CN110667137A - 一种用复合材料制造汽车板簧的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用复合材料制造汽车板簧的方法，属于汽车零部件制造技术领域。本发明提出一种模压切割法，采用在线制作的预浸布铺叠制作预制体然后置入模具进行模压，所述预浸布、预制体和模压后的毛胚板，宽度都是单个板簧产品的N倍，N为大于1的整数。毛胚板切割后得到N个板簧产品，N为大于1的整数。所述预制体还包括两个金属圆管，所述铺叠包括连续自动铺叠，所述铺叠中产生的近似三角形间隙可以用预浸布边角料充满。

Description

一种用复合材料制造汽车板簧的方法
技术领域
本发明涉及用复合材料制造汽车板簧的方法，属于汽车零部件制造技术领域。
背景技术
在汽车制造领域，轻量化是一个日益紧迫的技术要求。尤其近年来，轻卡车型的超重问题严重影响了有关汽车厂家的正常运营。板簧是汽车地盘上的一个重要部件，在减轻车辆行驶时的震动、提高汽车使用寿命方面发挥着重要的作用。在传统的汽车行业中，板簧一直采用钢板制造，重量很大，使用寿命较低。汽车板簧如果能采用复合材料制造，将有效降低车身重量。近10年来，国内外对用复合材料制造汽车板簧进行了很多研究，研究结果表明，采用复合材料制造汽车板簧，可以有效减轻车身重量，同时提高汽车抗震效果，这些优点是毋庸置疑的。但是，多年以来，复合材料板簧并没有在汽车行业得到广泛应用，原因在于两方面，一是生产效率低，不能满足汽车量产的规模化需求；二是成本高，不能满足汽车市场的商业需求。
复合材料和复合材料产品具有显著的一体化特点，也就是说，在复合材料原料(通常是纤维和树脂的混合物)固化后，才形成了复合材料，通常也同时得到了复合材料制品。浸润了树脂的纤维布称为预浸布，是复合材料的一种原料状态。复合材料板簧制造通常采用预浸布模压工艺，首先把采购回来的预浸布按板簧产品的宽度和长度裁剪成比较窄的长条形状，然后再一层层铺叠起来，形成一个板簧产品的预制体。预制体也是复合材料的一种原料状态，是未固化的接近产品形状的形态。将上述预制体放入模具中(模具的内腔宽度略大于单个板簧产品的宽度)，然后实施模压工艺。经过较长时间(一般不少于三十分钟)的保温保压后，经过脱模和修边，得到板簧产品。在复合材料板簧装车使用之前，板簧的两端一般要通过机械连接的方法另外加装带有衬套的金属接头。
上述制造方法的生产效率低，无法满足汽车生产的规模化要求，低效率还带来了高昂的人工成本。预浸布的采购和使用也带来了高昂的成本和性能的不稳定，这是因为预浸布要求低温存储，在存储和运输过程中，预浸布会随着时间和温度的变化而发生性能的改变。通过机械连接加装金属接头通常会使复合材料产生初始的疲劳缺陷。
发明内容
基于前述背景，本发明设计了一种制造复合材料板簧的模压切割法，可以提高生产效率、降低生产成本并提高产品的性能稳定性，还可以避免机械连接的初始疲劳缺陷。
本发明提供一种用复合材料制造汽车板簧的方法，包括：用预浸布铺叠制作预制体，预制体宽度略大于单个板簧产品宽度的N倍；模压，把上述预制体置入对应的模具，所述模具内腔宽度略大于单个板簧产品宽度N倍，脱模后得到毛胚板，所述毛胚板宽度略大于板簧产品宽度的N倍；切割，对上述毛胚板进行切割加工，得到N个板簧产品，N为大于1的整数。
进一步的，所述预浸布的宽度略大于板簧产品宽度的N倍，N为大于1的整数。
进一步的，所述铺叠包括在线连续铺叠，即：预浸布从在线制作设备输出后，连续不断地在专用托架上的相应位置按一定长度反复折叠到一定程度后，再裁断，经过预压设备预压后得到包括连续预浸布的预制体。
进一步的，铺叠制作预制体时形成的近似三角形间隙用预浸布边角料充满。
进一步的，所述连续预浸布的长度不小于板簧产品长度的2倍。
进一步的，所述预制体在板簧长度方向的两端还可以分别包裹一个金属圆管，所述金属圆管的长度略大于板簧产品宽度的N倍，N为大于1的整数。
进一步的，所述预制体包裹金属圆管后形成的近似三角形间隙用预浸布边角料充满。
进一步的，所述金属圆管由两个金属半圆形扣合在一起形成。
上述略大于的含义，在于切割加工时会有切割损失，本领域技术人员可以根据切割设备情况确定略大于的具体数值，以保障切割后的产品满足尺寸要求。另外，由于固化工艺的原因，模具尺寸也要略大于产品尺寸，本领域技术人员可以根据模具设计情况确定具体数值，以确保固化后产品尺寸的准确。
按照上述方法，在用预浸布铺叠制作预制体过程中，可以避免把预浸布裁切成很多细长条的繁琐操作。在模压过程中，一次模压可以得到一个整体的大毛胚板，其宽度为单个板簧产品的N倍(N为大于1的整数)。利用板簧产品的单曲率形状特点，即板簧在宽度方向形状保持不变，沿宽度切割后即得到N个板簧产品。
在预制体中包裹金属圆管，可以避免后期通过机械连接的方法加装金属接头，这种一体化制造的方法提高了生产效率，降低了生产成本，同时避免了机械连接带来的初始疲劳缺陷。所述金属圆管可以由两个金属半圆形扣合在一起形成，这样可以保证圆管内表面的配合精度，避免了长管内表面的加工困难。
在用预浸布铺叠制作预制体时，会产生一些近似三角形的间隙，这种间隙是产品机械性能的薄弱环节，用预浸布边角料充满后，可以消除这些性能的薄弱环节。
所述模压切割法提高了复合材料板簧产品的生产效率，降低了制造成本，同时提高了复合材料板簧产品的性能稳定性，还可以避免机械连接的性能缺陷，可以避免采购预浸布的高成本，可以避免预浸布在储存和运输过程中的性能损失。所述方法使得复合材料汽车板簧的商用称为可能，为汽车轻量化做出重大贡献，在汽车零部件行业具有十分重大的意义。
附图说明
图1是本发明所述的不带金属衬套的预制体示意图。101是预浸布铺叠托架。102是在线制作的多个预浸布。103是预浸布铺叠后形成的不带金属衬套的预制体。
图2是本发明所述的带金属衬套的预制体示意图。201是预浸布铺叠托架。202是在线制作的多个预浸布。203是预浸布铺叠后形成的带金属衬套的预制体。204是包裹在预浸布里面的金属圆管。205是充满近似三角形间隙的预浸布边角料。
图3是本发明所述的不带金属衬套的毛胚板示意图。301是不带金属衬套的毛胚板。图中用虚线表示出了切割线。
图4是本发明所述的带金属衬套的毛胚板示意图。401是带金属衬套的毛胚板。图中用虚线表示出了切割线。
图5是本发明所述的在线连续铺叠示意图，501是预浸布在线制作设备，502是预浸布，503是托架，504是预压设备，505是包括连续预浸布的预制体，506是充满近似三角形间隙的预浸布边角料。
具体实施方式
按照本发明所述方法，可以制造两种板簧产品，分别是不带金属衬套的板簧产品和带金属衬套的板簧产品。
第一步，在线制作预浸布。以干态的玻璃纤维布和液态的环氧树脂为原料，在板簧生产现场把环氧树脂和玻璃纤维布混合在一起，使得玻璃纤维布与环氧树脂充分浸润，并去除多余的树脂，就得到了玻纤/环氧预浸布。把玻纤/环氧预浸布裁剪成长1300毫米宽500毫米的长方形，一共裁剪出11个长1300毫米宽500毫米的长方形预浸布。在线制作预浸布避免了采购预浸纤维布的高成本，也避免了预浸布在运输和储存过程中的性能变化，提高了生产效率，提高了产品的性能稳定性。
第二步，预制体铺叠。把裁剪后的5个长1300毫米宽500毫米的长方形预浸布在专用的铺叠托架上叠合在一起并完全重合，长度1300毫米的方向与托架的弧度方向(板簧产品的长度方向)保持一致，这样就得到了不带金属衬套的预制体，如附图1。把另外6个长1300毫米宽500毫米的长方形预浸布在专用托架上叠合在一起并完全重合，长度1300毫米的方向与托架的弧度方向(板簧产品的长度方向)保持一致。在板簧长度方向的两端，分别包裹一根长度为500毫米的钢管，这个钢管是两个半圆形扣合在一起形成的。用预浸布包裹钢管时，在预浸布和金属管之间，会出现近似三角形的空隙，这个空隙用预浸布边角料填充，如附图2，这样就得到了带金属衬套的预制体。
另外，上述铺叠也可以采用在线连续铺叠，也就是说，预浸布从在线制作设备输出后，连续不断地在专用托架上的相应位置按一定长度反复折叠到一定程度后再裁断，经过预压后得到包括连续预浸布的预制体，如附图5所示。所述连续预浸布的长度不小于板簧产品长度的2倍。预浸布在铺叠过程中会形成近似三角形间隙，所述近似三角形间隙可以用预浸布边角料充满，如附图5所示。本发明所述的预浸布在线连续铺叠，进一步提高了生产效率。
第三步，模压，就是把上述预制体放入相应的模具，在一定的温度和压力下保持一定的时间，使预制体固化定形，脱模后就得到板簧产品的毛胚板，如附图3和附图4。例如，把第二步得到的两种预制体分别置入不同的模具中，模具的内腔宽度为501毫米，在温度120℃和压力10MPa的工艺参数下保压30分钟。脱模后，分别得到不带金属衬套的毛胚板(附图3)和带金属衬套的毛胚板(附图4)。
第四步，定形。把脱模后的两种毛胚板分别置于相应的定型工装中，使毛胚板在形状不变的情况下降温到常温状态。根据原料的固化收缩率和产品的热膨胀系数，定形步骤也可以省略。
第五步，切割，就是把上述毛胚板，在宽度方向上按照板簧产品95毫米的宽度进行切割，如附图3和附图4，分别得到5个不带金属衬套的板簧产品和5个带金属衬套的板簧产品。

Claims (8)

1.一种用复合材料制造汽车板簧的方法，包括：用预浸布(102，202)铺叠制作预制体(103，203)，预制体宽度略大于单个板簧产品宽度的N倍；模压，把上述预制体置入对应的模具，所述模具内腔宽度略大于单个板簧产品宽度N倍，脱模后得到毛胚板(301，401)，所述毛胚板宽度略大于板簧产品宽度的N倍；切割，对上述毛胚板进行切割加工，得到N个板簧产品，N为大于1的整数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预浸布的宽度略大于板簧产品宽度的N倍，N为大于1的整数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铺叠包括在线连续铺叠，即：预浸布(502)从在线制作设备(501)输出后，连续不断地在专用托架(503)上的相应位置按一定长度反复折叠到一定程度后，再裁断，经过预压设备(504)预压后得到包括连续预浸布的预制体(505)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：铺叠制作预制体时形成的近似三角形间隙用预浸布边角料(506)充满。
5.如权利要求3所述，其特征在于：所述连续预浸布的长度不小于板簧产品长度的2倍。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预制体在板簧长度方向的两端还可以分别包裹一个金属圆管(204)，所述金属圆管的长度略大于板簧产品宽度的N倍，N为大于1的整数。
7.如权利要求6所述，其特征在于：所述预制体包裹金属圆管后形成的近似三角形间隙用预浸布边角料(205)充满。
8.如权利要求6所述，其特征在于：所述金属圆管由两个金属半圆形扣合在一起形成。
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