司机室复合材料窗框整体成型结构及制造方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及司机室复合材料窗框整体成型结构及制造方法。


背景技术：

2.随着轨道车辆的运行速度不断提升，高速列车运行时的风阻显著增加，因此对司机室具有低阻力系数的结构外形有了更为迫切的需求。现有高速列车的司机室迎风面均为复杂三维曲面的流线型造型，前窗位置为司机室外形的关键位置，其结构轮廓更为复杂。同时前窗窗框需要安装流线型前挡风玻璃组件，对窗框的结构强度要求、外形精度要求及安装维护要求均较为严苛。
3.目前，高速列车的司机室前窗窗框一般为铝合金型材整体数控加工成型，制造难度较大，加工成本较高，产品合格率较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供司机室复合材料窗框整体成型结构及制造方法。
5.本发明解决上述问题的技术方案为：司机室复合材料窗框整体成型结构，包括上窗框和下窗框；
6.所述上窗框包括第一上连续铺层、若干第一预成型体、第一下连续铺层；
7.所述下窗框包括第二上连续铺层、若干第二预成型体、第二下连续铺层；
8.上窗框和下窗框形状配合，并且第一预成型体和第二预成型体一一对应，第一预成型体段设有螺纹孔、第二预成型体段设有螺纹孔，两个螺纹孔通过插销螺套连接；
9.下窗框的截面设有密封条安装槽，密封条安装槽设置在上窗框和下窗框的连接处，密封条安装槽内安装密封条；
10.第一上连续铺层、第一下连续铺层、第二上连续铺层、第二下连续铺层分别包括若干复合材料层。
11.进一步的，上窗框的截面设有司机室前挡风玻璃安装位。
12.进一步的，复合材料层选用碳纤维/环氧复合材料、玻璃纤维/环氧复合材料、碳纤维 玻璃纤维混杂/环氧复合材料、短切碳纤维/环氧复合材料、短切玻璃纤维/环氧复合材料中的一种。
13.进一步的，第一预成型体和第二预成型体采用纤维增强复合材料或短切纤维复合材料。
14.上述司机室复合材料窗框整体成型结构的制造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
15.第一步，制备上窗框；
16.第二步，制备下窗框；
17.第三步，在下窗框的密封条安装槽内安装密封条，将上窗框和下窗框对应合体，每个第一预成型体和第二预成型体一一对应，在第一预成型体和第二预成型体上打螺纹孔并在螺纹孔内螺纹连接插销螺套，将上窗框和下窗框连接。
18.进一步的，上窗框的制备方法具体包括以下步骤：
19.第一步，在窗框模具中先按层依次铺贴若干复合材料层形成第一上连续铺层，每一层复合材料层铺贴后均匀喷洒热定型剂；
20.第二步，将制备好的多个第一预成型体放置在窗框模具的相应位置上，填充第一预成型体的间隙，连接真空系统抽真空预压实；
21.第三步，在第一预成型体上方依次铺贴若干复合材料层形成第一下连续铺层，每一层复合材料层铺贴后均匀喷洒热定型剂，并按每隔5-10层进行一次预压实，制得半成品；
22.第四步，将半成品进行预合模，检查可能的合模间隙或干涉，调整模具型腔内铺层可能出现的问题，确保型腔填充完全；
23.第五步，预合模完成后在使用真空导入工艺，将树脂导入模具型腔内，导入完成后进行制件的固化；
24.第六步，固化完成后，泄压脱模，清洗并处理窗框边缘毛刺，得到上窗框。
25.制备上窗框之前先根据窗框的结构轮廓在复杂曲率段增设第一预成型体，第一预成型体可以根据不同位置、形状和尺寸的第一预成型体设计不同的模具，使用模具采用纤维增强复合材料或短切纤维复合材料制备第一预成型体；也可以采用纤维增强复合材料或短切纤维复合材料3d打印完成制备。
26.下窗框的制备方法与上窗框的制备方法相同。
27.本发明具有有益效果：
28.(1)本发明有效地避免了传统金属窗框可能存在的连接焊缝，消除了焊接热影响区及残余应力的影响，有效的提高了窗框结构的整体刚度和强度；上窗框和下窗框安装插销螺套，可实现窗框连接关系的灵活调整；
29.(2)本发明采用复合材料层可有效的提升窗框的耐腐蚀，抗疲劳性能，显著提高窗框的使用寿命，并显著地减轻结构重量，达到轨道交通轻量化的目的；复合材料层采用热定型剂热定型，有效提高连续铺层的生产效率以及树脂注胶过程可能产生的树脂分散不均所导致的残余应力问题；
30.(3)本发明使用预成型体分段填充技术，有效的降低了超厚复杂截面复合材料制件固化成型的变形较大及易产生内部质量缺陷等风险。
附图说明
31.图1为司机室复合材料窗框整体成型结构的结构示意图。
32.图2为司机室复合材料窗框整体成型结构的剖视图。
33.图3为上窗框和下窗框的结构示意图。
34.图中：1-上窗框，2-下窗框，3-第一上连续铺层，4-第一预成型体，5-第一下连续铺层，6-第二上连续铺层，7-第二预成型体，8-第二下连续铺层，9-插销螺套，10-司机室前挡风玻璃安装位，11-密封条安装槽。
具体实施方式
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.如图1-3所示，司机室复合材料窗框整体成型结构，包括上窗框和下窗框。
37.所述上窗框包括第一上连续铺层、若干第一预成型体、第一下连续铺层。
38.所述下窗框包括第二上连续铺层、若干第二预成型体、第二下连续铺层。
39.制备上窗框之前先根据上窗框的结构轮廓在复杂曲率段增设第一预成型体，第一预成型体可以根据不同位置、形状和尺寸的第一预成型体设计不同的模具，使用这些模具采用纤维增强复合材料或短切纤维复合材料制备第一预成型体；也可以采用纤维增强复合材料或短切纤维复合材料3d打印完成制备。
40.制备上窗框包括以下步骤：
41.第一步，在窗框模具中先按层依次铺贴2-10层复合材料层形成第一上连续铺层，每一层复合材料层铺贴后均匀喷洒热定型剂，热定型剂使用热塑性尼龙粉末，用量为每平米0.5g-2g，加热至60℃-80℃，30min完成热定型；
42.第二步，将制备好的多个第一预成型体放置在窗框模具的相应位置上，填充第一预成型体的间隙，连接真空系统抽真空预压实，真空度不低于900mbar，时间不少于15min，预压实需要在模具开敞面铺贴依次可剥布、有孔隔离膜、透气毡、真空袋，也可在模具开敞面直接使用柔性硅胶层；
43.第三步，在第一预成型体上方依次铺贴2-10层复合材料层形成第一下连续铺层，每一层复合材料层铺贴后均匀喷洒热定型剂，并进行预压实，制得半成品；
44.第四步，将半成品进行预合模，检查可能的合模间隙或干涉，调整模具型腔内铺层可能出现的问题，确保型腔填充完全；
45.第五步，预合模完成后在使用真空导入工艺，将树脂导入模具型腔内，导入完成后进行制件的固化，固化工序以1-3℃每分钟的速率升温至80℃，保温0.5小时，然后以1-3℃每分钟升温至120℃，保温保压2小时，然后以1-3℃每分钟的速率降温至60℃以下，完成制件固化；
46.第六步，固化完成后，泄压脱模，清洗并处理窗框边缘毛刺，得到上窗框；
47.制备下窗框之前先根据下窗框的结构轮廓在复杂曲率段增设第二预成型体，并且第二预成型体与第一预成型体位置对应。
48.制备下窗框的工艺与制备上窗框的工艺相同。
49.第一上连续铺层、第一下连续铺层、第二上连续铺层、第二下连续铺层采用的复合材料层可以选用：碳纤维/环氧复合材料、玻璃纤维/环氧复合材料、碳纤维 玻璃纤维混杂/环氧复合材料、短切碳纤维/环氧复合材料、短切玻璃纤维/环氧复合材料中的一种。
50.所述第一预成型体和第二预成型体长200mm-800mm，厚10-15mm。
51.将上窗框和下窗框对应合体，每个第一预成型体和第二预成型体一一对应，在第一预成型体和第二预成型体上打螺纹孔，并在螺纹孔内螺纹连接插销螺套，将上窗框和下
窗框连接，插销螺套可以实现螺栓紧固力矩10-20n
·
m的设计调整范围。
52.上窗框的截面设有司机室前挡风玻璃安装位，下窗框的截面设有密封条安装槽，密封条安装槽设置在上窗框和下窗框的连接处，密封条安装槽内安装密封条。
53.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。