摘 要：首先介绍了一种有轨电车碳纤维枕梁设计方案，然后根据枕梁结构形式及连接方式，确定采用热压罐成型工艺，并针对碳纤维枕梁不同零部件进行模具设计及装配模具设计，在满足枕梁结构功能和强度要求的前提下尽量简化工艺，实现了枕梁的非金属化生产。
中图分类号：U482.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0044-01
近年來，国家大力提倡绿色环保理念，轨道车辆减重要求迫切。随着碳纤维复合材料技术在航空航天行业的应用经验日趋成熟，车体轻量化的路径可由传统的结构减重拓展至材料减重[1]。本文通过对某低地板有轨电车碳纤维枕梁设计方案进行工艺研究，实现车体主承载部件的非金属化制造[2]，以达到车体减重目的，为开发全复合材料车体或混合车体奠定基础[3]。
1 碳纤维枕梁介绍
某碳纤维复合材料枕梁设计方案如图1所示，主要包含上面板、下面板、加强筋、金属件以及若干紧固件。其中上面板与加强筋一体制造，下面板单独制造，然后通过抽钉连接到加强筋上。金属附件与外部完全保留原接口形式，但与枕梁主体之间采用铆接预埋连接[4]。
2 工艺方案
2.1 工艺流程
碳纤维复合材料成型工艺主要包括液体成型工艺、热压罐成型工艺、缠绕工艺、模压工艺、拉挤工艺等。其中热压罐成型工艺是预浸料在抽真空条件下，采用热压设备辅助增压、加热固化成型的一种工艺。该工艺所固化的制品孔隙率低，尺寸精度高，品质一致性好，成品率高，特别适合于层压结构、夹层结构等板壳类制品，且环境友好。由于枕梁为车体内主要承力件，为保证制件质量，采用热压罐工艺制造。热压罐主要工艺流程如图2所示。
2.2 辅助材料
辅助材料是完成热压罐成型工艺的必备材料，是热压罐成型得以完成的保证，因此必须选用性能稳定、可靠及贮存期长的辅助材料。
3 模具设计
由碳纤维枕梁结构图可知，分为上面板、下面板、筋系列、金属件4部分，总体结构为面板夹筋结构。为提高制品的边缘质量，在模具上，所有的制品边缘处预留了切割线，所有孔位置预留了中心线和边缘线，框边缘处预留切割线，在成型的制品上可利用这些线作为加工参考线。本文之间均采用热压罐工艺，固化温度120℃，6Bar压力。
3.1 上面板模具
为保证枕梁外型面美观，选择外观面作为贴膜面，装配面为袋压面，模具采用阳模的形式。上面板制件四端有翻边，翻边处模具采用镶块形式，保证翻边能够成型，同时节约成本；模具底部焊接隔板类框架，模具安装6个耐高温脚轮，便于模具转运，如图3所示。
3.2 下面板模具
为保证下面板外型面美观，选择外观面作为贴膜面，装配面为袋压面，模具采用阴模的形式。下面板制件四端有翻边，翻边处模具采用镶块形式，保证翻边能够成型，同时节约成本；模具底部焊接隔板类框架，模具安装6个耐高温脚轮，便于模具转运，如图4所示。
3.3 筋系列模具
C型筋系列：C型筋模具采用型材钢架加成型面板形式，为方便工艺铺贴、生产，采用阳模形式。
W型筋模具采用型材钢架加成型面板形式。横向帽型筋模具采用隔板框架形式，为方便工艺铺贴、生产，采用阳模形式。帽型连接筋的成型模具焊接在平台上，便于生产和模具加工。
4 装配工装
4.1 上面板与筋胶接工装
为保证筋在上面板的相对位置，同时节约成本，采用上面板模具进行筋系列装配，同时可以采用真空袋压形式保证胶接强度和质量，在模具上装配定位器进行筋的定位，并通过C型夹固定。
4.2 金属件装配工装
为保证金属件在制件中的相对位置，采用工装保证的形式进行胶接后，打孔铆接。
5 结语
碳纤维复合材料在航空航天领域应用已有40余年的经验与教训，已形成完整的产业化成果，包括结构设计标准、工艺标准等[5]。本文根据碳纤维枕梁结构，制定相应的工艺流程与模具，充分发挥了复合材料成型的特点。通过研究表明，碳纤维枕梁制造工艺可行，既满足了枕梁结构完整性，又减轻了重量。碳纤维复合材料在轨道行业的工艺标准体系尚不健全，今后将结合航空航天领域应用经验，对碳纤维复合材料在轨道行业工艺标准进行深入研究。
参考文献
[1]王兴业等.复合材料力学与设计[M].长沙：国防科技大学出版社，1999.
[2]冯军，梁爽.轻轨车辆的车体材料探讨[J].新技术新工艺，2012，（12）：68-70.
[3]刘晓波，杨颖.轻量化高性能碳纤维复合材料车体研发关键技术[J].合成纤维，2013，（10）：22-33.
[4]刘宇，徐亚之，等.有轨电车碳纤维复合材料枕梁结构研究[J].新技术新工艺，2017，（6）：11-14.
[5]沈真.碳纤维市场分析和产业发展建议[J].高科技纤维与应用，2015，（3）：15-21.
