一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法与流程

本发明属于复合材料零件成形技术领域，具体涉及一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法。

背景技术：

基于连续纤维增强的螺旋弹簧因具有较高的比强度、比刚度、以及良好的抗腐蚀性、抗疲劳性、抗冲击性和高温性能，使其在航空、航天、国防、高铁、汽车等行业具有很广阔的应用前景。遗憾的是，借助拉挤工艺，制造的螺旋弹簧存在“弹簧刚度系数低、弹簧成型表面质量差、成型工艺复杂、模具污染及设备成本高”等问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造新方法，其目的是克服现有拉挤工艺制造的螺旋弹簧方法存在的“弹簧刚度系数低、表面质量差、成型工艺复杂、模具污染及设备成本高”等缺点，提供一种“刚度系数大、表面质量好、成型工艺简单”的基于连续纤维增强的高性能螺旋弹簧生产方法，从而完善纤维增强螺旋弹簧成形理论，实现其技术创新，促进其在我国航空、航天、国防、高铁、汽车等工业技术的应用。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法，制造方法步骤如下：

步骤一，卷制连续纤维作为增强体；

步骤二，将卷制后的连续纤维进行树脂浸润；

步骤三，将经步骤二处理完成的连续纤维进行芯模缠绕；

步骤四，待缠绕在芯模上的连续纤维固化后，脱模取出。

所述步骤一中，采用的连续纤维为纤维丝或纤维织物；卷制连续纤维的过程为：连续纤维独立卷制、连续纤维卷制非金属芯材、连续纤维卷制金属芯材或连续纤维卷制非金属/金属混杂复合芯材。

所述非金属芯材为纤维丝、树脂、聚醚醚酮、聚氨酯或尼龙中至少一种材料制成；

所述金属芯材为铝合金、镁合金或铜中至少一种金属制成；

所述混杂复合芯材为所述非金属芯材中至少一种与金属芯材(23)中至少一种混合制成。

所述步骤二的具体过程为：

先将卷制后的连续纤维增强体放入装有树脂的浸润槽中一次浸润，然后将一次浸润后的连续纤维置于包覆管内，并采用真空辅助树脂注射工艺二次浸润；或者，先将卷制后的连续纤维增强体置于包覆管内，仅采用真空辅助树脂注射工艺一次浸润。

所述包覆管为微弹性硅胶软管、乳胶软管或PVC软管。

所述芯模为水溶性模、低熔点合金模、组合式金属模、气辅橡胶模、石蜡模、砂型模、泥模或螺旋金属丝模。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法，通过成形工艺的创新，借助树脂浸润、预浸料包覆、真空辅助树脂注射、芯模缠绕及脱模工艺，其能够解决拉挤工艺制造的螺旋弹簧存在的“弹簧刚度系数低、弹簧表面质量差、成形工序复杂、模具污染及设备成本高”等系列问题。实验结果表明通过本发明所述方法制造出的基于连续纤维的螺旋弹簧，较传统螺旋弹簧能够减重40％-60％，提高疲劳寿命80％，提高刚度系数1-2倍。此外，通过本发明所述方法制造出的基于连续纤维的螺旋弹簧其还具有较高的比强度、比刚度，良好的抗腐蚀性、抗冲击性、高温性能，以及表面质量好、成形工艺简单、对成型模具污染小等优点。

附图说明

图1为本发明所述一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法的工艺流程图。

图2为不同组成结构的基于连续纤维的螺旋弹簧截面图，其中：

图2a为由连续纤维独立卷制成的螺旋弹簧截面图；

图2b为由连续纤维卷非金属芯材制成的螺旋弹簧截面图；

图2c为由连续纤维卷金属芯材制成的螺旋弹簧截面图；

图2d为由连续纤维卷非金属/金属混杂复合芯材制成的螺旋弹簧截面图。

图中：

1-连续纤维； 2-预浸槽； 3-树脂预浸料； 4-纤维树脂预浸料；

5-包覆管； 6-压力泵； 7-进气管； 8-进气阀；

9-压力表； 10-树脂预浸料罐； 11-进胶管； 12-进胶阀；

13-出胶管； 14-出胶阀； 15-真空表； 16-抽滤瓶；

17-抽气管； 18-出气阀； 19-真空泵； 20-芯模；

21-基于连续纤维的螺旋弹簧； 22-非金属芯材； 23-金属芯材； 24-混杂复合芯材。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明公开了一种基于连续纤维的螺旋弹簧制造方法，具体过程如下：

S1：卷制连续纤维；

卷制连续纤维作为增强体，此过程中可以仅由连续纤维1独立卷制，也可以由连续纤维1卷制非金属芯材22、金属芯材23、或非金属/金属混杂复合芯材24中的一种。

S2：一次树脂浸润；

将卷制后的连续纤维增强体放入预浸槽2，预浸槽2中装有树脂预浸料3，制备纤维树脂预浸料4；

S3：二次树脂浸润；

将纤维树脂预浸料4拉挤入包覆管5内，所述包覆管5为微弹性硅胶软管、乳胶软管或PVC软管等；并采用真空辅助树脂注射工艺，借助真空辅助树脂注射设备，对已进入包覆管5内的纤维树脂预浸料4二次树脂浸润；

所述真空辅助树脂注射设备由进胶装置和出胶装置组成，其中，所述进胶装置由压力泵6、进气管7、树脂预浸料罐10和进胶管11依次管路连接组成，在树脂预浸料罐10上还安装有压力表9，在进气管7的管路上安装有进气阀8，在进胶管11的管路上安装有进胶阀12；所述出胶装置由出胶管13、抽滤瓶16、抽气管17和真空泵19依次管路连接组成，在抽滤瓶上安装有真空表15，在出胶管13的管路上安装有出胶阀14，在抽气管17的管路上安装有出气阀18。将外层带有包覆管5的纤维树脂预浸料4的一端与进胶管11的尾端相联通，另一端与出胶管13的首端相联通，通过控制进胶装置与出胶装置，实现对纤维树脂预浸料4的二次充分树脂浸润；

S4：缠模固化；

将已完成二次充分树脂浸润的纤维树脂预浸料4缠绕于芯模20上，置于室温下固化或加热进行固化，所述芯模20为水溶性模、低熔点合金模、组合式金属模、气辅橡胶模、石蜡模、砂型模、泥模或螺旋金属丝模等；

S5：成型脱模；

将固化后的纤维树脂预浸料4即为成型的螺旋弹簧，将其从芯模20上拆取下来，至此，完成基于连续纤维的螺旋弹簧21的制造。

需要注意的是，除以上所述工序外，上述工艺步骤可根据实际需要调整工序为：

将卷制后的连续纤维增强体仅进行上述S3步骤，即将连续纤维拉挤入包覆管内，并采用真空辅助树脂注射工艺，借助真空辅助树脂注射设备，对已进入包覆管内的连续纤维进行一次树脂浸润，具体过程如前所述。

此工序下卷制连续纤维、缠模固化以及成型脱模均与上述相同，此处不再赘述。

根据上述步骤S1中所述，根据所卷制的连续纤维增强体的不同组成结构，本发明所述的方法可制造不同组成结构的基于连续纤维的螺旋弹簧，其各个截面如图2所示，其中：

如图2a所示，是由连续纤维1独立卷制成的螺旋弹簧截面结构；

如图2b所示，是由连续纤维1卷非金属芯材22制成的螺旋弹簧截面图，其中，所述非金属芯材22为纤维丝、树脂、聚醚醚酮、聚氨酯、尼龙等材料中的至少一种或多种制成的非金属芯；

如图2c所示，是由连续纤维1卷金属芯材23制成的螺旋弹簧截面图，其中，所述金属芯材23为铝合金、镁合金、铜等金属材料中至少一种或多种制成的金属芯；

如图2d所示，是由连续纤维1卷非金属/金属混杂复合芯材24制成的螺旋弹簧截面图，其中，所述混杂复合芯材24为上述非金属芯中的至少一种与上述金属芯中的至少一种混杂制成的混杂复合芯。