CN113334797A - 一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，包括以下步骤：加工异形梁芯轴；将异形梁芯轴放入烘箱烘烤；将碳纤维预浸料包裹在异形梁芯轴外围形成预制体；将预制体进行袋压法成型，成型时采用渐进式给压；产品成型后在气嘴处抽出改性尼龙袋和PP泡沫。与现有技术相比，本发明实现了高精度和高效率的碳纤维异形梁制作生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及异形梁成型工艺领域，尤其是涉及一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺。
背景技术
随着轨道交通运输业的发展，列车高速化已成为未来的主要发展方向，而列车轻量化设计是实现高速化的必要条件。碳纤维复合材料以优异的强度、刚度和质量轻的特点，在轨道交通运输业的应用越来越广。本异形梁是动车系统中至关重要的组成部件，它将车身与车本体连接在一起，在列车行驶的过程中，通过异形梁将车架与车身弹性连接，减缓行驶过程来自于地面的冲击力，保证乘坐的舒适性。
目前，造型较为复杂的列车异形梁多采用金属制造，但金属有限的刚度强度、较大的热膨胀系数不能很好地适应产品工作状况，故需要优异的新型材料取代传统金属材料。碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，如果采用碳纤维制作异形梁可以在保证异形梁强度、刚度等其他性能的同时降低异形梁重量，更好地适应产品需求。但是，传统的碳纤维复合材料制作方法不适用于结构复杂的列车异形梁，由此市场亟需一种能够实现高精度和高效率的碳纤维异形梁制作的工艺。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，包括以下步骤：
步骤1)加工异形梁芯轴，该异形梁芯轴由PP泡沫与改性尼龙袋组成，PP泡沫采用机加工雕刻造型，改性尼龙袋包裹在PP泡沫外并且通过加热以充分贴合泡沫；在异形梁芯轴上预留有气嘴；
步骤2)将异形梁芯轴放入烘箱烘烤，去除异形梁芯轴表面残留水分；
步骤3)将碳纤维预浸料包裹在异形梁芯轴外围形成预制体，包裹方式为挑选相同方向的碳纤维预浸料进行多层复合，复合后的碳纤维预浸料表面打孔后依次交错铺层，并且每铺三层进行预抽真空；
步骤4)将预制体进行袋压法成型，成型时采用渐进式给压，内部气压最大为0.8MPa，机台外压根据内压变化而变化，成型温度采用渐进式升温，最高温度设定为150℃；
步骤5)产品成型后在气嘴处抽出改性尼龙袋和PP泡沫。
进一步地，在异形梁芯轴表层贴一层背胶脱模布，该背胶脱模布在异形梁芯轴的各个R角处设有开口。
进一步地，所述步骤2)中，烘烤时间大于2.5小时，烘烤温度为大于75℃。
进一步地，所述步骤3)中，碳纤维预浸料错层搭接，搭接拼缝小于等于2mm。
进一步地，所述步骤4)中，渐进式给压的内压采用0.2-0.4-0.6-0.8Mpa依次加压；外压采用3-5-8-10Mpa依次加压。
进一步地，所述步骤4)中，升温时，前期温度设定为100℃，待模具整体温度上升到80℃后再设定至150℃进行成型。
进一步地，所述步骤4)中，袋压法成型包括将预制体放入模具合模上机进行预压，然后下机开模进行预压后的表面整理，最后将预制体放入模具合模上机进行成型。
进一步地，所述步骤1)中，异形梁芯轴整体造型与异形梁相符。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明实现了对列车复杂结构异形梁的一体成型，克服了传统碳纤维成型工艺只能成型造型简单产品的问题，并且能够实现高效的大规模生产。
2、本发明通过PP泡沫和改性尼龙袋形成异形梁芯轴对成型提供造型依据，通过机加工雕刻的PP泡沫保证了异形梁的造型精度；PP泡沫和改性尼龙袋形成异形梁芯在经过袋压法成型的高温后会体积缩小，由此可以方便地从成型产品预留的气嘴处拉出改性尼龙袋，从而整个取出异形梁芯轴；改性尼龙袋性质稳定，不会对碳纤维复合材料产生性能影响，且表面光滑，确保了产品质量稳定。
3、将包裹碳纤维预浸料的异形梁芯轴进行袋压法成型，提高异形梁强度刚度要求和造型精度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的异形梁芯轴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，具体包括以下步骤：
步骤一：加工异形梁芯轴。
异形梁芯轴由PP泡沫与改性尼龙袋组成，采用机加工雕刻将PP泡沫裁切出异形梁表面造型，再将改性尼龙袋包覆在泡沫表面，经加热烘烤后改性尼龙袋充分贴覆在泡沫表面。芯轴整体造型与异形梁相符，考虑到后续碳层厚度，异形梁芯轴尺寸需留有一定余量。在异形梁芯轴上还需要预留气嘴。改性尼龙袋采用增强尼龙，增韧尼龙，耐磨尼龙等。
步骤二：芯轴烘烤。
在检验过异形梁芯轴气密性后需将气袋放入烘箱烘烤，去除异形梁芯轴中残留水分，便于后续碳纤维预浸料更好地贴合在芯轴表面。烘烤时间一般大于2.5小时，烘烤温度一般大于75℃，本实施例中优选3小时，80℃。
步骤三：碳纤维预浸料包裹。
将碳纤维预浸料包裹在异形梁芯轴外围形成预制体，气嘴处不包裹。包裹方式为将0°、90°、±45°的预浸料复合为双层，表面打孔后依次交错铺层，每铺三层进行预抽真空。交错铺层采用碳纤维预浸料错层搭接，搭接拼缝小于等于2mm。各层预浸料裁切形状各有差异，以确定异形梁内部预埋金属件位置及表面碳层厚度差异。本实施例中，异形梁芯轴如图2所示，异形梁芯轴中轴位置A处碳层厚度为12mm，两端复杂造型区B处域碳层厚度为15mm，部分特殊区域C处碳层厚度分别为10mm，0°、90°、±45°预浸料对称铺层。
步骤四：预制体袋压法成型。
将预浸料包裹完成的放入模具合模上机进行预压，然后下机开模进行预压后的表面整理，最后将预制体放入模具合模上机进行再成型。成型时采用渐进式给压，内部气压最大为0.8MPa，机台外压根据内压变化而变化；渐进式给压的内压采用0.2-0.4-0.6-0.8Mpa依次加压；外压采用3-5-8-10Mpa依次加压。成型温度同样采用渐进式升温，最高温度设定为150℃；升温时，前期温度设定为100℃，待模具整体温度上升到80℃后再设定至150℃进行成型。
步骤五：气袋去除与外观加工。
产品成型后将内部异形梁芯轴去除。PP泡沫和改性尼龙袋形成异形梁芯在经过袋压法成型的高温后会体积缩小，由此可以方便地从成型产品预留的气嘴处拉出改性尼龙袋，从而整个取出异形梁芯轴。最后采用打磨机将产品R角夹模区打磨平整，完成加工。
在另一实施例中，在异形梁芯轴表层贴一层背胶脱模布，该背胶脱模布在异形梁芯轴的各个R角处设有开口，便于改性尼龙袋和成型后产品的脱离。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)加工异形梁芯轴，该异形梁芯轴由PP泡沫与改性尼龙袋组成，PP泡沫采用机加工雕刻造型，改性尼龙袋包裹在PP泡沫外并且通过加热以充分贴合泡沫；在异形梁芯轴上预留有气嘴；
步骤2)将异形梁芯轴放入烘箱烘烤，去除异形梁芯轴表面残留水分；
步骤3)将碳纤维预浸料包裹在异形梁芯轴外围形成预制体，气嘴处不包裹，包裹方式为挑选相同方向的碳纤维预浸料进行多层复合，复合后的碳纤维预浸料表面打孔后依次交错铺层，并且每铺三层进行预抽真空；
步骤4)将预制体进行袋压法成型，成型时采用渐进式给压，内部气压最大为0.8MPa，机台外压根据内压变化而变化，成型温度采用渐进式升温，最高温度设定为150℃；
步骤5)产品成型后在气嘴处抽出改性尼龙袋和PP泡沫。
2.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，在异形梁芯轴表层贴一层背胶脱模布，该背胶脱模布在异形梁芯轴的各个R角处设有开口。
3.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤2)中，烘烤时间大于2.5小时，烘烤温度为大于75℃。
4.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤3)中，碳纤维预浸料错层搭接，搭接拼缝小于等于2mm。
5.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤4)中，渐进式给压的内压采用0.2-0.4-0.6-0.8Mpa依次加压；外压采用3-5-8-10Mpa依次加压。
6.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤4)中，升温时，前期温度设定为100℃，待模具整体温度上升到80℃后再设定至150℃进行成型。
7.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤4)中，袋压法成型包括将预制体放入模具合模上机进行预压，然后下机开模进行预压后的表面整理，最后将预制体放入模具合模上机进行成型。
8.根据权利要求1所述的一种列车复杂结构异形梁的一体成型工艺，其特征在于，所述步骤1)中，异形梁芯轴整体造型与异形梁相符。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210903 |