复合材料板簧的簧身结构及其生产方法和复合材料板簧与流程

本发明是涉及汽车悬架技术领域，特别是涉及一种复合材料板簧的簧身结构及其生产方法和复合材料板簧。

背景技术

目前，采用复合材料板簧代替传统钢板弹簧，主要利用复合材料疲劳寿命长的特性，疲劳寿命增加3-5倍，同时可使减重达60％以上，可有效降低悬架重量，降低油耗和污染物排放。

然而，采用一片复合材料板簧的簧身结构代替原有钢板多片簧片结构，由于复合材料的弹性模量相比钢板要小，在满足等刚度条件下，复合材料板簧的簧身厚度要大于钢板弹簧的簧片，钢板弹簧一般由4-6片等厚度的钢板堆叠而成，每片钢板厚度约9-12mm，因此钢板弹簧的厚度在40-80mm，用复合材料代替后，一般复合材料板簧的簧身的厚度大于30mm。簧身的厚度较厚，在成型时面临很多挑战，产品成品率较低，具体表现在：(1)复合材料板簧簧身的成型工艺主要有预浸料模压、缠绕、hp-rtm等工艺，复合材料板簧的簧身加工需要专用刀具，刀具价格较高，而且簧身加工时对刀具的磨损严重，增加了复合材料板簧的簧身的加工工作量和加工成本；(2)模压复合材料板簧的簧身由于厚度较厚，成型时，排气困难，容易在复合材料板簧的簧身内部形成微气孔，影响产品性能，而且气泡排除不充分时，就会造成复合材料板簧的簧身零件的报废，降低了簧身零件的产品合格率；(3)复合材料板簧的簧身在模压成型时，需要设计流道供气泡和多余树脂排出，传统生产复合材料板簧的簧身的工艺中，流道留在上表面或下表面，但是由于复合材料板簧的簧身厚度较厚，因此，很难把多余树脂和气泡排出干净，进而造成产品内部出现缺陷。

因此，需要一种新的合材料板簧的簧身结构，从而降低簧身的厚度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合材料板簧的簧身结构，其能够解决现有技术中复合材料板簧的簧身厚度过高、加工时排气困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料板簧的簧身结构，包括：簧身本体和凸台；其中，所述凸台设置在簧身本体的中心位置。

在一优选的实施方案中，上述凸台的厚度占簧身厚度的1/10-1/8。

上述凸台厚度不能太小，太小的话，多余的树脂和气泡无法全部排除；同时凸台厚度也不能太大，太大的话，会把过多的树脂排除，造成复合材料板簧簧身贫树脂，产品性能降低较大，无法满足使用要求。

在一优选的实施方案中，上述凸台的长度为1-2mm。

在一优选的实施方案中，上述簧身结构主要由玻璃纤维增强复合材料制成。

本发明的另一目的在于提供一种簧身结构的生产方法，所述簧身结构为任一项所述的簧身结构，该生产方法包括如下步骤：将玻璃纤维预浸料下料，裁切成片状结构，在预成型模具中，按照设计的铺层顺序一层层地放入，预压实形成预成型体；将得到的预成型体放入簧身模具中，合模加压固化；脱模后，把簧身本体中心位置的余量区通过机械加工去除，得到凸台设置在簧身本体的中心位置的簧身结构。

在一优选的实施方案中，上述预浸料是由玻璃纤维和树脂组成。

在一优选的实施方案中，上述簧身模具设有流道，所述凸台由流入簧身模具的流道内部的树脂形成。

在一优选的实施方案中，上述流道的位置设置在簧身本体的中部位置。

本发明的另一目的在于提供一种复合材料板簧，包括：金属接头和上述任一项所述的簧身结构；其中，其中所述金属接头固定于所述簧身结构的两端。

上述复合材料板簧可用于汽车悬架中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明中凸台相比整体簧身本体，厚度较小，簧身的厚度降低，机械加工时，仅切除凸台的余量区域，对专用刀具的磨损显著降低，减少了专用刀具的用量；目前，单个复合材料板簧簧身机械加工成本约30-50元，而仅加工纯树脂凸台余量，单个板簧簧身加工成本小于5元，降低了复合材料板簧的簧身的机械加工量和加工成本，有助于复合材料板簧的批量化应用，制成的板簧可用于商用汽车中。

(2)本发明将凸台布置在簧身本体的中心位置，可使得复合材料板簧的簧身成型时排气容易，不会在复合材料板簧的簧身内部形成微气孔，气泡排出充分，不会造成复合材料板簧的簧身零件的报废，提高了复合材料板簧的簧身的产品合格率，不会影响簧身的使用性能，有利于复合材料板簧的大批量应用；现有模压工艺复合材料板簧的簧身产品的合格率普遍在70％左右，成型时间约30分钟，采用本发明的方案后，复合材料板簧的簧身产品的合格率可提高到90％左右，成型时间缩短至15分钟，单个复合材料板簧的簧身成本可降低30％-35％。

(3)本发明将流道位置布置在簧身的中部位置，将多余树脂和气泡排出路径距离缩小一半，成型效率提高了一倍，更利于气泡的排出，可有效降低复合材料板簧的簧身的内孔隙率含量，进一步提高产品的合格率。

(4)在复合材料板簧簧身固化后，多余树脂会在模具上树脂流道位置固化，形成凸台，凸台长度较长，需要机械加工去除；但是，机械加工会存在公差(与理论值的偏差)，如设计没有凸台的复合材料板簧簧身，那么机械加工去除凸台时，会存在正负公差问题，当加工为正公差时，产品会带有凸台；当加工为负公差时，会加工到复合材料板簧簧身本体，增大了加工的工作量，提高了产品的成本；而本发明中上述凸台的长度为1-2mm，大于机加工的公差，无论加工的公差是正公差还是负公差，都不会加工到复合材料板簧的簧身本体，不会增加产品的加工成本。

(5)本发明的凸台成型后内部玻璃纤维极少，基本为纯树脂，由于玻璃纤维增强复合材料拉伸强度可达800mpa以上，而纯树脂强度仅80mpa，本发明复合材料板簧簧身的凸台设置在簧身中心位置，又根据板簧受力状态，树脂凸台位置的应力水平低，低于80mpa，避免了纯树脂凸台在使用过程中破坏脱落。

(6)总之，本发明通过合理地设置凸台位置和凸台尺寸，保证了凸台处的结构安全性，满足了模压工艺对复合材料板簧的簧身的特殊成型要求，减少了复合材料板簧簧身结构的加工量，有效的提高了产品的合格率，降低了产品的成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例2的复合材料板簧的簧身结构图；

图2是根据本发明实施例2的复合材料板簧的簧身截面图；

图3是根据本发明实施例2的板簧受力时截面的应力分布图；

图4是根据本发明实施例2的复合材料板簧的结构图。

主要附图标记说明：

1-簧身本体，2-凸台，3-簧身结构，4-金属接头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

将玻璃纤维预浸料下料，裁切成片状结构，在预成型模具中，按照设计的铺层顺序一层层地放入，预压实形成预成型体；将得到的预成型体放入簧身模具中，合模加压固化；脱模后，把簧身本体1中心位置的余量区通过机械加工去除，得到凸台2设置在簧身本体1的中心位置的簧身结构；其中，凸台由流入模具的流道内部的树脂形成，流道的位置设置在簧身的中部位置。

实施例2

如图1和图2所示，在一种具体实施方式中，本发明提供的一种复合材料板簧的簧身结构，包括：簧身本体1和凸台2；其中，所述凸台2设置在簧身本体1的中心位置。具体地，所述凸台2的厚度占簧身厚度的1/9；所述凸台的长度为1.5mm；所述簧身结构主要由玻璃纤维增强复合材料制成。

实施例3

如图4所示，在一种具体实施方式中，本发明提供的一种复合材料板簧，包括：簧身结构3和金属接头4；其中，金属接头4固定于簧身结构3的两端。

复合材料板簧的簧身结构3与金属接头4一起构成汽车悬架的板簧，板簧是主要连接车架与车轴的弹性元件，承受车架的全部载荷；在汽车行驶过程中，复合材料板簧的簧身结构3的受力状态可以等效成悬臂梁的弯曲，悬臂梁弯曲受力时，内部应力分布如图3所示，其中，m是结构承受的弯矩，σ是结构中的应力，x代表是结构中心轴。

通过图3可以看出，复合材料板簧的簧身本体1应力分布，中间应力水平最低，通常在设计复合材料板簧的簧身本体1时，考虑到材料的强度和安全系数，复合材料板簧的簧身本体1最大的应力水平一般不超过400mpa，那么按照复合材料板簧的簧身本体1应力分布规律，纯树脂凸台2(占整个簧身厚度的1/10-1/8)的应力水平为40mpa-50mpa，小于树脂的强度80mpa，因此，凸台2是安全的，在使用过程中不会脱落损伤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。