[发明专利]一种叶片弹簧及其制造工艺

说明书

本发明涉及一种叶片弹簧及其制造工艺，叶片弹簧包括叶片中段、过渡段、变截面段及卷耳安装段,各段宽度相同。叶片板簧的材料为FRP复合材料，制造工艺包括纤维布编织工序、纤维布叠层工序、叠层点焊工序、预成型工序、切割工序、HP‑RTM工序、卸料和定型工序、后加工工序。本技术方案克服现有技术的板簧叶片的设计和工艺难题，提高板簧叶片的性能，量产节拍快，其市场价值巨大；可以一片单独使用，也可二片组合形成主副簧结构，满足不同载荷，改变卷耳等附件的结构可替代所有钢板弹簧结构；不会一下全部断裂，积极失效模式，充分保证车辆行驶的安全性；降低板簧悬架的重量，动刚度很小，提高车辆行驶的平顺性，也提高燃油亲和力；寿命是钢板弹簧的5倍以上，大幅减小用户板簧使用成本。

技术领域

本发明属于车辆弹簧技术领域，特别是指一种叶片弹簧及其制造工艺。

背景技术

钢板弹簧在汽车上使用比较多，有纵置或者横置两种布置形式。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。前者的纵置形式能传递各种力和力矩，具有导向功能，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。

图1为现有技术各种形式纵置钢板弹簧总成的结构形式，它们都是复数枚由钢材制成的叶片弹簧叠加而成，这些叶片弹簧都是等宽，多片簧的厚度为等厚，而少片簧的厚度多按抛物线形或线性变化，由于钢材的比强度、比弹性能低，所以纵置钢板弹簧总成的重量大、寿命短，装车后簧下质量大平顺性差、燃油效力差。

复合材料是两种以上的材料组合在一起、通过材料之间有效界面结合、性能优于弹簧钢的材料。随着科技发展，复合材料板簧逐步用于汽车悬架弹簧元件。现在汽车悬架使用的复合材料都是FRP复合材料，FRP是英文Fibre-Reinforced Plastic简写，直译是纤维增强塑料。FRP复合材料叶片弹簧主要是玻璃纤维复合材料(GFRP)，基体是树脂，多为环氧树脂，增强材料主要是玻璃纤维。

FRP复合材料的性能不仅取决于纤维和基体的材料特性，更取决于纤维与基体的微观界面结合，微观界面结合包括物理包裹结合、化学极性结合和化学键结合等，没有物理包裹结合就没有化学极性结合和化学键结合，化学键结合很少，因此微观界面结合主要是物理包裹结合、化学极性结合。而要提高物理包裹结合，就必须提高叶片弹簧模具内排泡程度，也就是在成型过程中排出模具内的气泡、小分子和水分等。同时，排泡程度高也提高FRP复合材料的紧密度。

FRP复合材料叶片弹簧的成型方法，包括连续纤维缠绕工艺、模压工艺、拉挤工艺、树脂传递模塑制造工艺(RTM)等工艺方法，但现有技术FRP复合材料叶片弹簧成型时模腔压力都很低，排泡不充分，产品内部还有细微的间隙，纤维分别不均匀，很大程度影响纤维和基体的结合，对板簧的可靠性、刚度特性、产品一致性等影响很大，使用一段时间板簧叶片脱丝，造成悬架失效。

现在国内外很多汽车厂家想用FRP复合材料叶片弹簧总成替代现有的纵置钢板弹簧，FRP复合材料叶片弹簧总成是叶片弹簧和两端卷耳等附件组成，由但是，纵置板簧两端卷耳要通过衬套固定到车身上，中部要通过U形螺栓固定在车身上，必须通过金属件的连接和固定，这些因素必然造成叶片弹簧局部应力大，在卷耳的连接处和U形螺栓外侧出现纤维断裂等现象，极大地影响叶片弹簧的寿命。

目前，大多数商用车和少数乘用车仍使用钢板弹簧，钢板弹簧市场占有率大约98％以上，只有少量横置的FRP复合材料叶片弹簧用于受力较小、无需导向的独立悬架上。如果能够克服FRP复合材料叶片弹簧的工艺和设计难题，提高产品性能，替代现有钢板弹簧，其市场价值巨大，并减少弹簧钢的冶炼和钢板弹簧的制造对环境的污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片弹簧及其制造工艺，以解决现有技术叶片弹簧的局部应力大，刚度难确定等设计问题；以解决现有技术的复合材料板簧制造工艺复杂，量产难，容易脱丝及出现剥离的问题；以解决现有技术的钢板弹簧的燃油效力差，寿命低及可靠性不高的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：