CN110588897B - 一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，包括碳纤维复合材料安全吊本体和和对称设置在安全吊本体的两个吊角上的四个金属衬套，在金属衬套的外周面沿其周向设有一圈凹槽，碳纤维复合材料安全吊本体设有填充在金属衬套凹槽内的防脱凸沿，金属衬套的复合面需经过喷砂粗化处理并设有防电偶腐蚀的过渡材料层。该金属衬套与碳纤维复合材料安全吊本体通过模具在高温高压下实现一体成型，一体成型后能形成相互之间的物理形阻现象，从而实现金属衬套与碳纤维复合材料安全吊本体厚度方向的双向防压脱，其连接结构更加紧密稳固。避免了产生电偶腐蚀现象，大大延长了转向架摇枕安全吊的使用寿命。

Description

一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁路客车转向部件，特别是一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法。
背景技术
铁路客车转向架摇枕安全吊结构位于车辆转向架最下部，例如209P型转向架摇枕托梁安全吊，转向架摇枕安全吊结构主要起到弹簧托梁故障掉落时的保护作用，防止弹簧托梁掉入轨道上，是一种重要的安全保护装置。
在实际运行过程，发现安全吊本体极易产生断裂，或者在安全吊本体对安全吊座产生的振动冲击使得安全吊座产生断裂，安全吊本体或者安全吊座断裂之后，在列车运行途中，安全吊结构极有可能落在钢轨上或道岔上，造成列车脱轨甚至倾覆事件，造成极大的安全隐患。
目前本领域技术人员多认为是安全吊本体的强度不够而导致的安全吊本体易断裂的问题，但是采用强度较高的钢材来制作安全吊本体时，同时还要考虑安全吊本体对安全吊座的振动冲击力的大小，避免对安全吊座产生较大的冲击，因此改进多在选用机械性能优异的钢材来制作安全吊本体，目前采用牌号为Q235A的钢材制作安全吊本体，虽然Q235A钢材制作的安全吊本体寿命要稍微高于其他钢材制作的安全吊本体寿命，但是实际应用的过程中，安全吊本体仍然经常出现断裂的问题。
为了解决现有的安全吊结构使用寿命较低，极易出现断裂的问题，出现了一种铁路客车转向架碳纤维摇枕安全吊结构，其结构是安全吊本体与四个金属衬套采用碳纤维预浸料经过模压成型而制成。碳纤维复合材料与金属衬套的结合一般采用嵌套式结构，在高温高压下实现一体成型，但由于碳纤维复合材料与金属衬套是两种不同的材质，二者的物理性能相差很大，在不同环境下，膨胀系数不同，在两者结合处容易发生脱胶开裂，会造成两者不正常脱离。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种结合紧密的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特点是：
（一）、金属衬套的制备
选用符合规格尺寸的金属衬套，在金属衬套的外周面沿其周向设置有一圈凹槽，对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，复合面的表面粗糙度达Ra100~150；
对喷砂粗化处理后的复合面加装防电偶腐蚀的过渡材料层后备用；
（二）、安全吊本体制作
将碳纤维预浸料根据安全吊外形裁剪出规定形状的预浸料料片；并在预浸料料片上对应位置加工出用于放置金属衬套的通孔；
根据铺层设计的要求，按顺序将裁剪好的预浸料料片在辅助叠料治具上进行合料，并累积到设计要求的厚度，合料时通孔对齐构成衬套孔；
（三）、一体成型
将步骤一中制备好的金属衬套嵌入到步骤二中的安全吊本体的衬套孔中，通过模具挤压，使预浸料料片上的胶充满金属衬套凹槽，最后通过模具在高温高压下实现一体成型。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述预浸料料片上的用于放置金属衬套的通孔的直径比金属衬套的最大外径大0～2mm。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，合料后安全吊本体的厚度比金属衬套的厚度大0.1～1mm。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，步骤三中，模具的合紧压力大于10MPa，成型温度为100～200℃。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，步骤一中喷砂粗化处理的具体方法是：首先将金属衬套的内孔及两端面进行保护处理，然后采用36目金刚砂或18目白刚玉砂，对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，喷砂表面应粗糙，均匀，然后用毛刷对喷好的产品进行清理，然后使用清洗剂进行清洗，取出待干了后备用。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，金属衬套清洗后，采用自然风干，或者放入烤箱内在80°~90℃温度下烘烤5~10分钟进行烘干。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，金属衬套为正圆形、椭圆形、正方形或长方形。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，金属衬套外周面上的凹槽设置在外周面的正中位置。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，金属衬套外周面上的凹槽设偏向任意一侧设置。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述防电偶腐蚀的过渡材料层为在金属衬套外周面涂覆的防腐蚀漆层或为磷化处理层。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述防电偶腐蚀的过渡材料层为在金属衬套外周面包覆的玻璃纤维布层。
本发明与现有技术相比，在金属衬套的外周面沿其周向设有一圈凹槽，碳纤维复合材料构件本体设有填充在金属衬套凹槽内，该金属衬套与碳纤维复合材料一体本体成型，一体成型后能形成相互之间的物理形阻现象，从而实现金属衬套与碳纤维复合材料厚度方向的双向防压脱，其连接结构更加紧密稳固。并且在金属衬套上设置防电偶腐蚀的过渡材料层，避免产生电偶腐蚀现象，大大延长构件的使用寿命。
附图说明
图1为安全吊结构图；
图2为金属衬套侧视图；
图3为金属衬套与安全吊本体结合的结构简图；
图4为图3有剖面图；
图5这方形金属衬套与安全吊本体结合的结构示意图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，
包括安全吊本体1，和对称设置在安全吊本体的两个吊角上的四个金属衬套，每个吊角上两个金属衬套2。
（一）、金属衬套的制备
选用符合规格尺寸的金属衬套，在金属衬套的外周面沿其周向设置有一圈凹槽，凹槽可以后加工的，也可以是金属衬套一体成型形成的。对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，复合面的表面粗糙度达Ra100~150；
对喷砂粗化处理后的复合面加装防电偶腐蚀的过渡材料层后备用；
（二）、安全吊本体制作
将碳纤维预浸料根据安全吊外形裁剪出规定形状的预浸料料片；并在预浸料料片上对应位置加工出用于放置金属衬套的通孔；
根据铺层设计的要求，按顺序将裁剪好的预浸料料片在辅助叠料治具上进行合料，并累积到设计要求的厚度，合料时通孔对齐构成衬套孔；
（三）、一体成型
将步骤一中制备好的金属衬套嵌入到步骤二中的安全吊本体的衬套孔中，通过模具挤压，使预浸料料片上的胶充满金属衬套凹槽，最后通过模具在高温高压下实现一体成型。
所述预浸料料片上的用于放置金属衬套的通孔的直径比金属衬套的最大外径大0～2mm。
合料后安全吊本体的厚度比金属衬套的厚度大0.1～1mm。确保两者在一体成型时，过多的碳纤维预浸胶能够填充到金属衬套的凹槽中。金属衬套的厚度与最终成型后的碳纤维安全吊主体的厚度一致。
步骤三中，模具的合紧压力大于10MPa，成型温度为100～200℃。
步骤一中喷砂粗化处理的具体方法是：首先将金属衬套的内孔及两端面进行保护处理，然后采用36目金刚砂或18目白刚玉砂，对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，喷砂表面应粗糙，均匀，然后用毛刷对喷好的产品进行清理，然后使用清洗剂进行清洗，取出待干了后备用。一般粗化过的金属件必须要在24小时内用完，最多不超过36小时，否则需再次粗化一遍。
内孔及两端面进行保护处理，采用内孔封堵然后在两端面贴保护层的方法实现。
金属衬套清洗后，采用自然风干，或者放入烤箱内在80°~90℃温度下烘烤5~10分钟进行烘干。
所述的金属衬套为不锈钢材质，可以是马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢中的任意一种。金属衬套外形为正圆形、椭圆形、正方形或长方形。
金属衬套外周面上的凹槽设置在外周面的正中位置。或者金属衬套外周面上的凹槽设偏向任意一侧设置。
所述防电偶腐蚀的过渡材料层3为在金属衬套外周面涂覆的防腐蚀漆层或为磷化处理层。
所述防电偶腐蚀的过渡材料层为在金属衬套外周面包覆的玻璃纤维布层。
具体的如图所示：
该衬套厚度是L1，外径D3，内径D1，且在厚度方向环向加工有凹槽4，凹槽外径为D2，该金属衬套与碳纤维复合材料一体成型，一体成型后能形成相互之间的物理形阻现象，从而实现金属衬套与碳纤维复合材料厚度方向的双向防压脱，其连接结构更加紧密稳固。
所述的金属衬套为不锈钢、碳钢、铝合金、钛合金等所有已知的金属材质，但不仅限于此。
所述金属衬套的厚度L1与成型后碳纤维复合材料安全吊本体的厚度一致，L1的厚度可以是0.5～50mm中间的任意值。
所述金属衬套的凹槽的壁厚L2尺寸可以是0.2～10mm中间的任意值；
所述金属衬套的外形不局限于正圆，可以是椭圆、正方形、长方形等任意形状。
所述金属衬套凹槽的两侧壁厚可以一样也可以不一样。
所述金属衬套凹槽的两侧壁的高度L3和L4可以相等，也可以不等。
所述的金属衬套与碳纤维复合材料一体成型是通过以下方法实现，首先在碳纤维预浸布上加工内径D3+2mm的孔，再将多层预浸布的孔对齐叠加到一起，保证厚度大于衬套厚度0.1～1mm，再将金属衬套嵌入到多层叠加的预浸布的孔中，最后通过模具在高温高压下实现一体成型。
由于碳纤维复合材料保留了碳本身的电化学特性，具有导电性，较高的电极电位，当它与某些电极电位较负的金属接触，会加快金属的腐蚀速率，这就是电偶腐蚀现象。为了避免该种现象的产生，在金属与碳纤维复合材料的接触面之间增加一种过渡材质层：如在金属衬套表面涂漆或磷化，或增加玻璃纤维布层，从而避免电偶腐蚀。

Claims (9)

1.一种一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：
(一)、金属衬套的制备
选用符合规格尺寸的金属衬套，在金属衬套的外周面沿其周向设置有一圈凹槽，对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，复合面的表面粗糙度达Ra100～150；
对喷砂粗化处理后的复合面加装防电偶腐蚀的过渡材料层后备用；
(二)、安全吊本体制作
将碳纤维预浸料根据安全吊外形裁剪出规定形状的预浸料料片；并在预浸料料片上对应位置加工出用于放置金属衬套的通孔；
根据铺层设计的要求，按顺序将裁剪好的预浸料料片在辅助叠料治具上进行合料，并累积到设计要求的厚度，合料时通孔对齐构成衬套孔；
(三)、一体成型
将步骤一中制备好的金属衬套嵌入到步骤二中的安全吊本体的衬套孔中，通过模具挤压，使预浸料料片上的胶充满金属衬套凹槽，最后通过模具在高温高压下实现一体成型；
其中模具的合紧压力大于10MPa，成型温度为100～200℃。
2.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：所述预浸料料片上的用于放置金属衬套的通孔的直径比金属衬套的最大外径大0～2mm。
3.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：步骤(二)中，合料后的厚度比金属衬套的厚度大0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：步骤(一)中喷砂粗化处理的具体方法是：首先将金属衬套的内孔及两端面进行保护处理，然后采用36目金刚砂或18目白刚玉砂，对金属衬套外周的复合面进行喷砂粗化处理，喷砂表面应粗糙，均匀，然后用毛刷对喷好的产品进行清理，然后使用清洗剂进行清洗，取出待干了后备用。
5.根据权利要求4所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：金属衬套清洗后，采用自然风干，或者放入烤箱内在80°～90℃温度下烘烤5～10分钟进行烘干。
6.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：金属衬套为正圆形、椭圆形、正方形或长方形。
7.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：所述的金属衬套外周面上的凹槽设置在外周面的正中位置。
8.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：所述的金属衬套外周面上的凹槽设偏向任意一侧设置。
9.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维转向架摇枕安全吊的制备方法，其特征在于：所述防电偶腐蚀的过渡材料层为在金属衬套外周面涂覆的防腐蚀漆层或为磷化处理层或者是在金属衬套外周面包覆的玻璃纤维布层。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: A preparation method of integrated carbon fiber bogie bolster safety hanger

Effective date of registration: 20210831

Granted publication date: 20210326

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Lianyungang branch

Pledgor: LIANYUNGANG SHENYING COMPOSITE MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980008613

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Date of cancellation: 20220527

Granted publication date: 20210326

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Pledgor: LIANYUNGANG SHENYING COMPOSITE MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

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