一种具有榫卯结构的复合材料弹托及其制备方法与流程

1.本发明属于弹托技术领域，特别涉及一种具有榫卯结构的复合材料弹托及其制备方法。


背景技术：

2.复合材料弹托已成为国内研究的重中之重，在之前的研究基础上，发现一体成型制作的弹托稳定性较差，一体成型料片尺寸较大，料片宽，在外界压力作用下，极易由于料厚不均匀及自身的重力不平衡，在产品内部或外表面产生空余位置使得料片局部发生自然弯折形成空隙，且弹托轴身存在迎风曲面、承压曲面以及非等厚结构区域，铺层结构设计难度较大。因此，现既需满足产品结构强度要求，还需降低铺层工艺难度，提高生产效率的一种方案来进行产品制作，而进行三维编织弹托的整体性能理论上可满足产品设计需求，但成本相对来说会至少翻一番。
3.因此，为了提升产品的整体强度稳定性且又保证成本稳定，急需一种新的连接结构及工艺来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有榫卯结构的复合材料弹托及其制备方法，解决了目前一体成型的弹托工艺性差和稳定性不高的问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，所述复合材料弹托包括齿轴部件和马鞍部部件；齿轴部件和马鞍部件依靠榫卯结构形成构件连接，齿轴部件的背部预制有榫结构；马鞍部部件具有与榫结构匹配的卯结构；
7.所述复合材料弹托的制备方法，具体包括以下步骤：
8.s1、依照齿轴部件下料图进行纤维预浸料裁切，按照径向叠加铺层设计铺层，制作出料胚；
9.s2、依照马鞍部部件下料图进行纤维预浸料裁切，制作出马鞍部部件料胚；
10.s3、将料胚置于下方，马鞍部部件料胚置于上方，进行合模；
11.s4、再将合模后的部件置于模具中，放于模压机上，固化后进行脱模，得到具有榫卯结构的复合材料弹托。
12.进一步，s1中，在得到料胚后，先对料胚进行首次固化，首次固化完成后，进行粗化，去除表面脱模剂，得到粗化后的齿轴部件；在s3中，则将粗化后的齿轴部件和马鞍部部件料胚进行合模二次固化，得到复合材料弹托。
13.进一步，对料胚进行首次固化的过程为：
14.将料胚置于模具中，放于模压机上，压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-100℃，保压0.5-1.5h后在该压力下进行多次排气，再将温度升至135-150℃，保压60-180min后自然降温，固化完成。
15.进一步，粗化后的和马鞍部部件料胚进行合模二次固化过程为：
16.当马鞍部部件采用的是连续纤维预浸料时，二次固化制度为：压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-100℃，保压0.5-1.5h后在该压力下进行多次排气，再将温度升至135-150℃，保压60-180min后自然降温；
17.当马鞍部部件采用的是短切纤维预浸料时，二次固化制度为：压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-130℃，保压0.5-3h后自然降温。
18.进一步，粗化的过程为：
19.对齿轴部件的背部连接结构表面用砂纸进行粗化，得到粗化的齿轴部件。
20.进一步，s1具体为：齿轴部件背部设置的榫结构的数量和结构根据产品所受膛压和产品造型决定；
21.齿轴部件铺层采用径向叠加铺层。
22.进一步，s2具体为：马鞍部部件铺层采用径向叠加铺层，使用连续纤维，采用模压工艺压制成型；
23.或使用短切预浸料进行模压或注塑而成。
24.进一步，s4中，在齿轴部件和马鞍部件合模放入模具之前，在下模具靠近齿芽的两侧分别铺设完整料片。
25.进一步，齿轴部件为单独一个整体，马鞍部件按照设计需求，分解为至少一个部分；
26.齿轴部件和马鞍部部件之间的榫卯结构采用同一种结构或多个不同结构同时使用，尺寸根据结构设计进行调整。
27.本发明还公开了所述制备方法制备得到的一种具有榫卯结构的复合材料弹托，所述复合材料弹托包括齿轴部件和马鞍部部件；齿轴部件和马鞍部件依靠榫卯结构形成构件连接，齿轴部件的背部预制有榫结构，马鞍部部件具有与榫结构匹配的卯结构。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
29.本发明公开了一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，对弹托的结构进行分型，采用分部件下料，包括齿轴部件和马鞍部部件，齿轴部件背部设置外连接结构，齿轴部件的铺层采用径向铺层；马鞍部部件具有与齿轴部件外连接结构配合的内连结构，两个部件再进行合型固化。本发明所设计的结构能够改善一体成型料片因尺寸较大，料片宽，在外界压力作用下，极易由于料厚不均匀及自身的重力不平衡，在产品内部或外表面产生空余位置使得料片局部发生自然弯折的现象，分部件成型可以更大程度的放大窄料片的抗变形优势，自由灵活的对弹托的迎风曲面、承压曲面以及非等厚结构区域进行铺层结构设计，既满足产品结构强度要求，还降低铺层工艺难度，提高生产效率及产品整体稳定性。
30.进一步，对齿轴部件先固化，再和马鞍部部件合模后进行二次压制固化，产品结构强度得到保证，过程易控制。
31.进一步，将齿轴部件和马鞍部部件预压制成料胚但不固化，将所得料胚放置于一完整型腔进行一次固化；一次成型产品连接面稳定性较高，相比第一种成型速度快。
32.本发明还公开了一种具有榫卯结构的复合材料弹托，齿轴部件的背部预制有榫结构，也称外连接结构；马鞍部部件具有与榫结构匹配的卯结构，也称内连接结构；齿轴部件和马鞍部件依靠榫卯结构和胶接方式形成构件连接，这种构造方式使得构件具有良好的抗
拉抗拔性能，能有效增强结构的整体性能。
附图说明
33.图1为本发明的具有榫卯结构的复合材料弹托的端面剖面结构示意图。
34.图2为本发明的具有榫卯结构的复合材料弹托的横截面结构示意图。
35.图3为径向铺层示意图。
36.图4为本发明部件分解示意图。
37.图5为本发明不同榫卯连接结构示意图。
38.其中，1、齿轴部件；2、马鞍部部件；3、料片。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
40.本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
41.需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.本发明所制作的具有榫卯结构的复合材料弹托，对弹托的结构进行分型，如图1和2所示，包括齿轴部件1和马鞍部部件2，采用分部件下料，所述齿轴部件1背部设置外连接结构，齿轴部件1的铺层采用径向铺层；所述马鞍部部件2具有与齿轴部件1啮合的内连接结构，马鞍部部件2的铺层可采用径向叠加铺层研究，也可使用短切料模压或注塑而成。
43.齿轴部件1和马鞍部部件2依靠榫卯结构和胶接方式形成构件连接，这种构造方式使得构件具有良好的抗拉抗拔性能，能有效增强结构的整体性能。齿轴部件1的背部预制有榫结构，也称外连接结构；马鞍部部件2具有与榫结构匹配的卯结构，也称内连接结构。
44.如图4所示，齿轴部件1为单独一个整体，马鞍部部件2按照设计需求，可分解为1个部分，也可分为2个部分、3个部分或4个部分中的一种，或者更多种；如图5所示，齿轴部件1和马鞍部部件2之间的榫卯结构不限于其中一个或多个同时使用，尺寸可根据结构设计进行调整。
45.本发明提供了上述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，包括以下步骤：
46.1)根据弹托产品的结构和使用工况要求，对产品结构进行分型设计，分型位置结合产品结构及使用多大尺寸料片在成型压力下不变形的尺寸综合而定；连接结构的数量和结构根据产品所受膛压和产品造型决定，可自由设计数量和连接结构类型；
47.2)齿轴部件1铺层采用径向叠加铺层，使用连续纤维，模块数量根据使用料片厚度
设计可自行制定；
48.3)马鞍部部件2铺层采用径向叠加铺层研究，可使用连续纤维预浸料，模块数量根据使用料片厚度设计可自行制定，采用模压工艺压制成型；
49.也可使用高强短切纤维预浸料进行模压或注塑而成，根据压制强度、密度、体积，控制短切预浸料的加料量；
50.4)进行合模固化；合模固化可有两种合模方式；
51.第1种：步骤2)得到的齿轴部件1先固化，再与马鞍部部件2合模后进行二次压制固化；
52.第2种：步骤2)得到的齿轴部件1和步骤3)得到的马鞍部部件2预压制成料胚但不固化，将所得料胚放置于一完整型腔进行一次固化；
53.优选地，第1种方式中，步骤2)得到的齿轴部件1需要用砂纸打磨进行粗化，去除表面脱模剂；在含有外连接结构的表面铺贴胶膜；
54.优选地，为了增加产品外观的整体性，及增大齿轴部件1和马鞍部部件2之间的粘接面积，在齿轴部件1和马鞍部部件2合型放入下模之前，如图1所示，在产品两侧分别铺设一定厚度的完整料片3，即为产品沿长度方向的截面图。
55.优选地，步骤4)的固化制度依据马鞍部部件2的用料来选用。
56.当马鞍部部件2采用连续纤维预浸料时，固化制度为：压力调至5-10mpa，温度升温至80-100℃，保压0.5-1.5h后在该压力下进行多次排气，再将温度升至135-150℃，压力调至10-20mpa，保温保压60-180min后自然降温，即可进行脱模。
57.当马鞍部部件2采用短切纤维预浸料时，固化制度为：压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-130℃，保压0.5-3h后自然降温，即可进行脱模。
58.以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
59.实施例1
60.该具有背部连接结构的复合材料弹托的制备方法包括以下步骤：
61.1)结合产品尺寸和结构，按照图4中的第1种对产品进行分型，分别为齿轴部件1和马鞍部部件2；
62.2)齿轴部件1背部设置内连接结构，内连接结构选择如图5中的a和b所示形状，交替排列，连接结构的数量最终设置16个；
63.3)依照齿轴部件1下料图进行纤维预浸料裁切，按照如图3所示的径向铺层设计铺层，制作出齿轴部件1料胚；
64.4)将齿轴部件1料胚置于模具中，放于模压机上，压力调至8mpa，温度升温至90℃，保压1.5h后在该压力下进行5次排气，再将温度升至135℃，压力调至15mpa，保温保压180min后自然降温，即进行脱模；
65.5)脱模后，对齿轴部件1的背部内连接结构表面用100目砂纸进行粗化，得到粗化的齿轴部件1；
66.6)依照马鞍部部件2下料图进行连续纤维预浸料裁切，按照如图3所示的径向叠加铺层设计铺层，制作出马鞍部部件2料胚；
67.7)将步骤5)得到的粗化的齿轴部件1置于下方，步骤6)得到的马鞍部部件2料胚置于上方，进行合型；
68.8)下模具两侧面分别放置预设的完整纤维预浸料裁切料片3，再将合型后的部件置于模具中，放于模压机上，压力调至8mpa，温度升温至90℃，保压1.5h后在该压力下进行5次排气，再将温度升至135℃，压力调至15mpa，保温保压180min后自然降温，即进行脱模，得到具有榫卯结构的复合材料弹托。
69.实施例2
70.1)结合产品尺寸和结构，按照图4中的第1种对产品进行分型，分别为齿轴部件1和马鞍部部件2；
71.2)齿轴部件1背部设置内连接结构，内连接结构选择如图5中的c和d所示形状，交替排列，连接结构的数量最终设置16个；
72.3)依照齿轴部件1下料图进行纤维预浸料裁切，按照径向铺层设计铺层，制作出料胚；
73.4)依照马鞍部部件2下料图进行纤维预浸料裁切，按照铺层设计铺层，制作出料胚；
74.5)将步骤3)得到的齿轴部件1料胚置于下方，步骤4)得到的马鞍部部件2料胚置于上方，进行合型；
75.6)下模具两侧面分别放置预设的完整纤维预浸料裁切料片3，将合型后的部件置于模具，放于模压机上，压力调至8mpa，温度升温至90℃，保压1.5h后在该压力下进行5次排气，再将温度升至135℃，压力调至15mpa，保温保压180min后自然降温，即可进行脱模，得到具有榫卯结构的复合材料弹托。
76.实施例3
77.与实施例1不同的是，马鞍部部件2采用短切纤维预浸料，步骤8)中二次固化为：压机压力调至5mpa，温度升温至110℃，保压1h后自然降温，即可进行脱模。
78.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，所述复合材料弹托包括齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)；齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)依靠榫卯结构形成构件连接，齿轴部件(1)的背部预制有榫结构；马鞍部部件(2)具有与榫结构匹配的卯结构；所述复合材料弹托的制备方法，具体包括以下步骤：s1、依照齿轴部件(1)下料图进行纤维预浸料裁切，按照径向叠加铺层设计铺层，制作出齿轴部件(1)料胚；s2、依照马鞍部部件(2)下料图进行纤维预浸料裁切，制作出马鞍部部件(2)料胚；s3、将齿轴部件(1)料胚置于下方，马鞍部部件(2)料胚置于上方，进行合模；s4、再将合模后的部件置于模具中，放于模压机上，固化后进行脱模，得到具有榫卯结构的复合材料弹托。2.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，s1中，在得到齿轴部件(1)料胚后，先对齿轴部件(1)料胚进行首次固化，首次固化完成后，进行粗化，去除表面脱模剂，得到粗化后的齿轴部件(1)；在s3中，则将粗化后的齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)料胚进行合模二次固化，得到复合材料弹托。3.根据权利要求2所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，对齿轴部件(1)料胚进行首次固化的过程为：将齿轴部件(1)料胚置于模具中，放于模压机上，压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-100℃，保压0.5-1.5h后在该压力下进行多次排气，再将温度升至135-150℃，保压60-180min后自然降温，固化完成。4.根据权利要求2所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，粗化后的齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)料胚进行合模二次固化过程为：当马鞍部部件(2)采用的是连续纤维预浸料时，二次固化制度为：压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-100℃，保压0.5-1.5h后在该压力下进行多次排气，再将温度升至135-150℃，保压60-180min后自然降温；当马鞍部部件(2)采用的是短切纤维预浸料时，二次固化制度为：压机压力调至5-10mpa，温度升温至80-130℃，保压0.5-3h后自然降温。5.根据权利要求2所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，粗化的过程为：对齿轴部件(1)的背部连接结构表面用砂纸进行粗化，得到粗化的齿轴部件(1)。6.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，s1具体为：齿轴部件(1)背部设置的榫结构的数量和结构根据产品所受膛压和产品造型决定；齿轴部件(1)铺层采用径向叠加铺层。7.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，s2具体为：马鞍部部件(2)铺层采用径向叠加铺层，使用连续纤维，采用模压工艺压制成型；或使用短切预浸料进行模压或注塑而成。8.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，s4中，在齿轴部件(1)和马鞍部件合模放入模具之前，在下模具靠近齿芽的两侧分别铺设完整料片(3)。
9.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，其特征在于，齿轴部件(1)为单独一个整体，马鞍部件(2)按照设计需求，分解为至少一个部分；齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)之间的榫卯结构采用同一种结构或多个不同结构同时使用，尺寸根据结构设计进行调整。10.权利要求1-9任意一项所述制备方法制备得到的一种具有榫卯结构的复合材料弹托，其特征在于，所述复合材料弹托包括齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)；齿轴部件(1)和马鞍部部件(2)依靠榫卯结构形成构件连接，齿轴部件(1)的背部预制有榫结构；马鞍部部件(2)具有与榫结构匹配的卯结构。

技术总结
本发明属于弹托技术领域，涉及一种具有榫卯结构的复合材料弹托的制备方法，对弹托的结构进行分型，包括齿轴部件和马鞍部部件，齿轴部件和马鞍部件依靠榫卯结构和胶接方式形成构件连接，齿轴部件的背部预制有榫结构，齿轴部件的铺层采用径向铺层；马鞍部部件具有与榫结构匹配的卯结构，两个部件再进行合型固化。本发明所设计的结构能够改善一体成型料片因尺寸较大，料片宽，在外界压力作用下，极易由于料厚不均匀及自身的重力不平衡，在产品内部或外表面产生空余位置使得料片局部发生自然弯折的现象，分部件成型可以更大程度的放大窄料片的抗变形优势，改善弹托轴身迎风曲面、承压曲面以及非等厚结构区域等结构强度要求，降低铺层工艺难度。铺层工艺难度。铺层工艺难度。


技术研发人员：陈跃 万勤勤 张尊宇 王华
受保护的技术使用者：北方长龙新材料技术股份有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/9/9