CN108928012B

CN108928012B - 一种高效成型复合材料板簧的工艺方法

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Publication number: CN108928012B
Application number: CN201711136114.9A
Authority: CN
Inventors: 丁晓春; 李玉平; 孙树凯
Original assignee: AVIC Composite Corp Ltd
Current assignee: AVIC Composite Corp Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: CN108928012A

Abstract

本发明公开了一种高效成型复合材料板簧的工艺方法，包括以下步骤：（1）对板簧进行建模，并将板簧模型由下至上进行分层建模；（2）根据单层模型制作曲面工作台；（3）采用自动铺带机分别在每个曲面工作台上铺贴形成一整块坯料，采用切割机对所述整块坯料进行切割形成若干结构相同的单根坯料；（4）取多个单根坯料进行叠放后进行模压成型，形成板簧。采用上述技术方案，本发明的高效成型复合材料板簧的工艺方法，极大的提高了采用模压工艺制造复合材料板簧的生产效率，可实现复合材料板簧的自动化量产。

Description

一种高效成型复合材料板簧的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种高效成型复合材料板簧的工艺方法，属于模压工艺制造汽车用复合材料板簧的生产技术领域。

背景技术

目前国内商用车大都用纵置钢板弹簧悬架，钢板弹簧是纵置钢板弹簧悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁，汽车行驶时，车架上的载荷通过板簧传到加载盒上，再传到车桥上，期间由于板簧的弹性变形而起到缓冲作用。钢板弹簧结构简单，成本低廉，维修方便，并且能够起到导向的作用，片与片之间的摩擦也可以有一定的阻尼作用。但是商用车非独立悬架采用的钢板弹簧具有重量大、舒适性差等缺点。汽车发展越来越重视节能、环保、安全，同时顾客对商用车舒适性要求越高，钢板弹簧的应用越来越不符合商用车技术发展趋势。采用复合材料板簧取代钢板弹簧，将成为国内汽车行业的一种新型发展趋势。目前国内有部分汽车厂商已经开始着手进行复合材料板簧的研发，在复合材料的新材料工艺等方面已取得有效成果，例如中国专利文献CN205089870U所公开的一种车用板簧，再如中国专利文献CN106402222A公开的一种复合材料板簧结构。目前，模压工艺在复合材料行业中应用广泛，在以预浸料为主材，使用模压工艺制造汽车用复合材料板簧的生产实践中，预浸料在模具中的铺贴劳动强度大，生产效率低，铺贴质量不稳定，占用模具时间长，无法做到大批量生产。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种高效成型复合材料板簧的工艺方法。

为了实现上述目的，本发明的一种高效成型复合材料板簧的工艺方法，包括以下步骤：

（1）对板簧进行建模，并将板簧模型由下至上进行分层建模，形成N个层叠在一起的单层模型，即第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型；

（2）根据N个单层模型制作N个曲面工作台，即第一曲面工作台、第二曲面工作台……第N曲面工作台，每一曲面工作台的台面曲率对应于一单层模型的下表面的曲率；

（3）采用自动铺带机分别在每个曲面工作台上进行若干次铺层，从而使若干次铺层叠加铺贴形成一整块坯料，采用切割机对所述整块坯料进行切割形成若干结构相同的单根坯料，从而使第一曲面工作台上形成有若干第一单根坯料，第二曲面工作台上形成有若干第二单根坯料……第N曲面工作台上形成有若干第N单根坯料，所述第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料对应与第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型的结构相同；

（4）各取一个第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料进行叠放后进行模压成型，形成板簧。

所述步骤4中的模压成型包括以下步骤：

（41）将第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料叠放入预压成型模，在恒温状态下预加压，压制成一整根的板簧预制件；

（42）将板簧预制件移至转移模，将转移模放入烤箱中按固化制度预加热至工艺要求温度；

（43）将转移模移至压机上的成型模上，成型模按固化制度加热加压进行固化；

（44）起模型修，完成板簧的制造。

在所述步骤41中，预加压的压力小于步骤43中的最终成型时工艺要求的压力。

在所述步骤41中，预加压时的恒温温度为室温。

在所述步骤42中，首先通过液压顶出机构将预压成型的板簧预制件顶出预压成型模。

所述步骤43中的成型模为恒温成型模，其温度始终保持固化制度要求的工艺温度。

在所述步骤3中，所述自动铺带机在曲面工作台上铺贴的整块坯料的长度与板簧的长度相等，宽度是板簧宽度的整数若干倍。

在所述步骤3中，所述切割机为超声波切割机。

采用上述技术方案，本发明的高效成型复合材料板簧的工艺方法，与现有技术的手工铺贴方式相比，解决了下料与铺贴分离导致的效率低下的问题；解决手工铺贴导致的劳动强度大，铺贴质量不稳定，铺贴效率低的问题；解决手工在模具中铺贴导致的占模时间长的问题；解决模压模具频繁升降温导致无法使用快速固化预浸料的问题。本发明的高效成型复合材料板簧的工艺方法，通过对上述问题的解决，极大的提高了采用模压工艺制造复合材料板簧的生产效率，可实现复合材料板簧的自动化量产。同时，本发明还具有以下有益效果：在曲面工作台进行铺贴，不占用模具；采用自动化设备替代人力，下料铺贴同步完成，效率高，铺贴质量稳定；采用超声波切割坯料，切口质量好，生产效率高；采用预压成型模对切割好的坯料进行室温预压实，快速高效制作板簧预制件；采用转移模将板簧预制件在烘箱与成型模之间进行工位转换，在不同的工位采用不同的模具，避免因使用同一模具而导致的频繁升降温，既有效地缩短了预热及固化周期又对采用快速固化预浸料有良好的适应性。

附图说明

图1为板簧的结构示意图。

图2为将板簧建模形成若干单层模型的结构示意图。

图3为图2中A部局部放大图。

图4曲面工作台示意图。

图5为在曲面工作台上的整块坯料被切割为若干单根坯料的示意图。

图6为预压成型模的结构示意图。

图7为转移模的结构示意图。

图中：1、板簧；101、第一单层模型；102、第二单层模型；103、第三单层模型；104、第四单层模型；105、第五单层模型；106、第六单层模型；201、第一曲面工作台；202、第二曲面工作台；206、第六曲面工作台；3、整块坯料；301、单根坯料；4、预压成型模上模；5、板簧预制件；6、液压顶出机构；7、预压成型模下模；8、转移模上模；9、定位销；10、转移模下模；11、定位槽。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，本实施例提供一种高效成型复合材料板簧的工艺方法，包括以下步骤：

（1）对板簧进行建模，并将板簧模型由下至上进行分层建模，形成N（2、3、4……）个层叠在一起的单层模型，即第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型，第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型宽度相等，并且上下相邻的单层模型的接触面曲率对应；分层的数量的确定原则是根据超声波切割设备的最大切割深度确定，也就是为了使分层后的单层模型的最大厚度能够小于超声波切割设备的最大切割深度，目前已知的超声波切割厚度可达6mm（以切割碳纤维增强环氧树脂预浸料铺叠成的厚坯的厚度为例）以上，因此板簧每一分组厚度可设定为小于6mm，因此，本实施例中选择一根最大厚度为35.2mm的板簧分层可分为6层，如图2、3所示，即第一单层模型101、第二单层模型102……第六单层建模106。

（2）制作曲面工作台，每一单层模型对应一个曲面工作台，如图4所示，第一曲面工作台201对应第一单层模型101，第二曲面工作台202对应第二单层模型102，以此类推，有6个单层模型就对应6个曲面工作台。曲面工作台台面曲率与对应的单层模型的下表面曲率相同，曲面工作台台面弧长大于板簧下表面弧长，曲面工作台台面宽度大于预浸料幅宽（也就是大于后续所述的整块坯料3的宽度）。

（3）采用自动铺带机分别在每个曲面工作台上进行若干次铺层，从而使若干次铺层叠加厚度并最终铺贴形成一整块坯料3，整块坯料3的长度与板簧的长度相等，宽度是板簧宽度的整数若干倍，本实施例中整块坯料3的宽度是板簧宽度的5倍，从而采用切割机对所述整块坯料3进行切割形成5个结构相同的单根坯料301，也就是说在第一曲面工作台201上形成有5个第一单根坯料，在第二曲面工作台202上形成有5个第二单根坯料……在第六曲面工作台206上形成有5个第六单根坯料，并且所述第一单根坯料、第二单根坯料……第六单根坯料对应与第一单层模型、第二单层模型……第六单层模型的结构相同。

所述切割机为超声波切割机，能够高效切割，大幅提高生产效率。

在曲面工作台上铺贴与切割，可有效防止单根坯料进入预压成型模时产生铺层褶皱，同时可自动化下料及铺贴，极大地提高生产效率，降低劳动强度，减少了占模时间。

（4）各取一个第一单根坯料、第二单根坯料……第六单根坯料叠放入预压成型模，叠放的第一单根坯料、第二单根坯料……第六单根坯料刚好整体组成一个完整的板簧结构，然后在室温恒温状态下预加压，预加压的压力小于步骤43中的最终成型时工艺要求的压力，从而将多个单根坯料压制成一整根的板簧预制件，从而便于手动或采用自动化设备将压实的板簧预制件转移到移动模中；

通过液压顶出机构将预压成型的板簧预制件顶出预压成型模，将板簧预制件移至转移模，将转移模放入烤箱中按固化制度预加热至工艺要求温度；

将转移模移至压机上的成型模上，成型模按固化制度加热加压进行固化；成型模可一直处于高温状态，有利于采用快速固化预浸料制作板簧，进一步提高复合材料板簧的生产效率；采用转移模将板簧预制件在烘箱与成型模之间进行工位转移，在预加热烘箱与最终加压固化设备各自独立的工况下，实现制件的快速工位转换，提高作业效率，转移模与成型模可以通过转移模上的V型槽及定位销进行快速定位；

起模型修，完成板簧的制造。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对板簧进行建模，并将板簧模型由下至上进行分层建模，形成N个层叠在一起的单层模型，即第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型；

2)根据N个单层模型制作N个曲面工作台，即第一曲面工作台、第二曲面工作台……第N曲面工作台，每一曲面工作台的台面曲率对应于一单层模型的下表面的曲率；

3)采用自动铺带机分别在每个曲面工作台上进行若干次铺层，从而使若干次铺层叠加厚度并最终铺贴形成一整块坯料，采用切割机对所述整块坯料进行切割形成若干结构相同的单根坯料，从而使第一曲面工作台上形成有若干第一单根坯料，第二曲面工作台上形成有若干第二单根坯料……第N曲面工作台上形成有若干第N单根坯料，所述第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料对应与第一单层模型、第二单层模型……第N单层模型的结构相同；

4)各取一个第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料进行叠放后进行模压成型，形成板簧，所述步骤4)中的模压成型包括以下步骤：

41)将第一单根坯料、第二单根坯料……第N单根坯料叠放入预压成型模，在恒温状态下预加压，压制成一整根的板簧预制件，预加压时的恒温温度为室温；

42)将板簧预制件移至转移模，将转移模放入烤箱中按固化制度预加热至工艺要求温度；

43)将转移模移至压机上的成型模上，成型模按固化制度加热加压进行固化；

44)起模型修，完成板簧的制造。

2.如权利要求1所述的高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于：在所述步骤41)中，预加压的压力小于步骤43)中的最终成型时工艺要求的压力。

3.如权利要求2所述的高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于：在所述步骤42)中，首先通过液压顶出机构将预压成型的板簧预制件顶出预压成型模。

4.如权利要求2所述的高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于：所述步骤43)中的成型模为恒温成型模，其温度始终保持固化制度要求的工艺温度。

5.如权利要求1-4任一项所述的高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述自动铺带机在曲面工作台上铺贴的整块坯料的长度与板簧的长度相等，宽度是板簧宽度的整数若干倍。

6.如权利要求1-4任一项所述的高效成型复合材料板簧的工艺方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述切割机为超声波切割机。