗杆
CN105200351A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 无锡桥阳机械制造有限公司 一种压力浸渗工艺
CN105818476A (zh) * 2016-03-21 2016-08-03 中南大学 一种表面改性三维网络碳纤维增强复合材料及制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101713056A (zh) * 2009-12-08 2010-05-26 耿世达 一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法
JP2013018087A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Mitsubishi Materials Corp ボーリングバー
CN103602932A (zh) * 2013-12-10 2014-02-26 湖南健行康复器材科技发展有限公司 一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法
CN104923814A (zh) * 2015-07-13 2015-09-23 南京理工大学 带支撑分段复合结构阻尼减振镗杆
CN204867481U (zh) * 2015-07-13 2015-12-16 南京理工大学 带支撑分段复合结构阻尼减振镗杆
CN105200351A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 无锡桥阳机械制造有限公司 一种压力浸渗工艺
CN105818476A (zh) * 2016-03-21 2016-08-03 中南大学 一种表面改性三维网络碳纤维增强复合材料及制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111070802A (zh) * 2018-10-22 2020-04-28 有研工程技术研究院有限公司 一种复合结构身管及其成形方法
CN114752872A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 迪沃伊格尔(深圳)科技有限公司 一种碳纤维金属复合材料结构及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108048712B (zh) 2019-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108048712B (zh) 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法
CN107774996A (zh) 一种多材料梯度点阵结构的零件的一体化成形方法
CN108080629B (zh) 一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法
CN101918609A (zh) 具有由金属基复合材料制成的插件的部件的制造方法
CN102582146A (zh) 以镁合金为基体的复合材料及其制造方法
DE102011012142B3 (de) Aluminium-Matrixverbundwerkstoff, Halbzeug aus dem Aluminium-Matrixverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
CN103302454B (zh) 镁合金轮毂复合成形方法
CN107119218A (zh) 高强度高阻尼Ti2AlC‑Mg基复合材料及其铸造制备方法
CN111074178B (zh) 一种金属基复合材料及其制备方法
KR102064287B1 (ko) 프리폼 및 이를 이용한 현가암 제조방법
JP2010508153A (ja) 金属セラミック複合材からなる成形品の製造方法
CN104894557B (zh) 一种金属模具复合成型方法
JP3041421B1 (ja) セラミックス強化金属基複合材料およびその製造方法
CN204054681U (zh) 制造联轴器中间管轴的芯模
KR20230034856A (ko) 마그네슘 합금 휠 허브의 단조 방법
US20140091065A1 (en) Production method for rifle receivers
CN108000905A (zh) 一种pbo纤维复合材料镗杆及其制备方法
JP2005083382A (ja) 高速インペラー
US6376098B1 (en) Low-temperature, high-strength metal-matrix composite for rapid-prototyping and rapid-tooling
CN105855517A (zh) 一种耐磨铸件的生产方法
CN111055084A (zh) 一种多种合金材料组合的环状异型件的制作方法
CN211001828U (zh) 无人机用铝型材旋翼的配重结构
JP2008086349A (ja) ゴルフクラブヘッドおよびその製造方法
CN105081316B (zh) 伪合金预制件专用模具及应用该模具的伪合金预制件的制备方法
CN114603142B (zh) 基于雀尾螳螂虾螯棒微观结构的晶粒定向仿生刀具的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant