CN112356458B

CN112356458B - 轨道车辆的部件的液体成型工艺

Info

Publication number: CN112356458B
Application number: CN202011109114.1A
Authority: CN
Inventors: 肖鹏; 陈旭; 张联合; 谢金路; 宋旭鹏
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-10-16
Also published as: CN112356458A

Abstract

本发明公开轨道车辆的部件的液体成型工艺，部件包括至少一个拐弯结构；液体成型工艺包括在部件的模具上进行铺层，模具包括具有至少一个拐角结构的凹陷部，至少有一个拐角结构与一个拐弯结构对应，拐角结构包括呈设定角度连接的两个壁部；铺层包括：在模具的拐角结构铺设至少一层纤维布，形成第一铺层部分；在第一铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第二铺层部分，第二铺层部分的每层纤维布为拼接的两片，拼接位置位于拐角结构的两个壁部的连接处；在第二铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第三铺层部分，第一和第三铺层部分的每层纤维布均为连续的一片。该工艺在拐角结构处的铺层方式能够兼顾铺层质量和强度，能够提高产品的成型质量。

Description

轨道车辆的部件的液体成型工艺

技术领域

本发明涉及轨道车辆零部件制造技术领域，特别是涉及一种轨道车辆的部件的液体成型工艺。

背景技术

随着碳纤维复合材料制造工艺的不断进步，其在轨道交通车辆上的应用也不断增加，有效拓宽了轨道车辆的可设计范围和应用领域。

轨道车辆上的复杂断面部件，比如设备舱的通风格栅，在采用复合材料制时，通常用模压工艺制成，由于部件的结构复杂，比如具有斜面区域或两个面的交接处等带弧度的结构，模压工艺成型的部件通常存在模具成本高，成型的部件在层间具有截留空气从而影响部件质量的问题。

有鉴于此，对于复合材料制成的带弧度结构的部件，如何改进成型工艺，能够降低生产成本，提供成型质量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道车辆的部件的液体成型工艺，对于带弧度结构的部件，该液体成型工艺通过对铺层形式的改进，能够提高其成型质量，提确保部件的生产质量，且能够降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述部件包括至少一个拐弯结构，所述拐弯结构包括呈设定角度连接的两个面部，两个所述面部的连接处圆滑过渡；

所述液体成型工艺包括在用于形成所述部件的模具上进行铺层，所述模具包括凹陷部，所述凹陷部包括至少一个拐角结构，其中至少有一个所述拐角结构与一个所述拐弯结构对应，所述拐角结构包括呈设定角度连接的两个壁部；

所述铺层包括：

在所述模具的所述拐角结构铺设至少一层纤维布，形成第一铺层部分，所述第一铺层部分的每层所述纤维布为连续的一片；

在所述第一铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第二铺层部分，所述第二铺层部分的每层所述纤维布为拼接的两片，拼接位置位于所述拐角结构的两个所述壁部的连接处；

在所述第二铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第三铺层部分，所述第三铺层部分的每层所述纤维布为连续的一片。

本发明提供的液体成型工艺，在制作的轨道车辆的部件具有拐弯结构时，铺层时在模具上对应的拐角结构采用上述的交替互补的铺层方式，即，先用连续的整片纤维布铺层，接着用两片的纤维布片在模具的两个壁部的连接处拼接铺设，最后再用连续的整片纤维布铺层，这样，能够提高拐角结构位置的铺层效果，避免因拐角结构的两个壁部之间的设定角度过大导致都采用连续铺层时无法保证铺层质量，也避免了都采用分片拼接铺层时强度无法满足的问题，本发明提供的上述在拐角结构处的铺层方式能够兼顾铺层质量和强度，能够提高产品的成型质量，并且，该种铺层方式容易操作适于大批量生产，对于具有拐弯结构或者带弧度结构的部件来说，能够降低生产成本。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述铺层还包括在已铺设的纤维布或下一步要铺设的纤维布上喷洒定型剂，所述定型剂为与注胶用树脂的基体树脂同种类的反应型定型剂。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述定型剂的喷洒量与被喷洒的纤维布的质量之比为3％～8％。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述液态成型工艺还包括注胶，所述注胶包括采用真空袋压方式注射树脂，其中，采用的注胶管为端部封闭的管件，所述注胶管的周壁设有出胶口结构，以使所述注胶管在其轴向各部位均能够流出树脂。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述出胶口结构为沿所述注胶管的轴向呈螺旋式布置的通道。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述注胶时采用的抽气管具体为带有半透膜的PP管，以便于只导出气体。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述部件具体为设备舱通风格栅，所述设备舱通风格栅包括基板和形成于所述基板上的多个相互平行设置的栅条，所述栅条与所述基板之间形成通风口，所述栅条包括上侧面部和位于所述上侧面部两侧的端面部，所述上侧面部和一个所述端面部形成一个所述拐弯结构，所述上侧面部和另一个所述端面部形成另一个所述拐弯结构；

所述模具包括第一凹陷部，所述第一凹陷部包括对应于所述上侧面部的上壁部、对应于两个所述端面部的两个端壁部以及连接所述上壁部和两个所述端壁部的下壁部；所述上壁部和两个所述端壁部分别形成两个所述拐角结构，所述下壁部和两个所述端壁部分别形成两个所述拐角结构，所述上壁部和所述下壁部形成一个所述拐角结构；

成型后的产品包括对应于所述下壁部的连接所述上侧面部、两个所述端面部以及所述基板的下侧面部，对所述下侧面部进行除料处理以形成所述通风口。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述上侧面部与所述基板之间呈设定角度，所述设定角度小于60度，所述上侧面部和所述基板形成一个所述拐弯结构，所述端面部和所述基板形成一个所述拐弯结构；

所述模具包括对应于所述基板的基体壁部，所述基体壁部和所述上壁部之间形成一个所述拐角结构，所述基体壁部和所述端壁部之间也形成一个所述拐角结构。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，在温度为18～35℃，湿度为20～85％的环境下，注胶用树脂、固化剂和脱模剂混合后的粘度不超过1000mPa·s。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，，注胶时采用的注胶管的长度超过所述设备舱通风格栅的长度的2/3，所述注胶管位于所述通风格栅在宽度方向上的中心位置，且所述注胶管的轴向与所述通风格栅的长度方向平行；所述抽气管绕所述通风格栅的外周设置一圈。

如上所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，所述铺层采用的所述纤维布为600g/m²以下的多轴向布。

附图说明

图1为具体实施例中轨道车辆的设备舱的结构示意图；

图2为图1中设备舱的通风格栅的结构示意图；

图3为图2所示通风格栅的局部结构示意图；

图4示例性地示出了在模具的拐角结构的铺层结构示意图；

图5为具体实施例中通风格栅成型时注射管路和抽气管路的布置示意图。

附图标记说明：

设备舱100，裙板110，通风格栅120；

基板121，栅条122，上侧面部1221，端面部1222，通风口123；

第一铺层部分P1，第二铺层部分P2，第三铺层部分P3；

注射管21，抽气管22。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的轨道车辆的部件的液体成型工艺，主要包括铺层、注胶和固化步骤。其中，注胶多采用抽真空注射树脂的方式。

本文主要针对的是轨道车辆中带拐弯结构的部件的成型，具体来说，该部件包括至少一个拐弯结构，该拐弯结构包括呈设定角度连接的两个面部，两个面部的连接处圆滑过渡，也可理解为该部件具有带弧度的结构，即两个面部的连接部位。

铺层步骤中，在用于形成部件的模具上进行铺层。

实际中，模具与需要成型的部件相匹配，包括凹陷部，该凹陷部包括至少一个拐角结构，其中至少一个拐角结构与部件的拐弯结构对应，可以理解，该拐角结构包括呈设定角度连接的两个壁部。

铺层时，在模具的两个壁部铺设纤维布，后续经过注胶和固化等工序后，铺设在两个壁部的部分形成部件的拐角结构。所以，模具的凹陷部与部件的拐弯结构是相适配的。

该实施例提供的液体成型工艺的铺层包括：

在模具的拐角结构铺设至少一层纤维布，形成第一铺层部分，该第一铺层部分的每层纤维布为连续的一片；也就是说，第一铺层部分的每层纤维布是完整的一片，由于拐角结构的两个壁部之间呈设定角度，所以铺设时，该层纤维布在模具的两个壁部的连接处折弯处理。

铺设好第一铺层部分后，在第一铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第二铺层部分，该第二铺层部分的每层纤维布为拼接的两片，拼接位置位于该拐角结构的两个壁部的连接处。也就是说，第二铺层部分的每层纤维布是由两片纤维布片拼接而成，拼接的位置在两个壁部的连接处。拼接时，两片纤维布片之间可以具有允许大小的拼接缝，避免搭接，以免影响后续铺层时在搭接位置的铺层效果。

铺设好第二铺层部分后，在第二铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第三铺层部分，第三铺层部分的每层纤维部为连续的一片。也就是说，第三铺层部分的每层纤维布也是完整的一片。

具体应用时，各铺层部分的纤维布的层数根据成型产品的应用需求以及选用的纤维布的结构来确定，且每个铺层部分所用的纤维布可以不一，比如可以选用不同克重的纤维布等。

如上，该发明提供的液体成型工艺，在制作的轨道车辆的部件具有拐弯结构时，铺层时在模具上对应的拐角结构采用上述的交替互补的铺层方式，即，先用连续的整片纤维布铺层，接着用两片的纤维布片在模具的两个壁部的连接处拼接铺设，最后再用连续的整片纤维布铺层，这样，能够提高拐角结构位置的铺层效果，避免因拐角结构的两个壁部之间的设定角度过大导致都采用连续铺层时无法保证铺层质量，也避免了都采用分片拼接铺层时强度无法满足的问题，本发明提供的上述在拐角结构处的铺层方式能够兼顾铺层质量和强度，能够提高产品的成型质量，并且，该种铺层方式容易操作适于大批量生产，对于具有拐弯结构或者带弧度结构的部件来说，能够降低生产成本。

具体的方案中，在铺层时，铺设纤维布时，在已铺设的纤维布或者下一步要铺设的纤维布上喷洒定型剂，喷洒的定型剂为与后续注胶步骤用的树脂的基体树脂同种类的反应型定型剂。

这样，通过定型剂的喷洒使相邻两层纤维布之间相对固定，确保纤维布铺设后保持在指定的位置，不会因为后续铺设纤维布时影响已经铺设好的纤维布，也就是说，通过喷洒定型剂能够确保在铺层步骤中，纤维布不错层、不叠加或者不移位等缺陷；同时定型剂选用与注胶用树脂的基体树脂同种类的反应型定型剂，在后续注胶过程中，定型剂与注胶用树脂能够互溶，且在后续固化过程与注胶用竖直固化剂发生反应且反应过程不产生气体，如此，能够保证铺层质量，且避免了定型剂不参与与树脂的反应可能导致的分层或者结合不良或者定型剂可能在高温下产生气体滞留在层间影响部件强度。

具体的，定型剂的喷洒量与被喷洒的纤维布的质量之比为3％～8％，以避免定型剂喷洒过多而影响部件强度，或者避免定型剂喷洒不足对纤维布起不到定位效果。

具体应用中，定型剂的喷洒量可以根据实际需求来设置，不局限于上述范围。

该实施例提供的液体成型工艺，在注胶步骤中，采用的注胶管为端部封闭的管件，注胶管的周壁设有出胶口结构，以使注胶管在其轴向各部位均能够流出树脂。这样，在注胶管铺设的通长范围内，均有树脂流出，确保在注胶时树脂能够在尽量快速和均匀地对铺设的纤维层实现浸润。

实际设置时，根据待成型的部件结构来确定注胶管的布置位置和方式等，以能够实现对整个铺设的纤维层的良好浸润为准，以确保成型产品的质量。

具体的，注胶管的出胶口结构为沿其轴向(即长度方向)呈螺旋式布置的通道。

该实施例中，如前所述，采用抽真空注射树脂的方式实现注胶，注胶时，采用的抽气管具体选用带半透膜的PP管，以便于只导出气体，这样，避免抽气管在抽气时带出树脂，影响树脂对纤维层的浸润。

PP管为聚丙烯材质制成的管件，其设置有半透膜，半透膜只允许小分子物质通过，大分子物质无法通过，这样在抽气时，气体可以自抽气管排出，注入的树脂因无法通过抽气管排出，不会影响树脂对纤维层的浸润。半透膜的设置一方面可以控制气体导出的速度，减少因抽气过快导致树脂堆积在边缘，另一方面树脂不会透过半透膜流出，保证了树脂含量。

可以理解，在抽真空的负压作用下，树脂流动至各个区域实现对每个区域的纤维的浸润，为了达到良好的浸润效果，需要对树脂的流出位置和流动速度进行控制，树脂的流出位置与前述注胶管的布置有关，树脂的流动速度与出胶口的大小以及抽真空形成的负压相关，还与树脂自身的流动性相关，在具体设置时，各相关因素之间相互协同设置，通过出胶口的设置，抽气管的设置使得树脂的流出量以及移动速度，以使得各个位置的纤维都能够完全浸润。

下面以轨道车辆的部件为设备舱通风格栅为例来说明。请参考图1和图2，图1为具体实施例中轨道车辆的设备舱的结构示意图，图2为图1中设备舱的通风格栅的结构示意图。

如图1和图2所示，设备舱100的裙板110通常为带有弧度的曲面结构，相应地，安装于裙板110上的通风格栅120整体也呈具有一定弧度的弯曲结构，其弧度与裙板110的弧度一致，具体根据实际设计需要设置。

请一并参考图3，图3为图2所示通风格栅的局部结构示意图。

如图2和图3所示，通风格栅120包括基板121和形成于基板121上的多个相互平行设置的栅条122，栅条122与基板121之间形成有通风口123。通常，栅条122沿水平方向延伸，形成横向延伸的通风口123。

如图3所示，栅条122包括上侧面部1221和位于上侧面部1221两端的端面部1222，上侧面部1221和端面部1222均与基板121之间形成有设定角度，以便于形成通风口123，这样，通风格栅120会具有多个上文提及的拐弯结构；以栅条122来说，栅条122的上侧面部1221和其一个端面部1222之间形成一个拐弯结构，上侧面部1221和另一个端面部1222之间也形成一个拐弯结构，上侧面部1221和端面部1222的连接处圆弧过渡，实际上为一个弧度结构。

这里需要指出的是，对应于通风格栅120的模具上设有与栅条122对应的第一凹陷部，第一凹陷部包括对应于栅条122的上侧面部1221的上壁部、对应于两个端面部1222的两个端壁部以及连接上壁部和两个端壁部的下壁部，该下壁部对应的是通风口123，铺层时，在第一凹陷部的各壁部都进行铺层，后续经注胶、固化成型后的产品包括对应于下壁部的连接上侧面部1221和两个端面部1222以及基板121的下侧面部，再将该下侧面部进行除料处理，即形成通风口123。

这样，对于栅条122来说，在铺层时，模具上的拐角结构包括第一凹陷部的上壁部和两个端壁部分别形成的拐角结构，下壁部和两个端壁部分别形成的拐角结构，以及上壁部和下壁部形成的拐角结构。

可以理解，通风格栅120除了栅条122自身的结构外，栅条122和基板121之间也形成有多个拐弯结构，比如栅条122的上侧面部1221和基板121之间，以及端面部1222与基板121之间。

相应地，模具包括对应于基板121的基体壁部，基体壁部和前述上壁部之间形成一个拐角结构，基体壁部和端壁部之间也形成一个拐角结构。

通风格栅120上其他的类似上述的拐弯结构不再一一说明。

在利用液体成型工艺加工通风格栅120时，在对应模具的对应拐角结构上就按照前述方式进行铺层，以满足成型需求。在实际应用中，考虑到防水效果等，栅条122的上侧面部1221与基板121之间的设定角度通常小于60度，这样的弧度结构通过液体成型时更需要保证铺层质量，采用前述提及的交替互补的铺层方式能够保证铺层效果，为提高成型产品的质量提高条件。

请参考图4，图4示例性地示出了在模具的拐角结构的铺层结构示意图。

图示中，在一个拐角结构铺层时，第一铺层部分P1、第二铺层部分P2和第三铺层部分P3均具有两层纤维布，其中，第一铺层部分P1和第三铺层部分P3的各层纤维布都是连续的一片，第二铺层部分P2的各层纤维布为两个纤维布片在拐角处拼接形成，拼接的纤维层相当夹持在连续的纤维层之间，能够保证该区域的铺层质量。

由于通风格栅120的拐弯结构较多，有些拐弯弧度较小，结构较为复杂，为便于铺层，较厚的纤维布不利于变形和铺设，所以应用时具体选用厚度较小的纤维布，同时为保证产品强度，纤维布选用多轴向布，比如0°、90°、+45°、-45°四种不同的角度搭配的四轴向布。通常，制备通风格栅120的纤维布采用600g/m²以下的多轴向布。

在制作通风格栅100的一具体实例中，按照从模具面开始的铺设顺序，铺层具体为3层200g/m²、2层400g/m²、4层600g/m²、2层400g/m²和3层200g/m²。

可以理解，对于轨道车辆的其他具有弧度结构或者拐弯结构的部件来说，根据部件的结构特征来选择铺层用的纤维布种类。

请一并参考图5，图5为具体实施例中通风格栅成型时注射管路和抽气管路的布置示意图。

通风格栅120成型时，注胶用树脂、固化剂和脱模剂混合后的粘度在温度为18～35℃，湿度为20～85％的环境下不超过1000Pa·s，以满足注胶时的浸润需求，以及方便保证后续固化效果。

对于通风格栅120来说，在注胶时采用的注胶管21的长度超过通风格栅120的长度的2/3，布置时，注胶管21位于通风格栅120在宽度方向上的中心位置，且注胶管21的轴向与通风格栅120的长度方向平行，抽气管22绕模具的外周设置一圈。

注胶管21的管径可以设为6mm，该参数对于注射时间有影响，可以根据实际需要来设置，避免管径过小注射时间过长导致混有固化剂的树脂粘度变大或硬化而影响纤维浸润效果，也应避免因管径过大出胶量过大导致纤维没有完全浸润时树脂就已经移动至边缘区域。

可以理解，对于轨道车辆的其他具有弧度结构或者拐弯结构的部件来说，根据部件的结构特征(比如大小、形状等)选择注胶管的管径大小，注胶管的布置位置以及抽气管的布置位置等。

以上对本发明所提供的一种轨道车辆的部件的液体成型工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述部件包括至少一个拐弯结构，所述拐弯结构包括呈设定角度连接的两个面部，两个所述面部的连接处圆滑过渡；

所述铺层包括：

在所述第二铺层部分的表面铺设至少一层纤维布，形成第三铺层部分，所述第三铺层部分的每层所述纤维布为连续的一片；

所述部件具体为设备舱通风格栅，所述设备舱通风格栅包括基板和形成于所述基板上的多个相互平行设置的栅条，所述栅条与所述基板之间形成通风口，所述栅条包括上侧面部和位于所述上侧面部两侧的端面部，所述上侧面部和一个所述端面部形成一个所述拐弯结构，所述上侧面部和另一个所述端面部形成另一个所述拐弯结构；

成型后的产品包括对应于所述下壁部的连接所述上侧面部、两个所述端面部以及所述基板的下侧面部，对所述下侧面部进行除料处理以形成所述通风口；

所述上侧面部与所述基板之间呈设定角度，所述设定角度小于60度，所述上侧面部和所述基板形成一个所述拐弯结构，所述端面部和所述基板形成一个所述拐弯结构；

2.根据权利要求1所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述铺层还包括在已铺设的纤维布或下一步要铺设的纤维布上喷洒定型剂，所述定型剂为与注胶用树脂的基体树脂同种类的反应型定型剂。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述定型剂的喷洒量与被喷洒的纤维布的质量之比为3%~8%。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述液态成型工艺还包括注胶，所述注胶包括采用真空袋压方式注射树脂，其中，采用的注胶管为端部封闭的管件，所述注胶管的周壁设有出胶口结构，以使所述注胶管在其轴向各部位均能够流出树脂。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述出胶口结构为沿所述注胶管的轴向呈螺旋式布置的通道。

6.根据权利要求4所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述注胶时采用的抽气管具体为带有半透膜的PP管，以便于只导出气体。

7.根据权利要求4所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，在温度为18~35℃，湿度为20~85%的环境下，注胶用树脂、固化剂和脱模剂混合后的粘度不超过1000mPa·s。

8.根据权利要求4所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，注胶时采用的注胶管的长度超过所述设备舱通风格栅的长度的2/3，所述注胶管位于所述通风格栅在宽度方向上的中心位置，且所述注胶管的轴向与所述通风格栅的长度方向平行；注胶时采用的抽气管绕所述通风格栅的外周设置一圈。

9.根据权利要求1所述的轨道车辆的部件的液体成型工艺，其特征在于，所述铺层采用的所述纤维布为600g/m²以下的多轴向布。