本發(fā)明涉及一種混合式活塞銷及其制造方法，更具體地，涉及這樣一種混合式活塞銷，其中由鋼形成的圓筒形銷的內表面通過由具有高彈性的增強纖維形成的增強層和由具有相對低彈性的增強纖維形成的增強層而得到連續(xù)地增強，從而提供圓形結構中的抗彎強度和長度方向上的抗彎強度，并實現(xiàn)重量減小。

背景技術：

由鋼形成的活塞銷(通過使用常規(guī)的smc415鋼制造)很重，且在活塞銷應用于車輛的時候不利于燃料效率的提高。此外，活塞銷不能滿足普通活塞銷所需的沿環(huán)形方向的抗彎強度和沿長度方向的抗彎強度。因此，需要制造一種代替常規(guī)活塞銷的活塞銷。因此，提出了一種由包含輕質且高強度的碳纖維的復合材料所形成的混合式活塞銷。

公開于該發(fā)明背景技術部分的上述信息僅僅旨在加深對發(fā)明背景的理解，因此其可以包含的信息并不構成在本國已為本領域技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種混合式活塞銷，其中由鋼形成的圓筒形銷的內表面通過由具有更大彈性的增強纖維形成的增強層和由具有相對低彈性的增強纖維形成的增強層而得到連續(xù)地增強，從而具有提高的圓形結構中的抗彎強度和長度方向上的抗彎強度，并減小整體重量。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，混合式活塞銷可以包括：圓筒形銷，其由鋼形成；第一增強層，其由包含增強纖維和樹脂的復合材料形成，所述第一增強層具有基本上均勻厚度的圓筒形狀，并聯(lián)接至圓筒形銷的內表面；以及第二增強層，其由包含具有比第一增強層的增強纖維更小彈性的增強纖維和樹脂的復合材料形成，所述第二增強層具有基本上均勻厚度的圓筒形狀，并聯(lián)接至第一增強層的內表面。

第一增強層和第二增強層的增強纖維可以為碳纖維。第一增強層的增強纖維可以為瀝青基碳纖維，第二增強層的增強纖維可以為pan(聚丙烯腈)基碳纖維。圓筒形銷和第一增強層的厚度比例可以為約1:3～1:6。圓筒形銷和第二增強層的厚度比例可以為約1:4～1:7。

第二增強層可以包括由增強纖維和樹脂形成的第一復合材料層，并可以與圓筒形銷的長度方向平行地設置。第二復合材料層可以由增強纖維和樹脂形成，并可以垂直于圓筒形銷的長度方向設置。圓筒形銷可以進一步包括設置在圓筒形銷和第一增強層之間的粘合薄膜，從而將第一增強層聯(lián)接至圓筒形銷。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，混合式活塞銷的制造方法可以包括：堆疊第一預浸漬體和第二預浸漬體，第一預浸漬體包含增強纖維和樹脂，第二預浸漬體包含彈性小于第一預浸漬體的增強纖維的增強纖維和樹脂，卷曲第一預浸漬體和第二預浸漬體從而通過第一預浸漬體形成外表面，在烘箱中將經(jīng)卷曲的第一預浸漬體和第二預浸漬體整體成型，將成型的第一預浸漬體和第二預浸漬體附接至由鋼形成的圓筒形銷的內表面。

在某些示例性實施方案中，在堆疊第一預浸漬體和第二預浸漬體中，第一預浸漬體和第二預浸漬體的增強纖維可以為碳纖維，第一預浸漬體的增強纖維可以為瀝青基碳纖維，第二預浸漬體的增強纖維可以為pan基碳纖維。圓筒形銷和第一預浸漬體的厚度比例可以為約1:3～1:6。圓筒形銷和第二預浸漬體的厚度比例可以為約1:4～1:7。所述制造方法可以進一步包括在卷曲后用耐熱性薄膜包裹經(jīng)卷曲的第一預浸漬體和第二預浸漬體的外表面。

附圖說明

通過隨后結合附圖所呈現(xiàn)的詳細描述將會更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及其它優(yōu)點，在這些附圖中：

圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的混合式活塞銷的示例性立體圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的混合式活塞銷的示例性橫截面圖。

圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案卷曲第一預浸漬體和第二預浸漬體且第一預浸漬體的外表面用薄膜包裹的情況的示例性視圖；以及

圖4為顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的第一預浸漬體和第二預浸漬體在烘箱中整體成型時候的示例性視圖。

具體實施方式

下文將參考所附附圖對本發(fā)明進行更為全面的描述，在這些附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實施方案。雖然本發(fā)明與示例性的實施方案相結合進行描述，但是應當了解，本說明書不是要將本發(fā)明限制為那些示例性的實施例。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內的各種替換、修改、等同和其它實施方案。

本文所使用的術語僅為了描述特定實施方案的目的，并不旨在限制本發(fā)明。除非上下文中清楚作出相反表示，如本文所使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”旨在也包括復數(shù)形式。應當進一步了解，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一種或多種其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。如本文所使用的術語“和/或”包括列出的相關項目的一個或多個的任何和全部組合。例如，為了使本發(fā)明的說明書清楚，不顯示不相關的部分，并且為了清楚而夸張了層的厚度和區(qū)域。此外，當記載一層在另一層或基材“上”時，該層可以直接在另一層或基材上，或者第三層可以插在它們之中。

除非特別指出或明顯區(qū)別于上下文，本文中所用的術語“約”理解為在本領域內的普通公差的范圍內，例如均值的2個標準偏差內?！凹s”可以理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非上下文明確說明，本文所提供的所有數(shù)值通過術語“約”修改。

應當理解，本文所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語一般包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(suv)、大客車、卡車、各種商用車輛的乘用汽車，包括各種舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、可插式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如源于非汽油的能源的燃料)。

根據(jù)本發(fā)明的混合式活塞銷，如在圖1中示例性地所示，其可以包括：圓筒形銷100、第一增強層200以及第二增強層300，所述圓筒形銷100由鋼形成；所述第一增強層200由包含增強纖維和樹脂的復合材料形成，所述第一增強層200具有基本上均勻厚度的圓筒形狀，所述第一增強層聯(lián)接至圓筒形銷100的內表面；所述第二增強層300由包含增強纖維(該增強纖維具有比第一增強層200的增強纖維更小的彈性)和樹脂的復合材料形成，所述第二增強層300具有均勻厚度的圓筒形狀，所述第二增強層300聯(lián)接至第一增強層200的內表面。

常規(guī)活塞銷由smc415鋼形成。因此，常規(guī)活塞具有約4.3mm的厚度和約79g的重量。本發(fā)明的圓筒形銷100可以由鋼形成，特別地可以由smc415鋼形成。如下文所述，增強材料可以聯(lián)接至圓筒形銷100的內表面，圓筒形銷100的厚度可以減少至約0.5-1.2mm。

然而，當圓筒形銷100的厚度小于約0.5mm的時候，圓形結構中的抗彎強度和長度方向上的抗彎強度可能變小，因此圓筒形銷100的橫截面可能變形為橢圓形狀，圓筒形銷100的最小厚度可能不滿足所需的尺寸公差。當圓筒形銷100的厚度超過約1.2mm的時候，本發(fā)明的混合式活塞銷相比于由鋼形成的常規(guī)活塞銷未顯示出重量減小的效果。因此，圓筒形銷100的厚度可以限制在約0.5-1.2mm的范圍內。由鋼形成的圓筒形銷100可以設置在混合式活塞銷的最外部分處，并可以防止熱損傷且可以保護增強材料。圓筒形銷100的外直徑可以在約7-9mm的范圍內。

可以卷曲第一增強層200以具有基本上均勻厚度的圓筒形狀，第一增強層200可以聯(lián)接至圓筒形銷100的內表面。第一增強層200可以由包含增強纖維和樹脂的復合材料形成。特別地，第一增強層200可以由預浸漬體形成，預浸漬體由具有樹脂的預浸漬纖維形成。然后，可以卷曲第二增強層300以具有基本上均勻厚度的圓筒形狀，第二增強層300可以聯(lián)接至第一增強層200的內表面。

換言之，相對于第一增強層200進行參考，第二增強層300可以由復合材料形成，并可以包含增強纖維和樹脂。例如，第二增強層300可以由預浸漬體形成，預浸漬體由具有樹脂的預浸漬纖維形成。然而，第二增強層300的增強纖維可以具有與第一增強層200的增強纖維相比減小的彈性。具體地，第二增強層300的增強纖維彈性可以為第一增強層200的增強纖維彈性的約三分之一或更小。因此，形成第一增強層200和第二增強層300的纖維可以為碳纖維，第一增強層200的增強纖維可以為瀝青基碳纖維，第二增強層300的增強纖維可以為pan基碳纖維。

瀝青基碳纖維可以具有約640gpa或更大的彈性模量，且通?？梢跃哂性龃蟮奶己亢驮龃蟮膹椥浴Ｒ虼?，當瀝青基碳纖維可以聯(lián)接至由鋼形成的圓筒形銷100內表面的時候，在圓形結構中的混合式活塞銷的抗彎強度和材料強度可以增大。例如，可以抑制由于施加的負載而使圓筒形銷100產(chǎn)生成為橢圓形的變形和圓筒形銷100的彎曲變形。

pan基碳纖維具有約240gpa或更大的彈性模量，并通?？梢跃哂性龃蟮膲嚎s強度。此外，pan基碳纖維當設置在混合式活塞銷的最內部分處的時候可以支撐第一增強層200并可以承受負載，在圓形結構中的混合式活塞銷的抗彎強度可以增大。因此，可以抑制圓筒形銷100產(chǎn)生成為橢圓形的變形。pan基碳纖維相對便宜，并可以降低成本。此外，如在圖2中示例性地所示，第二增強層300可以包括第一復合材料層310和第二復合材料層320；所述第一復合材料層310由增強纖維和樹脂形成，并與圓筒形銷100的長度方向平行地設置；所述第二復合材料層320由增強纖維和樹脂形成，并垂直于圓筒形銷100的長度方向設置。

第二增強層300的增強纖維不限于設置在一個方向上，例如，聯(lián)接至第一增強層200的內表面的第一復合材料層310的增強纖維可以設置在與圓筒形銷100平行的方向上，聯(lián)接至第一復合材料層310的內表面的第二復合材料層320的增強纖維可以設置在垂直于圓筒形銷100的方向上。因此，混合式活塞銷的剛度可以得到提高，并可以承受施加在混合式活塞銷的寬度方向上的負載以及施加在混合式活塞銷的長度方向上的負載。

特別地，第一增強層200和第二增強層300可以整體成型以提高第一增強層200和第二增強層300的聯(lián)接度。此外，粘合薄膜可以聯(lián)接至第一增強層200的外表面從而通過粘合薄膜而將第一增強層200聯(lián)接至圓筒形銷100。此外，當?shù)谝辉鰪妼?00的增強纖維為碳纖維的時候，由于碳纖維和由鋼形成的圓筒形銷100之間的電位差而可能發(fā)生電位腐蝕。粘合薄膜可以中斷碳纖維和圓筒形銷100之間的直接接觸，并可以防止電位腐蝕以提高混合式活塞銷的耐久性。

通過將第一增強層200(其由具有較高彈性的碳纖維形成)和第二增強層300(其由具有低彈性的碳纖維形成)順序地附接至圓筒形銷100的內表面，混合式活塞銷可以具有約25-42g的重量，混合式活塞銷與常規(guī)活塞銷相比可以實現(xiàn)46％或更大的重量減小。因此，當本發(fā)明的混合式活塞銷應用于車輛的時候，車輛的燃料效率可以提高約0.7-1.2％。此外，本發(fā)明的混合式活塞銷可以具有57mpa或更大的圓形結構中的抗彎強度和53mpa的長度方向上的抗彎強度，并可以滿足所需的材料性能。

表1

如上表1中所示，在測試實施例1中的混合式活塞銷包括第一增強層200(其由具有較高彈性的瀝青基碳纖維形成)和第二增強層300(其由pan基碳纖維形成)。pan基碳纖維具有較低彈性和提高的壓縮強度，并具有這樣的圓形結構中的抗彎強度和長度方向上的抗彎強度：等于或大于對比實施例1(其包括由瀝青基碳纖維形成的增強層)中的活塞銷的圓形結構中的抗彎強度和長度方向上的抗彎強度。

此外，測試實施例1中的混合式活塞銷具有和對比實施例2中的活塞銷相比提高的圓形結構中的抗彎強度并包括由pan基碳纖維形成的增強層。在對比實施例2中的活塞銷具有小于測試實施例1中的混合式活塞銷的抗彎模量。相比于包括由pan基碳纖維形成的外增強層和由瀝青基碳纖維形成的內增強層的對比實施例3中的活塞銷，測試實施例1中的混合式活塞銷具有更大的圓形結構中的抗彎強度。

表2

根據(jù)上表2可以理解，相比于測試實施例2至5中的混合式活塞銷，對比實施例4中的混合式活塞銷的圓筒形銷100和第一增強層200的厚度比例小于1:3，對比實施例4中的混合式活塞銷具有減少的圓形結構中的抗彎強度。對比實施例5中的混合式活塞銷的圓筒形銷100和第一增強層200的厚度比例超過約1:6的比例，對比實施例5中的混合式活塞銷具有減少的長度方向上的抗彎強度。

此外，相比于測試實施例2至5中的混合式活塞銷，對比實施例6中的混合式活塞銷的圓筒形銷100和第二增強層300的厚度比例小于約1:4的比例，對比實施例6中的混合式活塞銷具有減小的長度方向上的抗彎強度。此外，對比實施例7中的混合式活塞銷的圓筒形銷100和第二增強層300的厚度比例超過約1:7的比例，對比實施例7中的混合式活塞銷具有減小的圓形結構中的抗彎強度。

根據(jù)本發(fā)明的混合式活塞銷的制造方法包括：堆疊第一預浸漬體10(其包括增強纖維和樹脂)和第二預浸漬體20(其包括具有相比于第一預浸漬體10的增強纖維減小的彈性的增強纖維)。通過將第一預浸漬體10和第二預浸漬體20卷曲而可以形成卷筒，從而通過第一預浸漬體10形成外表面。經(jīng)卷曲的預浸漬體10和第二預浸漬體20在烘箱中整體成型。此外，將成型的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20附接至由鋼形成的圓筒形銷100的內表面。

如在圖3中示例性地所示，第一預浸漬體10和第二預浸漬體20可以在向上的方向上順序地堆疊，然后可以卷曲。例如，經(jīng)堆疊的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20可以卷曲以形成具有較高彈性的第一預浸漬體10的外表面。在卷曲后，經(jīng)卷曲的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20的外表面可以用薄膜30包裹?？梢圆捎镁哂心蜔嵝缘臒崾湛s帶作為薄膜30。

然后，如在圖4中示例性地所示，用薄膜30包裹的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20可以放置在烘箱中，并可以整體成型。通過用薄膜30包裹經(jīng)卷曲的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20的外表面，薄膜30可以在烘箱內成型期間的熱暴露的過程中收縮，從第一預浸漬體10和第二預浸漬體20可以去除間隙孔。當烘箱內的成型完成的時候，可以去除薄膜30，成型的第一預浸漬體10和第二預浸漬體20可以聯(lián)接至圓筒形銷100的內表面。然后可以進行可以包括切割、表面磨削等的加工從而完成混合式活塞銷的制造。

在堆疊中，第一預浸漬體10和第二預浸漬體20的增強纖維可以為碳纖維。特別地，第一預浸漬體10的碳纖維可以為瀝青基碳纖維，第二預浸漬體20的碳纖維可以為pan基碳纖維，且第一預浸漬體10的彈性可以大于第二預浸漬體20的彈性。然后，經(jīng)堆疊的預浸漬體10和第二預浸漬體20可以聯(lián)接至圓筒形銷100的內表面。圓筒形銷100和第一預浸漬體10的厚度比例可以為約1:3～1:6。此外，圓筒形銷100和第二預浸漬體20的厚度比例可以為約1:4～1:7。

隨著以上描述變得明顯的是，根據(jù)本發(fā)明的混合式活塞銷可以通過在由鋼形成的圓筒形銷的內表面上順序地堆疊包括具有高彈性的增強纖維的增強層和包括具有較低彈性的增強纖維的增強層而制造。因此，在圓形結構中的抗彎強度可以增大，且長度方向上的抗彎強度可以增大，相比于由鋼形成的常規(guī)活塞銷可以實現(xiàn)約47-67％的重量減小。此外，由于重量減小，因此當混合式活塞銷應用至車輛的時候，車輛的燃料效率可以提高約0.7-1.2％，且成本可以降低。

盡管出于說明的目的已公開了本發(fā)明的示例性實施方案，但是本領域技術人員應當理解，各種修改、增加和替換是可能的，并不脫離所附權利要求中所公開的本發(fā)明的范圍和精神。