CN114872350A - 螺旋弹簧的制造方法和变节距螺旋弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋弹簧的制造方法和变节距螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的制造方法包括至少如下步骤：S1、将至少两片连续纤维预浸料片按+45°和‑45°叠放，并裁剪成预设尺寸以得到卷料；S3、将铁丝插入空心管中制作卷轴；S5、将所述卷轴按180°置于所述卷料上，进行卷管，卷管完成后，将所述铁丝从所述空心管中抽出以得到预成型体；S7、将所述预成型体盘附在内模具上，覆盖外模具；S9、待所述预成型体固化后，脱模取出成品。

Description

螺旋弹簧的制造方法和变节距螺旋弹簧

技术领域

本发明涉及机械制造领域，尤其是涉及一种螺旋弹簧的制造方法和变节距螺旋弹簧。

背景技术

螺旋弹簧作为现代汽车悬架系统中使用最广泛的构件之一，不仅作为承重件承载着车辆的大部分重量，也作为缓冲件减缓了因道路颠簸所引起的乘客行驶不适感。螺旋弹簧的优点是结构比较紧凑，占用空间较小，制造较为简单，可定制性较强，能量吸收率高。

目前乘用车采用的螺旋弹簧以金属结构为主，虽然金属制螺旋弹簧可以满足车用螺旋弹簧的弹性性能以及力学性能要求，但是金属制螺旋弹簧也存在一定的缺陷，比如质量较重、易受到腐蚀等，这会在一定程度上影响车用螺旋弹簧的使用性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种螺旋弹簧的制造方法，用该制造方法制造出的螺旋弹簧质量较轻且综合性能更强。

本发明的另一个目的在于提出一种变节距螺旋弹簧。

根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法，包括至少如下步骤：

S1、将至少两片连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，并裁剪成预设尺寸以得到卷料；

S3、将铁丝插入空心管中制作卷轴；

S5、将所述卷轴按180°置于所述卷料上，进行卷管，卷管完成后，将所述铁丝从所述空心管中抽出以得到预成型体；

S7、将所述预成型体盘附在内模具上，覆盖外模具；

S9、待所述预成型体固化后，脱模取出成品。

根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法，制造过程更加快捷、稳定，产品合格率更高，提升生产效率和成品率，并且应用本发明提出的螺旋弹簧的制造方法，通过使用连续纤维预浸料制造簧丝主体，相比于金属螺旋弹簧，连续纤维预浸料制作的螺旋弹簧的重量更轻、强度高、韧性强，并且耐热性强，耐腐蚀性能好。

可选地，所述连续纤维预浸料片为玻璃纤维预浸料；所述空心管为尼龙管。

具体地，所述卷料的长度为2200mm-2300mm，所述卷料的宽度为550mm-650mm。

进一步地，所述卷料的长度为2263.61mm，所述卷料的宽度为600.83mm。

在一些实施例中，将两片连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，辅以抽真空操作使得二者接触平整，减少中间的气泡和褶皱；所述卷轴按180°置于所述卷料上，通过卷管机进行卷管。

在一些实施例中，还包括步骤：S8、向所述内模具和所述外模具之间注射树脂，直到所述树脂充分浸润所述预成型体。

在一些实施例中，所述预成型体固化包括：通过模压机按照预定的温度、压力和时间对所述预成型体进行模压操作并固化。

根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧，所述变节距螺旋弹簧以上述任一项所述的制造方法制造，所述变节距螺旋弹簧包括第一段、第二段和第三段，所述第一段和所述第三段的节距相同，且小于所述第二段的节距。

根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧，通过利用上述制造方法制造，可减轻变节距螺旋弹簧的重量，并且通过设置第一段和第三段的节距相同，且小于第二段的节距，相比于普通的定刚度螺旋弹簧，变节距螺旋弹簧会随着载荷的变化而变化，随着变节距螺旋弹簧受力逐渐增大，变节距螺旋弹簧刚度逐渐增大，变节距螺旋弹簧的功能性较强，并且承载能力较强，提升使用安全性。除此之外，变节距螺旋弹簧还具有结构简单、便于设计制造且成本低等优点。将变节距螺旋弹簧应用在车辆等载具上时，不但可显著降低弹簧件的重量，同时还可以满足汽车复杂行驶工况下的变刚度需求，从而提高乘车舒适度，确保减震降噪性能和稳定驾驶者的操纵。

根据发明实施例的变节距螺旋弹簧，应用玻璃纤维预浸料制造螺旋弹簧，并且应用上述的螺旋弹簧的制造方式制造螺旋弹簧，可以在达成变刚度性能的同时可实现变节距螺旋弹簧的轻量化设计。

具体地，所述第一段和所述第三段的节距为44mm，所述第二段的节距为88mm。

在一些实施例中，所述第一段和所述第三段在旋转轴线方向上的尺寸相同，且小于所述第二段在旋转轴线方向上的尺寸，所述第一段和所述第三段的高度为55mm，所述第二段的高度为193.6mm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧的立体外形图；

图3是根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧的正视图；

图4是根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧的应力—应变曲线图。

附图标记：

变节距螺旋弹簧100、

簧丝主体1、

空心管2、

第一段10a、

第二段10b、

第三段10c、

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“竖直”、“水平”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

下面参考图1描述根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法。

根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法，包括至少如下步骤：

S1、将至少两片连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，并裁剪成预设尺寸以得到卷料。

在本发明的一些实施例中，连续纤维预浸料片为玻璃纤维复合材料料片。玻璃纤维复合材料是一种性能优异的无机非金属材料，优点是质量较轻、强度较高、耐热性强、抗腐蚀性好。同时，玻璃纤维复合材料的抗疲劳性能好，可用于制造汽车车身、受力构件及内部构件。此外，玻璃纤维复合材料的安全性好，在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。当用这种材料制成的构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力导致完全失效而彻底损坏。

在本发明的一些具体实施例中，连续纤维预浸料片料为玻璃纤维预浸料片。具体地，连续纤维预浸料片为玻璃纤维增强树脂基复合材料，其中树脂含量在30％-35％，优选地，树脂含量为32％。

玻璃纤维预浸料的强度高，并且韧性强，以玻璃纤维预浸料作为螺旋弹簧的簧丝主体1，螺旋弹簧的整体性能都较佳。

除此之外，连续纤维复合材料本身还具有一定的阻尼特性，将螺旋弹簧应用在车辆上时，相比于金属螺旋弹簧，连续纤维预浸料螺旋弹簧的对路面传递来的振动衰减时间缩短2到3倍，所以，连续纤维预浸料制作的螺旋弹簧还拥有减震和降低噪声的性能，更有利于提升行驶舒适感。

可以理解的是，连续纤维预浸料片设置有数个按一定方向排布的纤维丝，将至少两片连续纤维预浸料片以纤维丝的排布方向+45°和-45°叠放，这样两个连续纤维预浸料片的纤维丝的排布方向相互垂直，两个连续纤维预浸料片叠置后形成的卷料性能最佳、刚度最大。

在本发明的一些具体实施例中，将两片玻璃纤维预浸料按+45°和-45°叠放，并按预设尺寸裁剪，以形成卷料。

在本发明的一些实施例中，卷料的预设长度尺寸为2200mm-2300mm，卷料的预设宽度尺寸为550mm-650mm。

可以理解的是，卷料的裁剪尺寸可根据制造的产品自由选择，本发明将预设尺寸限定仅是以为了便于描述本申请和简化描述，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一些具体实施例中，将两片玻璃纤维预浸料按+45°和-45°叠放，并按预设长度尺寸2263.61mm、预设宽度尺寸600.83mm裁剪，得到卷料，卷料即作为螺旋弹簧的簧丝主体1，簧丝主体1的长度即为2263.61mm。

通过将玻璃纤维预浸料作为簧丝主体1，并且将玻璃纤维预浸料按+45°和-45°叠放，制得的螺旋弹簧相比于金属材质的螺旋弹簧，质量较轻，并且强度更高，韧性更强，综合性能更强。

S3、将铁丝插入空心管2中制作卷轴。

在本发明的一些实施例中，空心管2为尼龙管，优选地，空心管2为PA6空心管2。在本发明的另一些实施例中，空心管2为TPU(聚氨酯)管。

相比于单纯使用空心管2卷制卷料，空心管2的质地较软，易发生变形，卷管时同样容易发生扭曲、损坏空心管2，无法往收卷方向同步移动等情况，造成卷制效果不佳，制作成品率较低。而将铁丝插入到空心管2中制得卷轴，卷轴的材质硬挺、卷轴笔直且为圆柱棒，方便后续卷管操作。

在本发明的一些具体实施例中，空心管2的直径为5mm，铁丝的直径为4.818mm。

S5、将卷轴按180°置于卷料上，进行卷管，卷管完成后，将铁丝从空心管2中抽出以得到预成型体。

可以理解的是，卷料为至少两片按+45°和-45°放置的连续纤维预浸料片叠置后裁剪而成，卷轴以180°置于卷料上，是以料片的角度为参考系，也就是说，卷轴与两片料片之间的夹角均为45°。卷轴置于卷料上，然后将卷料以卷轴为中心进行卷管，使得原本片状的卷料卷为圆柱形，圆柱形的轴向与卷轴的轴向方向相同，圆柱形的直径即为螺旋弹簧的簧丝直径。

在卷管完成后，卷料构造为圆柱形件，而料片上的多个纤维丝与卷料的轴向之间均具有45°的夹角，因此制得的螺旋弹簧的强度高，性能强。

在本发明的一些实施例中，将两片连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，辅以抽真空操作，使二者接触平整，减少卷管时会出现的气泡以及褶皱。所述卷轴按180°置于所述卷料上，通过卷管机进行卷管。

采用手工卷制料片会有收卷不同步、易扭曲、有褶皱、内部有气泡、局部有分层等问题出现，并且手工作业对操作员的技能要求较高，力度与速度无法准确控制形成一致。因此在卷管前利用抽真空操作使得叠放的连续纤维预浸料片之间接触平整，降低后续在卷管时因连续纤维预浸料片本身不平而生成气泡和褶皱的机率。通过卷管机卷制料片使得卷料与卷轴紧密贴合，卷料在卷轴上不易产生扭曲、褶皱，提升预成型体的产品合格率。

卷管完成后，将铁丝从空心管2中抽出，以得到预成型体，铁丝仅是为了使卷轴材质硬挺、笔直且为圆柱棒，以方便卷管操作，因此在卷管操作完成后，就将铁丝从空心管2中抽出，以降低预成型体的重量。

预成型体包括内部的空心管2和包裹在空心管2外部的卷料，此时螺旋弹簧的的各部分已组装成型，下一步对预成型体进行多次加工后，即可制成螺旋弹簧。

S7、将预成型体盘附在内模具上，覆盖外模具。

将预成型体盘附在内模具上，即将预成型体形成螺旋状，而在预成型体盘附在内模具上后，覆盖外模具，内模具和外模具共同对预成型体起到限位作用，使预成型体的形状固定。

在本发明的一些实施例中，在内模具上设置有螺旋形的凹槽，将预成型体按凹槽的痕迹盘附在内模具上，对预成型体的限位效果好，并且预成型体的盘附规整，避免手工操作产生误差。

而通过改变预成型体的盘附形状、内模具的直径等，即可改变螺旋弹簧的各种参数，比如将预成型体的按第一预定尺寸间距盘附在内模具上，即可得到节距为第一预定尺寸的螺旋弹簧，将预成型体按第二预定尺寸间距盘附在内模具上，即可得到节距为第二预定尺寸的螺旋弹簧。又比如将预成型弹簧盘附在直径为第三尺寸的内模具上，即可得到弹簧内径为第三尺寸的螺旋弹簧。本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法可根据实际需求，来制造不同规格尺寸的螺旋弹簧。

S8、向内模具和外模具之间注射树脂，直到树脂充分浸润预成型体。

在内模具和外模具将预成型体限位固定后，向内模具和外模具之间注射树脂，使得预成型体之间充分浸润树脂，可以理解的是，预成型体是卷料缠绕在卷轴上缠绕多层所制，而预成型体的径向方向上的多层卷轴之间浸润树脂，使预成型体形成为一个整体，提升簧丝主体1的结构稳定性。

S9、待预成型体固化后，脱模取出成品。

在本发明的一些实施例中，预成型体固化包括：通过模压机按照预定的温度、压力和时间对预成型体进行模压操作并固化。

在本发明的一些实施例中，对脱模下来的成品进行去毛刺、打磨等操作即可得到螺旋弹簧，至此，完成基于连续纤维的螺旋弹簧的制造。

根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法，制造过程更加快捷、稳定，产品合格率更高，提升生产效率和成品率，并且应用本发明螺旋弹簧的制造方法，通过使用连续纤维预浸料制造簧丝主体1，相比于金属螺旋弹簧，连续纤维预浸料制作的螺旋弹簧的重量更轻、强度高、韧性强，并且耐热性强，耐腐蚀性能好。

根据本发明实施例的变节距螺旋弹簧100，变节距螺旋弹簧100以上述任一制造方法制造，变节距螺旋弹簧100包括依次相连的第一段10a、第二段10b和第三段10c，第一段10a和第三段10c的节距相同，且小于第二段10b的节距。

本发明实施例的变节距螺旋弹簧100包括依次相连的第一段10a、第二段10b和第三段10c，第一段10a和第三段10c的节距相同，且小于第二段10b的节距，第一段10a、第二段10b和第三段10c均为有效压缩弹簧，随着变节距螺旋弹簧100受力逐渐增大，螺旋弹簧主体会发生变形、并圈，从而导致螺旋弹簧主体的有效圈数不断减少，继而使得变节距螺旋弹簧100刚度逐渐增大，达成变刚度设计需求。

螺旋弹簧的刚度在一开始时数值较大，随着加载状态由空载变为满载，刚度变化平缓，满载过渡到超载时，刚度增加较为明显，接近幂指数型。如图4所示，在本发明的一些具体实施例中，刚度突变时作用力大小为3564N，即在3564N的作用力下，第一段10a和第三段10c被压并。突变前刚度为26.4N/mm，突变后刚度为38.3N/mm。

本发明实施例的变节距螺旋弹簧100，通过设置第一段10a和第三段10c的节距相同，且小于第二段10b的节距，相比于普通的定刚度螺旋弹簧，变节距螺旋弹簧100会随着载荷的变化而变化，随着变节距螺旋弹簧100受力逐渐增大，变节距螺旋弹簧100刚度逐渐增大，变节距螺旋弹簧100的功能性较强，并且承载能力较强，提升使用安全性。除此之外，变节距螺旋弹簧100还具有结构简单、便于设计制造且成本低等优点。将变节距螺旋弹簧100应用在车辆等载具上时，不但可显著降低弹簧件的重量，同时还可以满足汽车复杂行驶工况下的变刚度需求，从而提高乘车舒适度，确保减震降噪性能和稳定驾驶者的操纵。

本发明实施例的变节距螺旋弹簧100，应用玻璃纤维预浸料制造螺旋弹簧，并且应用上述的螺旋弹簧的制造方式制造螺旋弹簧，可以在达成变刚度性能的同时可实现变节距螺旋弹簧100的轻量化设计。

在本发明的一些实施例中，第一段10a和第三段10c在旋转轴线方向上的尺寸相同，且小于第二段10b在旋转轴线方向上的尺寸。可以理解的是，变节距螺旋弹簧100近似为圆柱形，圆柱形的轴线方向即为变节距螺旋弹簧100的旋转轴线方向。

下面参考图1详细描述本发明变节距螺旋弹簧100的一个具体实施例的结构。

本发明实施例的变节距螺旋弹簧100的簧丝主体1，是通过两片玻璃纤维预浸料按+45°和-45°叠放，并按预设长度尺寸2263.61mm、预设宽度尺寸600.83mm裁剪。卷制后。簧丝主体1的长度为2263.61mm，簧丝直径为20mm，簧丝主体1的内心直径为5mm。

变节距螺旋弹簧100的重量约为1.344kg，相比于重量为2.07kg的普通金属螺旋弹簧，减重约为35％。

变节距螺旋弹簧100包括依次相连的第一段10a、第二段10b和第三段10c，第一段10a和第三段10c的节距为44mm，第二段10b的节距为88mm。第一段10a和第三段10c的高度为55mm，第二段10b的高度为193.6mm。

在本发明的一些实施例中，在第一段10a和第二段10b之间还设置有第一过渡段，在第二段10b和第三段10c之间设置有第二过渡段。

在本发明的一些实施例中，变节距螺旋弹簧100还包括连接在第一段10a远离第二段10b一侧的第四段，以及连接在第三段10c远离第二段10b一侧的第五段，位于变节距螺旋弹簧100两端处的第四段和第五段均为平圈弹簧。同样，为保证弹簧弯曲连贯，在第一段10a和第四段的平圈弹簧之间设有第三过渡段，在第三段10c和第五段的平圈弹簧之间设有第四过渡段。

根据本发明实施例的螺旋弹簧的制造方法的其他构成例如卷管机和模压机等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，包括至少如下步骤：

S1、将至少两片连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，并裁剪成预设尺寸以得到卷料；

S3、将铁丝插入空心管中制作卷轴；

S5、将所述卷轴按180°置于所述卷料上，进行卷管，卷管完成后，将所述铁丝从所述空心管中抽出以得到预成型体；

S7、将所述预成型体盘附在内模具上，覆盖外模具；

S9、待所述预成型体固化后，脱模取出成品。

2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，所述连续纤维预浸料片为玻璃纤维预浸料；所述空心管为尼龙管。

3.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，所述卷料的长度为2200mm-2300mm，所述卷料的宽度为550mm-650mm。

4.根据权利要求3所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，所述卷料的长度为2263.61mm，所述卷料的宽度为600.83mm。

5.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，将两片所述连续纤维预浸料片按+45°和-45°叠放，辅以抽真空操作使得二者接触平整，减少中间的气泡和褶皱；所述卷轴按180°置于所述卷料上，通过卷管机进行卷管。

6.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，还包括步骤：S8、向所述内模具和所述外模具之间注射树脂，直到所述树脂充分浸润所述预成型体。

7.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，所述预成型体固化包括：通过模压机按照预定的温度、压力和时间对所述预成型体进行模压操作并固化。

8.一种变节距螺旋弹簧，所述变节距螺旋弹簧以权利要求1-7中任一项所述的制造方法制造，其特征在于，所述变节距螺旋弹簧包括第一段、第二段和第三段，所述第一段和所述第三段的节距相同，且小于所述第二段的节距。

9.根据权利要求8所述的变节距螺旋弹簧，其特征在于，所述第一段和所述第三段的节距为44mm，所述第二段的节距为88mm。

10.根据权利要求8所述的变节距螺旋弹簧，其特征在于，所述第一段和所述第三段在旋转轴线方向上的尺寸相同，且小于所述第二段在旋转轴线方向上的尺寸，所述第一段和所述第三段的高度为55mm，所述第二段的高度为193.6mm。

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