CN108081636A - 复合材料弹簧的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料弹簧的生产方法，包括如下步骤：步骤1，将疏散的碳纤维拉入浸胶池浸胶；步骤2，将浸胶后的疏散的碳纤维集束成浸胶纤维束；步骤3，将所述浸胶纤维束缠绕在具有螺旋槽的内模上；以及步骤4，将缠绕有浸胶纤维束的内模套装在套管后加热，使得所述浸胶纤维束固化成螺旋形。该成型方法可以制成一种复合材料螺旋弹簧，耐腐蚀性能好。

Description

复合材料弹簧的生产方法

技术领域

本发明涉及复合材料弹簧，特别涉及一种复合材料弹簧的生产方法。

背景技术

现有技术中，一般螺旋弹簧由钢材制成，利用螺旋结构的变形来吸收能量。螺旋弹簧普遍应用于各种机械结构，如汽车、飞机、列车的避震系统以及其他工业设备中。

以汽车悬挂避震系统为例。汽车的地盘、车体、轮毂等都向着轻量化的方向发展，主要用铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等，以减少汽车的能耗，提高能源的利用效率。但其避震系统中的主要部件，螺旋弹簧仍停留在用钢材制造的阶段。钢质弹簧的发展较早，技术较为成熟，但由于钢的密度大，弹簧本身较为沉重，由于惯性储存在弹簧中的动能和弹性势能相互转化，会导致震动，影响整个系统。为了降低系统包括弹簧的震动，需要使用阻尼机构来吸收这部分的能量，从而增加了整个系统的重量和复杂性。而且，金属弹簧抗腐蚀性能差，需要进行防腐处理，并定期维护。金属抗疲劳性能较差，材料的强度-循环次数曲线斜率一般为5。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料弹簧的生产方法，可以制成一种复合材料螺旋弹簧，耐腐蚀性能好，不需要额外的防腐处理，复合材料螺旋弹簧的疲劳性能优异。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料弹簧的生产方法，包括如下步骤：步骤1，将疏散的碳纤维拉入浸胶池浸胶；步骤2，将浸胶后的疏散的碳纤维集束成浸胶纤维束；步骤3，将所述浸胶纤维束缠绕在具有螺旋槽的内模上；以及步骤4，将缠绕有浸胶纤维束的内模套装在套管后加热，使得所述浸胶纤维束固化成螺旋形。

优选地，疏散的碳纤维从若干纤维卷轴中拉出，该若干纤维卷轴放置在纤维卷轴架上。

优选地，将所述浸胶纤维束自身螺旋旋转后缠绕在所述螺旋槽内。

优选地，加热固化温度为70摄氏度以上。

优选地，将所述浸胶纤维束的端头固定于所述内模的一端，利用所述内模的旋转将所述浸胶纤维束缠绕在所述螺旋槽内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该成型方法可以制成一种复合材料螺旋弹簧，耐腐蚀性能好，不需要额外的防腐处理，复合材料螺旋弹簧的疲劳性能优异，强度-循环次数曲线斜率可以达到11以上，该装置解决了复合材料螺旋弹簧的成型问题，包括复合材料缠绕成型，成型脱模，在弹簧中引入30度到60度纤维，提高扭转刚度。

附图说明

图1是根据本发明的复合材料弹簧的生产方法中涉及到的一种模具组的结构示意图；

图2是根据本发明的复合材料弹簧的生产方法中涉及到的一种缠绕装置的结构示意图；

图3是根据本发明的复合材料弹簧的生产方法中涉及到的一种浸胶池的结构示意图；

图4是根据本发明的复合材料弹簧的生产方法中涉及到的一种纤维卷轴架的结构示意图；

图5是根据本发明的复合材料弹簧的生产方法成型的复合材料弹簧的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

结合图1和图4，根据本发明具体实施方式的一种复合材料弹簧的生产方法，包括如下步骤：

步骤1，将疏散的碳纤维拉入浸胶池5浸胶，优选地，浸胶池内的浸胶液为双马来酰亚胺、环氧树脂或聚氨酯树脂，碳纤维为PAN基碳纤维或沥青基碳纤维，具有高模量(200Gpa以上)，高强度的特点。

步骤2，将浸胶后的疏散的碳纤维集束成浸胶纤维束。

步骤3，将浸胶纤维束缠绕在具有螺旋槽的内模1上。

步骤4，将缠绕有浸胶纤维束的内模1套装在套管2后加热，使得浸胶纤维束固化成螺旋形。

作为一种优选实施例，疏散的碳纤维从若干纤维卷轴中拉出，该若干纤维卷轴放置在纤维卷轴架6上。

作为一种优选实施例，将浸胶纤维束自身螺旋旋转后缠绕在螺旋槽内。

作为一种优选实施例，加热固化温度为70摄氏度以上。

作为一种优选实施例，将浸胶纤维束的端头固定于内模1的一端，利用内模1的旋转将浸胶纤维束缠绕在螺旋槽内。

上述方案中，由于碳纤维具有高弹性模量(200GPa～500GPa)，低密度(1.70～1.82g/cm^3)的特点，通过本实施例的方法可以制成一种螺旋弹簧，可以在实现钢材弹簧同样功能的同时，大幅度的降低弹簧的重量，从而可以提高适用系统的效率，降低能耗。

以下为本实施例的复合材料弹簧的生产方法中涉及到的一种成型装置，如图1至图4所示，该成型装置包括纤维卷轴架6、浸胶池5、集束环41以及模具组(参见图1，图1示出本实施例的模具组的一种结构示意图)，其中纤维卷轴架6用来放置若干纤维卷轴，碳纤维缠绕在纤维卷轴上，纤维卷轴架6为多层架结构，纤维卷轴架6的前端设有导向板61，每层纤维卷轴架6上的碳纤维经导向板61拉至散束轮组，纤维卷轴架6中可放置若干卷轴，个数由所生产弹簧性质决定。浸胶池5用来盛装浸胶液，浸胶池5的一端设有用来疏散碳纤维的散束轮组51，浸胶池5的另一端设置有出池轮52，浸胶池5的底部设有散束轮53。出池轮52前端的浸胶池5上设有胶量控制器，浸胶后的碳纤维用来经过胶量控制器。纤维卷轴上的碳纤维经过散束轮组51进入浸胶池浸胶后从出池轮52拉出，集束环41供浸胶后的碳纤维穿过进而使得浸胶后的碳纤维形成浸胶纤维束，集束环41设置在平移机构42上，模具组包括内模1和套管2，内模1的表面上设有螺旋槽，内模1用来套装在套管2内，成型时，内模1旋转将浸胶纤维束缠绕在螺旋槽内，套管2用来放置在烘箱中使得内模1上的浸胶纤维束固化成螺旋形。内模1旋转时，集束环41在平移机构42上沿内模1的螺旋方向移动。本实施例中，内模1可以固定在一种缠绕装置上，旋转动力可以由电机提供，内模1的顶面和底面有螺栓固定孔，内模1通过螺栓固定孔固定在缠绕装置上。

作为一种优选实施例，内模1包括模芯11和若干模面组块12，模面组块12用螺栓固定在模芯11的表面，螺旋槽由若干模面组块12的表面上的凹槽拼接而成，当模芯11从若干模面组块12内取出后，至少一块模面组块12能够向模芯11所处位置移动。如图1所示，本实施例的内模1设计成组装式，中间的模芯11的截面可以为矩形或多边形或圆形的块体，内模1由金属材料通过机床加工制成，模芯11作为内模1的中心可插入和抽出。以模芯11为矩形柱体为例，模面组块12设计成4块，4块模面组块12上下左右以螺栓的方式固定在模芯11周围，组合成一个表面有螺旋槽的圆柱体。其中圆柱体的尺寸和螺旋槽的尺寸根据所加工生产的弹簧的尺寸而定，螺旋槽的截面为矩形、圆形或椭圆形。这样，内模1可以拆分成几个部分，以保证固化后的弹簧可以完整取出。另外，内模1设计成组装式，模面组块12的表面上的凹槽可以根据需要设计，可以制成变螺距弹簧。参见图2，内模1固定在缠绕装置上，缠绕装置驱动内模1旋转的同时缠绕装置垂直于内模1旋转方向在旋转。这样，使模具在以自身转轴自转的同时，沿z轴旋转，以达到纤维束本身成一定的螺旋形态。内模1的两端分别设有碳纤维的端头固定器。

以下为本实施例的成型装置的具体使用方法：

首先，碳纤维从纤维卷轴中抽出，穿过导向板61进入浸胶池5，散束轮组由多个固定轮组成，固定轮表面光滑。干的纤维束通过散束轮组，上下弯折，将纤维束中的纤维分散以便浸润。浸胶池5中也设有若干散束轮53，可以辅助树脂浸润纤维。浸胶后的纤维通过胶量控制器将过多的树脂挂掉流回浸胶池5中。之后，纤维束穿过集束环41后形成截面为圆形的浸胶纤维束，浸胶纤维束利用端头固定器将纤维束的起始端固定在圆柱形的内模一端，此时内模1开始以自身旋转轴旋转，缠绕开始后，纤维束以一定的内拉力缠绕到内模的凹槽中，同时，集束环41也按照一定的速度从一端平移到另一端，直到纤维束缠绕到内模的另一端位置，切断纤维束，将端点锁定到内模1上。然后，将缠绕上纤维的内模1，旋转插入到套管2中，这样纤维束被密封在了模具组当中。之后，将模具组放入到烘箱中，以特定的固化条件固化，一般的固化温度70摄氏度以上。固化结束后，将套管2旋转取出，将模芯11取出，随后即可将其他模面组块12一一取出，将弹簧取出。弹簧经过切割，去刺边和打磨后即为成品弹簧7(参见图5)。

综上，本实施例的复合材料弹簧的生产方法，可以制成一种复合材料螺旋弹簧，耐腐蚀性能好，不需要额外的防腐处理，复合材料螺旋弹簧的疲劳性能优异，强度-循环次数曲线斜率可以达到11以上，该装置解决了复合材料螺旋弹簧的成型问题，包括复合材料缠绕成型，成型脱模，在弹簧中引入30度到60度纤维，提供扭转刚度。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种复合材料弹簧的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将疏散的碳纤维拉入浸胶池浸胶；

步骤2，将浸胶后的疏散的碳纤维集束成浸胶纤维束；

步骤3，将所述浸胶纤维束缠绕在具有螺旋槽的内模上；以及

步骤4，将缠绕有浸胶纤维束的内模套装在套管后加热，使得所述浸胶纤维束固化成螺旋形。

2.根据权利要求1所述的复合材料弹簧的生产方法，其特征在于，疏散的碳纤维从若干纤维卷轴中拉出，该若干纤维卷轴放置在纤维卷轴架上。

3.根据权利要求1所述的复合材料弹簧的生产方法，其特征在于，将所述浸胶纤维束自身螺旋旋转后缠绕在所述螺旋槽内。

4.根据权利要求1所述的复合材料弹簧的生产方法，其特征在于，加热固化温度为70摄氏度以上。

5.根据权利要求4所述的复合材料弹簧的生产方法，其特征在于，将所述浸胶纤维束的端头固定于所述内模的一端，利用所述内模的旋转将所述浸胶纤维束缠绕在所述螺旋槽内。