CN114368167A - 一种一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种一体成型碳纤维轮对提吊及其制备方法，提吊由复合材料主体1和不锈钢金属衬套2组成，经过裁剪、合料、放置金属衬套和成型等工序制备而成。碳纤维复合材料主体由平铺芯层3、内外侧环绕铺层4及外包铺层5组成，芯层3起到卷料芯模的作用，环绕层5起到大承力作用，外包层5起到克服碳纤维复合材料层间剪切力弱的作用。且金属衬套与复合材料主体之间采用一体成型方式，衬套中间设置有同心凹槽，两端法兰呈一大一小，在解决复合材料不耐磨及分散锁紧时应力集中问题的同时，尽可能减少了开孔对复合材料强度的破坏，实现了双向防压脱及性能更加稳定的优点，且减重效果更好，制作流程更短，生产成本更低，便于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料成型技术，特别是一种一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法。
背景技术
随着我国地铁车辆运营里程的迅速上升，车辆运营过程中的异常振动问题也日益显现，早期的结构设计，通常仅考虑静强度问题，而忽略了其在运用过程中的动强度。轮对提吊是安装于轴箱端盖上，用于整体起吊时构架提起轮对，转向架整体移动。由于轮对提吊安装在车辆振动和冲击最大的轴端位置，且提吊安装呈较长的悬臂结构，车辆在波磨较严重的线路运行时，易出现异常振动并产生噪声，甚至断裂，落入轨道或击打车辆部件都可能造成行车安全事故。单纯的改变传统金属材质轮对提吊的结构对寿命难有质的提高，采用碳纤维新材料能达到无限疲劳寿命的设计要求。
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，提出了一种一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法。
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轮对提吊的制备方法，其特点是：
由碳纤维复合材料主体和金属衬套两部分组成，经裁剪、合料、放置金属衬套和成型工序制备而成，金属衬套为正圆形，在厚度方向的一周加工有同心圆的凹槽，两侧法兰外径呈一大一小状态，且金属衬套和碳纤维复合材料主体之间采取一体成型方式组合到一起，其制备步骤如下：
1）裁剪，根据铺层设计要求，采用自动裁剪机在计算机控制下将成卷的碳纤维预浸料裁切成所需的形状和尺寸；
2）合料，根据铺层设计要求，按规定顺序将自动裁剪好的预浸料料片叠加或卷至提吊初步的形状；
3）放置金属衬套，将金属衬套置入合料后提吊料坯的相应孔洞中；
4）成型，将放置有金属衬套的提吊料坯置入预热后的成型模具中，经高温高压条件将碳纤维提吊料坯和金属衬套一体成型，从而制备得一体成型碳纤维轮对提吊。
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，所述的碳纤维预浸料为单向排布或双向交织排布的碳纤维布与热潜伏性环氧树脂基体复合而成，树脂的质量含量在30～40%之间。
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，提吊料坯铺层主要有三部分组成，芯层由多层C0/C90的展型预浸料平铺堆叠而成，是后续叠料的基础；芯层的内外侧呈环状铺贴C0环绕层，环绕层纤维平行于提吊受力方向，起到大承力作用；最外侧再外包铺贴有C±45或双向织物层，厚度0.5～1mm，将芯层和环绕层紧紧包裹到一起协同受力，解决碳纤维复合材料层间结合力薄弱的问题，提高提吊的使用寿命。
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，所述的金属衬套为不锈钢材质，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。
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，金属衬套的厚度比成型后轮对提吊厚度大0～1mm，避免金属衬套凸出导致的装配面不平，影响装配的问题。
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，金属衬套是在热固性树脂固化前置入到提吊料坯的孔洞中，金属衬套凹槽外径比小端法兰外径小0.5～2mm，同时预浸料在固化前由于受到模具的挤压，具有流动性的树脂带动碳纤维充分填充到金属衬套的凹槽中，固化后将形成双向防压脱效果。
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，粗端外径大于安装螺钉的最大外径。
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，提吊料坯和金属衬套是在模具作用下经高温高压成型而成，模具合紧压力在10MPa以上，成型温度在100～200℃范围内。
本发明与现有技术相比，提吊主体采用碳纤维复合材料，具有质量轻，比强度和比模量高、耐酸碱腐蚀、耐疲劳性好等特点，能够彻底解决传统金属材料轮对提吊容易开裂的问题。在提吊装配孔处设置有不锈钢衬套，起到装配时耐磨的作用，还解决了金属材料与碳纤维接触时的电偶腐蚀问题。金属衬套为中间小两头大的非等径结构，与碳纤维复合材料主体之间采用一体成型方式组合到一起，双向防压脱性能更好，解决了先成型复合材料主体再胶合金属衬套时仅单向承受较大压脱力的问题。该方法具有工艺流程短，无需二次机加工，生产效率高，制作成本低，产品性能更加优异和稳定性好等特点，便于大批量生产，具有在轨道交通领域较广泛推广的意义。
附图说明
图1为本发明提吊的结构简图；
图2为金属衬套的结构图；
图3为提吊截面铺层图示。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，
由碳纤维复合材料主体1和金属衬套2两部分组成，经裁剪、合料、放置金属衬套和成型工序制备而成，金属衬套为正圆形，在厚度方向的一周加工有同心圆的凹槽，两侧法兰外径呈一大一小状态，且金属衬套和碳纤维复合材料主体之间采取一体成型方式组合到一起，其制备步骤如下：
1）裁剪，根据铺层设计要求，采用自动裁剪机在计算机控制下将成卷的碳纤维预浸料裁切成所需的形状和尺寸；
2）合料，根据铺层设计要求，按规定顺序将自动裁剪好的预浸料料片叠加或卷至提吊初步的形状；
3）放置金属衬套，将金属衬套置入合料后提吊料坯的相应孔洞中；
4）成型，将放置有金属衬套的提吊料坯置入预热后的成型模具中，经高温高压条件将碳纤维提吊料坯和金属衬套一体成型，从而制备得一体成型碳纤维轮对提吊。
所述的碳纤维预浸料为单向排布或双向交织排布的碳纤维布与热潜伏性环氧树脂基体复合而成，树脂的质量含量在30～40%之间。
提吊料坯铺层主要有三部分组成，芯层3由多层C0/C90的展型预浸料平铺堆叠而成，是后续叠料的基础；芯层的内外侧呈环状铺贴C0环绕层4，环绕层纤维平行于提吊受力方向，起到大承力作用；最外侧再外包铺贴有C±45或双向织物层5，厚度0.5～1mm，将芯层和环绕层紧紧包裹到一起协同受力，解决碳纤维复合材料层间结合力薄弱的问题，提高提吊的使用寿命。
所述的金属衬套为不锈钢材质，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。
金属衬套的厚度比成型后轮对提吊厚度大0～1mm，避免金属衬套凸出导致的装配面不平，影响装配的问题。
金属衬套是在热固性树脂固化前置入到提吊料坯的孔洞中，金属衬套凹槽外径比小端法兰外径小0.5～2mm，便于金属衬套从此端配入提吊料坯的孔洞中，避免料坯开孔尺寸过大，从而充分发挥连续碳纤维的高强度的优点，同时预浸料在固化前由于受到模具的挤压，具有流动性的树脂带动碳纤维充分填充到金属衬套的凹槽中，固化后将形成双向防压脱效果，解决了胶合方式仅单侧防压脱的缺点，凹槽外径相对小端法兰外径尺寸不能过小，过小起到的双向防压脱力不足，过大复合材料难以充分填充凹槽而导致空隙。
粗端外径大于安装螺钉的最大外径，避免装配时螺钉摩擦到碳纤维，同时还起到螺钉锁紧时分散碳纤维应力的作用，使得提吊紧固稳定性更好。
提吊料坯和金属衬套是在模具作用下经高温高压成型而成，模具合紧压力在10MPa以上，成型温度在100～200℃范围内。
Claims (8)
1.一种一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：
由碳纤维复合材料主体和金属衬套两部分组成，经裁剪、合料、放置金属衬套和成型工序制备而成，金属衬套为正圆形，在厚度方向的一周加工有同心圆的凹槽，两侧法兰外径呈一大一小状态，且金属衬套和碳纤维复合材料主体之间采取一体成型方式组合到一起，其制备步骤如下：
1）裁剪，根据铺层设计要求，采用自动裁剪机在计算机控制下将成卷的碳纤维预浸料裁切成所需的形状和尺寸；
2）合料，根据铺层设计要求，按规定顺序将自动裁剪好的预浸料料片叠加或卷至提吊初步的形状；
3）放置金属衬套，将金属衬套置入合料后提吊料坯的相应孔洞中；
4）成型，将放置有金属衬套的提吊料坯置入预热后的成型模具中，经高温高压条件将碳纤维提吊料坯和金属衬套一体成型，从而制备得一体成型碳纤维轮对提吊。
2.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维预浸料为单向排布或双向交织排布的碳纤维布与热潜伏性环氧树脂基体复合而成，树脂的质量含量在30～40%之间。
3.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：提吊料坯铺层主要有三部分组成，芯层由多层C0/C90的展型预浸料平铺堆叠而成，是后续叠料的基础；芯层的内外侧呈环状铺贴C0环绕层，环绕层纤维平行于提吊受力方向，起到大承力作用；最外侧再外包铺贴有C±45或双向织物层，厚度0.5～1mm，将芯层和环绕层紧紧包裹到一起协同受力，解决碳纤维复合材料层间结合力薄弱的问题，提高提吊的使用寿命。
4.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：所述的金属衬套为不锈钢材质，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。
5.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：金属衬套的厚度比成型后轮对提吊厚度大0～1mm。
6.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：金属衬套是在热固性树脂固化前置入到提吊料坯的孔洞中，金属衬套凹槽外径比小端法兰外径小0.5～2mm，同时预浸料在固化前由于受到模具的挤压，具有流动性的树脂带动碳纤维充分填充到金属衬套的凹槽中，固化后将形成双向防压脱效果。
7.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：粗端外径大于安装螺钉的最大外径。
8.根据权利要求1所述的一体成型碳纤维轮对提吊的制备方法，其特征在于：提吊料坯和金属衬套是在模具作用下经高温高压成型而成，模具合紧压力在10MPa以上，成型温度在100～200℃范围内。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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