本發(fā)明屬于復(fù)合材料零件成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造方法。

背景技術(shù)：

基于連續(xù)纖維增強(qiáng)的螺旋彈簧因具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、以及良好的抗腐蝕性、抗疲勞性、抗沖擊性和高溫性能，使其在航空、航天、國(guó)防、高鐵、汽車等行業(yè)具有很廣闊的應(yīng)用前景。遺憾的是，借助拉擠工藝，制造的螺旋彈簧存在“彈簧剛度系數(shù)低、彈簧成型表面質(zhì)量差、成型工藝復(fù)雜、模具污染及設(shè)備成本高”等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造新方法，其目的是克服現(xiàn)有拉擠工藝制造的螺旋彈簧方法存在的“彈簧剛度系數(shù)低、表面質(zhì)量差、成型工藝復(fù)雜、模具污染及設(shè)備成本高”等缺點(diǎn)，提供一種“剛度系數(shù)大、表面質(zhì)量好、成型工藝簡(jiǎn)單”的基于連續(xù)纖維增強(qiáng)的高性能螺旋彈簧生產(chǎn)方法，從而完善纖維增強(qiáng)螺旋彈簧成形理論，實(shí)現(xiàn)其技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)其在我國(guó)航空、航天、國(guó)防、高鐵、汽車等工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造方法，制造方法步驟如下：

步驟一，卷制連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體；

步驟二，將卷制后的連續(xù)纖維進(jìn)行樹(shù)脂浸潤(rùn)；

步驟三，將經(jīng)步驟二處理完成的連續(xù)纖維進(jìn)行芯模纏繞；

步驟四，待纏繞在芯模上的連續(xù)纖維固化后，脫模取出。

所述步驟一中，采用的連續(xù)纖維為纖維絲或纖維織物；卷制連續(xù)纖維的過(guò)程為：連續(xù)纖維獨(dú)立卷制、連續(xù)纖維卷制非金屬芯材、連續(xù)纖維卷制金屬芯材或連續(xù)纖維卷制非金屬/金屬混雜復(fù)合芯材。

所述非金屬芯材為纖維絲、樹(shù)脂、聚醚醚酮、聚氨酯或尼龍中至少一種材料制成；

所述金屬芯材為鋁合金、鎂合金或銅中至少一種金屬制成；

所述混雜復(fù)合芯材為所述非金屬芯材中至少一種與金屬芯材(23)中至少一種混合制成。

所述步驟二的具體過(guò)程為：

先將卷制后的連續(xù)纖維增強(qiáng)體放入裝有樹(shù)脂的浸潤(rùn)槽中一次浸潤(rùn)，然后將一次浸潤(rùn)后的連續(xù)纖維置于包覆管內(nèi)，并采用真空輔助樹(shù)脂注射工藝二次浸潤(rùn)；或者，先將卷制后的連續(xù)纖維增強(qiáng)體置于包覆管內(nèi)，僅采用真空輔助樹(shù)脂注射工藝一次浸潤(rùn)。

所述包覆管為微彈性硅膠軟管、乳膠軟管或PVC軟管。

所述芯模為水溶性模、低熔點(diǎn)合金模、組合式金屬模、氣輔橡膠模、石蠟?zāi)?、砂型模、泥?；蚵菪饘俳z模。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造方法，通過(guò)成形工藝的創(chuàng)新，借助樹(shù)脂浸潤(rùn)、預(yù)浸料包覆、真空輔助樹(shù)脂注射、芯模纏繞及脫模工藝，其能夠解決拉擠工藝制造的螺旋彈簧存在的“彈簧剛度系數(shù)低、彈簧表面質(zhì)量差、成形工序復(fù)雜、模具污染及設(shè)備成本高”等系列問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)本發(fā)明所述方法制造出的基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧，較傳統(tǒng)螺旋彈簧能夠減重40％-60％，提高疲勞壽命80％，提高剛度系數(shù)1-2倍。此外，通過(guò)本發(fā)明所述方法制造出的基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧其還具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的抗腐蝕性、抗沖擊性、高溫性能，以及表面質(zhì)量好、成形工藝簡(jiǎn)單、對(duì)成型模具污染小等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述一種基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造方法的工藝流程圖。

圖2為不同組成結(jié)構(gòu)的基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧截面圖，其中：

圖2a為由連續(xù)纖維獨(dú)立卷制成的螺旋彈簧截面圖；

圖2b為由連續(xù)纖維卷非金屬芯材制成的螺旋彈簧截面圖；

圖2c為由連續(xù)纖維卷金屬芯材制成的螺旋彈簧截面圖；

圖2d為由連續(xù)纖維卷非金屬/金屬混雜復(fù)合芯材制成的螺旋彈簧截面圖。

圖中：

1-連續(xù)纖維； 2-預(yù)浸槽； 3-樹(shù)脂預(yù)浸料； 4-纖維樹(shù)脂預(yù)浸料；

5-包覆管； 6-壓力泵； 7-進(jìn)氣管； 8-進(jìn)氣閥；

9-壓力表； 10-樹(shù)脂預(yù)浸料罐； 11-進(jìn)膠管； 12-進(jìn)膠閥；

13-出膠管； 14-出膠閥； 15-真空表； 16-抽濾瓶；

17-抽氣管； 18-出氣閥； 19-真空泵； 20-芯模；

21-基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧； 22-非金屬芯材； 23-金屬芯材； 24-混雜復(fù)合芯材。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧制造方法，具體過(guò)程如下：

S1：卷制連續(xù)纖維；

卷制連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體，此過(guò)程中可以僅由連續(xù)纖維1獨(dú)立卷制，也可以由連續(xù)纖維1卷制非金屬芯材22、金屬芯材23、或非金屬/金屬混雜復(fù)合芯材24中的一種。

S2：一次樹(shù)脂浸潤(rùn)；

將卷制后的連續(xù)纖維增強(qiáng)體放入預(yù)浸槽2，預(yù)浸槽2中裝有樹(shù)脂預(yù)浸料3，制備纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4；

S3：二次樹(shù)脂浸潤(rùn)；

將纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4拉擠入包覆管5內(nèi)，所述包覆管5為微彈性硅膠軟管、乳膠軟管或PVC軟管等；并采用真空輔助樹(shù)脂注射工藝，借助真空輔助樹(shù)脂注射設(shè)備，對(duì)已進(jìn)入包覆管5內(nèi)的纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4二次樹(shù)脂浸潤(rùn)；

所述真空輔助樹(shù)脂注射設(shè)備由進(jìn)膠裝置和出膠裝置組成，其中，所述進(jìn)膠裝置由壓力泵6、進(jìn)氣管7、樹(shù)脂預(yù)浸料罐10和進(jìn)膠管11依次管路連接組成，在樹(shù)脂預(yù)浸料罐10上還安裝有壓力表9，在進(jìn)氣管7的管路上安裝有進(jìn)氣閥8，在進(jìn)膠管11的管路上安裝有進(jìn)膠閥12；所述出膠裝置由出膠管13、抽濾瓶16、抽氣管17和真空泵19依次管路連接組成，在抽濾瓶上安裝有真空表15，在出膠管13的管路上安裝有出膠閥14，在抽氣管17的管路上安裝有出氣閥18。將外層帶有包覆管5的纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4的一端與進(jìn)膠管11的尾端相聯(lián)通，另一端與出膠管13的首端相聯(lián)通，通過(guò)控制進(jìn)膠裝置與出膠裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4的二次充分樹(shù)脂浸潤(rùn)；

S4：纏模固化；

將已完成二次充分樹(shù)脂浸潤(rùn)的纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4纏繞于芯模20上，置于室溫下固化或加熱進(jìn)行固化，所述芯模20為水溶性模、低熔點(diǎn)合金模、組合式金屬模、氣輔橡膠模、石蠟?zāi)！⑸靶湍?、泥模或螺旋金屬絲模等；

S5：成型脫模；

將固化后的纖維樹(shù)脂預(yù)浸料4即為成型的螺旋彈簧，將其從芯模20上拆取下來(lái)，至此，完成基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧21的制造。

需要注意的是，除以上所述工序外，上述工藝步驟可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整工序?yàn)椋?/p>

將卷制后的連續(xù)纖維增強(qiáng)體僅進(jìn)行上述S3步驟，即將連續(xù)纖維拉擠入包覆管內(nèi)，并采用真空輔助樹(shù)脂注射工藝，借助真空輔助樹(shù)脂注射設(shè)備，對(duì)已進(jìn)入包覆管內(nèi)的連續(xù)纖維進(jìn)行一次樹(shù)脂浸潤(rùn)，具體過(guò)程如前所述。

此工序下卷制連續(xù)纖維、纏模固化以及成型脫模均與上述相同，此處不再贅述。

根據(jù)上述步驟S1中所述，根據(jù)所卷制的連續(xù)纖維增強(qiáng)體的不同組成結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所述的方法可制造不同組成結(jié)構(gòu)的基于連續(xù)纖維的螺旋彈簧，其各個(gè)截面如圖2所示，其中：

如圖2a所示，是由連續(xù)纖維1獨(dú)立卷制成的螺旋彈簧截面結(jié)構(gòu)；

如圖2b所示，是由連續(xù)纖維1卷非金屬芯材22制成的螺旋彈簧截面圖，其中，所述非金屬芯材22為纖維絲、樹(shù)脂、聚醚醚酮、聚氨酯、尼龍等材料中的至少一種或多種制成的非金屬芯；

如圖2c所示，是由連續(xù)纖維1卷金屬芯材23制成的螺旋彈簧截面圖，其中，所述金屬芯材23為鋁合金、鎂合金、銅等金屬材料中至少一種或多種制成的金屬芯；

如圖2d所示，是由連續(xù)纖維1卷非金屬/金屬混雜復(fù)合芯材24制成的螺旋彈簧截面圖，其中，所述混雜復(fù)合芯材24為上述非金屬芯中的至少一種與上述金屬芯中的至少一種混雜制成的混雜復(fù)合芯。