一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆、模具及方法与流程

本发明属于牵引领域，特别是涉及一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆、模具及方法。

背景技术：

1、牵引装置是连接转向架与车体的关键部件，它能适应转向架相对车体的转动，同时将轮轨间相互作用产生的牵引力或制动装置产生的制动力传递到车体，使列车实现牵引和制动，必须同时满足运动学、动力学、安全性等方面的苛刻要求。

2、牵引装置的主要功用是：使机车车体与转向架，在纵向上以关节形式连接起来，传递牵引力和制动力，以及车体与转向架间的各种冲击力。传统的牵引杆采用先铸造、后粗车加工、精车加工的工艺达到产品所需尺寸。因为牵引杆的牵引力、制动力载荷量级大，且拉压载荷交变频繁，所以牵引杆材质选用高强度且疲劳性好的高强度钢或铝合金，但也导致牵引杆自重较大，高应力使用下疲劳寿命短，需要定期维护和更换。

3、碳纤维树脂基复合材料是一种先进的材料，已广泛的应用在航天、航空、轨道交通、卫星等领域，与传统的金属材料相比，比强度高，比刚度高，抗冲击，耐腐蚀，疲劳性能好。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆、模具及方法,以解决传统牵引杆疲劳寿命低的问题。

2、为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆，包括：

3、复合材料管，整体呈中空状，每个端部通过轴向连接层与金属环相连；

4、环向连续层，包覆在复合材料管和全部所述金属环外壁上；

5、轴向连续层，包覆在环向连续层外壁上并覆盖复合材料管。

6、更进一步的，所述复合材料管整体为方管且两端端面上均设置工艺孔。

7、根据本发明的另一个方面，提供一种加工上述一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆的加工方法，包括如下步骤：制备好与复合材料管内腔形状相同的水溶性模具内芯，在水溶性模具内芯外壁进行铺层后进行固化成型形成中间体，后在中间体两端端面上开设工艺孔，通过两侧工艺孔注水溶解水溶性模具内芯后形成复合材料管。

8、根据本发明的另一个方面，提供一种加工上述一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆的模具，包括：复合材料管、两个分别通过定位组件与复合材料管对应端连接的金属环、与每个所述金属环环壁相连用于定位安装金属环的定位环以及将复合材料管和全部金属环进行整体包覆的外模。

9、更进一步的，所述外模包括相互连接的上模和下模。

10、更进一步的，所述定位组件为定位销。

11、更进一步的，每个所述金属环靠近复合材料管一侧端面上设置与工艺孔相对应的定位孔。

12、更进一步的，所述金属环上、定位孔所在端面为定位铺放部。

13、根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述一种模具成型一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆的方法，包括以下步骤：将每个金属环定位安装在对应的定位环上并将两个金属环相对布置，将复合材料管两端设置的工艺孔与每个对应侧的定位孔对应后通过定位销将复合材料管和两侧金属环固定形成定位工装，在定位工装上沿金属环和复合材料管外轴向铺放一定厚度的连续纤维为第一铺放形式；去掉定位销；在定位铺放部铺放一定厚度的内轴向连续纤维用于连接复合材料管和金属环为第二铺放形式；沿复合材料管环向铺放一定厚度的连续纤维为第三铺放形式；第一铺放形式、第二铺放形式和第三铺放形式循环铺放后安装外模进行固化，固化后脱模形成成品。

14、更进一步的，所述第一铺放形式、第二铺放形式和第三铺放形式的铺放厚度为牵引杆设计厚度的三分之一。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本牵引杆中间采用中空的复合材料方形管材，与两侧金属管通过轴向、环向纤维连接，轴向纤维能够保证产品的承载力，环向纤维用于约束轴向纤维的环向爱能够承载，保证在金属环和复合材料管材根部的应力承载性能，从而能够满足牵引工况下的复杂受力情况，保证杆件的可靠性并延长使用寿命；

17、2、本牵引杆自重相比全金属结构降低了50％以上，承受轴向载荷性能良好，具有良好的耐疲劳性。

技术特征：

1.一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆，其特征在于：所述复合材料管(2)整体为方管且两端端面上均设置工艺孔(7)。

3.一种加工如权利要求1或2所述复合材料管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：制备好与复合材料管(2)内腔形状相同的水溶性模具内芯(6)，在水溶性模具内芯(6)外壁进行铺层后进行固化成型形成中间体，后在中间体两端端面上开设工艺孔(7)，通过两侧工艺孔(7)注水溶解水溶性模具内芯(6)后形成复合材料管(2)。

4.一种加工如权利要求1或2所述一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆的模具，其特征在于，包括：复合材料管(2)、两个分别通过定位组件与复合材料管(2)对应端连接的金属环(1)、与每个所述金属环(1)环壁相连用于定位安装金属环(1)的定位环(10)以及将复合材料管(2)和全部金属环(1)进行整体包覆的外模。

5.根据权利要求4所述的一种模具，其特征在于：所述外模包括相互连接的上模(12)和下模(13)。

6.根据权利要求4所述的一种模具，其特征在于：所述定位组件为定位销(11)。

7.根据权利要求4所述的一种模具，其特征在于：每个所述金属环(1)靠近复合材料管(2)一侧端面上设置与工艺孔(7)相对应的定位孔(9)。

8.根据权利要求4所述的一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆，其特征在于：所述金属环(1)上、定位孔(9)所在端面为定位铺放部(8)。

9.一种使用如权利要求5-8所述的一种模具成型一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆的方法，其特征在于，包括以下步骤：将每个金属环(1)定位安装在对应的定位环(10)上并将两个金属环(1)相对布置，将复合材料管(2)两端设置的工艺孔(7)与每个对应侧的定位孔(9)对应后通过定位销(11)将复合材料管(2)和两侧金属环(1)固定形成定位工装，在定位工装上沿金属环(1)和复合材料管(2)外轴向铺放一定厚度的连续纤维为第一铺放形式；去掉定位销(11)；在定位铺放部(8)铺放一定厚度的内轴向连续纤维用于连接复合材料管(2)和金属环(1)为第二铺放形式；沿复合材料管(2)环向铺放一定厚度的连续纤维为第三铺放形式；第一铺放形式、第二铺放形式和第三铺放形式循环铺放后安装外模进行固化，固化后脱模形成成品。

10.根据权利要求9所述的一种成型方法，其特征在于：所述第一铺放形式、第二铺放形式和第三铺放形式的铺放厚度为牵引杆设计厚度的三分之一。

技术总结本发明提出了一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆、模具及方法，属于牵引领域。解决传统牵引杆疲劳寿命低的问题。一种中空形式一体成型的复合材料牵引杆，包括：复合材料管，整体呈中空状，每个端部通过轴向连接层与金属环相连；环向连续层，包覆在复合材料管和全部金属环外壁上；轴向连续层，包覆在环向连续层外壁上并覆盖复合材料管。它主要用于连接转向架与车体。技术研发人员：武海鹏,高琳,遇家运,王宝瑞,李金儒受保护的技术使用者：哈尔滨玻璃钢研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11