CN111473237A - 一种拉挤板体结构及其预成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种拉挤板体结构，包括主体部分和连接部分；主体部分包括并列设置的若干由纤维布围设的环状腔体以及对各环状腔体进行包覆的外围纤维布，环状腔体和外围纤维布通过树脂连接且固化成型。本发明中，改变通过纤维束和纤维条作为拉挤材料的方式，而采用完整的纤维布来实施拉挤工艺，使得拉挤完成的板体结构整体性更强，各个环状腔体在固化成型后形成了完整的结构单元，且各个结构单元通过树脂的连接及固化可形成具有多片内部筋体的空腔结构，从而在减少材料用量降低重量的同时，还有效的保证了板体的结构强度。同时本发明中还请求保护一种拉挤板体结构的预成型工艺。

Description

一种拉挤板体结构及其预成型工艺

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种拉挤板体结构及其预成型工艺。

背景技术

目前，中国铁路总公司工作会议上，明确中铁总公司将持续加大铁路建设力度，2018年，全国铁路固定资产投资安排7320亿元，投产新线4000公里，其中高铁3500公里，预计增长超过50%。中国轨道交通的广阔前景和市场空间，高铁动车组交付量恢复至高位，将拉动对动车组的需求。

随着高铁的提速，降低高铁各个部件的自身重量，轻量化已经成为趋势。一定自重的降低必然为高铁速度的提升带来巨大的贡献，采用合适的方式有效降低动车各个部件的重量，基于之前的模压、真空导流及热压罐工艺技术积累，考虑整体化成型避免粘接及减少安装程序，采用一体成型制作相关部件，对于降低成本、提高生产效率及减少失效风险，具有较大的研究价值和应用前景。

拉挤成型是将浸渍过树脂的纤维通过模具挤压作用成型后连续生产的一种工艺，可形成等截面的板体结构以供轨道交通设备使用。

但是在目前生产的过程中，垃圾工艺均采用纤维束或者纤维条送入模具中成型，虽然通过树脂的固化会形成整体性结构，但是纤维束之间，或者纤维条与纤维条之间存在间断性，因此板体结构的强度难以得到大幅的提升。

鉴于上述情况，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种拉挤板体结构及其预成型工艺，使其更具有实用性。

发明内容

本发明提供了一种拉挤板体结构，从而有效解决背景技术中的问题。同时本发明中还请求保护板体结构的预成型工艺，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种拉挤板体结构，包括主体部分和连接部分，所述连接部分用于在所述主体部分使用过程中对所述主体部分进行安装固定；

所述主体部分包括并列设置的若干由纤维布围设的环状腔体以及对各所述环状腔体进行包覆的外围纤维布，所述环状腔体和所述外围纤维布通过树脂连接且固化成型。

进一步地，所述连接部分包括由所述外围纤维布围设而成的环状体，所述环状体通过树脂固化成型。

进一步地，还包括连接所述环状腔体和环状体的连接纤维布，三者通过树脂连接且固化成型。

进一步地，还包括铺设于所述外围纤维布外侧，且设置于所述环状腔体和环状体连接处的加强纤维布，所述加强纤维布与所述外围纤维布通过树脂连接且固化成型。

进一步地，所述环状体内侧设置有纤维丝束，所述纤维丝束与所述环状体通过树脂连接且固化成型。

一种拉挤板体结构的预成型工艺，包括以下步骤：

S1：对至少两片平面型的纤维布片进行牵引，在牵引过程中通过形状过渡而逐渐的贴合于第一杆状模芯上，使得所述纤维布形成U型结构；

S2：成U型导入第二部分纤维布片，第二部分所述纤维布片间隔设置于各所述U型结构之间；

S3：成U型或平面型导入第三部分纤维布片，第三部分所述纤维布片用于对第二部分所述纤维布片形成的U型敞口部进行闭合，第二部分和第三部分所述纤维布片贴合于第二杆状模芯上成环状被牵引；

S4：通过形状过渡使得各所述U型结构的两边缘逐渐的贴合于第一杆状模芯上，而形成环状结构；

S5：围绕各环状结构外围导入第四部分纤维布片，第四部分所述纤维布片至少成两次导入，且所述步骤S4在各次导入之前执行，或者伴随其中的至少一次导入而执行；

S6：向步骤S1~S5中形状限制完毕的结构注入树脂并固化成型。

进一步地，第二部分所述纤维布片还包括设置于各所述U型结构两侧的部分。

进一步地，还包括对第四部分所述纤维布片的边缘进行卷曲形成围绕在第三柱状模芯外围的孔位的步骤。

进一步地，还包括向所述孔位内导入纤维束的步骤，所述纤维束围绕所述孔位内壁均匀设置，且导向方向与所述第一杆状模芯、第二杆状模芯和第三柱状模芯平行。

一种拉挤板体预成型模具，包括平行设置的若干模板，以及用于对各所述模板进行安装的模架；

所述模架包括平行设置的至少两根安装杆，所述安装杆通过连接结构与所述模板连接。

进一步地，所述连接结构包括与所述模板连接的第一部分，以及与所述第一部分连接的第二部分，所述第一部分和第二部分包覆于所述安装杆外部，且与所述安装杆贴合后形成间隙，所述第一部分和第二部分在所述间隙位置处通过连接件固定连接。

进一步地，所述间隙包括两部分。

进一步地，所述模板与所述安装杆贴合的部分为弧形结构，且所述弧形结构局部包覆于所述安装杆外部。

进一步地，所述安装杆包括若干段，相连两段之间通过连接座连接。

进一步地，所述连接座包括通过螺栓结构连接的两部分，且两部分之间设置有供所述安装杆贯穿的空间，所述螺栓结构用于在紧固后保证两部分对所述安装杆的挤压力。

进一步地，所述连接座的俩部分与所述安装杆的贴合部分之间分别设置有相匹配的凸起/凹陷结构。

进一步地，各个所述安装杆之间还设置有支撑结构，所述支撑结构结包括安装于所述安装杆外部的连接座，以及对各个所述连接座进行连接的连杆。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，改变通过纤维束和纤维条作为拉挤材料的方式，而采用完整的纤维布来实施拉挤工艺，使得拉挤完成的板体结构整体性更强，各个环状腔体在固化成型后形成了完整的结构单元，且各个结构单元通过树脂的连接及固化可形成具有多片内部筋体的空腔结构，从而在减少材料用量降低重量的同时，还有效的保证了板体的结构强度。同时本发明中还请求保护一种拉挤板体结构的预成型工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为拉挤板体结构的截面图；

图2为环状腔体和外围纤维布的局部位置关系示意图；

图3为连接部分位置处各层纤维布片的展开示意图；

图4为拉挤板体结构的预成型工艺的流程图；

图5为拉挤板体预成型模具的结构示意图；

图6为第一模板的结构示意图；

图7为第二模板的结构示意图；

图8为第三模板的结构示意图；

图9为第四模板的结构示意图

图10为第一~第四模板的组合示意图；

图11为导毡板的结构示意图；

图12为图5中A处的局部放大图；

图13为第五模板的结构示意图；

图14为第六模板的结构示意图；

图15为第七模板的结构示意图；

图16为第八模板的结构示意图；

图17为第九模板的结构示意图；

图18为图5中B处的局部放大图；

图19为连接结构与模板连接处的放大图；

图20为连接座连接两根安装杆时的安装示意图；

图21为连接座支撑安装杆时的安装示意图；

附图标记：主体部分1、环状腔体11、外围纤维布12、连接纤维布13、加强纤维布14、连接部分2、环状体21、模具结构3、第一模板31、贯通孔32、第二模板33、导毡板34、导向部分34a、定型部分34b、棱边34c、第三模板35、第四模板36、第五模板37、第六模板38、第七模板39、成型孔位310、第八模板311、第九模板312、第一杆状模芯4、第二杆状模芯5、第三柱状模芯6、模架7、安装杆71、连接结构8、第一部分81、第二部分82、连接件83、模板9、连接座10、连杆11。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例采用递进的方式撰写。

如图1和2所示，一种拉挤板体结构，包括主体部分1和连接部分2，连接部分2用于在主体部分1使用过程中对主体部分1进行安装固定；主体部分1包括并列设置的若干由纤维布围设的环状腔体11以及对各环状腔体11进行包覆的外围纤维布12，环状腔体11和外围纤维布12通过树脂连接且固化成型。本发明中，改变通过纤维束和纤维条作为拉挤材料的方式，而采用完整的纤维布来实施拉挤工艺，使得拉挤完成的板体结构整体性更强，各个环状腔体11在固化成型后形成了完整的结构单元，且各个结构单元通过树脂的连接及固化可形成具有多片内部筋体的空腔结构，从而在减少材料用量降低重量的同时，还有效的保证了板体的结构强度。

在拉挤板体结构安装的过程中，改变了原有的金属焊接的方式，通过连接件进行固定，但为了进一步的保证连接的稳定性，如图3所示，连接部分2包括由外围纤维布12围设而成的环状体21，环状体21通过树脂固化成型，固化后的环状体可通过切割等步骤来获得如连接座等的连接结构，此处的连接结构与主体部分1一体成型，因此可有效保证连接的稳定性和可靠性。

在上述结构中，环状体21和环状腔体11之间为结构的薄弱点，为了避免此处的结构缺陷，还包括连接环状腔体11和环状体21的连接纤维布13，三者通过树脂连接且固化成型，通过连接纤维布13可在固化成型后起到结构薄弱点的增强作用，其中，连接纤维布13可局部的连接环状体21和环状腔体11，也可对环状体21进行完整的包覆。

继续参照图3，作为上述实施例的优选，当外围纤维布12对环状体21进行包覆后，或者，当设置连接纤维布13时，同样实现连接纤维布13的包覆，连接的部分还可能给存在一定程度上的薄弱程度，因此，本优选方案中，拉挤板体结构还包括铺设于外围纤维布12外侧，且设置于环状腔体11和环状体21连接处的加强纤维布14，加强纤维布14与外围纤维布12通过树脂连接且固化成型，外部的加强结构保证纤维布片铺层的平整性，避免内部加强厚度过大而而造成结构缺陷，外部的结构即可保证结构的整体性，也可实现结构的加强。

在使用过程中，环状体21作为连接结构而承受较为集中的受力，为了保证此处的强度，作为上述实施例的优选，环状体21内侧设置有纤维丝束，纤维丝束与环状体21通过树脂连接且固化成型，纤维丝束的导入可使得此处的结构得到加强。

如图4所示，一种拉挤板体结构的预成型工艺，包括以下步骤：

S1：对至少两片平面型的纤维布片进行牵引，在牵引过程中通过形状过渡而各自逐渐的贴合于第一杆状模芯上，使得纤维布形成U型结构；

S2：成U型导入第二部分纤维布片，第二部分纤维布片间隔设置于各U型结构之间；

S3：成U型或平面型导入第三部分纤维布片，第三部分纤维布片用于对第二部分纤维布片形成的U型敞口部进行闭合，第二部分和第三部分纤维布片贴合于第二杆状模芯上成环状被牵引；

S4：通过形状过渡使得各U型结构的两边缘逐渐的贴合于第一杆状模芯上，而形成环状结构；

S5：围绕各环状结构外围导入第四部分纤维布片，第四部分纤维布片至少成两次导入，且步骤S4在各次导入之前，或者伴随其中的至少一次导入而执行。

以下结合具体的如图5中所示的模具结构3对上述拉挤板体结构的预成型工艺进行具体的说明。

本实施例中，平面型的纤维布片的形状过渡可采用以下方式：以对三片平面型的纤维布片进行牵引为例，如图6所示，在模具的第一模板31上设置三条条形的贯通孔32，且成两层设置，从而减低第一模板31的宽度，通过贯通孔32导入三片纤维布片；如图7所示，在模具的第二模板33上设置两端弯折且成聚拢形式的至少一个贯通孔32，供来自第一模板31中的纤维布片贯穿，从而使其形状在一定程度上发生变化，此处选择一个、两个或三个均对纤维布片进行调整均可，可根据模板的大小具体选择；如图8和9所示，在模具的第三模板35和第四模板36上分别设置贯通孔32供来自第二模板33的各个纤维布片贯穿，且通过贯通孔32的形状限制纤维布片的形状分步的聚拢而形成如图8中所示的最终U型结构；在本实施例中，如图10所示，模板的设置数量和贯通孔32的设置和过渡形式可根据纤维布片的层数和厚度等具体调整。

如图11所示，展示了导毡板34的结构，导毡板34包括用于对第二部分纤维布片进行导向的导向部分34a，以及成U型设置的定型部分34b，通过棱边34c过渡，且棱边前后的两平面呈80~100°设置，第二部分纤维布片通过导向部分34a到达棱边34c,通过此处的转折过渡而使得纤维布片在定型部分34b被过渡为U型结构，第二部分纤维布片间隔设置于各U型结构之间和两侧。

如图12所示，通过导毡板34成U型导入第二部分纤维布片，第二部分纤维布片间隔设置于各U型结构之间；本实施中，还成U型导入第三部分纤维布片，第三部分纤维布片用于对第二部分纤维布片形成的U型敞口部进行闭合，第二部分和第三部分纤维布片贴合于第二杆状模芯5上成环状被牵引，其中，当第二杆状模芯5设置多个时，多个的尺寸和截面大小可灵活设置。

如图13和14所示，被导入的各个部分的纤维布片通过第五模板37和第六模板38而被限制在同一的孔位内，且孔位内贯穿与纤维布片数量对应的模芯结构，从而使得每片布片均形成一个环形结构，其中，U型结构需要通过形状过渡使得两边缘逐渐的贴合于第一杆状模芯4上，而形成环状结构，过渡部分如图13和14中所示，逐渐的对两边缘聚拢即可，最终各个布片均被限制在如图15中所示的第七模板39上的成型孔位310中。

如图15~17中所示，围绕各环状结构外围导入第四部分纤维布片，本实施例中，第四部分纤维布片成两次导入，其中一次如图13~15所示，用于包覆图中各个环形结构底部，第二次导入如图16所示，用于包覆图中各个环形结构顶部，而在此过程中，可根据实际需要导入对局部进行加强的布片，如图15~17中右侧的较短条形孔位即用于实现此目的，同样的，在第四部分纤维布片导入的过程中，同样需要通过多次的形状过渡而实现最终所需的形状，例如，图13~15实现了底部纤维布片的形状过渡，图16和17的第八模板311和第九模板312，实现了顶部纤维布片的形状过渡。

向完成上述步骤后形状限制完毕的结构注入树脂并固化成型，具体的可在如图5中左侧所示的固化结构内实现，均匀的加热可进一步的提升固化的效果。

作为上述实施例的优选，还包括对第四部分纤维布片的边缘进行卷曲形成围绕在第三柱状模芯6外围的孔位的步骤。

作为上述实施例的优选，还包括向所述孔位内导入纤维束的步骤，纤维束围绕所述孔位内壁均匀设置，且导向方向与第一杆状模芯4、第二杆状模芯5和第三柱状模芯6平行。

如图18~21所示，展示了上述拉挤板体的预成型模具，包括平行设置的若干模板9（即上述各个模板），以及用于对各模板9进行安装的模架7；模架7包括平行设置的至少两根安装杆71，安装杆71通过连接结构8与模板9连接。

本发明中，通过将模架7设置为分体形式，使得一组模架可与多种尺寸的模板9进行匹配安装，只需改变各个安装杆71之间的位置，并在各种尺寸的模板9上设置与连接结构8对应的安装位置既可，此种方式下可有效的降低模具成本，且模板9的安装方便快捷。

作为上述实施例的优选，连接结构8包括与模板9连接的第一部分81，以及与第一部分81连接的第二部分82，第一部分81和第二部分82包覆于安装杆71外部，且与安装杆71贴合后形成间隙，第一部分81和第二部分82在间隙位置处通过连接件83固定连接。

在安装过程中，可首先将第一部分81和第二部分82贴合于安装杆71外围，通过在二者的间隙位置处设置连接件83可使得间隙位置处获得压合的趋势，从而使得两部分紧密的贴合于安装杆71外部。在本优选方案中，连接结构8相对于安装杆71的位置调节也较为方便，只需适当解除连接件83的紧固作用即可，从而使得各个模板9之间的间距调节方便快捷。

其中，间隙包括两部分，从而可使得第一部分81和第二部分82可通过两处间隙处连接的接触而完全打开，从而便于连接安装。

作为上述实施例的优选，模板9与安装杆71贴合的部分为弧形结构，且弧形结构局部包覆于安装杆71外部。从而使得在拉挤过程中，模板9能够获得更好的固定，一方面通过安装杆71对模板9进行位置的固定，另一方面，也可通过安装杆71与模板9的弧形结构贴合而尽可能的保证各个安装杆71之间的相对位置稳定性。

为了降低加工难度，安装杆71包括若干段，相连两段之间通过连接座10连接。安装杆71的分体设置，可降低较大长度杆体结构的加工难度和安装稳定性问题，具体地，连接座10包括通过螺栓结构连接的两部分，且两部分之间设置有供安装杆71贯穿的空间，螺栓结构用于在紧固后保证两部分对安装杆71的挤压力。连接座10的俩部分与安装杆71的贴合部分之间分别设置有相匹配的凸起/凹陷结构，从而进一步的保证连接的稳定性，避免安装杆71在轴向方向上发生窜动。

在实施过程中，当安装杆71一体设置时，连接座10还可以起到以下作用：各个安装杆71之间还设置有支撑结构，支撑结构结包括安装于安装杆71外部的连接座10，以及对各个连接座10进行连接的连杆11，通过安装座10和连杆11的设置，目的在于保证各个安装杆71之间的位置稳定性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种拉挤板体结构，其特征在于，包括主体部分（1）和连接部分（2），所述连接部分（2）用于在所述主体部分（1）使用过程中对所述主体部分（1）进行安装固定；

所述主体部分（1）包括并列设置的若干由纤维布围设的环状腔体（11）以及对各所述环状腔体（11）进行包覆的外围纤维布（12），所述环状腔体（11）和所述外围纤维布（12）通过树脂连接且固化成型。

2.根据权利要求1所述的拉挤板体结构，其特征在于，所述连接部分（2）包括由所述外围纤维布（12）围设而成的环状体（21），所述环状体（21）通过树脂固化成型。

3.根据权利要求2所述的拉挤板体结构，其特征在于，还包括连接所述环状腔体（11）和环状体（21）的连接纤维布（13），三者通过树脂连接且固化成型。

4.根据权利要求3所述的拉挤板体结构，其特征在于，还包括铺设于所述外围纤维布（12）外侧，且设置于所述环状腔体（11）和环状体（21）连接处的加强纤维布（14），所述加强纤维布（14）与所述外围纤维布（12）通过树脂连接且固化成型。

5.根据权利要求2~4任一项所述的拉挤板体结构，其特征在于，所述环状体（21）内侧设置有纤维丝束，所述纤维丝束与所述环状体（21）通过树脂连接且固化成型。

6.一种拉挤板体结构的预成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对至少两片平面型的纤维布片进行牵引，在牵引过程中通过形状过渡而逐渐的贴合于第一杆状模芯（4）上，使得所述纤维布形成U型结构；

S2：成U型导入第二部分纤维布片，第二部分所述纤维布片间隔设置于各所述U型结构之间；

S3：成U型或平面型导入第三部分纤维布片，第三部分所述纤维布片用于对第二部分所述纤维布片形成的U型敞口部进行闭合，第二部分和第三部分所述纤维布片贴合于第二杆状模芯上成环状被牵引；

S4：通过形状过渡使得各所述U型结构的两边缘逐渐的贴合于第一杆状模芯（4）上，而形成环状结构；

S5：围绕各环状结构外围导入第四部分纤维布片，第四部分所述纤维布片至少成两次导入，且所述步骤S4在各次导入之前执行，或者伴随其中的至少一次导入而执行；

S6：向步骤S1~S5中形状限制完毕的结构注入树脂并固化成型。

7.根据权利要求6所述的拉挤板体结构的预成型工艺，其特征在于，第二部分所述纤维布片还包括设置于各所述U型结构两侧的部分。

8.根据权利要求6所述的拉挤板体结构的预成型工艺，其特征在于，还包括对第四部分所述纤维布片的边缘进行卷曲形成围绕在第三柱状模芯（6）外围的孔位的步骤。

9.根据权利要求8所述的拉挤板体结构的预成型工艺，其特征在于，还包括向所述孔位内导入纤维束的步骤，所述纤维束围绕所述孔位内壁均匀设置，且导向方向与所述第一杆状模芯（4）、第二杆状模芯（5）和第三柱状模芯（6）平行。

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