CN106671449A - 碳纤维地铁车体底架及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开碳纤维地铁底架及其制造方法，地铁底架包括横筋、铺贴在横筋上的下蒙皮，放置在上、下蒙皮之间的夹层蜂窝材料，以及上蒙皮。本发明还公开了所述碳纤维地铁底架的制备方法，包括以下步骤：（1）铺贴底架横筋，并将泡沫材料嵌入到横筋的凹槽区域；（2）铺贴下蒙皮，并在规定层数铺贴加强层；（3）胶接走线管与蜂窝材料，并做好孔隙填充；（4）铺贴上蒙皮，并在规定层数铺贴加强层。上述过程横筋、上蒙皮、下蒙皮采用OOA工艺固化，其中，横筋与下蒙皮整体固化。与传统的铝合金和不锈钢材料不同，采用碳纤维材料制备的地铁底架承载能力大、刚性好、自重轻，抗冲击性能优异，同时使用寿命长。

Description

碳纤维地铁车体底架及其制造方法
技术领域
本发明涉及地铁车辆技术领域，尤其涉及碳纤维地铁车体底架及其制造方法。
背景技术
近些年受到金属材料成本不断攀升及其重量过重的影响，且由于复合材料的不断开发与演进，例如地铁就有改用碳纤维复合材料的趋势，由于碳纤维材料具有重量轻、强度高及弹性好等特性，它的变形回弹能力、能量吸收与释放的效率均远超过钢材与铝合金材料。
现有的地铁底架主要使用金属材料，它存在重量大，耐腐蚀性差，使用周期短等缺点。而碳纤维材料具有比强度与比模量高、制件力学性能优异、安全性高、可设计性好特点广泛应用在各个技术领域，充分的满足较高的装配精度要求。
减轻车身自重不仅可以节省材料，减少动力耗能，而且可以降低车辆磨耗，延长使用寿命，带来巨大的经济效益。一般车体承载结构的重量约占车辆总总重量的20%-25%，因此，减重车体承载结构具有现实意义。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供碳纤维地铁车体底架及其制造方法，该地铁车体支架能够提高碳纤维地铁底架的强度，降低走线管的重量。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
碳纤维地铁车体底架，所述车体底架包括横筋、上蒙皮、下蒙皮以及蜂窝夹层，所述下蒙皮底部横向且并列设置若干所述横筋，所述蜂窝夹层设在所述上蒙皮和下蒙皮之间，所述横筋为泡沫夹心结构。
作为优选，所述上蒙皮与所述下蒙皮之间胶接有走线管。
作为优选，所述走线管设在所述蜂窝夹层与所述下蒙皮之间。
作为优选，所述上蒙皮、所述下蒙皮以及所述横筋均采用碳纤维预浸料。
作为优选，所述碳纤维预浸料是具有阻燃性的预浸料。
一种碳纤维地铁车体底架的制造方法，包括以下步骤：
1）横筋预制体制备及泡沫填充：按照拟加工产品结构图编排预浸料，裁剪，在模具上铺贴成型横筋蒙皮层，再在横筋蒙皮表面从下往上依次铺放可剥布、隔离膜、透气毡、真空袋并利用密封胶带密封，并热压实，制备出横筋预制体，清理干燥泡沫材料，在干燥后的泡沫材料表面覆盖一层胶膜，利用胶接工艺将泡沫材料粘接到横筋预制体凹槽处，并热压实；
2）横筋与下蒙皮整体固化成型：以激光投影线为铺贴基准线将裁剪好的上蒙皮预浸料铺贴在模具上，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，利用碳纤维地铁底架模具的加热系统整体固化横筋与上蒙皮；
3）胶接走线管与蜂窝夹层：打磨走线管胶接面，去除掉树脂层，以激光投影线为铺贴基准线在上蒙皮表面铺贴胶膜，以激光投影线为基准线放置走线管，同时布置蜂窝夹层位置，在走线管、蜂窝夹层的上方放置均压板，固化胶接；
4）铺贴上蒙皮：以激光投影线为铺贴基准线将裁剪的预浸料铺贴在模具上，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，并热压实，待固化；
5）底架成型：依次铺放一层可剥布、无孔隔离膜、透气毡，并整理，使之尽量贴合模具，用清洁布擦拭模具边缘布置密封胶条处，并制袋测真空度，真空度在920mbar以上，15min后关闭真空，5min内真空压力下降超过50mbar，应检查漏点重新进行密封，直到符合要求为止。
作为优选，所述横筋的数量为40个，以划定的中心线为基准对称分布在模具上。
作为优选，所述步骤（2）与（4）中，铺贴预浸料过程中，每3-8层热压实一次，铺贴第一层时单独热压实。
作为优选，在所述走线管与蜂窝夹层，走线管与上蒙皮，蜂窝夹层与蒙皮的接触处需填充发泡胶。
作为优选，所述的步骤（5）中，固化升温速率控制在1-3℃/min，固化结束后降温速率要小于2℃/min，保温阶段的温度和时间以滞后热电偶为准。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
（1）本发明利用复合材料OOA成型工艺，相比于传统的热压罐成型大大的降低了制造成本。
（2）本发明碳纤维地铁底架使用的预浸料为阻燃预浸料，大大提高了地铁底架的安全性能。
（3）本发明碳纤维地铁底架使用的走线管具有电磁屏蔽效果。
（4）本发明碳纤维地铁底架具有高强度、高模量、轻量化的特点。
（5）本发明碳纤维地铁底架大大的提高了地铁底架的防腐蚀能力和使用寿命。
（6）本发明碳纤维地铁底架由于其制备材料性能优异，且结构的设计合理，有很好的耐高温、高压的特性。
（7）本发明的碳纤维地铁底架抗冲击性和抗冲击回弹变形能力强。
（8）本发明的碳纤维地铁底架可广泛应用于各个技术领域。
附图说明
图1 碳纤维地铁底架结构示意图。
图2为图1中D部分的放大图。
图3蜂窝夹层与走线管排布示意图俯视图。
其中：1-蜂窝夹层，2-上蒙皮，3-下蒙皮，4-横筋，5-走线管。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例：参照附图1-3所示，碳纤维地铁车体底架，所述车体底架包括横筋4、上蒙皮2、下蒙皮3以及蜂窝夹层1，所述下蒙皮3底部横向且并列设置若干所述横筋4，所述横筋4为凹槽形结构，在所述凹槽形结构内加工有泡沫夹心层，所述横筋4为U型凹槽，且在U型凹槽两边均设有连接触角，增大横筋4与下蒙皮3之间的接触面积，进而提高固化连接的稳定性；所述蜂窝夹层1设在所述上蒙皮2和下蒙皮3之间，所述横筋4为泡沫夹心结构，横筋4数量为40个，所述上蒙皮2、所述下蒙皮3以及所述横筋4均采用碳纤维预浸料，所述的碳纤维地铁底架采用OOA工艺成型。
在本发明中，所述上蒙皮2与所述下蒙皮3之间胶接有走线管5，所述走线管5设在所述蜂窝夹层1与所述下蒙皮3之间，在走线管5与蜂窝夹层1，走线管5与上蒙皮2，蜂窝夹层1与蒙皮的接触处需填充发泡胶。
上述碳纤维地铁底架的制备方法，包括以下步骤：
（1）横筋4预制体制备及泡沫填充：将预浸料按照拟加工产品的结构图编排，裁剪成符合要求的大小和形状，然后按拟加工产品的结构图编排预浸料在模具上的顺序与位置铺贴成型横筋4蒙皮，将所述成型后的横筋4蒙皮表面铺放辅助材料热定型，然后将泡沫材料放在加热设备里120℃干燥100min，将干燥后的泡沫，表面覆一层胶膜，利用胶接工艺将泡沫材料粘接到横筋4预制体凹槽区域，并热压实得到横筋4，横筋4需要制备40根，以划定的中心线为基准对称分布在模具上；
（2）横筋4与下蒙皮3整体固化成型：以激光投影线为铺贴基准线将裁剪成指定形状的预浸料铺贴在模具上，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，铺贴顺序按拟加工产品的结构图编排，铺贴预浸料过程中，在铺贴过程中每4层热压实一次，铺贴第一层时单独热压实；铺贴完毕后将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，利用碳纤维地铁底架模具的加热系统固化成型横筋4与下蒙皮3，固化制度为60-100℃固化100min，100-150℃保温100min，固化升温速率控制在1-3℃/min，固化结束后降温速率要小于2℃/min，保温阶段的温度和时间以滞后热电偶为准，固化结束后脱除辅助材料，清理并打磨表面；
（3）胶接走线管5与蜂窝夹层1：打磨走线管5胶接面， 需沿着纤维方向打磨，需打磨至去除胶接面树脂层，以激光投影线为铺贴基准线在下蒙皮3表面铺贴胶膜，如图2所示，以激光投影线为基准线放置走线管5，同时布置蜂窝夹层1位置，在在走线管5与蜂窝夹层1，走线管5与下蒙皮3，蜂窝夹层1与蒙皮的接触处需填充单向带和发泡胶，然后在走线管5、蜂窝夹层1的上方放置均压板，铺放辅助材料，固化胶接，固化温度为120±5℃，保温90min。，脱除辅助材料，清理表面；
（4）铺贴上蒙皮2：以激光投影线为铺贴基准线将裁剪成指定形状的预浸料铺贴在模具上，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，铺贴顺序按拟加工产品的结构图编排，在铺贴过程中每4层热压实一次，铺贴第一层时单独热压实，铺贴完毕后将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，并最后一次热压实；
（5）底架成型：依次铺放一层可剥布、无孔隔离膜、透气毡，并整理，使之尽量贴合模具，用清洁布擦拭模具边缘布置密封胶条处，并制袋测真空度，真空度在920mbar以上，15min后关闭真空，5min内真空压力下降超过50mbar，应检查漏点重新进行密封，直到符合要求为止，真空度达到要求后利用底架模具的加热系统按照预浸料的固化温度固化成型，固化温度为60-100℃固化100min，100-150℃保温100min，固化升温速率控制在1-3℃/min，固化结束后降温速率要小于2℃/min，保温阶段的温度和时间以滞后热电偶为准，固化结束后，清理并打磨制件表面，获得碳纤维地铁底架成品。
本发明具体是先制备横筋4，然后在横筋4上铺贴下蒙皮3，下蒙皮3铺贴完毕后，横筋4与下蒙皮3一起固化成型，然后在下蒙皮3上胶接走线管5，铺放蜂窝夹层1，最后铺贴上蒙皮2，上蒙皮2铺贴结束之后，再一次固化，得到底架制件，该制备方法简单合理，可操作性强，而且逐步的制备、层层递进的原理使得制备的底架质量更高，更牢靠。
本发明实例里的预浸料与胶膜是本领域所属技术人员的公知常识，可根据实际情况对这类产品的具体种类作出合适的选择作为制备碳纤维地铁底架。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明可以做出其他多种形式的修改，替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.碳纤维地铁车体底架，其特征在于：所述车体底架包括横筋、上蒙皮、下蒙皮以及蜂窝夹层，所述蜂窝夹层设在所述上蒙皮和下蒙皮之间，所述下蒙皮底部横向且并列设置若干所述横筋，所述横筋为凹槽形结构，在所述凹槽形结构内加工有泡沫夹心层。
2.根据权利要求1所述的碳纤维地铁车体底架，其特征在于：所述上蒙皮与所述下蒙皮之间胶接有走线管。
3.根据权利要求2所述的碳纤维地铁车体底架，其特征在于：所述走线管设在所述蜂窝夹层与所述下蒙皮之间。
4.根据权利要求3所述的碳纤维地铁车体底架，其特征在于：所述上蒙皮、下蒙皮以及所述横筋均采用碳纤维预浸料。
5.根据权利要求4所述的碳纤维地铁车体底架，其特征在于：所述碳纤维预浸料是具有阻燃性的预浸料。
6.碳纤维地铁车体底架的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）横筋预制体制备及泡沫填充：按照拟加工产品结构图编排预浸料，裁剪，在模具上铺贴成型横筋蒙皮层，再在横筋蒙皮表面从下往上依次铺放可剥布、隔离膜、透气毡、真空袋并利用密封胶带密封，热压实，制备出横筋预制体，清理干燥泡沫材料，在干燥后的泡沫材料表面覆盖一层胶膜，利用胶接工艺将泡沫材料粘接到横筋预制体的凹槽处，并热压实；
2）横筋与下蒙皮整体固化成型：以激光投影线为铺贴基准线将裁剪好的上蒙皮预浸料铺贴在模具上，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，利用碳纤维地铁底架模具的加热系统整体固化横筋与下蒙皮；
3）胶接走线管与蜂窝夹层：打磨走线管胶接面，去除掉树脂层，以激光投影线为铺贴基准线在上蒙皮表面铺贴胶膜，以激光投影线为基准线放置走线管，同时布置蜂窝夹层位置，在走线管、蜂窝夹层的上方放置均压板，固化胶接；
4）铺贴上蒙皮：以激光投影线为铺贴基准线铺贴裁剪的预浸料，铺贴层数分为整体铺贴层与加强层，将边缘处预浸料修剪至铺贴余量线处，真空热压实，待固化；
5）底架成型：依次铺放一层可剥布、无孔隔离膜、透气毡，并整理，使之尽量贴合模具，用清洁布擦拭模具边缘布置密封胶条处，并制袋测真空度，真空度在920mbar以上，15min后关闭真空，5min内真空压力下降超过50mbar，应检查漏点重新进行密封，直到符合要求为止。
7.根据权利要求6所述的一种碳纤维地铁车体底架的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中泡沫烘干温度120±5℃，保温90min；步骤（2）中固化温度60-100℃，固化时间100min，保温温度100-150℃，保温时间100min；步骤（3）中胶膜固化温度120±5℃，保温90min；步骤（5）固化温度为60-100℃固化时间100min，保温温度100-150℃，保温时间100min。
8.根据权利要求6所述的一种碳纤维地铁车体底架的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）与（4）中，铺贴预浸料过程中，每3-8层热压实一次，铺贴第一层时单独热压实。
9.根据权利要求6所述的一种碳纤维地铁车体底架的制造方法，其特征在于，在所述走线管与蜂窝夹层，走线管与下蒙皮，蜂窝夹层与蒙皮的接触处需填充发泡胶。
10.根据权利要求6所述的一种碳纤维地铁车体底架的制造方法，其特征在于，所述的步骤（5）中，固化升温速率控制在1-3℃/min，固化结束后降温速率要小于2℃/min，保温阶段的温度和时间以滞后热电偶为准。
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