[发明专利]三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法

说明书

本发明提供一种三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，包含如下步骤：先使用可纺可编织纤维，在可弯曲的条形的芯模外表面上以三维编织工艺编织出三维编织管，得到条形预成型体；然后将条形预成型体置入内模与外模之间形成的螺旋状空间内；接下来在所述螺旋状空间内应用VARTM(真空辅助树脂传递模塑)工艺注射基体材料，并通过加温加压使所述基体材料与所述三维编织管固化为复合材料螺旋弹簧；最后去除螺旋弹簧内的芯模，得到三维编织复合材料空心螺旋弹簧。本发明制作的三维编织复合材料空心螺旋弹簧，兼具复合材料螺旋弹簧所具有的轻量化、抗疲劳、耐腐蚀、耐冲击等既有优点，又进一步地提高了其轻量化、弹簧刚度等性能。

技术领域

本发明涉及一种复合材料螺旋弹簧的制作方法。

背景技术

随着工业技术的进步，复合材料已经在航空航天、交通运输、机械、建筑等领域得到了广泛应用，由其制成的弹簧，包括板簧、螺旋弹簧等也已在汽车、高铁等大量应用，其中板簧由于设计、制作加工工艺简单而应用更为广泛，为提高能源效率、轻量化、降低全寿命成本等方面取得了较大成效。而螺旋弹簧则由于各种因素制约，发展的相对缓慢，已有的产品和研究成果也并未很好地发挥复合材料的综合优势。

随着技术的进步，三维编织技术得到了进一步发展，三维编织复合材料也逐渐克服了成本高、工期长、生产效率低、工艺复杂、性能不稳定等缺陷，越来越多地被认识、接受，并发挥了高力学性能、可设计性强、抗冲击、耐损伤、耐高温、近净成型、适用于RTM(树脂传递模塑)等OoA(非热压罐)低成本复合工艺等特长，取得了良好的应用效果。

复合材料螺旋弹簧可以替代金属螺旋弹簧，在各个工业领域广泛应用，具有轻量化、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温等优点。然而，以往的复合材料螺旋弹簧，多用单向纤维或单向纤维外覆二维编织布或二维编织套制作，因此簧丝基本均呈实心形态。一般研究认为，沿簧丝方向+/-45度方向的纤维会有助于提升弹簧性能，且越靠近簧丝中心，纤维的效能越小。因此有些螺旋弹簧在表面贴敷具有一定角度的编织布或二维编织套，可部分提高性能和表观效果，但性能提升有限，且由于各部分之间仍存在力学性能不匹配，所以仍会存在易分层、抗冲击性差、寿命短等弱点，且提高了工艺复杂度。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，使其制作出来的空心弹簧兼具复合材料螺旋弹簧所具有的轻量化、抗冲击、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温的既有优点，而且其轻量化、弹簧刚度性能更高。

本发明采用的技术方案如下：

一种三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，其特征是包含如下步骤：

一、使用可纺可编织纤维，在可弯曲的条形的芯模外表面上以三维编织工艺编织出三维编织管，以所述芯模与所述三维编织管构成条形预成型体；

二、将条形预成型体置入内模与外模之间形成的螺旋状空间内；

三、使所述螺旋状空间形成真空；在真空辅助条件下，在所述螺旋状空间内注射基体材料，然后通过加温加压使所述基体材料与所述三维编织管固化为复合材料螺旋弹簧；

四、打开外模、退出内模，得到带芯模的复合材料螺旋弹簧；

五、去除芯模，得到三维编织复合材料空心螺旋弹簧。

所述的三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，其中：所述芯模以可熔材料、可溶材料或气囊制成，所述可熔材料的熔点高于基体材料的固化温度，并低于所述基体材料的软化温度。

所述的三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，其中：所述内模的外侧面上以及/或所述外模的内表面上设有螺旋状的成型槽，以形成所述螺旋状空间。

本发明还提供一种三维编织复合材料空心螺旋弹簧的制作方法，其特征是包含如下步骤：