用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖及其制备方法、模具与流程

本发明属于轨道交通设备领域，涉及用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖及其制备方法、模具。

背景技术：

随着轨道交通行业“低碳、环保”要求日趋变高，车辆的轻量化已经势在必行。目前，复合材料已经成功在车辆内装饰件上实现了部件的轻量化，而对于功能件还处于前期研发验证阶段。传统轨道交通车辆用的高压箱盖由铝质材料通过焊接工艺进行制备。

一般地，传统的铝质高压箱盖采用4mm厚的铝板制作，为了保证高压箱盖的受压要求，在高压箱盖上通过焊接铝质加强筋。传统的铝质高压箱盖存在以下缺点：

(1)高压箱盖整体采用铝质材料制作，质量重；

(2)高压箱箱盖在焊接钢质加强筋过程中，容易产生焊接变形，导致安装接口偏差；

(3)高压箱采用铝质材料制作，本身易导电，后期还需进行绝缘处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖，实现质量轻、整体成型以及产品尺寸稳定特点的同时，还具备传统铝质高压箱盖的承重300kg的要求，并且产品本身为绝缘体。

本发明还提供了复合材料高压箱盖的制备方法。

本发明还提供了制备复合材料高压箱盖的模具。

本发明采用的技术方案是：

用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖，包括第一玻纤织物/树脂基复合材料层、第二玻纤织物/树脂基复合材料层和设置于第一玻纤织物/树脂基复合材料层、第二玻纤织物/树脂基复合材料层之间的泡沫层和强芯毡，所述泡沫层设于内部，所述强芯毡设于边沿，还包括预置于所述第一玻纤织物/树脂基复合材料层中的金属件及底板，所述金属件的一端与所述底板固定，所述高压箱盖满足承重300kg的要求。

高压箱盖中部主体位置采用玻璃纤维泡沫夹芯结构，为了满足产品安装接口的要求，高压箱盖四周安装接口位置采用玻璃纤维强芯毡夹芯结构，使高压箱盖满足产品承重300kg的要求。

为了满足产品外部高压设备接口的要求，在高压箱盖的第一层玻璃纤维层中预置不锈钢金属件，金属件自带内螺纹以提供安装接口给外部高压设备，同时通过玻璃纤维层的包裹，在金属件与内部设备间形成了绝缘层。为了保证安装接口的强度，不锈钢金属件底部焊接了一块底板，可防止反复安装下金属件的转动，同时提高了外部设备对此接口所需的抗拉强度。

优选地，所述第一玻纤织物/树脂基复合材料层、所述泡沫层和所述第二玻纤织物/树脂基复合材料层的厚度比为(1-5)：(10-20)：(1-5)。进一步优选地，该厚度比为(1-3)：(15-20)：(1-3)。进一步优选地，该厚度比为3：15：2，此厚度比的结构可增加高压箱盖的刚度，避免承重时发生过大的变形，同时减轻产品重量。

优选地，所述第一玻纤织物/树脂基复合材料层、所述强芯毡和所述第二玻纤织物/树脂基复合材料层的厚度比为(1-5)：(8-15)：(1-5)。进一步优选地，该厚度比为(1-3)：(8-10)：(1-3)。进一步优选地，该厚度比为3：10：2，可有效的保证安装接口所需的强度要求，同时减轻产品重量。

本发明的另一方面涉及一种上述高压箱盖的制备方法，包括以下步骤：

s1、将定位块设于模具主体指定位置得到模具，清洗模具，在模具上涂抹脱模剂；

s2、将金属件固定于定位块内部，第一层铺设第一玻璃纤维织物，第二层在中央铺设泡沫，边沿铺设强芯毡，第三层铺设第二玻璃纤维织物；

s3、铺放辅料，再进行密封，保留抽真空接口和注树脂接口；

s4、抽真空的条件下，将树脂通过注树脂接口注入，树脂完全渗透于第一玻璃纤维织物、强芯毡、泡沫和第二玻璃纤维织物中，树脂注入完毕后，将整个模具进行初步加热固化，初步加热固化完成后冷却至室温；

s5、进行后固化成型；

s6、拆除辅料和密封材料，脱模并取下定位块，得到高压箱盖。

优选地，s1中将活动块设于模具主体两侧，成型后的高压箱盖边沿位于活动块上，s6中通过在活动块上安装吊环，提升吊环使高压箱盖脱模。解决了常规人工离膜时对产品造成的损伤。

优选地，s4中第一玻璃纤维织物、强芯毡、泡沫和第二玻璃纤维织物均在模具的有效区域内铺设。减少产品离膜后对无效区域的切割加工。

优选地，s2中将金属件固定于定位块内部后，再将金属件另一端与底板固定。

优选地，初步加热固化的温度为55-65℃，时间为5-7h，后固化成型为75-85℃加热1.5-2.5h，90-100℃加热1.5-2.5h。

本发明的另一方面涉及一种制备用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖的模具，其特征在于，包括模具主体，所述模具主体中设有接口槽，所述接口槽中开设有定位孔，定位块设于所述定位孔中，所述模具主体两侧开设有固定孔，所述固定孔用于使活动块定位，所述活动块上固定有吊环。

优选地，所述活动块内测设置为台阶形状。

本发明中的复合材料高压箱盖主要是由环氧树脂作为基体材料，玻璃纤维织物、强芯毡、泡沫材料、金属件作为增强材料来进行整体复合成型。与传统的高压箱盖相比，具有质量轻、整体成型以及产品尺寸稳定的特点，同时还具备传统铝质高压箱盖的承重300kg的要求。

本发明已经通过有限元分析软件的工况模拟，并成功试制完成，产品正在进行装车验证，目前无异常情况发生。实际运用中，有效的减轻了高压箱盖的质量，产品尺寸稳定，减少了安装过程中的误差。

本发明具有以下优点：

(1)质量轻，比铝质高压箱盖减重的15％。

(2)产品尺寸稳定，玻璃纤维复合材料高压箱盖通过复合工艺整体成型，避免了原有铝质材料成型过程中焊接变形。

(3)产品自带绝缘性能，可减少后期的绝缘处理。

附图说明

图1为本发明所述的高压箱盖的平面结构示意图；

图2为图1的a-a剖面示意图；

图3为图1的b-b剖面示意图；

图4为图1的c-c剖面示意图；

图5为本发明所述的高压箱盖的立体结构示意图；

图6为本发明所述的模具的平面结构示意图；

图7为图6的d-d剖面示意图。

具体实施方案

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例

如图1、图4、图5所示，用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖，包括第一玻纤织物/树脂基复合材料层1、第二玻纤织物/树脂基复合材料层2和设置于第一玻纤织物/树脂基复合材料层1、第二玻纤织物/树脂基复合材料层2之间的泡沫层3和强芯毡4，泡沫层3设于内部，强芯毡4设于边沿，还包括预置于第一玻纤织物/树脂基复合材料层1中的金属件5及底板6，金属件5的一端与底板6固定。金属件5采用不锈钢金属件，金属件5周边为玻纤织物/树脂基复合材料填充加强大于等于50mm，不得填充泡沫。强芯毡4采用聚酯与氢氧化铝复合的强芯毡，泡沫层3采用功能性pvc泡沫材料，金属件5采用不锈钢金属件。

如图3所示，为了满足产品承重300kg的要求，高压箱盖中部主体位置采用玻璃纤维夹芯结构，第一玻纤织物/树脂基复合材料层1、泡沫层3和第二玻纤织物/树脂基复合材料层2的厚度分别为3mm、15mm、2mm，此结构可增加产品的刚度，避免承重时发生过大的变形，同时减轻产品重量。在高压设备接口处，金属件5通过玻璃纤维包裹，底板6的另一侧为泡沫层3。

如图2所示，为了满足产品安装接口的要求，高压箱盖四周安装接口位置处，第一玻纤织物/树脂基复合材料层1、强芯毡4和第二玻纤织物/树脂基复合材料层2的厚度分别为3mm、10mm、2mm，玻璃纤维夹芯结构，可有效的保证安装接口所需的强度要求，同时减轻产品重量。

如图6-7所示，一种制备用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖的模具，包括模具主体7，模具主体7中设有接口槽8，接口槽8中开设有定位孔，定位块9设于定位孔中，模具主体7两侧开设有固定孔10，活动块11下方设置有凸起，凸起卡于固定孔10中，固定孔10用于使活动块11定位，活动块11上固定有吊环12。活动块11内测设置为台阶形状，高压箱盖的有效区域13不超出活动块11的第一层台阶。

用于轨道交通车辆的复合材料高压箱盖的制备方法包括以下步骤：

1、模具设计及准备：

模具采用铝质金属材料通过三轴数控加工中心加工而成。为了保证产品中带螺纹的接口的定位，在模具对应的位置设置4个独立的螺杆定位块，以保证接口的尺寸；为了方便产品从模具上离膜，在模具两侧设置带螺纹孔的活动块，螺纹孔处可安装吊环，活动块外侧区域不属于产品有效区域，活动块内侧区域属于产品有效区域，产品离膜时，通过行车对吊环起吊即可实现产品离膜。

模具准备：先将模具两侧的活动块组装于主体模具上，然后将螺杆定位块以及组装好后的模具用酒精或丙酮清洗干净，再在模具上涂抹脱模剂，需涂抹3次以上，每次间隔10分钟，待用。

2、铺层

先将螺杆定位块与不锈钢金属件通过螺纹进行紧固，保证两者紧密贴合后，置于模具对应位置，然后进行第一层玻璃纤维织物层的铺设，注意：在铺设时保证不锈钢金属件四周铺满玻璃纤维织物；四周的玻璃纤维织物不允许超出产品有效区域，图7中的13为产品的有效区域(以往的玻璃纤维织物都需超出产品有效区域，以便于产品人工离膜，此发明中模具两侧以设计用于离膜的活动块，通过此设计，解决了人工离膜时对产品造成的损伤，减少产品离膜后对无效区域的切割加工)。第一层玻璃纤维织物层铺设完毕后，进行强芯毡和功能性pvc泡沫材料的铺设，最后进行第二层玻璃纤维织物层的铺设。其中强芯毡采用聚酯+氢氧化铝的强芯毡。

3、真空袋密封

原材料铺放完成后，在依次铺放脱模布、隔离膜、导流网、导流管等辅料，特别在布置导流管时，注意每根导流管间距必须保证在200mm，然后用密封胶条和真空袋膜将整个系统密封，密封过程过中，需保留一个抽真空接口和一个注树脂接口。

4、树脂注入及初步固化成型

在密封系统抽真空的条件下，将准备好的树脂通过保留的注树脂接口注入密封系统内，在整个树脂注入过程中，保证树脂完全渗透于玻璃纤维纤维织物、强芯毡以及pvc功能性泡沫中。树脂注入完毕后，将整个模具放入烘箱中进行初步加热固化，加热按照60℃，6h执行，加热完成后静置于烘箱中进行冷却至室温。

5、后固化成型

初步固化完成后，再按照80℃，2h/100℃，2h进行加热执行。

6、产品离膜

拆除真空袋膜、密封胶条、脱模布、隔离膜、导流网、导流管等辅料，将吊环通过螺纹紧固于模具两侧的活动块上，通过行车起吊，将产品从模具上离膜，最后将螺杆定位块旋转拆下，产品完成。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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