一种金属预埋件及其制造方法

1.本发明涉及预埋件领域，特别涉及一种金属预埋件及其制造方法。


背景技术：

2.封闭腔整体成型的碳纤维复合材料结构件与其封闭腔内金属预埋件线膨胀系数不同，现有金属预埋件结构会导致金属预埋件与整体成型的封闭腔碳纤维复合材料结构件脱粘的情况，影响整体结构强度。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述问题，提供一种金属预埋件及其制造方法。
4.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
5.一种金属预埋件，包括：金属支撑件(1)、表面包裹碳纤维材料的砂芯模(3)、碳纤维材料组(2)；金属支撑件(1)为中空结构，开有适配砂芯模(3)的第一通孔(11)，砂芯模(3)置于第一通孔(11)中；碳纤维材料组(2)包括碳纤维预埋件壳体(21)和由碳纤维薄片进行缠绕形成的碳纤维外壳(22)；碳纤维外壳(22)填充砂芯模(3)与金属支撑件(1)的间隙并包裹金属支撑件(1)，作为整体置于碳纤维预埋件壳体(21)的内腔中。
6.优选地，碳纤维材料组(2)还包括碳纤维支撑片组(23)；金属支撑件(1)的侧面和底面开有形状适配碳纤维支撑片组(23)的第二通孔(12)，碳纤维支撑片组(23)置于第二通孔中(12)。
7.优选地，碳纤维外壳(22)包括由内至外的四层结构；第一层结构由两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)、两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)和两片第三横向缠绕薄片(22
‑
5、22
‑
6)进行缠绕形成，覆盖金属支撑件(1)的四个侧面；第二层结构由四片第一纵向缠绕薄片(22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10)进行缠绕形成，覆盖金属支撑件(1)的顶面、底面和两个侧面；第三层结构由两片第四横向缠绕薄片(22
‑
11、22
‑
12)、两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)和两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)继续进行缠绕形成，再次覆盖金属支撑件(1)的四个侧面；第四层结构由第二纵向缠绕薄片(22
‑
13)和四片第一纵向薄片(22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10)继续进行缠绕形成，再次覆盖金属支撑件(1)的顶面、底面和两个侧面。
8.一种金属预埋件的制造方法，包括以下步骤：
9.s1、碳纤维支撑片组(23)置于位于金属支撑件(1)侧面和底面的第二通孔(12)中；表面包裹碳纤维材料的砂芯模(3)置于金属支撑件(1)的第一通孔(11)中；
10.s2、在砂芯模(3)和金属支撑件(1)内壁的间隙中插入碳纤维薄片并进行缠绕，填充所有砂芯模(3)和金属支撑件(1)内壁的间隙，并包裹金属支撑件(1)外壁，形成碳纤维外壳(22)；
11.s3、安装碳纤维预埋件壳体(21)，碳纤维预埋件壳体(21)包裹碳纤维外壳(22)。
12.优选地，碳纤维外壳(22)的缠绕方法包括以下步骤：
13.s201、将两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)和两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)分别插入砂芯模(3)和金属支撑件(1)内壁的间隙，将一片第三横向缠绕薄片(22
‑
5)置于金属支撑件(1)的一个未开有第一通孔(21)的侧面的底面侧边缘，另一片第三横向缠绕薄片(22
‑
6)置于金属支撑件(1)的另一个未开有第一通孔(21)的侧面的顶面侧边缘；
14.两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)分别弯折90
°
，覆盖开有第一通孔(21)的侧面，铺至两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)边缘处，再弯折至垂直于开有第一通孔(21)的侧面；
15.两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)分别弯折90
°
，沿远离两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)的方向覆盖开有第一通孔(21)的侧面，再弯折90
°
，覆盖未开有第一通孔(21)的侧面；
16.两片第三横向缠绕薄片(22
‑
5、22
‑
6)分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的未开有第一通孔(21)的侧面；
17.s202、将四片第一纵向缠绕薄片(22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10)分别插入砂芯模(3)和金属支撑件(1)内壁的间隙，将一片第四横向缠绕薄片(22
‑
11)置于金属支撑件(1)的一个未开有第一通孔(21)的侧面的底面侧边缘，另一片第三横向缠绕薄片(22
‑
12)置于金属支撑件(1)的另一个未开有第一通孔(21)的侧面的顶面侧边缘；
18.四片第一纵向缠绕薄片(22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10)分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的底面或顶面；
19.s203、两片第一横向缠绕薄片(22
‑
1、22
‑
2)分别进行弯折，沿s201中的覆盖方向继续覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的未开有第一通孔(21)的侧面；
20.两片第二横向缠绕薄片(22
‑
3、22
‑
4)分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面至另一片第二横向缠绕薄片(22
‑
4、22
‑
3)起始处；
21.两片第四横向缠绕薄片(22
‑
11、22
‑
12)分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的未开有第一通孔(21)的侧面；
22.s204、四片第一纵向缠绕薄片(22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10)分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件(1)的开有第一通孔(21)的侧面；第二纵向缠绕薄片(22
‑
13)包裹金属支撑件(1)的中部缝隙。
23.本发明能够取得以下技术效果：
24.(1)设置包裹碳纤维材料的砂芯模、碳纤维外壳、碳纤维预埋件壳体、碳纤维支撑片组，对金属预埋件进行多方面、由内而外的限制，防止金属支撑件因温度影响产生变形，进而防止金属预埋件与碳纤维复合材料结构产生缝隙而脱粘；
25.(2)进一步加强碳纤维复合材料结构件及其封闭腔内金属预埋件的承载能力。
附图说明
26.图1是根据本发明实施例的金属预埋件的立体图；
27.图2是根据本发明实施例的金属预埋件的截面图；
28.图3是根据本发明实施例的金属预埋件的爆炸图；
29.图4是根据本发明实施例的碳纤维外壳和碳纤维预埋件壳体的示意图；
30.图5是根据本发明实施例的金属支撑件和碳纤维支撑片组的示意图；
31.图6
‑
13是本发明提供的制造方法的步骤示意图。
32.其中的附图标记包括：金属支撑件1、碳纤维材料组2、砂芯模3、碳纤维外壳21、碳纤维预埋件壳体22、碳纤维支撑片组23、第一横向缠绕薄片22
‑
1，22
‑
1、第二横向缠绕薄片22
‑
3，22
‑
4、第三横向缠绕薄片22
‑
5，22
‑
6、第一纵向缠绕薄片22
‑
7，22
‑
8，22
‑
9，22
‑
10、第四横向缠绕薄片22
‑
11，22
‑
12、第二纵向缠绕薄片22
‑
13。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
34.如图1
‑
4所示，一种金属预埋件，包括：金属支撑件1、表面包裹碳纤维材料的砂芯模3、碳纤维材料组2；金属支撑件1为中空结构，开有适配砂芯模3的第一通孔11，砂芯模3置于第一通孔11中，使用包裹碳纤维材料的砂芯模3来支撑金属支撑件1，防止其因温度变化产生形变；碳纤维材料组2包括碳纤维预埋件壳体21和由碳纤维薄片进行缠绕形成的碳纤维外壳22，碳纤维外壳22填充砂芯模3与金属支撑件1的间隙并包裹金属支撑件1，碳纤维预埋件壳体21包裹碳纤维外壳22，通过碳纤维外壳22从内外两侧固定金属支撑件1以及碳纤维预埋件壳体21从外侧限制金属支撑件1，进一步防止金属支撑件1发生变形。
35.如图5所示，在本发明的一个实施例中，碳纤维材料组2还包括碳纤维支撑片组23；金属支撑件1的侧面和底面开有形状适配碳纤维支撑片组23的第二通孔12，碳纤维支撑片组23置于第二通孔中12，通过第二通孔12对金属支撑件1进行轻量化处理，减少金属支撑件1的重量，并通过碳纤维支撑片组23提高金属支撑件1的强度，防止其因轻量化发生形变。
36.在本发明的一个实施例中，碳纤维外壳22包括由内至外的四层结构，在本实施例中，对金属支撑件1的侧面进行缠绕为横向缠绕，对金属支撑件1的顶面、底面、开有第一通孔21的侧面进行缠绕为纵向缠绕；第一层结构由两片第一横向缠绕薄片22
‑
1、22
‑
2，两片第二横向缠绕薄片22
‑
3、22
‑
4和两片第三横向缠绕薄片22
‑
5、22
‑
6进行缠绕形成，覆盖金属支撑件1的四个侧面；第二层结构由四片第一纵向缠绕薄片22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10进行缠绕形成，覆盖金属支撑件1的顶面、底面和两个侧面；第三层结构由两片第四横向缠绕薄片22
‑
11、22
‑
12，两片第一横向缠绕薄片22
‑
1、22
‑
2和两片第二横向缠绕薄片22
‑
3、22
‑
4继续进行缠绕形成，再次覆盖金属支撑件1的四个侧面；第四层结构由第二纵向缠绕薄片22
‑
13和四片第一纵向薄片22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10继续进行缠绕形成，再次覆盖金属支撑件1的顶面、底面和两个侧面，通过分步缠绕形成具有四层结构的碳纤维外壳22，加强其对金属支撑件1的约束。
37.下面结合图6
‑
13对本发明的制造方法部分进行详细说明，在本说明中，顶面与底面的法线为z轴，由底面指向顶面为+z方向，由顶面指向底面为
‑
z方向，第一通孔21的轴线为x轴，图中从左上至右下为+x方向，从右下至左上为
‑
x方向，垂直于未开有第一通孔21的侧面的直线为y轴，图中从左下至右上为+y方向，从右上至左下为
‑
y方向。
38.一种金属预埋件的制造方法，包括以下步骤：
39.s1、碳纤维支撑片组23置于位于金属支撑件1侧面和底面的第二通孔12中；表面包裹碳纤维材料的砂芯模3置于金属支撑件1的第一通孔11中；
40.s2、在砂芯模3和金属支撑件1内壁的间隙中插入碳纤维薄片并进行缠绕，填充所有砂芯模3和金属支撑件1内壁的间隙，并包裹金属支撑件1外壁，形成碳纤维外壳22；
41.s3、安装碳纤维预埋件壳体21，碳纤维预埋件壳体21包裹碳纤维外壳22。
42.优选地，碳纤维外壳22的缠绕方法包括以下步骤：
43.s201、进行第一层缠绕，如图6所示，将两片第一横向缠绕薄片22
‑
1、22
‑
2和两片第二横向缠绕薄片22
‑
3、22
‑
4分别插入砂芯模3和金属支撑件1内壁的间隙，将一片第三横向缠绕薄片22
‑
5置于金属支撑件1的+y向侧面的
‑
z侧边缘，另一片第三横向缠绕薄片22
‑
6置于金属支撑件1的
‑
y向侧面的+z侧边缘；
44.一片第一横向缠绕薄片22
‑
1弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x向侧面，铺至一片第二横向缠绕薄片22
‑
3边缘处，再弯折至垂直于金属支撑件1的+x向侧面，另一片第一横向缠绕薄片22
‑
2弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面，铺至另一片第二横向缠绕薄片22
‑
4边缘处，再弯折至垂直于金属支撑件1的
‑
x向侧面；
45.一片第二横向缠绕薄片22
‑
3弯折90
°
，沿远离一片第一横向缠绕薄片22
‑
1的方向覆盖金属支撑件1的+x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
y向侧面，另一片第二横向缠绕薄片22
‑
4弯折90
°
，沿远离另一片第一横向缠绕薄片22
‑
2的方向覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+y向侧面；
46.一片第三横向缠绕薄片22
‑
5弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x向侧面的
‑
z侧边缘，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
y向侧面的
‑
z侧边缘，另一片第三横向缠绕薄片22
‑
6弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面的+z侧边缘，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+y向侧面的+z侧边缘，第一层缠绕后如图7所示；
47.s202、进行第二层缠绕，如图8所示，将四片第一纵向缠绕薄片22
‑
7、22
‑
8、22
‑
9、22
‑
10分别插入砂芯模3和金属支撑件1内壁的间隙，将一片第四横向缠绕薄片22
‑
11置于金属支撑件1的+y向侧面的
‑
z侧边缘，另一片第三横向缠绕薄片22
‑
12置于金属支撑件1的
‑
y向侧面的+z侧边缘；
48.两片第一纵向缠绕薄片22
‑
7、22
‑
8分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
z面，两片第一纵向缠绕薄片22
‑
9、22
‑
10分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+z面，第二层缠绕后如图9所示；
49.s203、进行第三层缠绕，如图10所示，一片第一横向缠绕薄片22
‑
1进行弯折，沿
‑
y方向继续覆盖金属支撑件1的+x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
y向侧面，另一片第一横向缠绕薄片22
‑
2进行弯折，沿+y方向继续覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+y向侧面；
50.一片第二横向缠绕薄片22
‑
3弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面至第二横向缠绕薄片22
‑
4起始处，另一片第二横向缠绕薄片22
‑
4弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x向侧面至第二横向缠绕薄片22
‑
3起始处；
51.一片第四横向缠绕薄片22
‑
11弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x向侧面的
‑
z侧边缘，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
y向侧面的
‑
z侧边缘，另一片第四横向缠绕薄片22
‑
12弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面的+z侧边缘，再弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+y向侧面的+z侧边缘，第三层缠绕后如图11所示；
52.s204、进行第四层缠绕，如图12所示，两片第一纵向缠绕薄片22
‑
7、22
‑
8分别弯折
90
°
，覆盖金属支撑件1的
‑
x向侧面，两片第一纵向缠绕薄片22
‑
9、22
‑
10分别弯折90
°
，覆盖金属支撑件1的+x侧面；第二纵向缠绕薄片22
‑
13包裹金属支撑件1的中部缝隙，第四层缠绕后如图13所示。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
55.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。