一种碳纤维复合材料弹簧成型模具及成型方法与流程

本发明涉及碳纤维复合材料弹簧，尤其是涉及一种碳纤维复合材料弹簧成型模具及其成型方法，属于成型模具技术领域。

背景技术：

弹簧作为最常用的机械基础零件之一，用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛应用于各种机械设备中。制造弹簧的主要材料为优质碳素钢、合金钢、有色金属合金等，但是，金属弹簧也存在着许多不足，比如容易生锈、不耐腐蚀、重量较重等。随着科学技术的发展，开发高刚强度、减重效果明显的连续碳纤维复合材料弹簧，意义显著。

碳纤维材料已经被应用于社会各个领域，以连续碳纤维增强热固性复合材料在汽车零部件中使用得越来越普遍，在市场上也有用模压或注塑等工艺，将短切玻纤或短切碳纤加入到塑料制品中，制得短纤维增强复合材料弹簧，以减轻重量，提高性能。

但是，现有的簧管成型模具中较少专门正对碳纤维复合材料螺旋弹簧的，弹簧管在成型时，对弹簧的直径不可调，生产效率十分低，且成型产品质量很不稳定。因而，针对碳纤维复合材料弹簧开发成型模具及其成型方法，成为企业需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明要解决的技术问题为：提供一种碳纤维复合材料弹簧成型模具及其成型方法，弹簧的直径可调节，成型稳定且弹簧质量高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维复合材料弹簧成型模具，包括外模组和设置于外模组内的芯模组，所述外模组包括尺寸相匹配的上模具和下模具，所述上模具及下模具的内壁上均设置外模弹簧纹路，

所述芯模组包括内模芯棒和多个扇形滑块，所述内模芯棒呈圆柱结构，在内模芯棒的外壁上均匀分布设置与扇形滑块个数相同的芯棒凸块，所述扇形滑块内壁的弧度与内模芯棒外壁的弧度相匹配，在扇形滑块内壁上设置滑块凹槽，在扇形滑块的外壁上设置滑块弹簧纹路，在扇形滑块的两端顶边上对称设置滑块凸块，多个扇形滑块均通过滑块凹槽卡接于内模芯棒的芯棒凸块，多个扇形滑块绕在内模芯棒外壁呈圆柱状，多个扇形滑块外壁上的滑块弹簧纹路匹配相连，相邻扇形滑块之间预留滑块间隙，滑块间隙既可实现多个扇形滑块的滑块弹簧纹路的对位功能，还可将多余成型材料的溢出，

多个扇形滑块外壁上匹配相连的滑块弹簧纹路与外模弹簧纹路的位置及大小相匹配，所述扇形滑块上两端的滑块凸块伸出外模组的两端，在扇形滑块的两端均设置旋转圆盘，所述旋转圆盘上设置滑块凸块个数相同的圆盘开槽，所述旋转圆盘通过圆盘开槽卡接于旋转圆盘的滑块凸块，通过旋转圆盘可将多个扇形滑块固定在内模芯棒上而掉不下来，另外通过旋转圆盘正向拧紧扇形滑块与外模组间的接触力度，通过旋转圆盘反向拧松扇形滑块从而便于取出成型的弹簧。

作为优选，所述扇形滑块的个数为2至4个，根据生产精度需求设置扇形滑块个数，同时在内模芯棒上匹配相同个数的芯棒凸块。

作为优选，所述内模芯棒的直径设置多个规格，从而绕在内模芯棒外壁的多个扇形滑块与外模组之间的弹簧纹路间距不同，实现不同直径弹簧的制成。

作为优选，所述旋转圆盘的中心设置圆盘中心孔，且圆盘中心孔的直径大于内模芯棒的最大外径，实现旋转圆盘正向拧紧时便于通过圆盘中心孔将内模芯棒从芯模组中取出来。

作为优选，所述内模芯棒的长度比扇形滑块的长度要小10mm，在内模芯棒的两端侧边上设置溢胶沟槽，增加对多余成型材料的溢出。

作为优选，所述上模具及下模具的侧壁上设置外模对位件和内模对位件，便于上模具、下模具的外模弹簧纹路的位置连接，以及便于扇形滑块与外模组之间的弹簧纹路的位置连接。

本碳纤维复合材料弹簧采用该成型模具的成型方法为：

S1：将低张力状态的连续碳纤维束在热固性树脂中充分浸渍，然后通过导纱瓷眼形成碳纤维复合材料束；

S2：根据碳纤维复合材料弹簧的直径要求，选择所需直径规格的内模芯棒，将所需的扇形滑块卡接在内模芯棒上，并对好滑块弹簧纹路的位置，通过旋转圆盘可将多个扇形滑块固定在内模芯棒上而掉不下来；

S3：通过导纱瓷眼将碳纤维复合材料束缠绕至多个扇形滑块的滑块弹簧纹路里，缠绕至凸出滑块弹簧纹路另一半直径的高度，并略高出滑块弹簧纹路另一半直径高度的5~10%；

S4：将下模具及上模具的内壁上涂刷脱模剂或脱模油；

S5：将缠绕碳纤维复合材料束的扇形滑块组件等放置在下模具内，然后合上上模具，通过外模对位件和内模对位件，对好外模弹簧纹路的位置连接以及扇形滑块与外模组之间的弹簧纹路的位置连接；

S6：将合模的弹簧成型模具放入热压机进行热压固化；

S7：冷却后，取出下模具及上模具，旋转圆盘正向拧紧时便于通过圆盘中心孔将内模芯棒从芯模组中取出来，旋转圆盘反向拧松扇形滑块从而取出成型的碳纤维复合材料弹簧；

S8：碳纤维复合材料弹簧经打磨等后处理，进行成品检验。

本发明采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本连续碳纤维复合材料弹簧成型模具结构设置合理简便，通过不同规格的内模芯棒与多个扇形滑块组成的芯模组，可实现碳纤维复合材料弹簧的成型，并且可根据需求调节弹簧的直径；另外，成型工艺方便，成型周期短，材料具有较好的强度、耐腐蚀和化学品侵蚀等。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构爆炸示意图；

图3为本发明芯模组爆炸结构示意图；

图4为本发明旋转圆盘放大结构示意图。

图中：1-外模组，2-芯模组，3-旋转圆盘，101-上模具，102-下模具，103-外模弹簧纹路 201-内模芯棒，202-扇形滑块，203-芯棒凸块，204-滑块凹槽，205-滑块弹簧纹路，206-滑块凸块，207-滑块间隙，208-溢胶沟槽，301-圆盘开槽，302-对位孔，303-圆盘中心孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1及图4，

本发明一较佳实施例所述的一种碳纤维复合材料弹簧成型模具，包括外模组1和设置于外模组1内的芯模组2，所述外模组1包括尺寸相匹配的上模具101和下模具102，所述上模具101及下模具102的内壁上均设置外模弹簧纹路103，

所述芯模组2包括内模芯棒201和3个扇形滑块202，所述内模芯棒201呈圆柱结构，在内模芯棒201的外壁上均匀分布设置与扇形滑块202个数相同的芯棒凸块203，所述扇形滑块202内壁的弧度与内模芯棒201外壁的弧度相匹配，在扇形滑块202内壁上设置滑块凹槽204，在扇形滑块202的外壁上设置滑块弹簧纹路205，在扇形滑块202的两端顶边上对称设置滑块凸块206，多个扇形滑块202均通过滑块凹槽204卡接于内模芯棒201的芯棒凸块203，多个扇形滑块202绕在内模芯棒201外壁呈圆柱状，多个扇形滑块202外壁上的滑块弹簧纹路205匹配相连，相邻扇形滑块202之间预留滑块间隙207，滑块间隙207既可实现多个扇形滑块202的滑块弹簧纹路205的对位功能，还可将多余成型材料的溢出，

多个扇形滑块202外壁上匹配相连的滑块弹簧纹路205与外模弹簧纹路103的位置及大小相匹配，所述扇形滑块202上两端的滑块凸块206伸出外模组1的两端，在扇形滑块202的两端均设置旋转圆盘3，所述旋转圆盘3上设置滑块凸块206个数相同的圆盘开槽301，在旋转圆盘3的底面设置对位纹路的对位孔302，所述旋转圆盘3通过圆盘开槽301卡接于旋转圆盘3的滑块凸块206，通过旋转圆盘3可将多个扇形滑块202固定在内模芯棒201上而掉不下来，另外通过旋转圆盘3正向拧紧扇形滑块202与外模组1间的接触力度，通过旋转圆盘3反向拧松扇形滑块202从而便于取出成型的弹簧。

在本较佳实施例中，所述扇形滑块202的个数为3个，同时在内模芯棒201上匹配3个的芯棒凸块203；所述内模芯棒201的直径设置多个规格，从而绕在内模芯棒201外壁的多个扇形滑块202与外模组1之间的弹簧纹路间距不同，实现不同直径弹簧的制成；所述旋转圆盘3的中心设置圆盘中心孔303，且圆盘中心孔303的直径大于内模芯棒201的最大外径，实现旋转圆盘3正向拧紧时便于通过圆盘中心孔303将内模芯棒201从芯模组2中取出来。

在本较佳实施例中，所述内模芯棒201的长度比扇形滑块202的长度要小10mm，在内模芯棒201的两端侧边上设置溢胶沟槽208，增加对多余成型材料的溢出；所述上模具101及下模具102的侧壁上设置外模对位件和内模对位件，便于上模具101、下模具102的外模弹簧纹路103的位置连接，以及便于扇形滑块202与外模组1之间的弹簧纹路的位置连接。

本碳纤维复合材料弹簧采用该成型模具的成型方法为：

S1：将低张力状态的连续碳纤维束在热固性树脂中充分浸渍，然后通过导纱瓷眼形成碳纤维复合材料束；

S2：根据碳纤维复合材料弹簧的直径要求，选择所需直径规格的内模芯棒，将所需的扇形滑块卡接在内模芯棒上，并对好滑块弹簧纹路的位置，通过旋转圆盘可将多个扇形滑块固定在内模芯棒上而掉不下来；

S3：通过导纱瓷眼将碳纤维复合材料束缠绕至多个扇形滑块的滑块弹簧纹路里，缠绕至凸出滑块弹簧纹路另一半直径的高度，并略高出滑块弹簧纹路另一半直径高度的5~10%；

S4：将下模具及上模具的内壁上涂刷脱模剂或脱模油；

S5：将缠绕碳纤维复合材料束的扇形滑块组件等放置在下模具内，然后合上上模具，通过外模对位件和内模对位件，对好外模弹簧纹路的位置连接以及扇形滑块与外模组之间的弹簧纹路的位置连接；

S6：将合模的弹簧成型模具放入热压机进行热压固化；

S7：冷却后，取出下模具及上模具，旋转圆盘正向拧紧时便于通过圆盘中心孔将内模芯棒从芯模组中取出来，旋转圆盘反向拧松扇形滑块从而取出成型的碳纤维复合材料弹簧；

S8：碳纤维复合材料弹簧经打磨等后处理，进行成品检验。

在本较佳实施例中，合模后上热压机，压力20Mpa，温度150℃，时间45分钟。