一種復合材料矩形截面彈簧模具及利用該模具制備彈簧的方法與流程

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本發明涉及一種彈簧模具及制備彈簧方法。

背景技術：

新型材料中，纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成的復合材料具備優異的性能。例如，復合材料中性能最優的碳纖維復合材料，碳纖維一般是由碳元素構成的特種纖維。碳纖維是擁有很多優異的特性，如高熔點、耐磨、抗腐蝕等等，同時其表面有明顯的各向異性且比較柔軟，可加工成各種織物且纖維方向具有很大的強度。碳纖維復合材料力學性能很好，其比重不足鋼的1/4，抗拉強度可達鋼的7～9倍，抗拉彈性模量也大于鋼。碳纖維復合材料是比鋼等金屬更有潛力的新型材料。正由于纖維復合材料的優異性能，將復合材料來代替金屬材料去制造彈簧，既能滿足減輕重量的需求，又能提高彈簧本身的性能。

由于復合材料的性質和金屬材料之間的差異，復合材料螺旋彈簧已不能按照傳統方法和工序來制造，現有的一些制造方式也不滿足大規模的工業生產和制造，且存在耗時長，原料消耗大，成本較高，脫膜難，效率低下等問題。例如現有的復合材料螺旋彈簧制備過程中都是用沙土或是紙來做芯模，所以原料消耗大，而且制備一個彈簧前要先做個沙模或是紙模，彈簧制備完成后，通過振搗或是溶液浸泡去除芯模，一次脫膜得數個小時，所以這種工藝耗時長、脫膜難、效率低，這種方法只適合在實驗室進行實驗，不適合工業生產；所以，急需一種新型模具和制備方法來進行復合材料螺旋彈簧的制造。

技術實現要素：

本發明為了解決現有的復合材料螺旋彈簧制備過程中存在耗時長、原料消耗大、成本較高、脫膜難和效率低下的問題，提出一種復合材料矩形截面彈簧模具及利用該模具制備彈簧的方法；

一種復合材料矩形截面彈簧模具，該模具由圓柱芯管和模具主體構成；

所述模具主體是由數個螺旋環狀片體連接構成的螺旋體；所述螺旋環狀片體上的兩個端面處于同一平面內，且該平面平行于螺旋環狀片體的軸線；所述螺旋環狀片體上的兩個端面的其中一個端面的中心設置有凸塊，螺旋環狀片體上的兩個端面的另一個端面的中心設置有與凸塊間隙配合的凹坑，相鄰的凸塊與凹坑構成卡槽結構以連接相鄰的螺旋環狀片體；

所述模具主體套設在圓柱芯管外部；

所述模具主體的材質為碳素鋼或合金鋼；其中模具主體的材質可根據固化方法和彈簧精度確定，在使用環境為高溫高壓固化條件下或彈簧精度要求高時，采用剛度較大不易變形的碳素鋼，在固化劑常溫固化或精度要求低時，采用合金鋼；

利用上述復合材料矩形截面彈簧模具制備彈簧的方法按以下步驟進行：

一、將螺旋環狀片體組裝成模具主體；

二、將模具主體套設在圓柱芯管外部；

三、將纖維材料纏繞在模具主體上相鄰的螺旋環狀片體的間隙內，纏繞過程中向纖維材料施加遠離模具主體方向的拉力保持纖維材料處于拉伸狀態，同時在纏繞過程中向纖維材料的間隙內填充樹脂；

所述纖維材料為是碳纖維、芳綸纖或玻璃纖維；

所述在纏繞過程中向纖維材料的間隙內填充的樹脂為環氧樹脂；

所述纏繞過程中向纖維材料施加遠離模具主體方向的拉力為50～150n；

四、步驟三完成后，將內徑小于模具主體外徑的硅膠套套設在模具主體外部；

其中，將內徑小于模具主體外徑的硅膠套套設在模具主體外部，能夠保證纏繞在螺旋環狀片體3的間隙內的纖維材料和樹脂處于箍緊狀態，且硅膠套能夠起到應力維持作用；

五、步驟四完成后進行樹脂固化和脫模，即完成復合材料矩形截面彈簧的制備；

本發明具備以下有益效果：

1、本發明圓柱芯管和模具主體是處于分離狀態，組裝成形，圓柱芯管和模具主體的直徑、長度、模具主體中螺旋環狀片體的截面大小，相鄰的螺旋環狀片體的間距等尺寸可根據所需彈簧自行設計；

2、本發明方法制備的復合材料矩形截面彈簧具有質量輕、高強度、高剛度的優點，在相同的密度條件下，本發明方法制備的復合材料彈簧剛度為27000n/m，是普通鋼彈簧剛度的4.6倍。當本發明方法制備的復合材料彈簧的剛度和普通鋼彈簧的剛度均為27000n/m時，且兩彈簧的尺寸相同時，本發明方法制備的與普通鋼彈簧質量比為7∶25；

3、本發明彈簧模具的成本低、可重復利用、裝模和脫模容易，本發明復合材料矩形截面彈簧模具分離在5分鐘內即可完成，而且不會損壞彈簧，也不會影響到彈簧的性能；

附圖說明：

圖1為本發明彈簧模具結構示意圖；

圖2為本發明螺旋環狀片體3的結構示意圖；

圖3為圖2的后視圖。

具體實施方式：

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。

具體實施方式一：結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式復合材料矩形截面彈簧模具，該模具由圓柱芯管2和模具主體1構成；

所述模具主體1是由數個螺旋環狀片體3連接構成的螺旋體；

所述螺旋環狀片體3上的兩個端面處于同一平面內，且該平面平行于螺旋環狀片體3的軸線；所述螺旋環狀片體3上的兩個端面的其中一個端面的中心設置有凸塊4，螺旋環狀片體3上的兩個端面的另一個端面的中心設置有與凸塊4間隙配合的凹坑5，相鄰的凸塊4與凹坑5構成卡槽結構以連接相鄰的螺旋環狀片體3；

所述模具主體1套設在圓柱芯管2外部。

本實施方式本發明具備以下有益效果：

1、本實施方式圓柱芯管2和模具主體1是處于分離狀態，組裝成形，圓柱芯管2和模具主體1的直徑、長度、模具主體1中螺旋環狀片體3的截面大小，相鄰的螺旋環狀片體3的間距等尺寸可根據所需彈簧自行設計；

2、本實施方式彈簧模具的成本低、可重復利用、裝模和脫模容易，本發明復合材料矩形截面彈簧模具分離在5分鐘內即可完成，而且不會損壞彈簧，也不會影響到彈簧的性能；

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述模具主體1的材質為碳素鋼或合金鋼。其他步驟和參數與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式利用復合材料矩形截面彈簧模具制備彈簧的方法按照以下步驟進行：

一、將螺旋環狀片體3組裝成模具主體1；

二、將模具主體1套設在圓柱芯管2外部；

三、將纖維材料纏繞在模具主體1上相鄰的螺旋環狀片體3的間隙內，纏繞過程中向纖維材料施加遠離模具主體1方向的拉力保持纖維材料處于拉伸狀態，同時在纏繞過程中向纖維材料的間隙內填充樹脂；

四、步驟三完成后，將內徑小于模具主體1外徑的硅膠套套設在模具主體1外部；

五、步驟四完成后進行樹脂固化和脫模，即完成復合材料矩形截面彈簧的制備。

本實施方式本發明具備以下有益效果：

本實施方式方法制備的復合材料矩形截面彈簧具有質量輕、高強度、高剛度的優點，在相同的密度條件下，本實施方式方法制備的復合材料彈簧剛度為27000n/m，是普通鋼彈簧剛度的4.6倍。當本實施方式方法制備的復合材料彈簧的剛度和普通鋼彈簧的剛度均為27000n/m時，且兩彈簧的尺寸相同時，本實施方式方法制備的與普通鋼彈簧質量比為7∶25；

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是：步驟三所述纖維材料為是碳纖維、芳綸纖或玻璃纖維。其他步驟和參數與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式三或四不同的是：步驟三所述在纏繞過程中向纖維材料的間隙內填充的樹脂為環氧樹脂。其他步驟和參數與具體實施方式三或四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式三至五之一不同的是：步驟三所述纏繞過程中向纖維材料施加遠離模具主體1方向的拉力為50～150n。其他步驟和參數與具體實施方式三至五之一相同。

采用以下實施例驗證本發明的有益效果：

實施例1：結合圖1至圖3說明本實施例；

本實施例復合材料矩形截面彈簧模具，該模具由圓柱芯管2和模具主體1構成；

所述模具主體1是由5個螺旋環狀片體3連接構成的螺旋體；所述螺旋環狀片體3上的兩個端面處于同一平面內，且該平面平行于螺旋環狀片體3的軸線；所述螺旋環狀片體3上的兩個端面的其中一個端面的中心設置有凸塊4，螺旋環狀片體3上的兩個端面的另一個端面的中心設置有與凸塊4間隙配合的凹坑5，相鄰的凸塊4與凹坑5構成卡槽結構以連接相鄰的螺旋環狀片體3；

所述模具主體1套設在圓柱芯管2外部；所述模具主體1的材質為合金鋼；

利用上述復合材料矩形截面彈簧模具制備彈簧的方法按照以下步驟進行：

一、將螺旋環狀片體3組裝成模具主體1；

二、將模具主體1套設在圓柱芯管2外部；

所述纖維材料為是碳纖維；所述為在纏繞過程中向纖維材料的間隙內填充的樹脂為環氧樹脂；所述纏繞過程中向纖維材料施加遠離模具主體1方向的拉力為100n；

四、步驟三完成后，將內徑小于模具主體1外徑的硅膠套套設在模具主體1外部；

五、步驟四完成后進行樹脂固化和脫模，即完成復合材料矩形截面彈簧的制備。

本實施例制備的碳纖維復合材料彈簧與鋼彈簧輕相比，在在剛度強度相同的條件下，比鋼彈簧輕40％，剪切模量比鋼彈簧高16％，制備過程中脫模時間為5分鐘；

本實施例復合材料矩形截面彈簧模具，該模具由圓柱芯管2和模具主體1構成；

實施例1：

本實施例復合材料矩形截面彈簧模具，該模具由圓柱芯管2和模具主體1構成；

所述模具主體1套設在圓柱芯管2外部；所述模具主體1的材質為合金鋼；