[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及地铁车辆技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明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。

本发明的进一步改进在于：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。

本发明的进一步改进在于：所述碳纤维织物预浸料和胶膜具有阻燃性能。

本发明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3 mm -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3 mm -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。

本发明的进一步改进在于：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3 mm -5mm,碳纤维外蒙皮铺贴厚度3 mm -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。

本发明的进一步改进在于：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。

本发明的进一步改进在于：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。

本发明的进一步改进在于：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。

本发明的进一步改进在于：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。

本发明的有益效果是：

（1）本发明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）本发明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）本发明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。