一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法技术

本发明专利技术是一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法，地铁车身包括碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮，铺设在碳纤维内、外蒙皮之间夹芯层，本发明专利技术还公开了所述碳纤维复合材料地铁车身的制造方法，包括以下步骤：（1）铺贴碳纤维织物预浸料，OOA工艺成型碳纤维外蒙皮；（2）在碳纤维外蒙皮上铺放蜂窝、泡沫及预先成型的预埋件作为夹芯层，OOA工艺成型夹芯层；（3）在夹芯层上铺贴碳纤维织物预浸料，OOA工艺成型碳纤维内蒙皮，即车身一体成型。本发明专利技术不仅可以有效的减轻地铁车身的重量，达到车体轻量化的目的，减小了车体耗能，延长使用寿命，而且使用低成本的OOA成型工艺，大大降低了成型碳纤维复合材料车身的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法
本专利技术涉及地铁车辆
，特别是一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法，以达到地铁车体轻量化的目的。
技术介绍
地铁车体是用于容纳旅客、司乘人员、行李等和安装各种设备的部件，由转向架支撑，主要起承载作用，是轨道车辆的主要组成部分。现有的地铁车体多使用金属材料，车身由两侧墙和车顶三部分组成，它存在重量大，成本高，耗能大，耐腐蚀性差，使用周期短等缺点；一般车体承载结构的重量约占车辆总重的20%-25%，因此，有效的减轻车体的重量，达到车体轻量化的目的具有重要意义。碳纤维复合材料由于具有高比强度和高比模量，密度小，耐高温，耐腐蚀，抗腐蚀，热膨胀系数低等优点，在轨道交通领域的应用得到了很大的发展。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法，解决了现有车身重量大，耐腐蚀性差，抗疲劳性能差，使用周期短等缺点，达到车体轻量化的目的。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，包括碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮、铺设在碳纤维外蒙皮与碳纤维内蒙皮之间的蜂窝夹芯层，夹芯层为蜂窝、泡沫与数个纵横加强筋、门框、窗框拼接而成，夹芯层与碳纤维外蒙皮和碳纤维内蒙皮通过胶膜连接采用OOA工艺整体固化成型。本专利技术的进一步改进在于：碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮、纵横加强筋、门框和窗框均为碳纤维织物预浸料。本专利技术的进一步改进在于：所述碳纤维织物预浸料和胶膜具有阻燃性能。本专利技术是一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，所述碳纤维复合材料地铁车身成型包括以下步骤：（1）碳纤维外蒙皮OOA工艺成型：按铺贴角度及铺层数设计顺序，以激光投影线为铺贴基准线，将裁剪成特定形状的碳纤维织物预浸料依次铺贴在车身模具上，碳纤维外蒙皮铺贴厚度3mm-5mm,利用定制的车身模具的自加热系统固化成型碳纤维外蒙皮；（2）夹芯层OOA工艺成型：打磨处理碳纤维外蒙皮、门框、窗框及纵横加强筋胶接面，将门框和窗框放置在定位区域，按照激光投影定位的区域将蜂窝、泡沫与纵横加强筋进行拼接，检测拼接位置以及尺寸情况，拼接完成后，利用定制的车身模具的自加热系统及鼓风加热设备固化成型夹芯层；（3）碳纤维内蒙皮OOA工艺成型：按铺贴角度及铺层数设计顺序，以激光投影线为铺贴基准线，将裁剪成特定形状的碳纤维织物预浸料依次铺贴在车身模具上，碳纤维内蒙皮铺贴厚度3mm-5mm,利用定制的车身模具的自加热系统及鼓风加热设备固化成型碳纤维内蒙皮，即完成车身整体成型。本专利技术的进一步改进在于：碳纤维内蒙皮和碳纤维外蒙皮均为碳纤维织物预浸料铺贴并采用OOA工艺成型，碳纤维内蒙皮铺贴厚度3mm-5mm,碳纤维外蒙皮铺贴厚度3mm-5mm,在碳纤维织物预浸料铺贴过程中，第一层需进行预压实，后续过程中每3-4层需进行一次预压实。本专利技术的进一步改进在于：门框、窗框均为碳纤维织物预浸料包缠泡沫采用热压罐工艺成型，其中泡沫夹芯通过胶模具与碳纤维织物预浸料进行连接。本专利技术的进一步改进在于：纵横加强筋为碳纤维织物预浸料铺贴并采用热压罐工艺成型的工字梁。本专利技术的进一步改进在于：夹芯层OOA工艺成型过程中，蜂窝和泡沫与纵横加强筋、碳纤维内蒙皮、碳纤维外蒙皮通过胶膜进行连接，蜂窝与蜂窝通过带状发泡胶进行拼接。本专利技术的进一步改进在于：碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮及夹芯层OOA工艺成型过程中，固化升温速率控制在1-3℃/min，固化结束后降温速率不大于2℃/min。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身及其制造方法，采用碳纤维复合材料替代金属材料，解决了现有车身重量大，耐腐蚀性差，抗疲劳性能差、使用周期短等缺点，达到车体轻量化的目的。（2）本专利技术碳纤维复合材料地铁车身为碳纤维复合材料夹芯结构，包括碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮，铺设在碳纤维内、外蒙皮之间的夹芯层，夹芯层与碳纤维内、外蒙皮通过胶膜胶接整体成型，不仅减少车体零部件数量和装配工作量，而且大大提高了车身的隔音、隔热性能。（3）本专利技术碳纤维复合材料地铁车身为夹芯结构，该结构的抗冲击性和抗冲击回弹变形能力增强。（4）本专利技术采用的碳纤维织物预浸料及树脂具有阻燃性能，从而增强了车身的抗阻燃性能，大大提高了车体的安全性能。（5）本专利技术采用OOA成型工艺，仅在真空压力下固化且不须采用热压罐设备制造出具有与热压罐成型相同性能和质量的复合材料车身制件，避免了热压罐及其运作费用的高投入，大幅降低了制造成本。（6）本专利技术采用OOA成型工艺在真空甚至中低温条件下固化成型对模具和辅助材料的要求较低，进一步降低了制造成本。（7）本专利技术采用OOA成型工艺在缩短制造周期、简化工序、灵活方便应用、减少工装投入和运作成本、节能等方面具有明显优势，使用此工艺可得到与热压罐成型的具有同等性能和质量的大型化和超大型化复合材料制件。本专利技术采用OOA成型工艺使用碳纤维复合材料替代金属材料，不仅有效的减轻地铁车身的重量，达到车体轻量化的目的，减小了车体耗能，延长了使用寿命，而且大大降低了制造成本。附图说明图1为本专利技术地铁车身的结构示意图。图2为本专利技术地铁车身的断面结构示意图。图3为本专利技术地铁车身的夹芯层结构示意图。其中，1-碳纤维外蒙皮，2-碳纤维内蒙皮，3-夹芯层，4-门框，5-窗框，6-纵横加强筋，7-蜂窝，8-泡沫。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。如图1-3所示，本专利技术是一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，所述车身包括碳纤维外蒙皮1、碳纤维内蒙皮2、铺设在所述碳纤维外蒙皮1与所述碳纤维内蒙皮2之间的蜂窝夹芯层3，所述夹芯层3为蜂窝7、泡沫8与数个纵横加强筋6、门框4、窗框5拼接而成，所述夹芯层3与碳纤维外蒙皮1和碳纤维内蒙皮2通过胶膜链接整体固化成型，所述碳纤维外蒙皮1、碳纤维内蒙皮2、纵横加强筋6、门框4和窗框5均为碳纤维织物预浸料，所述碳纤维预浸料和胶膜具有阻燃性能。一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，所述碳纤维复合材料地铁车身成型包括以下步骤：（1）碳纤维外蒙皮1OOA工艺成型：按下料图样裁剪预浸料，并将已裁剪的预浸料进行编号并标示0°方向，按铺贴角度及铺层数设计顺序，以激光投影线为铺贴基准线，将裁剪成特定形状的碳纤维预浸料依次铺贴在车身模具上，碳纤维外蒙皮1铺贴厚度3mm-5mm，在碳纤维织物预浸料铺贴过程中，第一层需进行预压实，后续过程中每3-4层需进行一次预压实，预压实要求：依次铺放一层可剥布、有孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，密封胶条密封，连接真空系统抽真空，预压实真空度不低于920mbar，时间不少于15min；外蒙皮铺贴完成后进行封装及气密性检查，依次铺放一层可剥布、无孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，密封胶条密封，连接真空系统抽真空，保证真空度在920mbar以上，15min后关闭真空，5min内真空压力下降超过50mbar；气密性满足要求后，使用棉被将封装后的外蒙皮进行覆盖，棉被之间采用搭接形式以保证其保温效果，利用定制的车身模具的自加热系统进行固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，其特征在于：所述车身包括碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮、铺设在碳纤维外蒙皮与碳纤维内蒙皮之间的夹芯层，所述夹芯层为蜂窝、泡沫与数个纵横加强筋、门框、窗框拼接而成，所述夹芯层与碳纤维外蒙皮和碳纤维内蒙皮通过胶膜连接采用OOA工艺整体固化成型。

【技术特征摘要】
1.一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，其特征在于：所述车身包括碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮、铺设在碳纤维外蒙皮与碳纤维内蒙皮之间的夹芯层，所述夹芯层为蜂窝、泡沫与数个纵横加强筋、门框、窗框拼接而成，所述夹芯层与碳纤维外蒙皮和碳纤维内蒙皮通过胶膜连接采用OOA工艺整体固化成型。2.根据权利要求1所述一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，其特征在于：所述碳纤维外蒙皮、碳纤维内蒙皮、纵横加强筋、门框和窗框均为碳纤维织物预浸料。3.根据权利要求1所述一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身，其特征在于：所述碳纤维织物预浸料和胶膜具有阻燃性能。4.根据权利要求1所述一种低成本工艺成型的碳纤维复合材料地铁车身的制造方法，其特征在于：所述碳纤维复合材料地铁车身成型包括以下步骤：（1）碳纤维外蒙皮OOA工艺成型：按铺贴角度及铺层数设计顺序，以激光投影线为铺贴基准线，将裁剪成特定形状的碳纤维织物预浸料依次铺贴在车身模具上，碳纤维外蒙皮铺贴厚度3mm-5mm，利用定制的车身模具的自加热系统固化成型碳纤维外蒙皮；（2）夹芯层OOA工艺成型：打磨处理碳纤维外蒙皮、门框、窗框及纵横加强筋胶接面，将门框和窗框放置在定位区域，按照激光投影定位的区域将蜂窝、泡沫与纵横加强筋进行拼接，检测拼接位置以及尺寸情况，拼接完成后，利用定制的车身模具的自加热系统及鼓风加热设备固化成型夹芯层；（3）碳纤维内蒙皮OOA工艺成型：按铺贴角度及铺层数设计顺序，以激光投影线为铺贴基准线，将裁剪成特定形...

【专利技术属性】
技术研发人员：商莉，陈征辉，王林臣，钟进，刘子茗，周伟旭，
申请(专利权)人：江苏恒神股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32