一種碳纖維加載桿的制作工藝及碳纖維加載桿的制作方法

本發明涉及汽車發動機測試實驗領域，尤其涉及一種用于汽車發動機測試的碳纖維加載桿的制作工藝及碳纖維加載桿。

背景技術：

隨著全球溫室效應的不斷加劇，全球氣候變暖成為當今全球關注的主要問題。2015年12月12日，196個國家代表在巴黎簽署《聯合國氣候變化框架公約》，這份文件規定了2020年后溫室氣體排放量并提出了預防氣候變化的措施。中國作為一個發展中國家，也確定了節能減排、技術升級和適應氣候變化等方面的目標。隨著中國汽車行業的迅速發展，節能、安全、環保是汽車產業發展的三大主題，汽車零部件輕量化和智能設計理念成為了創新產品的新方向，一些汽車零部件由原來的金屬件被新型的復合材料如碳纖維材料所替代，大大減輕了車身的重量，降低了汽車的能耗，此外，汽車零部件的強度也比原先材料的強度有所提高。

現在大部分汽車測試連接桿都是采用鎂鋁合金制作，雖然鎂鋁合金的密度是鋼材的1/3，但仍然無法滿足輕量化設計需求，并且材料的使用費用比較昂貴。碳纖維材料以其輕質、高強度、耐高溫、耐腐蝕、熱力學性能優良、熱膨脹系數微小、具備可設計性、經濟實惠等特點得到了廣泛關注。

但是現有技術中的碳纖維加載桿在制作完成后往往會出現碳纖維加載桿上各層結合不緊密的問題，從而會導致碳纖維加載桿整體的強度有所降低，在使用的過程中會出現彎曲或者斷裂的現象，嚴重影響了其正常的使用性能，更有甚者將會導致被檢測的汽車發動機在檢測的過程中甩出或者墜落，導致不必要的經濟損失和人員傷害。

所以亟需要提出一種用于汽車發動機測試的碳纖維加載桿的制作工藝及碳纖維加載桿來保證其整體強度，使其在進行汽車發動機測試時不會出現彎曲或者斷裂的現象。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種用于汽車發動機測試的碳纖維加載桿的制作工藝來解決碳纖維桿上各層結合不緊密而導致的碳纖維桿整體強度低的問題。

本發明的另一個目的是提出一種用于汽車發動機測試的碳纖維加載桿。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種碳纖維加載桿的制作工藝，包括：

步驟A：提供若干碳纖維預浸料；

步驟B：將M層所述預浸料在模具上進行鋪布，M的數量大于等于二，所述模具為管體，所述模具兩端外表面上分別設置有N條鋪布起始線，N的數量大于等于二，且兩端設置的所述鋪布起始線一一對應且對齊。當M≥N時，將所述預浸料分N次鋪布，每次鋪布選擇不同的鋪布起始線作為起始端，且每次鋪布的層數大于等于一；當M<N時，將所述預浸料分M次鋪布，每次鋪布選擇不同的鋪布起始線作為起始端，且每次鋪布的層數大于等于一。每鋪布一次進行一次預壓實；

步驟C：將所述模具和預浸料進行分段固化操作：將上述纏好帶的模具進行分段固化處理：從室溫先升至80℃，保溫0.8h，再升至120℃，保溫1.5h；

步驟D：將所述模具和預浸料自然冷卻至60℃以下，并將所述預浸料進行脫模得到碳纖維桿；

步驟E：將所述碳纖維桿兩端切邊；

步驟F：將所述碳纖維桿打磨；

步驟G：將所述碳纖維桿兩端分別與兩個金屬端膠接制成碳纖維加載桿。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，步驟A中的碳纖維預浸料為T300碳纖維預浸料。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，在所述步驟A與步驟B之間還包括：在所述模具上涂覆脫模劑。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，所述模具為管狀，所述模具的材料為45號鋼，所述模具表面進行調質處理使其硬度達到HRC28-32。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，所述模具的外徑為43.5mm，長度為650mm，厚度大于9.5mm，所述模具的兩端設置有長100mm連接桿，所述連接桿上設置有脫模環，所述脫模環外徑為44mm。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，步驟B中所述M為24，所述N為14，所述鋪布起始線沿所述模具每一端的外表面的周向均勻分布，所述鋪布起始線依次標記為1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，按照從1到14順序鋪布，鋪布層數依次為1/2/2/1/2/2/1/2/2/1/2/2/2/2、鋪布角度依次為90/0/0/90/0/0/90/0/0/90/0/0/0/0。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，每進行兩次鋪布，進行一次利用封箱膠帶的預壓實操作，所述帶速控制在2000r/min-2500r/min、帶距控制在1.6mm-3mm，張力控制在2.9kg-10kg。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，每次預壓實溫度控制在30℃-40℃，時間控制在0.5h-1h。

作為一種碳纖維加載桿制作工藝的優選方案，步驟G中用于膠接碳纖維桿與金屬端的粘結劑是由環氧樹脂和固化劑混合制成。

一種碳纖維加載桿，使用如上述的碳纖維加載桿的制作工藝制作而成。

本發明的有益效果為：

本發明通過每次鋪布選擇不同的鋪布起始線作為起始端，并且在鋪布過程中進行多次預壓實，能夠有效減少碳纖維預浸料層與層之間的間隙，并且能夠均勻多層疊加鋪布，鋪布后整個碳纖維加載桿在周向的厚度，不會出現由于多次從一個位置開始鋪布而導致的碳纖維加載桿的厚度不均勻，進而避免了碳纖維加載桿上各層結合不緊密現象的出現，有效提高了碳纖維加載桿整體的強度，避免了其在使用的過程中出現的彎曲或者斷裂現象，保證了其正常的使用性能，避免了造成不必要的經濟損失和人員傷害。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對本發明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據本發明實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的碳纖維加載桿的制作工藝流程圖；

圖2是本發明實施例一使用的模具示意圖；

圖3是本發明實施例二提供的碳纖維加載桿的結構示意圖；

圖4是圖3中A-A向的剖視圖。

圖中標記如下：

1-模具；2-碳纖維桿；3-金屬端；

11-脫模環；12-連接桿；13-鋪布起始線。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例一

如圖1-圖3所示，實施例一提供了一種碳纖維加載桿制作工藝，包括：

步驟A：提供一種碳纖維預浸料，碳纖維預浸料為T300碳纖維預浸料，預浸料沿形成碳纖維加載桿的長度方向上的尺寸為585mm。T300的拉伸強度為3450MPa，拉伸模量為230GPa，密度為1.8g/cm3，斷裂伸長率為1.5％，與其他金屬材料相比，具有更高的強度，在體積相同的情況下，有更小的質量，更適合制作成零件來滿足工業上的輕量化需求。

步驟B：模具1上涂覆脫模劑，脫模劑為通用脫模劑，可以為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或其組合。

步驟C：將M層預浸料在模具1上進行鋪布，M的數量大于等于二，模具1為管體，模具1兩端外表面上分別設置有N條鋪布起始線13，N的數量大于等于二，且兩端設置的鋪布起始線13一一對應且對齊。當M≥N時，將預浸料分N次鋪布，每次鋪布選擇不同的鋪布起始線13作為起始端，且每次鋪布的層數大于等于一；當M<N時，將預浸料分M次鋪布，每次選擇不同的鋪布起始線13作為開始鋪布的起始，且每次鋪布的層數大于等于一。具體地，M為24，N為14，鋪布起始線13沿模具1每一端的外表面的周向均勻分布，鋪布起始線13依次標記為1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，按照從1到14順序鋪布，鋪布層數依次為1/2/2/1/2/2/1/2/2/1/2/2/2/2、鋪布角度依次為90/0/0/90/0/0/90/0/0/90/0/0/0/0。

每次鋪布選擇不同的鋪布起始線13作為起始端，能夠有效減少預浸料層與層之間的間隙，并且能夠均勻多次疊加鋪布后整個碳纖維加載桿在周向的厚度，不會出現由于多次從一個位置開始鋪布而導致的碳纖維加載桿的厚度不均勻，進而導致的出現碳纖維加載桿上各層結合不緊密的現象，有效提高了碳纖維加載桿的整體強度，避免了其在使用的過程中出現的彎曲或者斷裂現象，保證了其正常的使用性能，避免了不必要的經濟損失和人員傷害。

通過不同鋪布角度變換進行的預浸料的疊加，可以有效增加此碳纖維加載桿在各個方向上的強度，避免了使用同一鋪布角度會導致的單一方向上強度高而其他方向上強度低的問題。

此外，每次鋪布變換不同的鋪布起始位置、不同的鋪布層數和不同的鋪布角度，能夠使制得的碳纖維加載桿各個方向上的各項力學性能分布均衡，有利于碳纖維桿2承受各個方向上的力。

每進行兩次鋪布，進行一次利用封箱膠帶的預壓實操作，將已進行部分鋪布的模具1立即放到纏帶機上纏繞封箱膠帶，帶速控制在2000r/min-2500r/min，帶距控制在1.6mm-3mm，張力控制在2.9kg-10kg，每次預壓實的溫度控制在30℃-40℃，時間控制在0.5h-1h。多次進行預壓實可以有效保證整個碳纖維加載桿各層碳纖維預浸料之間緊密貼合，能夠均勻多次鋪布后整個碳纖維加載桿在周向的厚度，有效提高了碳纖維加載桿的整體強度，避免了其在使用的過程中會出現彎曲或者斷裂的現象，保證了其正常的使用性能，避免了不必要的經濟損失和人員傷害。

步驟D：將上述纏好封箱膠帶的包裹了預浸料的模具1進行分段固化處理：從室溫先升至80℃，保溫0.8h，再升至120℃，保溫1.5h；

步驟E：將模具1和預浸料自然冷卻至60℃以下，并將預浸料進行脫模得到碳纖維桿2。模具1為管狀，模具1的材料為45號鋼，模具1表面進行調質處理使其硬度達到HRC28-32，表面光潔度Ra為0.2，直線度≤0.15mm，圓度≤0.02mm。模具1的外徑為43.5mm，長度為650mm，厚度大于9.5mm，模具1的兩端設置有長100mm的連接桿12，連接桿12上設置有脫模環11，脫模環11外徑為44mm，有助于脫模的順利進行。

步驟F：將碳纖維桿2兩端切邊，兩端各切去25mm，保證拉桿軸長度為535mm，保留內孔凈尺寸切割線，上磨床加工至50mm±0.1mm，加工后兩端加厚部分長度相同。

步驟G：將碳纖維桿2進行打磨，第1-12次鋪布的厚度為制成品碳纖維加載桿的厚度，為3.25mm，第13-14次鋪布的厚度為工藝余量層，在此步驟中被打磨掉，從而保證得到沒有表面損傷、高質量的碳纖維桿2。

步驟H：將碳纖維桿2的一端與一個金屬端3進行膠接，晾干后上工裝進行單面定位，并將碳纖維桿2的另一端與另一個金屬端3膠接，用于膠接碳纖維桿2與金屬端3的粘結劑是由環氧樹脂和固化劑混合制成。

金屬端3用于與碳纖維桿2相膠接的部位的形狀與尺寸與碳纖維桿2內部的形狀與尺寸相適配，直接通過粘結劑將兩者固定即可。此外，金屬端3的形狀可以為多邊形，需要進行纏繞工藝，使碳纖維桿2兩端分別形成與多邊形的金屬端3的端部形狀一致的多邊形，再分別通過粘結劑將碳纖維桿2與金屬端3膠接。

實施例二

如圖2-圖4所示，實施例二提供了一種碳纖維加載桿，此碳纖維加載桿使用如實施例一提出的碳纖維加載桿制作工藝制作而成。

此外，碳纖維加載桿還可以由金屬端3、金屬內層及碳纖維桿2組成，碳纖維桿2包裹在金屬內層的外表面上，并利用樹脂連接固定，金屬端3的端部采用套接形式與金屬內層相連接且固定。金屬端3的形狀可以為圓形或者多邊形，根據使用碳纖維加載桿需要的不同場合及不同的強度，改變金屬端3、金屬內層與碳纖維桿2連接處的截面形狀，從而提高金屬端3、金屬內層與碳纖維桿2之間的連接強度。

注意，以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施方式的限制，上述實施方式和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明的要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。