CN107914404A - 轨道车辆侧墙一体化成型方法 - Google Patents

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刘玉
马艳波
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Abstract

轨道车辆侧墙一体化成型方法涉及轨道车辆侧墙制造技术领域，该方法是将由外蒙皮、内蒙皮、中间填充泡沫芯材构成的三明治结构经过高温固化后得到一体化结构侧墙的方法。本发明方法制造的一体化结构侧墙在满足车体侧墙结构强度、刚度等性能的前提下，提高了侧墙结构的模块化、整体化程度，改善了工艺流程，降低了侧墙结构的工作量与工作难度；该方法采用高温固化成型工艺，成型过程中结构变形量小，提高了车体侧墙结构整体的尺寸精度与外观的整洁度；该方法能够有效的降低车体侧墙结构重量，较之传统的金属车体侧墙结构的减重效果明显，契合目前轨道车辆关于车体结构轻量化的设计需求。

Description

轨道车辆侧墙一体化成型方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆侧墙制造技术领域，具体涉及一种轨道车辆侧墙一体化成型方法。
背景技术
现有金属车体的侧墙结构主要由侧墙板及金属骨架结构组成，侧墙板主要起到美观的效果，外表面平整度较好的侧墙板经过车辆涂装工艺后，侧墙板能够展现出美观整洁的视觉效果；金属骨架结构主要起到受力承载的作用，车顶设备的重量需要通过金属骨架结构传递到车体侧墙结构中，车体侧墙结构由于轨道激震所承受的震动载荷也需要金属骨架结构传递到车顶结构当中，构成车体结构的传力路径。
现有车体侧墙金属骨架结构主要采用不锈钢或铝合金等金属材料制成，金属型材之间通过焊接工艺进行连接。由于轨道车辆侧墙结构的尺寸面积较大并且具有一定弯曲曲率，因此，侧墙金属骨架结构的焊接操作工艺较为复杂，焊接变形量较大，增加了车体结构整体装配的施工难度与工作量。焊接操作工艺还容易产生焊接热影响区，使结构内部产生残余应力，导致局部结构强度降低。
如图1和图2所示，传统金属车体侧墙结构1包括：侧墙板1-1、胶层1-2和金属骨架结构1-3，金属骨架结构1-3中各部分金属型材采用焊接工艺连接，金属骨架结构1-3与侧墙板1-1利用胶层1-2实现胶接连接。
车体侧墙金属骨架结构与侧墙板之间采用胶粘工艺实现连接，由于侧墙板1-1主要采用玻璃钢复合材料加工制作而成，且侧墙板1-1的尺寸面积较大，侧墙板1-1的自重不容忽视。侧墙板1-1与金属骨架结构1-3胶粘时，由于人工操作误差可能会产生侧墙板1-1粘接错位的现象，为后续车窗、车门等结构的安装造成了一定的困难，同时还会影响侧墙结构1的整体外观效果。
发明内容
为了解决现有侧墙结构存在的金属骨架结构焊接变形量大导致车体装配难度大和工作量大，且容易导致局部结构强度降低，以及因玻璃钢复合材料侧墙板自重导致侧墙板与金属骨架结构粘接时易出现错位，而给后续车窗、车门等结构的安装增加困难的技术问题，本发明提供一种轨道车辆侧墙一体化成型方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
轨道车辆侧墙一体化成型方法，其是将由外蒙皮、内蒙皮、中间填充泡沫芯材构成的三明治结构经过高温固化后得到一体化结构侧墙的方法，该方法具体包括如下步骤：
第一步、根据侧墙的外轮廓结构制作相应的模具，作为一体化结构侧墙的铺层及成型基础；
第二步、根据侧墙的外表面结构设计外蒙皮的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件(美国ANSYS公司)对外蒙皮的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到模具的相应位置：0.2mm厚的表面膜、0.35mm厚的RE400、0.5mm厚的XC411、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411；
第三步、将第二步铺设完成的外蒙皮材料连同模具一起放入烘房进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温3小时后，自然降温至室温；
第四步、根据第三步固化后的外蒙皮的形状加工泡沫芯材的形状和表面，需要做到泡沫芯材的表面与外蒙皮表面完全贴合，然后，在泡沫芯材与外蒙皮之间铺设两层胶膜，使泡沫芯材的表面与外蒙皮表面紧密连接；
第五步、将第四步铺设完成的泡沫芯材与外蒙皮、模具一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至120℃，保温4小时后，自然降温至室温；
第六步、根据侧墙的内表面结构设计内蒙皮的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件对内蒙皮的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到第五步所述的泡沫芯材的相应位置：0.2mm厚的胶膜、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416；
第七步、将第六步铺设完成的内蒙皮材料与泡沫芯材、外蒙皮、模具一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温6小时后，自然降温至室温，形成最终的一体化结构侧墙。
本发明的有益效果如下：
1)本发明方法制造的一体化结构侧墙，将传统金属车体中的侧墙板、金属骨架结构等部件集成于一体，形成一种全新一体化的侧墙形式。在满足车体侧墙结构强度、刚度等性能的前提下，提高了侧墙结构的模块化、整体化程度，改善了工艺流程，降低了侧墙结构的工作量与工作难度。
2)本发明方法制造的一体化结构侧墙，采用高温固化成型工艺，成型过程中结构变形量小，提高了车体侧墙结构整体的尺寸精度与外观的整洁度。
3)本发明方法制造的一体化结构侧墙，能够有效的降低车体侧墙结构重量，较之传统的金属车体侧墙结构的减重效果明显，契合目前轨道车辆关于车体结构轻量化的设计需求。
附图说明
图1是现有侧墙的结构示意图。
图2是现有侧墙的分层结构示意图。
图3是本发明一体化结构侧墙的结构示意图。
图4是本发明一体化结构侧墙的分层结构示意图。
图5是本发明轨道车辆侧墙一体化成型方法中使用的模具结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3至图5所示，本发明的轨道车辆侧墙一体化成型方法是将由外蒙皮2-1、内蒙皮2-3、中间填充泡沫芯材2-2构成的三明治结构经过高温固化后得到一体化结构侧墙2的方法。制造过程中，一体化结构侧墙2的外围翻边区域的外蒙皮2-1与内蒙皮2-3直接连接，以便于轨道车辆车体结构各大部件间的装配。
本发明的轨道车辆侧墙一体化成型方法包括如下步骤：
第一步、根据侧墙2的外轮廓结构制作相应的模具3，作为一体化结构侧墙2的铺层及成型基础；
第二步、根据侧墙2的外表面结构设计外蒙皮2-1的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件对外蒙皮2-1的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到模具3的相应位置：0.2mm厚的表面膜、0.35mm厚的RE400、0.5mm厚的XC411、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411；上述材料均由固瑞特(天津)复合材料有限公司提供，各材料的型号是：表面膜的型号是200-1255，RE400的型号是RE400T-1250，XC411的型号是XC411-1270，UC300的型号是UC300-400，RC416的型号是RC416-1270；
第三步、将第二步铺设完成的外蒙皮2-1材料连同模具3一起放入烘房进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温3小时后，自然降温至室温；
第四步、根据第三步固化后的外蒙皮2-1的形状加工泡沫芯材2-2的形状和表面，需要做到泡沫芯材2-2的表面与外蒙皮2-1表面完全贴合，然后，在泡沫芯材2-2与外蒙皮2-1之间铺设两层胶膜，使泡沫芯材2-2的表面与外蒙皮2-1表面紧密连接；泡沫芯材2-2为固瑞特(天津)复合材料有限公司提供的1220*2440*48平板打孔PET泡沫；
第五步、将第四步铺设完成的泡沫芯材2-2与外蒙皮2-1、模具3一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至120℃，保温4小时后，自然降温至室温；
第六步、根据侧墙2的内表面结构设计内蒙皮2-3的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件对内蒙皮2-3的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到第五步所述的泡沫芯材2-2的相应位置：0.2mm厚的胶膜、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416；上述材料均由固瑞特(天津)复合材料有限公司提供，各材料的型号是：胶膜的型号是400-1270，XC411的型号是XC411-1270，UC300的型号是UC300-400，RC416的型号是RC416-1270；
第七步、将第六步铺设完成的内蒙皮2-3材料与泡沫芯材2-2、外蒙皮2-1、模具3一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温6小时后，自然降温至室温，形成最终的一体化结构侧墙2。
本发明的轨道车辆侧墙一体化成型方法成功试用于武汉东湖有轨电车碳纤维车体结构中，一体化结构侧墙制作完成后，通过相关实验测试，得到以下实验数据：一体化结构侧墙重量较传统金属车体侧墙结构的重量下降约为27％，实现了车体结构轻量化的设计目的；一体化结构侧墙在各种工况条件下的结构应力未超过材料的许用应力，满足结构强度要求。一体化结构侧墙在各种工况条件下的结构变形量均在技术条件要求范围内，满足结构刚度要求。

Claims (1)

1.轨道车辆侧墙一体化成型方法，其特征在于，该方法是将由外蒙皮(2-1)、内蒙皮(2-3)、中间填充泡沫芯材(2-2)构成的三明治结构经过高温固化后得到一体化结构侧墙(2)的方法，该方法具体包括如下步骤：
第一步、根据侧墙(2)的外轮廓结构制作相应的模具(3)，作为一体化结构侧墙(2)的铺层及成型基础；
第二步、根据侧墙(2)的外表面结构设计外蒙皮(2-1)的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件对外蒙皮(2-1)的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到模具(3)的相应位置：0.2mm厚的表面膜、0.35mm厚的RE400、0.5mm厚的XC411、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411；
第三步、将第二步铺设完成的外蒙皮(2-1)材料连同模具(3)一起放入烘房进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温3小时后，自然降温至室温；
第四步、根据第三步固化后的外蒙皮(2-1)的形状加工泡沫芯材(2-2)的形状和表面，需要做到泡沫芯材(2-2)的表面与外蒙皮(2-1)表面完全贴合，然后，在泡沫芯材(2-2)与外蒙皮(2-1)之间铺设两层胶膜，使泡沫芯材(2-2)的表面与外蒙皮(2-1)表面紧密连接；
第五步、将第四步铺设完成的泡沫芯材(2-2)与外蒙皮(2-1)、模具(3)一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至120℃，保温4小时后，自然降温至室温；
第六步、根据侧墙(2)的内表面结构设计内蒙皮(2-3)的外形结构，并经过ANSYS有限元分析软件对内蒙皮(2-3)的结构进行仿真分析确定各铺层按照如下的铺放顺序和材料铺设到第五步所述的泡沫芯材(2-2)的相应位置：0.2mm厚的胶膜、0.34mm厚的UC300、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416、0.5mm厚的XC411、0.5mm厚的RC416；
第七步、将第六步铺设完成的内蒙皮(2-3)材料与泡沫芯材(2-2)、外蒙皮(2-1)、模具(3)一起放入烘房中进行固化，以0.5～1℃/min的升温速率，升温至95℃，保温2小时后，再升温至120℃，保温6小时后，自然降温至室温，形成最终的一体化结构侧墙(2)。
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