[发明专利]一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法，所述碟簧零件由纤维增强体层结构经树脂充分浸润固化而成；所述纤维增强体层结构由多个单层纤维增强体叠加铺排组成，其中，所述纤维增强体层，可以通过树脂在线浸润完成固化，也可以通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过特殊结构的模具加热完成固化。所述制备方法创造性地采用树脂传递模塑工艺和热压工艺，制成轻量化复合材料碟簧零件。本发明满足了航空航天、核电、海洋工程、重型机械、汽车、装甲车、大炮等领域对高性能、轻量化复合材料碟簧零件的迫切需求，解决了相关领域现普遍使用的金属碟簧零件存在的质量大、不耐腐蚀、疲劳特性差等问题。

技术领域

本发明属于复合材料零件制造技术领域，具体涉及一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法。

背景技术

碟形弹簧简称碟簧，通常用金属钢带、钢板或锻造坯料加工成形，是一种刚度大、具有变刚度特性的截锥形弹簧。与其他类型的弹簧比较，碟簧在载荷作用方向上尺寸较小，且能在很小变形时承受很大载荷，轴向空间紧凑；通过改变碟簧的碟片数量或组合形式，可以得到不同的承载力和特性曲线，从而适应更广泛的使用范围。碟簧作为强力缓冲和减震弹簧，可以应用于航空航天、核电、海洋工程、重型机械、以及装甲车、大炮等军工领域；作为压紧弹簧，可以应用于汽车的离合器、安全阀、减压阀；作为弹性垫圈，可以应用于螺栓连接。为适应各行业“轻量化”的发展趋势，现普遍使用的金属碟簧零件存在的质量大、不耐腐蚀、疲劳特性差等诸多“瓶颈”问题亟待解决。

纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度、以及良好的抗腐蚀性、抗疲劳性、抗冲击性和高温性能，其作为一种“轻量化材料”在航空航天、轨道交通、汽车等行业等均得到应用，但作为碟簧零件，鲜有报道。鲜有报道的原因为碟簧的截锥高度和碟片厚度对其弹簧特性的影响很大，这不仅要求制造的纤维增强复合材料碟簧的树脂与纤维增强体必须充分浸润、还要求制造的纤维增强复合材料碟簧具有较高的尺寸精度。传统的复合材料零部件成形普遍使用的手糊工艺、真空袋压、热压罐等工艺受成形压力过低等限制，均较难满足上述要求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法，以满足航空航天、核电、海洋工程、重型机械、汽车、装甲车以及大炮等各领域对“轻量化”的高尺寸精度碟簧零件的迫切需求，结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种仿生复合材料碟簧零件，所述碟簧零件由类贝壳状的纤维增强体层结构，经带填料的树脂充分浸润固化而成；所述纤维增强体层结构由多个单层的纤维增强体叠加铺排组成，其中，所述纤维增强体层，可以通过树脂在线浸润完成固化，也可以通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过模具加热完成固化。

所述纤维增强体中的纤维结构为短纤维、长纤维、连续纤维丝或连续纤维织物；

所述连续纤维丝为单一方向或混杂方向排列的连续纤维丝；

所述纤维增强体中纤维的材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、凯夫拉纤维、麻纤维或木纤维中的一种或多种；

所述填料为钙粉、氧化镁、碳化硅、金刚石、氮化硼等一种或多种；

所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂。

一种仿生复合材料碟簧零件的制备方法，所述制备方法为：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪纤维增强体，并多层铺叠形成层结构；在浸润模具中经树脂充分在线浸润、固化，制成复合材料碟簧零件。

所述制备方法的具体过程如下：

步骤一：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪纤维增强体；

步骤二：将多层裁剪后的纤维增强体在浸润模具的型面依次铺排，形成由纤多层的维增强体铺叠组成的纤维增强体层结构；

步骤三：采用树脂传递模塑工艺浸润纤维增强体层结构；