CN102537165B - 一种纤维复合材料板式弹簧及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维复合材料板式弹簧，包括：板式弹簧本体，由一中央矩形段及位于所述中央矩形段两端的两个端部段组成，所述端部段的宽度向远离所述中央矩形段的方向逐渐变窄；板式弹簧加强层，所述板式弹簧加强层与所述板式弹簧本体的材质相同，包括覆设于所述板式弹簧本体的上表面或下表面的加强层本体，和位于所述加强层本体两侧的增强段，所述增强段的宽度不小于所述板式弹簧本体的厚度，长度不小于所述板式弹簧本体侧面的长度，所述增强段覆设于所述板式弹簧本体的两侧。本发明防止了端部斜切处断裂纤维层的裸露，有效地避免了端部斜切裂纹及纤维折曲，大大提高了板簧的承载能力。本发明还公开了一种纤维复合材料板式弹簧制作工艺。
Description
技术领域
本发明涉及板式弹簧技术领域，特别涉及一种纤维复合材料板式弹簧及其制造工艺。
背景技术
板式弹簧为不少于1片的弹簧钢叠加组合而成的板状弹簧，依靠板与板之间的摩擦力而具有较高的缓冲和减振性能，多用于汽车悬架的减震，被广泛应用于各种车辆，如商用车(客车、货车等)、越野车及轨道车辆等。
长久以来，弹簧钢制成的板式弹簧已广为人知。弹簧钢制板式弹簧的制造成本较为低廉，并具有较好的车辆减震效果，但该板式弹簧自重大且“安全断裂性”差，直接导致燃料消耗的增加及安全性能下降。
目前，同样广为人知的还有纤维复合材料制成的板式弹簧。从上世纪八十年代开始，纤维复合材料板式弹簧得到了广泛应用。与同类钢制板式弹簧相比，纤维复合材料板式弹簧具有重量轻、弹性应变大、比应变能高、疲劳寿命长及“安全断裂性”好的特点。
纤维复合材料板式弹簧主要由合成树脂浸渍的玻璃纤维或碳纤维制成。目前，大多数纤维复合材料制成的板式弹簧在结构上可分为吊耳式与无吊耳式两类。吊耳式板式弹簧通常在板式弹簧的端部设计带有开口的钩环，用于容纳板式弹簧固定在汽车底盘上的销栓。吊耳式板式弹簧主要通过结构上耗费的压模或成型后的切开钻孔来实现。无吊耳式板式弹簧主要通过扣件或夹具与汽车底盘进行连接固定。纤维复合材料板式弹簧通常通过板式弹簧成型前或成型后的端部段斜切制成，即在板式弹簧硬化后切成各式相应的形状。
公开号为EP0489304的欧洲专利公开了一种纤维复合材料制成的板式弹簧，该板簧为弓形结构，轴线端部段设有将板式弹簧连接或固定在汽车底盘的吊耳，该吊耳通过端部段的一个孔洞与板簧衔接。在该板式弹簧中，端部的孔洞采用切开纤维进行结构开口或钻孔实现。该板簧的端部孔洞处在外界荷载下往往引起周围区域的应力集中，从而降低板簧的强度，极易引发冲孔处裂纹的出现。
公开号为DE102004010768的德国专利公开了一种由纤维复合材料制成的板式弹簧。该板式弹簧由等厚的中央纵向段与轴向端部段组成，其中轴向端部段在宽度上逐渐变细，并且其纤维不间断地从板簧一端部延伸到另一端部。该方案将轴向端部树脂浸渍的纤维层设计成V形结构，通过挤压、合拢、固化，制成端部段，替代了板式弹簧在其轴向端部段的斜切或修剪工序。该板簧避免了端部斜切或修剪引发的层间开裂，但由于端部V形挤压区的纤维无法充分地纵向定向延伸，造成纤维折曲，大大降低了板式弹簧的载荷能力。
如何克服纤维复合材料板式弹簧由于端部冲孔或斜切而导致的裂纹缺陷及纤维折曲的现象，称为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纤维复合材料板式弹簧，以克服纤维复合材料板式弹簧由于端部冲孔或斜切而导致的裂纹缺陷及纤维折曲的现象。
本发明的另一目的在于提供一种制造上述纤维复合材料板式弹簧的克服纤维复合材料板式弹簧由于端部冲孔或斜切而导致的裂纹缺陷及纤维折曲的现象的制造工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纤维复合材料板式弹簧，包括：
板式弹簧本体，由一中央矩形段及位于所述中央矩形段两端的两个端部段组成，所述端部段的宽度向远离所述中央矩形段的方向逐渐变窄；
板式弹簧加强层，所述板式弹簧加强层与所述板式弹簧本体的材质相同，包括覆设于所述板式弹簧本体的上表面或下表面的加强层本体，和位于所述加强层本体两侧的增强段，所述增强段的宽度不小于所述板式弹簧本体的厚度，长度不小于所述板式弹簧本体侧面的长度，所述增强段覆设于所述板式弹簧本体的两侧。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧中，所述板式弹簧本体由预制的多个第一预浸料层以叠加铺设的形式置于模具内压制而成。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧中，所述第一预浸料层由与所述中央矩形段形状相同的第一中间段及与所述端部段形状相同的第一斜切段构成。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧中，所述板式弹簧加强层由预制的至少一个第二预浸料层以叠加铺设的形式压制于所述板式弹簧本体上。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧中，所述第二预浸料层由与所述中央矩形段形状相同的第二中间段、与所述端部段形状相同的第二斜切段及所述增强段构成，所述增强段与所述第二中间段为一体式结构。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧中，所述增强段外伸于所述第二中间段部分的长度与所述第二斜切段的斜边长度相等。
一种纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，包括步骤：
1）准备与纤维复合材料板式弹簧规格相同的板式弹簧本体，所述板式弹簧本体由一中央矩形段及位于所述中央矩形段两端的两个端部段组成，所述端部段的宽度向远离所述中央矩形段的方向逐渐变窄；
2）准备与所述板式弹簧本体材质相同的板式弹簧加强层，所述板式弹簧加强层包括与所述板式弹簧本体形状相同的加强层本体，和位于所述加强层本体两侧的增强段，所述增强段的宽度不小于所述板式弹簧本体的厚度，长度不小于所述板式弹簧本体侧面的长度；
3）将所述板式弹簧加强层的加强层本体覆盖于所述板式弹簧本体的上表面或下表面，并将所述增强段沿所述板式弹簧本体的厚度方向两侧翻转包裹。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧的制造工艺中，所述步骤1）之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪多个第一预浸料层，并将多个第一预浸料层以叠加铺设的形式置于模具内压制而成；
所述第一预浸料层由与所述中央矩形段形状相同的第一中间段及与所述端部段形状相同的第一斜切段构成。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧的制造工艺中，所述步骤2）之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪至少一个第二预浸料层，并所述第二预浸料层以叠加铺设的形式压制于所述板式弹簧本体的上表面或下表面上；
所述第二预浸料层由与所述中央矩形段形状相同的第二中间段、与所述端部段形状相同的第二斜切段及所述增强段构成，所述增强段与所述第二中间段为一体式结构。
优选地，在上述纤维复合材料板式弹簧的制造工艺中，所述增强段外伸于所述第二中间段部分的长度与所述第二斜切段的斜边长度相等。
从上述的技术方案可以看出，本发明通过在板式弹簧本体的上表面或下表面铺设至少一层板式弹簧加强层，该板式弹簧加强层的加强层本体直接铺设在上表面或下表面上，增强段覆设于所述板式弹簧本体的两侧。由于增强段的宽度不小于板式弹簧本体的厚度，因此可以完全覆盖住板式弹簧本体侧面的厚度方向；结合增强段的长度不小于板式弹簧本体侧面的长度，因此可以完全覆盖住板式弹簧本体侧面，相当于在端部段的斜切部位外围引入了连续的纤维层，防止了端部斜切处断裂纤维层的裸露，有效地避免了端部斜切裂纹及纤维折曲，大大提高了板簧的承载能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的纤维复合材料板式弹簧的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一预浸料层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第二预浸料层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第一预浸料层和第二预浸料层铺设后的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种纤维复合材料板式弹簧，以克服纤维复合材料板式弹簧由于端部冲孔或斜切而导致的裂纹缺陷及纤维折曲的现象。
本发明的另一核心在于提供一种制造上述纤维复合材料板式弹簧的克服纤维复合材料板式弹簧由于端部冲孔或斜切而导致的裂纹缺陷及纤维折曲的现象的制造工艺。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的纤维复合材料板式弹簧的结构示意图；图2为本发明实施例提供的第一预浸料层的结构示意图图3为本发明实施例提供的第二预浸料层的结构示意图；图4为本发明实施例提供的第一预浸料层和第二预浸料层铺设后的结构示意图。
本发明实施例提供的纤维复合材料板式弹簧1，包括板式弹簧本体和板式弹簧加强层。
其中，板式弹簧本体为本发明的主体部分，其形状与纤维复合材料板式弹簧的形状相同，起到主要的缓冲和减振功能。板式弹簧本体由一中央矩形段2及位于中央矩形段2两端的两个端部段3组成，端部段3的宽度向远离中央矩形段2的方向逐渐变窄，该板式弹簧本体在外形上呈等厚的圆弧结构。
板式弹簧加强层与板式弹簧本体的材质相同，均是由纤维复合材料制成，其包括覆设于板式弹簧本体的上表面或下表面的加强层本体，和位于加强层本体两侧的增强段8，增强段8的宽度不小于板式弹簧本体的厚度，长度不小于板式弹簧本体侧面的长度，增强段8覆设于板式弹簧本体的两侧。
本发明通过在板式弹簧本体的上表面或下表面铺设至少一层板式弹簧加强层，该板式弹簧加强层的加强层本体直接铺设在上表面或下表面上，增强段覆设于板式弹簧本体的两侧。由于增强段的宽度不小于板式弹簧本体的厚度，因此可以完全覆盖住板式弹簧本体侧面的厚度方向；结合增强段的长度不小于板式弹簧本体侧面的长度，因此可以完全覆盖住板式弹簧本体侧面，相当于在端部段的斜切部位外围引入了连续的纤维层，连续不间断的纤维层将斜切层包裹其中，防止了端部斜切处断裂纤维层的裸露，有效地避免了端部斜切裂纹及纤维折曲，大大提高了板簧的承载能力。
上述实施例公开的纤维复合材料板式弹簧，是由板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合而成，本领域技术人员可以理解的是，在保证纤维复合材料板式弹簧厚度的情况下，可以采用一组板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元，也可采用多组板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元的叠加，本发明不做限定。
如图2所示，在本实施例中，板式弹簧本体由预先制造的多个第一预浸料层4以叠加铺设的形式置于模具内压制而成。第一预浸料层4可由同一连续无尽的预浸料下切割裁剪，使其纤维不经切断地从板簧的一个端部段延伸到另一端部段。
第一预浸料层4由与中央矩形段2形状相同的第一中间段6及与端部段3形状相同的第一斜切段7构成。多个第一预浸料层4叠加铺设时，应保证各个第一预浸料层4的第一中间段6和第一斜切段7相互对齐。
如图3所示，板式弹簧加强层由预先制造的的至少一个第二预浸料层5以叠加铺设的形式压制于板式弹簧本体上。第二预浸料层5可由同一连续无尽的预浸料下切割裁剪，使其纤维不经切断地从板簧的一个端部段延伸到另一端部段。
在本实施例中，第二预浸料层5由与中央矩形段2形状相同的第二中间段9、与端部段3形状相同的第二斜切段10及增强段8构成，增强段8与第二中间段9为一体式结构。第二预浸料层5为在两端中间位置裁剪出第二斜切段10，使得增强段8的两端伸出，并与第二斜切段10具有三角形凹槽。增强段8外伸于第二中间段9部分的长度与第二斜切段10的斜边长度相等，以保证外伸于第二中间段9的增强段8能够完全覆盖住第二斜切段10的斜边。
本发明实施例提供的纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，包括步骤：
1）准备与纤维复合材料板式弹簧规格相同的板式弹簧本体，即将已经制作好的板式弹簧本体准备好，以等待后续加工，板式弹簧本体为上述实施例公开的纤维复合材料板式弹簧的板式弹簧本体；
2）准备与板式弹簧本体材质相同的板式弹簧加强层，板式弹簧加强层包括与板式弹簧本体形状相同的加强层本体，和位于加强层本体两侧的增强段8，增强段8的宽度不小于板式弹簧本体的厚度，长度不小于板式弹簧本体侧面的长度，将具有上述特征的板式弹簧加强层准备好，以等待后续加工；
3）将板式弹簧加强层的加强层本体覆盖于板式弹簧本体的上表面或下表面，并将增强段8沿板式弹簧本体的厚度方向两侧翻转包裹，相当于在板式弹簧本体的端部斜切部位外围引入了连续的纤维层，将斜切后的端部断裂纤维层包裹在内部，防止了端部斜切处断裂纤维层的裸露，有效地避免了端部斜切裂纹及纤维折曲，大大提高了板簧的承载能力。
上述实施例公开的纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，是将板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合，本领域技术人员可以理解的是，在保证纤维复合材料板式弹簧厚度的情况下，可以采用一组板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元，即一次复合便得到相应厚度的纤维复合材料板式弹簧；也可采用多组板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元的叠加，即通过采用上述工艺复合几组板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元，然后将相应的板式弹簧本体和板式弹簧加强层复合单元进行复合，得到相应厚度的纤维复合材料板式弹簧，具体何种复合方式，本发明不做限定。
为了进一步优化上述技术方案，在步骤1之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪多个第一预浸料层4，并将多个第一预浸料层4以叠加铺设的形式置于模具内压制而成。其中，第一预浸料层4由与中央矩形段2形状相同的第一中间段6及与端部段3形状相同的第一斜切段7构成。
为了进一步优化上述技术方案，在步骤2之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪至少一个第二预浸料层5，并第二预浸料层5以叠加铺设的形式压制于板式弹簧本体的上表面或下表面上。其中，第二预浸料层5由与中央矩形段2形状相同的第二中间段9、与端部段3形状相同的第二斜切段7及增强段8构成，增强段8与第二中间段9为一体式结构。增强段8外伸于第二中间段9部分的长度与第二斜切段7的斜边长度相等，以保证外伸于第二中间段9的增强段8能够完全覆盖住第二斜切段10的斜边。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，包括：
板式弹簧本体，由一中央矩形段（2）及位于所述中央矩形段（2）两端的两个端部段（3）组成，所述端部段（3）的宽度向远离所述中央矩形段（2）的方向逐渐变窄；
至少一层板式弹簧加强层，所述板式弹簧加强层与所述板式弹簧本体的材质相同，包括覆设于所述板式弹簧本体的上表面或下表面的加强层本体，和位于所述加强层本体两侧的增强段（8），所述增强段（8）的宽度不小于所述板式弹簧本体的厚度，长度不小于所述板式弹簧本体侧面的长度，所述增强段（8）覆设于所述板式弹簧本体的两侧。
2.如权利要求1所述的纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，所述板式弹簧本体由预制的多个第一预浸料层（4）以叠加铺设的形式置于模具内压制而成。
3.如权利要求2所述的纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，所述第一预浸料层（4）由与所述中央矩形段（2）形状相同的第一中间段（6）及与所述端部段（3）形状相同的第一斜切段（7）构成。
4.如权利要求1所述的纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，所述板式弹簧加强层由预制的至少一个第二预浸料层（5）以叠加铺设的形式压制于所述板式弹簧本体上。
5.如权利要求4所述的纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，所述第二预浸料层（5）由与所述中央矩形段（2）形状相同的第二中间段（9）、与所述端部段（3）形状相同的第二斜切段（10）及所述增强段（8）构成，所述增强段（8）与所述第二中间段（9）为一体式结构。
6.如权利要求5所述的纤维复合材料板式弹簧，其特征在于，所述增强段（8）外伸于所述第二中间段（9）部分的长度与所述第二斜切段（10）的斜边长度相等。
7.一种纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，其特征在于，包括步骤：
1）准备与纤维复合材料板式弹簧规格相同的板式弹簧本体，所述板式弹簧本体由一中央矩形段（2）及位于所述中央矩形段（2）两端的两个端部段（3）组成，所述端部段（3）的宽度向远离所述中央矩形段（2）的方向逐渐变窄；
2）准备与所述板式弹簧本体材质相同的板式弹簧加强层，所述板式弹簧加强层包括与所述板式弹簧本体形状相同的加强层本体，和位于所述加强层本体两侧的增强段（8），所述增强段（8）的宽度不小于所述板式弹簧本体的厚度，长度不小于所述板式弹簧本体侧面的长度；
3）将所述板式弹簧加强层的加强层本体覆盖于所述板式弹簧本体的上表面或下表面，并将所述增强段（8）沿所述板式弹簧本体的厚度方向两侧翻转包裹。
8.如权利要求7所述的纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，其特征在于，所述步骤1）之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪多个第一预浸料层（4），并将多个第一预浸料层（4）以叠加铺设的形式置于模具内压制而成；
所述第一预浸料层（4）由与所述中央矩形段（2）形状相同的第一中间段（6）及与所述端部段（3）形状相同的第一斜切段（7）构成。
9.如权利要求8所述的纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，其特征在于，所述步骤2）之前还包括步骤：由预浸料下切割裁剪至少一个第二预浸料层（5），并所述第二预浸料层（5）以叠加铺设的形式压制于所述板式弹簧本体的上表面或下表面上；
所述第二预浸料层（5）由与所述中央矩形段（2）形状相同的第二中间段（9）、与所述端部段（3）形状相同的第二斜切段（10）及所述增强段（8）构成，所述增强段（8）与所述第二中间段（9）为一体式结构。
10.如权利要求9所述的纤维复合材料板式弹簧的制造工艺，其特征在于，所述增强段（8）外伸于所述第二中间段（9）部分的长度与所述第二斜切段（10）的斜边长度相等。
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