CN113619160B

CN113619160B - 一种复合材料蛇形弹簧的制备方法

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Publication number: CN113619160B
Application number: CN202110772172.0A
Authority: CN
Inventors: 柯俊; 王雁雪; 何俊; 张雅婷
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2041-07-05
Also published as: CN113619160A

Abstract

本发明涉及一种复合材料蛇形弹簧的制备方法，包括如下步骤：1)，选择玄武岩单向布和树脂备用；2)，将玄武岩纤维单向布裁切为与设计好的复合材料蛇形弹簧尺寸特性相适应的形状；将裁切后的玄武岩纤维单向布浸润树脂；将浸润树脂的玄武岩纤维单向布铺设在模具内，铺成预成型体；3)，将铺好预成型体的内模与外模合模选取合适的温度及模具压力，使复合材料蛇形弹簧固化成型；4)，复合材料蛇形弹簧完成固化成型并脱模后，将其放入恒温箱内进行后固化；在完成后固化处理后，对其进行去毛刺及打磨处理，制得复合材料蛇形弹簧。本发明制得的复合材料蛇形弹簧具有质量轻、耐腐蚀等优点，且自带限位功能，能显著提升联轴器的安全性和可靠性。

Description

一种复合材料蛇形弹簧的制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种弹簧的制备方法，具体涉及一种复合材料蛇形弹簧的制备方法，属于弹簧技术领域。

【背景技术】

蛇形弹簧联轴器同时具有金属弹簧联轴器和非金属弹簧联轴器的优点，其既能够传递较大的扭矩也能补偿较大的位移还能缓冲吸振。蛇形弹簧联轴器通过弹性与韧性兼备的蛇形弹簧来连接两边法兰轮毂，故其承载转矩大、挠性好、传递效率高、使用寿命长，能允许较大的径向位移、轴向位移和角向偏差，拆装方便，被广泛应用于矿山机械。

目前，蛇形弹簧一般由碳素钢制成，质量重且易锈蚀。随着能源短缺、环境污染问题的日益严峻及人们生活水平的提高，“以塑代钢”的思想逐步渗入各方面的研究之中。在相同刚度的前提下，复合材料蛇形弹簧可比金属蛇形弹簧轻40％以上。此外，由于复合材料具有比强度、比模量高，不生锈、具有一定的阻尼等固有特性，因此其储能能力及衰减振动的能力也比金属蛇形弹簧好。玄武岩纤维价格便宜，且比金属更环保，因此，复合材料蛇形弹簧的综合性能明显优于金属蛇形弹簧，具有良好的应用前景。

而且在实际工作过程中，蛇形弹簧联轴器往往用于重型矿山机械中，既需要传递高扭矩又需要吸收冲击、补偿位移，位移的补偿需要有一定的限制方法。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的复合材料蛇形弹簧的制备方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种工艺简单，制作方便，且成本低的复合材料蛇形弹簧的制备方法，其制得的蛇形弹簧不但具有质量轻(减重40％以上)，比强度、比模量高，不生锈、具有一定的阻尼，一体成型等优点，而且带有限位功能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合材料蛇形弹簧的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)，选材：选择玄武岩单向布和树脂备用；

2)，制备预成型体：首先，将玄武岩纤维单向布裁切为与设计好的复合材料蛇形弹簧尺寸特性相适应的形状；然后，将裁切后的玄武岩纤维单向布浸润树脂；最后，将浸润树脂的玄武岩纤维单向布铺设在模具内，铺成预成型体；

3)，固化成型：将铺好预成型体的内模与外模合模并根据所选树脂的固化曲线选取合适的温度及模具压力，使复合材料蛇形弹簧固化成型；

4)，后固化及后处理：复合材料蛇形弹簧完成固化成型并脱模后，将其放入恒温箱内进行后固化；在完成后固化处理后，对其进行去毛刺及打磨处理，制得复合材料蛇形弹簧。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤1)中，玄武岩单向布和树脂能直接替换为玄武岩纤维单向布预浸料。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤1)中，树脂采用增韧环氧树脂、聚氨酯树脂、或适应模压、拉挤或RTM工艺的树脂。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤2)中，在剪切和铺设预成型体时要使蛇形弹簧在传递转矩时的剪切力分力方向相反，且使纤维受拉。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤3)中，模具内模为可拆卸的组合式内模，其由若干内模模组以及内模芯轴组成，通过先取出内模芯轴再顺次取出其他内模模组，来实现内模的分块脱模及重复利用。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤3)中，模具内的温度范围为：70℃～120℃，模具压力范围为：140kPa～2400kPa。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法进一步为：所述步骤4)中，恒温箱内的温度为120℃。

本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法还可为：所述步骤4)制得复合材料蛇形弹簧的簧体中部具有限位块，其与联轴器法兰轮毂配合后自带限位功能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法中采用了纤维增强树脂基复合材料，在相同刚度的前提下，复合材料蛇形弹簧的重量可比金属蛇形弹簧轻40％以上；此外，由于复合材料具有比强度、比模量高，不生锈、具有一定的阻尼等优越特性，因此复合材料蛇形弹簧的储能能力及衰减振动的能力也比金属蛇形弹簧好

2.本发明的复合材料蛇形弹簧的制备方法中采用玄武岩纤维制作复合材料蛇形弹簧不仅环保而且价格便宜。

3.本发明制得的复合材料蛇形弹簧自带限位结构，补偿偏差的能力限定在一定范围内，其与联轴器的法兰配合后，联轴器的工作更加安全可靠。

【附图说明】

图1是本发明的复合材料蛇形弹簧的结构示意图。

图2是本发明复合材料蛇形弹簧工作时的内部纤维束受力图。

图3是本发明步骤3)中的模具装配图。

图4是本发明的复合材料蛇形弹簧和联轴器的装配图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图4所示，本发明为一种复合材料蛇形弹簧的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)，选材：选择玄武岩单向布和树脂备用。

其中，所述选择玄武岩单向布可替换为玻璃纤维单向布。所述树脂采用增韧环氧树脂、聚氨酯树脂、或适应模压、拉挤或RTM工艺的树脂，该类树脂具有固化周期长的特点，进而给制备过程中的各项操作预留足够长的时间。

进一步的，所述玄武岩单向布和树脂也可以直接替换为玄武岩纤维单向布预浸料。

2)，制备预成型体：首先，将玄武岩纤维单向布裁切为与设计好的复合材料蛇形弹簧尺寸特性相适应的形状；然后，将裁切后的玄武岩纤维单向布浸润树脂；最后，将浸润树脂的玄武岩纤维单向布铺设在模具内，铺成预成型体。

其中，在剪切和铺设预成型体时要使蛇形弹簧在传递转矩时的剪切力分力F11和F21方向相反，使纤维受拉。由于玄武岩纤维属于各向异性材料，其抗拉能力远大于抗压能力，故应利用这一特性，让纤维承受拉力，以避免纤维受损。如图2所示，其中的F1和F2代表剪切力；F12和F22代表剪切力的另一分力，该分力垂直纤维。

3)，固化成型：将铺好预成型体的内模与外模1合模并根据所选树脂的固化曲线选取合适的温度及模具压力，使复合材料蛇形弹簧固化成型。

在本实施方式中，所述模具根据复合材料蛇形弹簧的结构尺寸设计的，模具内模为可拆卸的组合式内模，即内模由若干内模模组3、5、6、7以及内模芯轴2组成，通过先取出内模芯轴2再顺次取出其他内模模组3、5、6、7，来实现内模的分块脱模及重复利用。

进一步的，所述模具内的温度范围为：70℃～120℃，模具压力范围为：140kPa～2400kPa，模具温度及模具压力可选择的树脂固化特性相适应，最终目的是使树脂的力学性能最优。

4)，后固化及后处理：复合材料蛇形弹簧完成固化成型并脱模后，将其放入恒温箱内进行后固化；其中，恒温箱内的温度为：120℃；在完成后固化处理后，对其进行去毛刺及打磨处理，制得复合材料蛇形弹簧10。

请参阅说明书附图1和4所示，采用上述制备方法制得复合材料蛇形弹簧10的簧体中部尺寸较大，并具有限位块11，其与联轴器法兰轮毂12配合后具有限位作用，故蛇形弹簧10自带限位功能，即蛇形弹簧10与法兰轮毂12配合后，法兰12限制了蛇形弹簧10的轴向位移，既能让联轴器有一定补偿位移的功能又能将位移限定在合理的范围内，使联轴器的工作更加安全可靠。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims

1.一种复合材料蛇形弹簧的制备方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：

1)，选材：选择玄武岩单向布和树脂备用；

2)，制备预成型体：首先，将玄武岩纤维单向布裁切为与设计好的复合材料蛇形弹簧尺寸特性相适应的形状；然后，将裁切后的玄武岩纤维单向布浸润树脂；最后，将浸润树脂的玄武岩纤维单向布铺设在模具内，铺成预成型体；其中，在剪切和铺设预成型体时要使蛇形弹簧在传递转矩时的剪切力分力方向相反，且使纤维受拉；

3)，固化成型：将铺好预成型体的内模与外模合模并根据所选树脂的固化曲线选取合适的温度及模具压力，使复合材料蛇形弹簧固化成型；其中，模具内的温度范围为：70℃～120℃，模具压力范围为：140kPa～2400kPa；

4)，后固化及后处理：复合材料蛇形弹簧完成固化成型并脱模后，将其放入恒温箱内进行后固化；在完成后固化处理后，对其进行去毛刺及打磨处理，制得复合材料蛇形弹簧；所述蛇形弹簧具有限位块，限位块位于簧体中部且比簧体尺寸大，所述蛇形弹簧与联轴器法兰轮毂配合，法兰限制蛇形弹簧的轴向位移，使蛇形弹簧自带限位功能。

2.如权利要求1所述的复合材料蛇形弹簧的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，玄武岩单向布和树脂能直接替换为玄武岩纤维单向布预浸料。

3.如权利要求1所述的复合材料蛇形弹簧的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，树脂采用增韧环氧树脂、聚氨酯树脂、或适应模压、拉挤或RTM工艺的树脂。

4.如权利要求1所述的复合材料蛇形弹簧的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，模具内模为可拆卸的组合式内模，其由若干内模模组以及内模芯轴组成，通过先取出内模芯轴再顺次取出其他内模模组，来实现内模的分块脱模及重复利用。

5.如权利要求1所述的复合材料蛇形弹簧的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，恒温箱内的温度为120℃。