一种碳纤维加载杆的制作工艺及碳纤维加载杆的制作方法

本发明涉及汽车发动机测试实验领域，尤其涉及一种用于汽车发动机测试的碳纤维加载杆的制作工艺及碳纤维加载杆。

背景技术：

随着全球温室效应的不断加剧，全球气候变暖成为当今全球关注的主要问题。2015年12月12日，196个国家代表在巴黎签署《联合国气候变化框架公约》，这份文件规定了2020年后温室气体排放量并提出了预防气候变化的措施。中国作为一个发展中国家，也确定了节能减排、技术升级和适应气候变化等方面的目标。随着中国汽车行业的迅速发展，节能、安全、环保是汽车产业发展的三大主题，汽车零部件轻量化和智能设计理念成为了创新产品的新方向，一些汽车零部件由原来的金属件被新型的复合材料如碳纤维材料所替代，大大减轻了车身的重量，降低了汽车的能耗，此外，汽车零部件的强度也比原先材料的强度有所提高。

现在大部分汽车测试连接杆都是采用镁铝合金制作，虽然镁铝合金的密度是钢材的1/3，但仍然无法满足轻量化设计需求，并且材料的使用费用比较昂贵。碳纤维材料以其轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良、热膨胀系数微小、具备可设计性、经济实惠等特点得到了广泛关注。

但是现有技术中的碳纤维加载杆在制作完成后往往会出现碳纤维加载杆上各层结合不紧密的问题，从而会导致碳纤维加载杆整体的强度有所降低，在使用的过程中会出现弯曲或者断裂的现象，严重影响了其正常的使用性能，更有甚者将会导致被检测的汽车发动机在检测的过程中甩出或者坠落，导致不必要的经济损失和人员伤害。

所以亟需要提出一种用于汽车发动机测试的碳纤维加载杆的制作工艺及碳纤维加载杆来保证其整体强度，使其在进行汽车发动机测试时不会出现弯曲或者断裂的现象。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于汽车发动机测试的碳纤维加载杆的制作工艺来解决碳纤维杆上各层结合不紧密而导致的碳纤维杆整体强度低的问题。

本发明的另一个目的是提出一种用于汽车发动机测试的碳纤维加载杆。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳纤维加载杆的制作工艺，包括：

步骤A：提供若干碳纤维预浸料；

步骤B：将M层所述预浸料在模具上进行铺布，M的数量大于等于二，所述模具为管体，所述模具两端外表面上分别设置有N条铺布起始线，N的数量大于等于二，且两端设置的所述铺布起始线一一对应且对齐。当M≥N时，将所述预浸料分N次铺布，每次铺布选择不同的铺布起始线作为起始端，且每次铺布的层数大于等于一；当M<N时，将所述预浸料分M次铺布，每次铺布选择不同的铺布起始线作为起始端，且每次铺布的层数大于等于一。每铺布一次进行一次预压实；

步骤C：将所述模具和预浸料进行分段固化操作：将上述缠好带的模具进行分段固化处理：从室温先升至80℃，保温0.8h，再升至120℃，保温1.5h；

步骤D：将所述模具和预浸料自然冷却至60℃以下，并将所述预浸料进行脱模得到碳纤维杆；

步骤E：将所述碳纤维杆两端切边；

步骤F：将所述碳纤维杆打磨；

步骤G：将所述碳纤维杆两端分别与两个金属端胶接制成碳纤维加载杆。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，步骤A中的碳纤维预浸料为T300碳纤维预浸料。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，在所述步骤A与步骤B之间还包括：在所述模具上涂覆脱模剂。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，所述模具为管状，所述模具的材料为45号钢，所述模具表面进行调质处理使其硬度达到HRC28-32。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，所述模具的外径为43.5mm，长度为650mm，厚度大于9.5mm，所述模具的两端设置有长100mm连接杆，所述连接杆上设置有脱模环，所述脱模环外径为44mm。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，步骤B中所述M为24，所述N为14，所述铺布起始线沿所述模具每一端的外表面的周向均匀分布，所述铺布起始线依次标记为1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，按照从1到14顺序铺布，铺布层数依次为1/2/2/1/2/2/1/2/2/1/2/2/2/2、铺布角度依次为90/0/0/90/0/0/90/0/0/90/0/0/0/0。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，每进行两次铺布，进行一次利用封箱胶带的预压实操作，所述带速控制在2000r/min-2500r/min、带距控制在1.6mm-3mm，张力控制在2.9kg-10kg。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，每次预压实温度控制在30℃-40℃，时间控制在0.5h-1h。

作为一种碳纤维加载杆制作工艺的优选方案，步骤G中用于胶接碳纤维杆与金属端的粘结剂是由环氧树脂和固化剂混合制成。

一种碳纤维加载杆，使用如上述的碳纤维加载杆的制作工艺制作而成。

本发明的有益效果为：

本发明通过每次铺布选择不同的铺布起始线作为起始端，并且在铺布过程中进行多次预压实，能够有效减少碳纤维预浸料层与层之间的间隙，并且能够均匀多层叠加铺布，铺布后整个碳纤维加载杆在周向的厚度，不会出现由于多次从一个位置开始铺布而导致的碳纤维加载杆的厚度不均匀，进而避免了碳纤维加载杆上各层结合不紧密现象的出现，有效提高了碳纤维加载杆整体的强度，避免了其在使用的过程中出现的弯曲或者断裂现象，保证了其正常的使用性能，避免了造成不必要的经济损失和人员伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的碳纤维加载杆的制作工艺流程图；

图2是本发明实施例一使用的模具示意图；

图3是本发明实施例二提供的碳纤维加载杆的结构示意图；

图4是图3中A-A向的剖视图。

图中标记如下：

1-模具；2-碳纤维杆；3-金属端；

11-脱模环；12-连接杆；13-铺布起始线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1-图3所示，实施例一提供了一种碳纤维加载杆制作工艺，包括：

步骤A：提供一种碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为T300碳纤维预浸料，预浸料沿形成碳纤维加载杆的长度方向上的尺寸为585mm。T300的拉伸强度为3450MPa，拉伸模量为230GPa，密度为1.8g/cm3，断裂伸长率为1.5％，与其他金属材料相比，具有更高的强度，在体积相同的情况下，有更小的质量，更适合制作成零件来满足工业上的轻量化需求。

步骤B：模具1上涂覆脱模剂，脱模剂为通用脱模剂，可以为硬脂酸锌、硬脂酸钙或其组合。

步骤C：将M层预浸料在模具1上进行铺布，M的数量大于等于二，模具1为管体，模具1两端外表面上分别设置有N条铺布起始线13，N的数量大于等于二，且两端设置的铺布起始线13一一对应且对齐。当M≥N时，将预浸料分N次铺布，每次铺布选择不同的铺布起始线13作为起始端，且每次铺布的层数大于等于一；当M<N时，将预浸料分M次铺布，每次选择不同的铺布起始线13作为开始铺布的起始，且每次铺布的层数大于等于一。具体地，M为24，N为14，铺布起始线13沿模具1每一端的外表面的周向均匀分布，铺布起始线13依次标记为1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，按照从1到14顺序铺布，铺布层数依次为1/2/2/1/2/2/1/2/2/1/2/2/2/2、铺布角度依次为90/0/0/90/0/0/90/0/0/90/0/0/0/0。

每次铺布选择不同的铺布起始线13作为起始端，能够有效减少预浸料层与层之间的间隙，并且能够均匀多次叠加铺布后整个碳纤维加载杆在周向的厚度，不会出现由于多次从一个位置开始铺布而导致的碳纤维加载杆的厚度不均匀，进而导致的出现碳纤维加载杆上各层结合不紧密的现象，有效提高了碳纤维加载杆的整体强度，避免了其在使用的过程中出现的弯曲或者断裂现象，保证了其正常的使用性能，避免了不必要的经济损失和人员伤害。

通过不同铺布角度变换进行的预浸料的叠加，可以有效增加此碳纤维加载杆在各个方向上的强度，避免了使用同一铺布角度会导致的单一方向上强度高而其他方向上强度低的问题。

此外，每次铺布变换不同的铺布起始位置、不同的铺布层数和不同的铺布角度，能够使制得的碳纤维加载杆各个方向上的各项力学性能分布均衡，有利于碳纤维杆2承受各个方向上的力。

每进行两次铺布，进行一次利用封箱胶带的预压实操作，将已进行部分铺布的模具1立即放到缠带机上缠绕封箱胶带，带速控制在2000r/min-2500r/min，带距控制在1.6mm-3mm，张力控制在2.9kg-10kg，每次预压实的温度控制在30℃-40℃，时间控制在0.5h-1h。多次进行预压实可以有效保证整个碳纤维加载杆各层碳纤维预浸料之间紧密贴合，能够均匀多次铺布后整个碳纤维加载杆在周向的厚度，有效提高了碳纤维加载杆的整体强度，避免了其在使用的过程中会出现弯曲或者断裂的现象，保证了其正常的使用性能，避免了不必要的经济损失和人员伤害。

步骤D：将上述缠好封箱胶带的包裹了预浸料的模具1进行分段固化处理：从室温先升至80℃，保温0.8h，再升至120℃，保温1.5h；

步骤E：将模具1和预浸料自然冷却至60℃以下，并将预浸料进行脱模得到碳纤维杆2。模具1为管状，模具1的材料为45号钢，模具1表面进行调质处理使其硬度达到HRC28-32，表面光洁度Ra为0.2，直线度≤0.15mm，圆度≤0.02mm。模具1的外径为43.5mm，长度为650mm，厚度大于9.5mm，模具1的两端设置有长100mm的连接杆12，连接杆12上设置有脱模环11，脱模环11外径为44mm，有助于脱模的顺利进行。

步骤F：将碳纤维杆2两端切边，两端各切去25mm，保证拉杆轴长度为535mm，保留内孔净尺寸切割线，上磨床加工至50mm±0.1mm，加工后两端加厚部分长度相同。

步骤G：将碳纤维杆2进行打磨，第1-12次铺布的厚度为制成品碳纤维加载杆的厚度，为3.25mm，第13-14次铺布的厚度为工艺余量层，在此步骤中被打磨掉，从而保证得到没有表面损伤、高质量的碳纤维杆2。

步骤H：将碳纤维杆2的一端与一个金属端3进行胶接，晾干后上工装进行单面定位，并将碳纤维杆2的另一端与另一个金属端3胶接，用于胶接碳纤维杆2与金属端3的粘结剂是由环氧树脂和固化剂混合制成。

金属端3用于与碳纤维杆2相胶接的部位的形状与尺寸与碳纤维杆2内部的形状与尺寸相适配，直接通过粘结剂将两者固定即可。此外，金属端3的形状可以为多边形，需要进行缠绕工艺，使碳纤维杆2两端分别形成与多边形的金属端3的端部形状一致的多边形，再分别通过粘结剂将碳纤维杆2与金属端3胶接。

实施例二

如图2-图4所示，实施例二提供了一种碳纤维加载杆，此碳纤维加载杆使用如实施例一提出的碳纤维加载杆制作工艺制作而成。

此外，碳纤维加载杆还可以由金属端3、金属内层及碳纤维杆2组成，碳纤维杆2包裹在金属内层的外表面上，并利用树脂连接固定，金属端3的端部采用套接形式与金属内层相连接且固定。金属端3的形状可以为圆形或者多边形，根据使用碳纤维加载杆需要的不同场合及不同的强度，改变金属端3、金属内层与碳纤维杆2连接处的截面形状，从而提高金属端3、金属内层与碳纤维杆2之间的连接强度。

注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。