整体式金属-复合材料传动轴及其成型工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车零部件设计与制造领域，具体涉及整体式金属-复合材料传动轴及其成型工艺。
【背景技术】
[0002]目前，随着排放标准的提高和节能减排的压力日益增大，国内外汽车制造商都注重对车身进行减重。在众多车身减重的措施中，采用比强度和比模量高的新材料就是一项有效的减重措施。如大量金属、高强钢、碳纤维复合材料等高强度材料正在应用于汽车结构的设计与制造。
[0003]实践证明:采用碳纤维复合材料能最大幅度降低车身结构重量。同时碳纤维复合材料在汽车传动轴方面能够成功应用，传统缠绕工艺成型的碳纤维复合材料汽车传动轴采用了纯碳纤维复合材料虽然减重明显，但是由于复合材料的脆性和树脂的表面硬度低，所以抗沙石侵蚀、耐磨性能差。同时，如果采用纯碳纤维复合材料车身将使制造成本大大提尚O
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供在有效控制成本的同时，能够综合发挥金属材料和碳纤维复合材料的性能优点，抗沙石侵蚀、耐磨性能好的整体式金属-复合材料传动轴及其成型工艺。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]整体式金属-复合材料传动轴，包括传动轴轴管及和传动轴轴管两端连接的钢轭，所述传动轴轴管从内至外依次为碳纤维织物层、玻璃纤维织物层及金属管。
[0007]所述碳纤维织物层、玻璃纤维织物层及金属管固化胶接成一体。
[0008]所述传动轴轴管两端端部和钢轭连接，所述传动轴轴管两端端部外表面设有齿槽和钢轭内壁所设轴向凸起相配合。
[0009]整体式金属-复合材料传动轴的成型工艺，具体工艺过程为:
[0010](I)固化成型工艺；采用热膨胀组合模在加热烘箱内实现传动轴轴管的固化成型；
[0011](2)机加工和装配工艺；对传动轴轴管两端进行机加工后，传动轴轴管和钢轭进行连接。
[0012]固化成型工艺具体过程为:
[0013]在热膨胀组合模外表面上涂上脱模剂或者硅油，再贴上一层脱模织物；
[0014]然后在热膨胀组合模上依次铺贴浸渍有树脂胶液的碳纤维织物、浸渍有树脂胶液的玻璃纤维织物，并使浸渍有树脂胶液的玻璃纤维织物和碳纤维织物紧贴在热膨胀组合模上;
[0015]将贴有脱模织物、碳纤维织物和玻璃纤维织物的热膨胀组合模塞入金属管放入烘箱中进行加热固化；
[0016]热膨胀组合模在烘箱中受热膨胀，使碳纤维织物、玻璃纤维织物紧紧贴在金属管内壁上，使碳纤维织物、玻璃纤维织物和金属管加热固化胶接成一体；
[0017]冷却后，在脱模剂或硅油及脱模织物的隔离作用下，取出热膨胀组合模，撕下脱模织物，即完成金属-复合材料传动轴轴管的固化成型。
[0018]所述树脂胶液由环氧树脂和环氧树脂固化剂混合构成，环氧树脂和环氧树脂固化剂的质量配比为10:2_3。
[0019]贴有脱模织物、碳纤维织物和玻璃纤维织物的热膨胀组合模和金属管在烘箱中加热固化温度为80_100°C，加热固化时间为4-6小时。
[0020]所述热膨胀组合模由铝制芯模及设于铝制芯模外部的硅橡胶软模构成。
[0021]所述脱模织物为聚酯脱模布或涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维织物。
[0022]机加工和装配工艺中，在传动轴轴管两端端部表面加工和钢轭内壁所设轴向凸起进行插接的齿槽。
[0023]本发明的优点在于:整体式金属-复合材料传动轴及其成型工艺，传动轴轴管由碳纤维复合材料与金属管通过共固化工艺成型，能有效地减少传动轴的重量；金属管能防止湿气对内层复合材料管的侵蚀；与复合材料相比，金属有更加优异的耐磨性、抗沙石侵蚀性能，传动轴抗沙石侵蚀、耐磨性能好；在有效控制成本的同时，能综合发挥金属材料和碳纤维复合材料的性能优点。
【附图说明】
[0024]下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0025]图1为本发明整体式金属-复合材料传动轴的结构示意图。
[0026]图2为本发明整体式金属-复合材料传动轴轴管和钢轭的连接结构示意图。
[0027]图3为图2中A部分的局部放大图。
[0028]图4为本发明整体式金属-复合材料传动轴轴管的截面示意图。
[0029]图5为图4的侧视图。
[0030]图6为本发明整体式金属-复合材料传动轴的成型工艺使用的热膨胀组合模的结构示意图。
[0031]上述图中的标记均为:
[0032]1、传动轴轴管，2、钢轭，3、齿槽，4、轴向凸起，5、碳纤维织物层，6、玻璃纤维织物层，7、金属管，8、铝制芯模，9、硅橡胶软膜。
【具体实施方式】
[0033]下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0034]如图1-图5所示，整体式金属-复合材料传动轴，包括传动轴轴管I及和传动轴轴管I两端连接的钢轭2，传动轴轴管I从内至外依次为碳纤维织物层5、玻璃纤维织物层6及金属管7。
[0035]金属管7为铝合金管或钢管等金属材料管。
[0036]碳纤维织物层5、玻璃纤维织物层6及金属管7固化胶接成一体。
[0037]传动轴轴管I两端端部和钢轭2连接，传动轴轴管I两端端部外表面设有齿槽3和钢轭内壁所设轴向凸起4相配合。
[0038]整体式金属-复合材料传动轴由金属的钢轭2和复合材料的传动轴轴管I构成。其中，传动轴轴管I为复合式结构，由内层碳纤维复合材料和金属管7固化工艺成型。钢轭2内表面和传动轴轴管I外表面设计成纵向齿槽式结构，通过啮合进行连接。具体见于图1_3 ο
[0039]整体式金属-复合材料传动轴，选择折中方案，采用碳纤维复合材料与金属材料(如钢材、金属)进行复合设计，利于控制成本，实现碳纤维复合材料与金属轴管共固化来加强传动轴轴管1，将金属轴管与钢轭2设计成凸起和齿槽咬合结构来传递载荷；综合了金属材料和碳纤维复合材料的性能优点，不仅重量较轻，且外层金属管7能防止湿气对内层复合材料管的侵蚀。
[0040]结合图1-图6，整体式金属-复合材料传动轴的成型工艺，具体工艺过程为:
[0041](I)固化成型工艺；采用热膨胀组合模在加热烘箱内实现传动轴轴管I的固化成型；
[0042](2)机加工和装配工艺；对传动轴轴管I两端进行机加工后，传动轴轴管I和钢轭2进行连接。
[0043]金属为铝合金或钢等金属，金属管7为铝合金管或钢管等。
[0044]固化成型工艺具体过程为:
[0045]在热膨胀组合模外表面上涂上脱模剂或者硅油，再贴上一层脱模织物，以方便后续的脱模；