CN111169042A - 碳纤维螺栓加工方法及碳纤维螺栓 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及机械零件技术领域，尤其是涉及一种碳纤维螺栓加工方法及碳纤维螺栓。碳纤维螺栓加工方法，包括以下步骤：首先，制造尺寸小于螺栓的标准的缩比芯件；下一步，将碳纤维长丝缠绕在所述缩比芯件上，形成碳纤维包覆层；下一步，将绕丝后的所述缩比芯件放入模具中，向所述模具中注入基底材料，所述基底材料包裹于所述碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；最后，脱模，得到所述碳纤维螺栓；通过采用该方法，能够适应细小且变化剧烈的螺栓表面，能够适用于对小公称直径的螺栓的加工；并且相较于采用短纤碳纤维材料制成的螺栓，具有更好的抗拉、抗剪强度等力学性能。
Description
技术领域
本申请涉及机械零件技术领域，尤其是涉及一种碳纤维螺栓加工方法及碳纤维螺栓。
背景技术
现有的碳纤维螺栓加工方法一种是采用短纤颗粒原料加热熔融后浇灌于模具中成型，但其强度较差；另一种加工方法是使用长纤碳纤维布包裹在缩比芯件的外侧，以使碳纤维螺栓具有较高的强度，但由于碳纤维布本身具有一定的厚度，且厚度偏大，这种加工方法只适用于加工公称直径较大的螺栓，而难以适应小公称直径螺栓细小且变化剧烈的螺纹表面。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳纤维螺栓加工方法及碳纤维螺栓，以提供一种能够加工小尺寸、高强度的碳纤维螺栓的加工方法。
本申请提供了一种碳纤维螺栓加工方法，包括以下步骤：
步骤100、制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；
步骤200、将碳纤维长丝缠绕在所述缩比芯件上，形成碳纤维包覆层；
步骤300、将绕丝后的所述缩比芯件放入模具中，向所述模具中注入基底材料，所述基底材料包裹于所述碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；
步骤400、脱模，得到所述碳纤维螺栓。
进一步地，在所述步骤100完成后且在所述步骤200之前，在所述缩比芯件的外侧喷涂胶合剂，以在所述缩比芯件的表面形成粘合层。
进一步地，在所述步骤200中，所述碳纤维长丝利用长丝卷绕机缠绕包裹于所述缩比芯件外侧。
进一步地，所述碳纤维包覆层为多层。
进一步地，任意相邻两层的所述碳纤维包覆层之间均喷涂有粘合剂。
进一步地，任意相邻两层的所述碳纤维包覆层错位包覆，以使其中一层所述碳纤维包覆层的碳纤维长丝与另一层所述碳纤维包覆层的碳纤维长丝错位排布。
进一步地，所述缩比芯件的材质为高分子材料。
进一步地，述基底材料为液态树脂。
本申请还提供了一种碳纤维螺栓，包括缩比芯件、碳纤维包覆层和基底包覆层；所述碳纤维包覆层由碳纤维长丝绕所述缩比芯件卷绕包覆而成，所述基底包覆层包覆于所述碳纤维包覆层的外侧。
进一步地，所述碳纤维螺栓的规格为大于等于M1.0。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的碳纤维螺栓加工方法，包括以下步骤：首先，制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；下一步，将碳纤维长丝缠绕在所述缩比芯件上，形成碳纤维包覆层；下一步，将绕丝后的所述缩比芯件放入模具中，向所述模具中注入基底材料，所述基底材料包裹于所述碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；最后，脱模，得到所述碳纤维螺栓；因此，本申请通过采用绕丝的方式将长纤的碳纤维长丝包覆于缩比芯件的外侧形成碳纤维包覆层，使其即使在加工小公称直径的螺栓时，也能够适应细小且变化剧烈的螺栓表面，从而使本申请的碳纤维螺栓加工方法不仅能够加工大公称直径的螺栓，也能加工小公称直径的螺栓；并且由于采用的是长纤的碳纤维，在保证碳纤维螺栓具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性的同时，相较于采用短纤碳纤维材料制成的螺栓，具有更好的抗拉、抗剪强度等力学性能。
本申请还提供了一种碳纤维螺栓，包括缩比芯件、碳纤维包覆层和基底包覆层，碳纤维包覆层和基底包覆层依次包裹于缩比芯件的外侧。本申请的碳纤维螺栓通过采用上述碳纤维螺栓加工方法将碳纤维长丝在缩比芯件上进行绕丝，从而保证碳纤维螺栓具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性，同时相较于采用短纤碳纤维材料制成的螺栓，具有更好的抗拉、抗剪强度等力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种碳纤维螺栓加工方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的另一种碳纤维螺栓加工方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的又一种碳纤维螺栓加工方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的碳纤维螺栓的结构示意图。
附图标记：
1-缩比芯件，2-碳纤维包覆层，3-基底包覆层。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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申请中的具体含义。
下面参照图1至图4描述根据本申请一些实施例所述的碳纤维螺栓加工方法及碳纤维螺栓。
实施例一
本申请提供了一种碳纤维螺栓加工方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤100、制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；
步骤200、将碳纤维长丝缠绕在缩比芯件上，形成碳纤维包覆层2；
步骤300、将绕丝后的缩比芯件放入模具中，向模具中注入基底材料，基底材料包裹于碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；
步骤400、脱模，得到碳纤维螺栓。
其中，所述步骤100包括以下步骤：
步骤110、确定所要加工的螺栓的标准尺寸，并对螺栓的标准尺寸按照一定的比例进行缩放，得到缩比芯件的加工尺寸；
步骤120、按照缩放的尺寸加工得到缩比芯件，缩比芯件形成有缩比后的螺纹。
在步骤200中，碳纤维长丝是通过长丝卷绕机均匀地缠绕在缩比芯件上，使碳纤维长丝能够均匀地包裹于缩比芯件的外侧，从而在缩比芯件的外侧形成碳纤维包覆层；将碳纤维长丝缠绕包裹于缩比芯件外侧的过程是利用长丝卷绕机实现的，通过长丝卷绕机能够高效、快速地将碳纤维长丝卷绕于缩比芯件上，并能够保证卷绕质量，使碳纤维包覆层更均匀、更致密。
其中，所述步骤300包括以下步骤：
步骤310、将绕丝后的缩比芯件放入于螺栓的标准的模具中，然后向模具中加入液态树脂，使液态树脂充满缩比芯件于模具内腔之间的缝隙；
步骤320、待液态树脂冷却后，液态树脂凝固成型并包裹于碳纤维包覆层的外侧，在碳纤维包覆层的外侧形成基底包覆层。
综上，本申请通过采用绕丝的方式将长纤的碳纤维长丝包覆于缩比芯件的外侧形成碳纤维包覆层，使其即使在加工小公称直径的螺栓时，也能够适应细小且变化剧烈的螺栓表面，从而使本申请的碳纤维螺栓加工方法不仅能够加工大公称直径的螺栓，也能加工小公称直径的螺栓；并且由于采用的是长纤的碳纤维，在保证碳纤维螺栓具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性的同时，相较于采用短纤碳纤维材料制成的螺栓，具有更好的抗拉、抗剪强度等力学性能。
在本申请的实施例中，优选地，缩比芯件的材质为高分子材料；从而使碳纤维螺栓具有较高的力学性能和良好的耐磨性和耐腐蚀性；同时相较于不锈钢等金属材质不仅能够降低加工成本，也更易于加工成型。优选地，缩比芯件的材质为塑料。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上进行了的改进，因此实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。
在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，本申请的碳纤维螺栓加工方法，包括以下步骤：
步骤100、制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；
步骤130、在缩比芯件的外侧喷涂胶合剂，以在缩比芯件的表面形成粘合层；
步骤200、将碳纤维长丝缠绕在缩比芯件上，形成碳纤维包覆层；
步骤300、将绕丝后的缩比芯件放入模具中，向模具中注入基底材料，基底材料包裹于碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；
步骤400、脱模，得到碳纤维螺栓。
在该实施例中，当完成缩比芯件的加工制造后，还包括步骤110，在缩比芯件的外侧喷涂胶合剂，以使缩比芯件的外侧形成粘合层；然后再实施步骤200，将碳纤维长丝均匀地包裹于芯件外侧；从而，在将碳纤维长丝缠绕于缩比芯件的外侧过程中，通过在缩比芯件外侧喷涂胶合剂，使碳纤维长丝能够稳定、牢固地粘附与缩比芯件的外侧，并在缠绕过程中，已经缠绕于缩比芯件外侧的碳纤维长丝不会松散和移位，从而保证碳纤维包覆层更均匀、致密。
实施例三
在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，本申请的碳纤维螺栓加工方法，包括以下步骤：
步骤100、制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；
步骤130、在缩比芯件的外侧喷涂胶合剂，以在缩比芯件的表面形成粘合层；
步骤210、将碳纤维长丝逐层缠绕在缩比芯件上，形成多层碳纤维包覆层；
步骤300、将绕丝后的缩比芯件放入模具中，向模具中注入基底材料，基底材料包裹于碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；
步骤400、脱模，得到碳纤维螺栓。
在该实施例中，步骤210包括如下步骤：
步骤211、将碳纤维长丝缠绕在缩比芯件上，形成一层碳纤维包覆层；
步骤212、在碳纤维包覆层的表面均匀喷涂粘合剂；
步骤213、向喷涂粘合剂的碳纤维包覆层外继续缠绕碳纤维长丝缠绕，形成新一层的碳纤维包覆层；
步骤214、重复上述步骤步骤212和步骤213，直至形成N层碳纤维包覆层，N为整数，2＜N＜7。
在本实施例的步骤210中，在将碳纤维长丝缠绕于缩比芯件的过程中，使碳纤维长丝逐层的缠绕包裹于缩比芯件的外侧，形成多层的碳纤维包覆层，直至其尺寸略小于待加工的螺栓的标准的尺寸，从而在一定程度上加强碳纤维螺栓的强度，提高碳纤维螺栓的力学性能。
并且，在绕丝过程中，首先在缩比芯件上缠绕一层碳纤维长丝，形成一层碳纤维包覆层，该层碳纤维包覆层通过喷涂于缩比芯件上的粘合剂粘附于缩比芯件上；在完成一层碳纤维包覆层的绕丝后，在这一层的碳纤维包覆层的外侧喷涂粘合剂，然后再进行下一层碳纤维长丝的绕丝，以在上一层碳纤维包覆层的外侧形成一层新的碳纤维包覆层，并使新一层的碳纤维包覆层粘附于上一层的碳纤维包覆层上；从而使多层的碳纤维包覆层稳定、牢固地包覆于缩比芯件的外侧。
在该实施例中，任意相邻的两层碳纤维包覆层2之间错位包覆，即在一层碳纤维包覆层2的绕丝过程中，碳纤维长丝沿缩比芯件1的长度方向逐圈地堆叠缠绕于缩比芯件1上，完成一层的碳纤维包覆层2的绕丝并喷涂完粘合剂后开始新一层的碳纤维包覆层2的绕丝，并使形成的新的一圈绕丝位于上一层的碳纤维包覆层2的相邻的两圈绕丝之间，从而使任一层碳纤维包覆层2的碳纤维长丝与相邻的碳纤维包覆层2的碳纤维长丝错位排布。
实施例四
本申请提供了一种碳纤维螺栓，采用上述方法加工制成，如图4所示，包括缩比芯件1、碳纤维包覆层2和基底包覆层3；碳纤维包覆层2包覆于所述缩比芯件1的外侧，基底包覆层3包覆于碳纤维包覆层2的外侧。
在该实施例中，碳纤维螺栓包括缩比芯件1、碳纤维包覆层2和基底包覆层3，碳纤维包覆层2和基底包覆层3依次包裹于缩比芯件1的外侧。
碳纤维包覆层2包括碳纤维长丝，碳纤维长丝绕着缩比芯件1的轴向缠绕，并沿缩比芯件1的长度方向逐圈堆叠，从而在缩比芯件1的外侧形成一层碳纤维包覆层2，将缩比芯件1包裹于其内部；碳纤维包覆层2的层数为多层，从而增强碳纤维螺栓的强度；在绕丝时，首先在缩比芯件1的外侧喷涂胶合剂，以使碳纤维长丝能够粘附于缩比芯件1上，在完成一层碳纤维包覆层2的绕丝后，在其外侧也喷涂胶合剂，以对下一层碳纤维长丝进行粘附，从而使多层碳纤维包覆层2稳定、牢固地粘附于缩比芯件1上。在完成多层碳纤维包覆层2的包覆后，在碳纤维包覆层2的外侧包覆一层基底包覆层3，通过基底包覆层3将碳纤维包覆层2包裹于内部，并在基底包覆层3的外壁形成螺纹。
因此，本申请的碳纤维螺栓通过采用碳纤维长丝在缩比芯件1上进行绕丝，在保证碳纤维螺栓具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性的同时，相较于采用短纤碳纤维材料制成的螺栓，具有更好的抗拉、抗剪强度等力学性能。
在本申请的一个实施例中，优选地，碳纤维螺栓的规格为大于等于M1.0。
在该实施例中，由于采用上述的碳纤维螺栓加工方法，通过使用碳纤维长丝在缩比芯件1上进行绕丝，其能够适应小公称直径的螺栓的细小且变化剧烈的螺栓表面，从而使本申请的碳纤维螺栓加工方法不仅能够加工大公称直径的螺栓，也能加工小公称直径，规格大于等于M1.0的螺栓；且相较于采用长纤碳纤维包裹的加工方法，本申请的方法更适用于加工公称直径在M20以下的螺栓。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100、制造尺寸小于螺栓的标准尺寸的缩比芯件；
步骤200、将碳纤维长丝缠绕在所述缩比芯件上，形成碳纤维包覆层；
步骤300、将绕丝后的所述缩比芯件放入模具中，向所述模具中注入基底材料，所述基底材料包裹于所述碳纤维包覆层外侧，形成基底包覆层；
步骤400、脱模，得到所述碳纤维螺栓。
2.根据权利要求1所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，在所述步骤100完成后且在所述步骤200之前，还包括如下步骤：
在所述缩比芯件的外侧喷涂胶合剂，以在所述缩比芯件的表面形成粘合层。
3.根据权利要求1所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，在所述步骤200中，所述碳纤维长丝利用长丝卷绕机缠绕包裹于所述缩比芯件的外侧。
4.根据权利要求1所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，在所述步骤200中，所述碳纤维包覆层为多层。
5.根据权利要求4所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，任意相邻两层的所述碳纤维包覆层之间均喷涂有粘合剂。
6.根据权利要求4所述的碳纤维螺栓讲过方法，其特征在于，任意相邻两层的所述碳纤维包覆层为错位包覆，以使其中一层所述碳纤维包覆层的碳纤维长丝与另一层所述碳纤维包覆层的碳纤维长丝错位排布。
7.根据权利要求1所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，所述缩比芯件的材质为高分子材料。
8.根据权利要求1所述的碳纤维螺栓加工方法，其特征在于，所述基底材料为液态树脂。
9.一种碳纤维螺栓，其特征在于，包括缩比芯件、碳纤维包覆层和基底包覆层；
所述碳纤维包覆层由碳纤维长丝绕所述缩比芯件卷绕包覆而成；
所述碳纤维包覆层包覆于所述缩比芯件的外侧，所述基底包覆层包覆于所述碳纤维包覆层的外侧。
10.根据权利要求9所述的碳纤维螺栓，其特征在于，所述碳纤维螺栓的规格为大于等于M1.0。
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