一種纖維復(fù)合材料汽車傳動軸的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車零部件制造領(lǐng)域，尤其設(shè)計一種纖維復(fù)合材料(FRP)汽車傳動軸的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳動軸是汽車傳動系統(tǒng)中傳遞動力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅(qū)動橋一起將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動力。研宄表明，傳動系統(tǒng)自身運(yùn)轉(zhuǎn)將消耗掉發(fā)動機(jī)產(chǎn)生能量的17-22%，這些能量消耗主要由傳動系統(tǒng)的重量較大造成的，因此減少傳動系統(tǒng)重量將會提升發(fā)動機(jī)能量利用效率。
[0003]纖維復(fù)合材料由于輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被用作汽車輕量化的材料。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的文獻(xiàn)和專利對于纖維復(fù)合材料汽車傳動軸進(jìn)行了介紹和研宄，比如中國公開專利CN103322012A就介紹了傳動軸和傳動軸組件及其制備方法，中國公開專利CN 101112795A也介紹了傳動軸的制造步驟和方法。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:但是對于纖維復(fù)合材料汽車傳動軸的制造過程，將制備得到的纖維復(fù)合材料套筒從芯模上脫模是其中一大難點(diǎn)，采用可敲碎芯模的話，每次都要將其進(jìn)行敲碎，不僅浪費(fèi)芯模，而且無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)。采用硬紙管芯模的話，樹脂會粘在芯模上，難以脫模。另外，由于傳動軸最重要的作用是進(jìn)行力的傳遞，因此提高纖維復(fù)合材料套筒與萬向節(jié)叉及花滑叉等周圍組件的連接力，滿足扭轉(zhuǎn)作用也是纖維復(fù)合材料汽車傳動軸設(shè)計和制造過程中需要重點(diǎn)考慮的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種纖維復(fù)合材料套筒可以方便的從芯模上脫模，并且芯模可以重復(fù)使用，滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求的纖維復(fù)合材料汽車傳動軸的制備方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種纖維復(fù)合材料汽車傳動軸的制備方法，包括如下過程:
[0007]I)選取金屬筒作為芯模，
[0008]2)在金屬筒外纏繞纖維復(fù)合材料，形成纖維復(fù)合材料套筒；
[0009]3)在纏繞好的纖維復(fù)合材料套筒外裹上保護(hù)層，并將其放置于高溫中進(jìn)行固化；
[0010]4)固化后的纖維復(fù)合材料套筒及芯模放置到室溫中冷卻，除去纖維復(fù)合材料套筒外的保護(hù)層；
[0011]5)將纖維復(fù)合材料套筒及芯模在低溫下放置一段時間后進(jìn)行脫模；
[0012]6)將脫模后的纖維復(fù)合材料套筒內(nèi)外壁涂上結(jié)構(gòu)膠，塞入加工好的萬向節(jié)叉中，結(jié)構(gòu)膠固化后即可得到纖維復(fù)合材料汽車傳動軸。
[0013]金屬筒在纏繞纖維復(fù)合材料之前需在金屬筒表面涂脫模劑。
[0014]選取金屬筒作為芯模后，需對金屬筒表面進(jìn)行打磨，并采用丙酮對打磨后的金屬筒進(jìn)行清洗。
[0015]通過有限元分析軟件，選定合適的樹脂體系和纖維；并通過有限元分析軟件設(shè)計纖維復(fù)合材料套筒的鋪層角度、鋪層順序，確定纖維復(fù)合材料套筒的內(nèi)外徑工藝參數(shù)。
[0016]在第2步中，纏繞時在金屬筒兩端預(yù)留纖維復(fù)合材料過渡區(qū)。
[0017]對第5步脫模后的纖維復(fù)合材料套筒的纖維復(fù)合材料過渡區(qū)進(jìn)行切除，得到規(guī)定的纖維復(fù)合材料套筒。
[0018]對第5步脫模后的纖維復(fù)合材料套筒表面進(jìn)行打磨拋光處理。
[0019]第3步的保護(hù)層從內(nèi)到外為可收縮隔離膜、透氣氈和真空袋薄膜，所述可收縮隔離膜為帶孔的可收縮隔離膜。
[0020]所述金屬筒的熱膨脹系數(shù)大于20X 10-6/K，優(yōu)選鋁及其合金。
[0021]固化溫度高于100°C，第5步中的低溫為-30°C -0°C。
[0022]樹脂可以為環(huán)氧樹脂、不飽和聚醋、乙稀基樹脂中的一種。樹脂的粘度范圍為0.5-15pa *s，優(yōu)選l_5pa *s，樹脂的固化溫度高于100。。，優(yōu)選120。。-160。。。樹脂體系固化后得到的材料要有優(yōu)良的低溫沖擊韌性；樹脂的試用期要高于2小時，優(yōu)選高于5小時的樹脂。
[0023]纖維為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維中的一種或者是幾種纖維的組合體。
[0024]芯模表面采用砂紙進(jìn)行打磨，分多次打磨過程。采用丙酮對打磨后的套筒進(jìn)行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘。砂紙打磨工藝可以采用多次打磨，首先采用400目或者是600目的砂紙進(jìn)行打磨，之后逐漸過渡到2000目的砂紙進(jìn)行打磨。
[0025]結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度要高于20MPa，優(yōu)選高于25MPa。
[0026]有限元分析軟件確定的鋪層角度、鋪層順序?yàn)?從芯軸一端開始纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°?45°，纏繞到另一端后取向角度從15°?45°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式直到纏繞到規(guī)定的厚度。該角度范圍纖維復(fù)合材料套筒固化效果最好，形成的纖維復(fù)合材料套筒強(qiáng)度最高。
[0027]上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果，采用纏繞的方式將纖維及樹脂纏繞到芯模上，并高溫固化成型。由于纖維復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬的熱膨脹系數(shù)，因此可以利用較大溫差下，纖維復(fù)合材料及金屬不同的熱膨脹性能，在較低溫度下通過熱脹冷縮的原理進(jìn)行脫模，最后將套筒用結(jié)構(gòu)膠粘接到重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的萬向節(jié)叉上，最終得到滿足要求的質(zhì)量輕，性能優(yōu)的FRP汽車傳動軸。纖維復(fù)合材料套筒可以方便的從芯模上脫模，并且可以重復(fù)使用，滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求。另外制備得到的纖維復(fù)合材料汽車傳動軸可以很牢固的與傳動軸組件連接，滿足力的傳遞要求。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提供的纖維復(fù)合材料汽車傳動軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]上述圖中的標(biāo)記均為:1、纖維復(fù)合材料套筒，2、萬向節(jié)叉筒上薄壁，3、萬向節(jié)叉筒下薄壁，4、萬向節(jié)叉安裝口。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031]具體采用的方案中:下面實(shí)例中制備使用的樹脂體系為北京航空材料研宄院的5222環(huán)氧樹脂以及固化劑，纖維為中復(fù)神鷹3K的T300單向碳纖維絲。所述的芯模金屬材料為6061-T6鋁合金。所述的結(jié)構(gòu)膠牌號為漢高樂泰EA9394。實(shí)例中，復(fù)合材料傳動軸套筒的厚度為6_，萬向節(jié)叉筒薄壁厚度為5_。
[0032]實(shí)例一
[0033](I)準(zhǔn)備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0034](2)對鋁合金芯模進(jìn)行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進(jìn)行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0035](3)將芯模裝上纏繞機(jī)，將預(yù)浸5222環(huán)氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區(qū)，纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°，纏繞到距離另外一個頂端5cm后取向角度從15°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式只到纏繞的厚度為6mm ；
[0036](4)在纏繞好的套筒上裹上兩層帶孔的可收縮隔離膜，之后再裹上一層透氣氈和一層真空袋薄膜，并將其放置于150°C的熱壓罐中進(jìn)行固化；
[0037](5)固化后的套筒及芯模放置到自然環(huán)境中冷卻，除去套筒表面的隔離膜、透氣氈以及真空袋薄膜。之后在-20°C下放置5-10min后進(jìn)行脫模，由于熱脹冷縮及脫模劑的作用，芯?？梢暂p松的從纖維復(fù)合材料套筒中拿出；
[0038](6)切除兩端各5cm的過渡區(qū)，得到規(guī)定要求的FRP套筒，對套筒表面進(jìn)行打磨拋光處理；
[0039](7)將套筒兩端內(nèi)外壁都涂覆上結(jié)構(gòu)膠，并快速塞入加工好的萬向節(jié)叉中，本實(shí)例的萬向節(jié)叉為單層搭接萬向節(jié)叉，與圖1對比為沒有上薄壁2的萬向節(jié)叉。結(jié)構(gòu)膠層厚度為0.2_。結(jié)構(gòu)膠固化后即可得到FRP汽車傳動軸。
[0040]實(shí)例一最終得到的碳纖維復(fù)合材料傳動軸的扭矩為2143MPa。
[0041]實(shí)例二
[0042](I)準(zhǔn)備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0043](2)對鋁合金芯模進(jìn)行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進(jìn)行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0044](3)將芯模裝上纏繞機(jī)，將預(yù)浸5222環(huán)氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區(qū)，纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°，纏繞到距離另外一個頂端5cm后取向角度從15°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式只到纏繞的厚度為6mm ；
[0045](4)在纏繞好的套筒上裹上兩層帶孔的可收縮隔離膜，之后再裹上一層透氣氈和一層真空袋薄膜，并將其放置于150°C的熱壓罐中進(jìn)行固化；
[0046](5)固化后的套筒及芯模放置到自然環(huán)境中冷卻，除去套筒表面的隔離膜、透氣氈以及真空袋薄膜。之后在-20°C下放置5-10min后進(jìn)行脫模，由于熱脹冷縮及脫模劑的作用，芯?？梢暂p松的從纖維復(fù)合材料套筒中拿出；
[0047](6)切除兩端各5cm的過渡區(qū)，得到規(guī)定要求的FRP套筒，對纖維復(fù)合材料套筒表面進(jìn)行打磨拋光處理；
[0048](7)將纖維復(fù)合材料套筒兩端內(nèi)外壁都涂覆上結(jié)構(gòu)膠，并快速塞入加工好的萬向節(jié)叉中，本實(shí)例的萬向節(jié)叉為圖1所示的萬向節(jié)叉。結(jié)構(gòu)膠層厚度為0.2_。結(jié)構(gòu)膠固化后即可得到FRP汽車傳動軸。
[0049]實(shí)例二最終得到的碳纖維復(fù)合材料傳動軸的扭矩為3351MPa。
[0050]實(shí)例三
[0051](I)準(zhǔn)備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0052](2)對鋁合金芯模進(jìn)行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進(jìn)行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0053](3)將芯模裝上纏繞機(jī)，將預(yù)浸5222環(huán)氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區(qū)，纖維絲束的取向角度從90°過渡到30°，纏繞到距離另外一個頂端5