【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料传动轴成型制造，具体为一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型模具和方法。
技术介绍
1、cfrp（碳纤维增强树脂基复合材料）轴类零件因其轻质高强、耐压耐磨耐疲劳等性能被广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶工业等领域。目前复合材料传动轴类零件与轴端金属零件连接方式主要有机械连接、复合材料传动轴成型后与金属零件的二次胶接以及复合材料传动轴与金属零件一体化成型三种连接方式。一体化成型方式能够在不破化复合材料传动轴性能的前提下获得更好的连接质量。但复合材料传动轴在成型过程中仍面临轴体表面粗糙、模具升降温过程中的收缩膨胀损伤复合材料传动轴、芯模脱模较困难、接头处连接强度不高等问题。
2、引起上述复合材料传动轴成型过程中问题的原因有两部分，一是成型模具导致的，模具不能紧密贴合复合材料传动轴表面易造成其成型后的表面粗糙，模具弹性较差进而在成型过程因模具的收缩膨胀损伤轴体质量；二是芯模的选择，一体化成型是将金属零件与未固化的复合材料连接后共固化，轴体芯模脱模较为困难。综上所述，复合材料传动轴与金属零件一体化成型需要更加贴合轴体表面，且能够不因其收缩膨胀损伤轴体的模具。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型模具和方法，碳纤维材质的连接管作为内模具，成型后不需要脱模；金属接头和所述复合材料采用共固化成型，避免二次机加工损伤纤维材料；碳纤维增强树脂基复合材料和钛网结合，提升了传动轴的综合性能；金属接
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型模具，所述传动轴包括金属接头、铺贴层和碳纤维材质的连接管，连接管两端各连接一个金属接头形成轴管本体，所述成型模具包括金属芯轴、阴模和受热可膨胀的热膨胀管，金属芯轴、所述轴管本体、铺贴层、热膨胀管和阴模从内到外依次套接，铺贴层的两端分别连接两个金属接头，铺贴层的材料包括碳纤维预浸料和钛网，金属接头的靠近连接管的一端外表面刻蚀有微米和/或纳米尺度的微织构，铺贴层的最内层为钛网，最内层的钛网的两端分别贴合两个金属接头的微织构，铺贴层通过碳纤维预浸料和钛网热压固化形成，热压固化时碳纤维预浸料和钛网中的树脂软化，同时热膨胀管受热体积膨胀后接触并施加压力给铺贴层。
4、作为上述技术方案的进一步改进：
5、优选的，金属接头和连接管都为管状，连接管的内径大于金属接头的内径，连接管的外径等于金属接头的外径，连接管和其两端的金属接头同轴连接。
6、一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型方法，基于上述成型模具，所述成型方法包括如下步骤：
7、步骤s1：将两个金属接头粘接在连接管的两端，得到所述轴管本体；
8、步骤s2：将所述轴管本体套接在金属芯轴上并将所述轴管本体固定在金属芯轴上；
9、步骤s3：在所述轴管本体外表面铺贴碳纤维预浸料和钛网；
10、步骤s4：合模；
11、步骤s5：热压固化；
12、步骤s6：脱模。
13、步骤s1前，预先在金属接头外表面进行微织构刻蚀。
14、步骤s2中，将金属芯轴和两个金属接头通过螺栓和螺母连接在一起。
15、步骤s3中，通过卷包工艺铺贴碳纤维预浸料和钛网。
16、步骤s3中，铺设钛网时，钛网预先均匀涂敷树脂固化液后再卷包在所述轴管本体外表面。
17、步骤s4中，在热膨胀管外用真空袋封装，真空袋上预埋真空嘴，使铺层区域中的材料和热膨胀管所在环境可被抽真空，在步骤s5中先对真空袋中进行抽真空。
18、步骤s5中，将步骤s4得到的工件放进热压罐中，热压罐中温度设置为：以3℃/min的升温速率升温至80℃后保温30min，后再以3℃/min的升温速率升温至125℃后保温90min，最后降温至常温，步骤s5中热压罐中压力为0.6mpa。
19、步骤s3铺贴的材料经过步骤s5后得到和金属接头连接在一起的铺贴层，铺贴层的两端分别连接两个金属接头、中部与连接管相连。
20、本专利技术的有益效果是：
21、（1）碳纤维材质的连接管作为内模具，成型后不需要脱模，将金属芯轴抽出即可，简化了脱模工序，提高了生产效率。
22、（2）金属接头和所述复合材料采用共固化成型，避免二次机加工损伤纤维材料，使碳纤维材料完全发挥性能。
23、（3）碳纤维增强树脂基复合材料和钛网结合，提升了传动轴的综合性能。
24、（4）金属接头上刻蚀有微织构，升温固化时金属膨胀，与复合材料紧密贴合，提高了摩擦力，增强其二者连接强度，轴管本体外最内层为钛网，最内层的钛网两端分别贴合两个金属接头的微织构刻蚀区域，贴合后，钛网的部分钛丝会嵌入微织构刻蚀区域的凹槽中，在热压固化过程中，铺层区域内的树脂会融化流动，钛网空隙中和微织构刻蚀区域的空隙中会流入树脂，树脂固化后微织构刻蚀区域、钛网和碳纤维被锁紧在一起；同时，微织构为微米或纳米尺度的沟槽，类似蔓延的毛细血管，大大提高了金属接头和铺贴层中树脂的接触面积，进一步提高了金属接头和铺贴层的连接强度。
25、（5）通过热膨胀管的受热膨胀对铺层区域的材料均匀施压，使其中的树脂均匀铺设，提高了最终成型传动轴的表面质量，适用于在成型中压力不易均匀施加的细长的管件的加工。同时热膨胀管不会损伤传动轴表面。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型模具，其特征在于，所述传动轴包括金属接头（2）、铺贴层（12）和碳纤维材质的连接管（7），连接管（7）两端各连接一个金属接头（2）形成轴管本体，连接管（7）的外径等于金属接头（2）的外径，所述成型模具包括金属芯轴（1）、阴模（6）和受热可膨胀的热膨胀管（5），金属芯轴（1）、所述轴管本体、铺贴层（12）、热膨胀管（5）和阴模（6）从内到外依次套接，铺贴层（12）的两端分别连接两个金属接头（2），铺贴层（12）的材料包括碳纤维预浸料和钛网，金属接头（2）的靠近连接管（7）的一端外表面刻蚀有微米和/或纳米尺度的微织构，铺贴层（12）的最内层为钛网，最内层的钛网的两端分别贴合两个金属接头（2）的微织构，铺贴层（12）通过碳纤维预浸料和钛网热压固化形成，热压固化时碳纤维预浸料和钛网中的树脂软化，同时热膨胀管（5）受热体积膨胀后接触并施加压力给铺贴层（12）。
2.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于：金属接头（2）和连接管（7）都为管状，连接管（7）的内径大于金属接头（2）的内径，连接管（7）和其两端的金属接头（2）同轴连接。<...
【技术特征摘要】
1.一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型模具，其特征在于，所述传动轴包括金属接头（2）、铺贴层（12）和碳纤维材质的连接管（7），连接管（7）两端各连接一个金属接头（2）形成轴管本体，连接管（7）的外径等于金属接头（2）的外径，所述成型模具包括金属芯轴（1）、阴模（6）和受热可膨胀的热膨胀管（5），金属芯轴（1）、所述轴管本体、铺贴层（12）、热膨胀管（5）和阴模（6）从内到外依次套接，铺贴层（12）的两端分别连接两个金属接头（2），铺贴层（12）的材料包括碳纤维预浸料和钛网，金属接头（2）的靠近连接管（7）的一端外表面刻蚀有微米和/或纳米尺度的微织构，铺贴层（12）的最内层为钛网，最内层的钛网的两端分别贴合两个金属接头（2）的微织构，铺贴层（12）通过碳纤维预浸料和钛网热压固化形成，热压固化时碳纤维预浸料和钛网中的树脂软化，同时热膨胀管（5）受热体积膨胀后接触并施加压力给铺贴层（12）。
2.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于：金属接头（2）和连接管（7）都为管状，连接管（7）的内径大于金属接头（2）的内径，连接管（7）和其两端的金属接头（2）同轴连接。
3.一种复合材料和金属接头共固化传动轴的成型方法，基于权利要求1或2所述的成型模具，其特征在于：所述成型方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的成型方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李树健，方浩宇，孙景龙，王皓卿，陈宇航，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。