CN114872343A - 一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车零件领域，特指一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，通过将连续玄武岩长纤维浸渍树脂制成预浸料，将预浸料切割成若干碟簧分离指尺寸的形状，并且铺叠至所需厚度，形成预成型体，将制得的预成型体按照预定位置放置在下模上，将上模合模，并根据所选树脂的固化曲线选取温度及模具压力，使碟簧分离指固化成型；制备碟簧外端的保护薄壳与碟簧分离指内径的薄片保护套，将保护薄壳和薄片保护套装在膜片弹簧上；采用上述方案制得的膜片弹簧综合性能明显优于金属膜片弹簧，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零件领域，特指一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法。
背景技术
膜片弹簧离合器是目前应用最为广泛的汽车离合器形式，膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成，膜片弹簧离合器兼起压紧弹簧的分离杠杆的作用。
目前，金属膜片弹簧存在很多弊端，如膜片弹簧使用久了，弹性就会降低，分离指无法回弹，导致离合器踏板踩起来没有弹性，这时只能替换新的膜片弹簧，而且如果没有及时更换，随着行程的增加，就会导致摩擦片的磨损，继而甚至可能会威胁到乘车者的生命安全，而且替换离合器片即麻烦且工时费也不便宜。
复合材料具有比强度高，比模量大，耐疲劳性能好等优点，在相同的刚度下，复合材料膜片弹簧能够达到很好的减重效果，疲劳寿命也高于金属，复合材料的破坏不会像传统材料那样突然发生，而是经历基体损伤到纤维断裂的一系列过程，而且具有比金属更好的减振效果，因此，如果能制作出复合材料膜片弹簧，其综合性能将明显优于金属膜片弹簧。
因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，本案由此产生。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、制备可拆卸的模具，模具分为上模和下模，上模和下模之间的内腔为单个碟簧分离指形状；
步骤2、将连续玄武岩长纤维浸渍树脂制成预浸料，将预浸料切割成若干碟簧分离指尺寸的形状，并且铺叠至所需厚度，形成预成型体；铺层纤维的排布方向均选用与膜片弹簧半径方向一致，即均为0°铺层；
步骤3、将制得的预成型体按照预定位置放置在下模上，将上模合模，并根据所选树脂的固化曲线选取温度及模具压力，使碟簧分离指固化成型；
步骤4、将单个碟簧分离指拼接成一个完整的膜片弹簧；
步骤5、制备碟簧分离指外端的保护薄壳与碟簧分离指内径的薄片保护套，将保护薄壳和薄片保护套装在膜片弹簧上；
步骤6、对膜片弹簧进行固化处理；
其中，膜片弹簧自由状态下圆锥底角a的范围为9°～15°。
进一步，保护薄壳、薄片保护套皆为铝合金，保护薄壳为双层的圆环状结构，上、下层的厚度为1～3mm；单个薄片保护套为双层的包裹层结构，上、下层的厚度为1～2mm。
进一步，步骤6中，将膜片弹簧放入恒温箱内，在120℃温度下后固化2小时。
进一步，还包括步骤7，完成后固化处理后，对膜片弹簧进行去毛刺及打磨处理。
进一步，步骤3中的树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂。
进一步，定义H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度，h为膜片弹簧簧身厚度，R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小半径；H/h为1.5～2.0，h为2～4mm，R/r为1.20～1.35。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
复合材料膜片弹簧是采用纤维增强树脂基复合材料制作的膜片弹簧，具有很好的轻量化品质；其内部引入了玄武岩纤维增强体，玄武岩纤维不仅具有高强度、耐摩擦、耐高温、耐腐蚀的优点，而且能够自动降解，成为土壤的母质，绿色节能环保，其隔音及吸声性能也优良，因此制得的复合材料膜片弹簧能够很好的避免造成噪音污染，与此同时它的耐疲劳性、舒适性、续航能力等各项性能不输于甚至更优于传统的金属膜片弹簧；复合材料膜片弹簧的综合性能明显优于金属膜片弹簧，具有良好的应用前景；同时，制作膜片弹簧的过程中考虑了复合材料的特性进行针对性的结构调整，最终产生轻量化及可靠性提升的双重效果。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3是膜片弹簧尺寸示意图；
图4是单个碟簧分离指铺层角度示意图；
图5是模具上模结构图；
图6是模具下模结构图；
图7是保护薄壳的示意图；
图8是薄片保护套的示意图；
图9是工艺流程图；
标号说明
保护薄壳1，薄片保护套2，碟簧分离指3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图所示，一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，具体如下：
步骤1、制备可拆卸的模具，模具分为上模和下模，上模和下模之间的内腔为单个碟簧分离指3形状；可另行准备顶出机构，方便固化后簧身的脱模作业。
步骤2、将连续玄武岩长纤维浸渍树脂制成预浸料，将预浸料切割成若干碟簧分离指3尺寸的形状，并且铺叠至所需厚度，形成预成型体；铺层纤维的排布方向均选用与膜片弹簧半径方向一致，即均为0°铺层，铺层层数由复合材料膜片弹簧的刚度决定。
步骤3、将制得的预成型体按照预定位置放置在下模上，将上模合模，并根据所选树脂的固化曲线选取温度及模具压力，使碟簧分离指3固化成型。
步骤4、将单个碟簧分离指3通过机械或手工拼接成一个完整的膜片弹簧。
步骤5、通过压铸、机械加工、热处理等手段制备碟簧分离指3外端的铝合金保护薄壳1与碟簧分离指3内径的铝合金薄片保护套2，通过胶接及机械连接的混合连接，将保护薄壳1和薄片保护套2装在膜片弹簧上。
步骤6、在复合材料膜片弹簧装配金属件完成后，将其放入恒温箱内，在120℃温度下后固化2小时。
步骤7、在完成后固化处理后，对膜片弹簧进行去毛刺及打磨处理。
其中，固化用的树脂采用增强增韧环氧树脂或聚氨酯树脂或其他适应模压树脂体系，本发明采用环氧树脂。
膜片弹簧用若干个带部分碟簧的复合材料分离指拼接制成的，最终形状为一个带有一定锥度，中心部分开有许多均布径向槽的圆锥形弹簧片，膜片弹簧的基本涉及参数见图3所示，其中：H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度(mm)；h为膜片弹簧簧身厚度(mm)；R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小半径(mm)。
上述膜片弹簧的锥度可由a＝arctan/(R-r)≈H/(R-r)得出，一般在9°～15°范围内，其中H/h一般为1.5～2.0，簧身厚h为2～4mm，R/r一般为1.20～1.35。
如图4所示，由于膜片弹簧工作时只受垂向载荷，因此单个碟簧分离指3中的复合材料内选择与复合材料膜片弹簧半径方向一致的0°方向铺层，这种铺层设计能够充分的发挥增强纤维的受拉能力，既可以保证簧身的强度，又可以提高材料的利用率。
如图7、图8所示，为了提高复合材料膜片弹簧的耐磨性能，提高其可靠性，因此在簧身外部大端的装配了一个金属保护薄壳1，上、下层的厚度为1～3mm；在分离指内部小径也装配了一个金属薄片保护套2，上、下层的厚度为1～2mm，与复合材料接触面皆倒圆角。在复合材料膜片弹簧簧身上下表面形成一个两层的包裹层，能够有效得起到保护作用，同样，在复合材料膜片弹簧分离指上下表面也形成一个两层的包裹层。金属件与复合材料膜片弹簧装配连接选择胶接与机械连接结合的混合连接，既能提高破损安全性，也能增强承载能力和耐久性。
出于提高总成的轻量化性能，顺应环保绿色的发展趋势考虑，复合材料选用连续玄武岩长纤维浸渍树脂，金属部件材料选用铝合金，连续玄武岩纤维具有高强度、耐摩擦、耐高温、能自动降解、吸声隔音等优点；铝合金质轻且柔软，强度高，耐腐蚀性能好，加工性能好，易于再生。
上述仅为本发明的具体实施例，同时凡本发明中所涉及的如“上、下、左、右、中间”等词，仅作参考用，并非绝对限定，凡利用本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (6)
1.一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：
步骤1、制备可拆卸的模具，模具分为上模和下模，上模和下模之间的内腔为单个碟簧分离指形状；
步骤2、将连续玄武岩长纤维浸渍树脂制成预浸料，将预浸料切割成若干碟簧分离指尺寸的形状，并且铺叠至所需厚度，形成预成型体；铺层纤维的排布方向均选用与膜片弹簧半径方向一致，即均为0°铺层；
步骤3、将制得的预成型体按照预定位置放置在下模上，将上模合模，并根据所选树脂的固化曲线选取温度及模具压力，使碟簧分离指固化成型；
步骤4、将单个碟簧分离指拼接成一个完整的膜片弹簧；
步骤5、制备碟簧分离指外端的保护薄壳与碟簧分离指内径的薄片保护套，将保护薄壳和薄片保护套装在膜片弹簧上；
步骤6、对膜片弹簧进行固化处理；
其中，膜片弹簧自由状态下圆锥底角a的范围为9°～15°。
2.根据权利要求1所述的一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于：保护薄壳、薄片保护套皆为铝合金，保护薄壳为双层的圆环状结构，上、下层的厚度为1～3mm；单个薄片保护套为双层的包裹层结构，上、下层的厚度均为1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于：步骤6中，将膜片弹簧放入恒温箱内，在120℃温度下后固化2小时。
4.根据权利要求1所述的一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于：还包括步骤7，完成后固化处理后，对膜片弹簧进行去毛刺及打磨处理。
5.根据权利要求1所述的一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于：步骤3中的树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂。
6.根据权利要求1所述的一种离合器用复合材料膜片弹簧的制备方法，其特征在于：定义H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度，h为膜片弹簧簧身厚度，R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小端半径；H/h为1.5～2.0，h为2～4mm，R/r为1.20～1.35。
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