复合材料弹簧制备及性能研究开题报告
2020-02-10 23:08:39
1. 研究目的与意义（文献综述）
螺旋弹簧作为一种基础的机械零部件在生产生活实践中有着重要的作用，尤其在汽车、火车等道路交通领域往往作为悬架系统的组成部分，缓冲由于路面起伏传递给车架或车身的冲击力，能有效的衰减车身震动，确保车辆的平稳运行。汽车行业是螺旋弹簧使用量最大的地方。
传统的螺旋弹簧都是由弹簧钢线材经卷簧、回火、喷丸等工艺制备而成，而往往材料本身的优劣，如弹簧钢中碳含量、洁净度等，就能在很大程度上决定成品弹簧的性能。但弹簧钢性能的开发已经到了一个瓶颈期，虽然众多的材料研究者们仍然探索着采用不同的方法，如低温渗氮等技术来提高弹簧钢的耐疲劳性能等，但是要想较大程度地改善弹簧钢的性能则必然要投入大量的成本。而近些年来，整个汽车行业都朝着轻量化以及节能减排的方向发展，复合材料由于其优异的力学性能，如高比强度、高比模量以及优异的耐疲劳性能和耐腐蚀性能，相对于弹簧钢已经表现出明显的优势，将会是未来弹簧材料的重要发展方向和趋势。
由于螺旋弹簧呈现出螺旋阶梯式的形状，造型复杂，纤维增强复合材料螺旋弹簧的成型是其制备的最大难题。由于纤维增强复合材料其塑韧性、延展性较差，二次加工成型困难，因此不可能像钢制弹簧一样将线材经过卷簧工艺使其卷绕成型。目前，应用在复合材料螺旋弹簧上的主要有缠绕成型工艺和树脂传递成型工艺。
2. 研究的基本内容与方案
本次研究需要制备复合材料弹簧，制备工艺有两种，缠绕成型和树脂传递成型。由于缠绕成型只需要一个芯模，而树脂传递成型除了需要芯模之外还需要其他的模块使整个模具闭合，所以选用缠绕成型。该工艺是先将金属材料缠绕成螺旋弹簧的形状，之后将浸涂了树脂的纤维缠绕在金属材料弹簧内芯之后，在适当的固化条件下固化成型即得到纤维增强金属螺旋弹簧。
首先需要制备复合材料芯棒，其制备的流程大概分为树脂体系的制备和待用、浸涂树脂、对碳纤维复合材料芯棒进行加捻、模具的加热以及脱模剂的喷涂、复合材料入模、复合材料硬化、脱模。
复合材料弹簧采用缠绕法结合熔模法来制备碳纤维增强复合材料弹簧。其制备工艺流程描述如下：首先，按照确定好的环氧树脂配方将树脂体系准备好待用；然后，将碳纤维浸渍环氧树脂，待完全浸润之后除去多余的树脂，将浸渍了环氧树脂的碳纤维加捻至确定的尺寸；之后，在一定时间内加捻后的碳纤维缠绕在复合材料成型所制备的内芯上，此内芯采用低熔点物质制备而成；在烘箱中采用确定的固化工艺硬化碳纤维复合材料，待其硬化完成后，加热使内芯融化从而制得复合材料弹簧。最后对制备出的弹簧进行静态压缩和疲劳性能测试。
3. 研究计划与安排
第1-2周 查阅相关文献资料，确定研究内容和实验方案，撰写开题报告
第3-7周 翻译英文文献，设计并制备不同结构的复合材料弹簧
第8-12周 通过不同结构复合材料弹簧性能研究，优化材料结构和性能，并进行数据处理
4. 参考文献（12篇以上）
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