專利名稱：變截面預(yù)成型制件的三維編織方法及其制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料支撐體預(yù)成型制件的三維編織技術(shù)，具體為一種制造高性能復(fù)合材料支撐體的異形或變截面預(yù)成型制件的三維編織方法及其制件技術(shù)，國際專利分類號(hào)擬為Int.cl7.D04C 1/00。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)或支撐體預(yù)成型制件的形狀結(jié)構(gòu)及其品質(zhì)基本決定了復(fù)合材料的性能。高性能先進(jìn)復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的重要形式是采用三維編織技術(shù)制備的三維編織預(yù)成型件。傳統(tǒng)層合復(fù)合材料采用層板結(jié)構(gòu)形式，層間性能薄弱是復(fù)合材料失效的主要原因之一。采用三維編織技術(shù)制備的三維編織預(yù)成型件中增強(qiáng)纖維在三維空間內(nèi)相互交織，具有良好的結(jié)構(gòu)整體性，在提高復(fù)合材料的整體性能的同時(shí)，改善了復(fù)合材料的沖擊韌性和損傷容限。同時(shí)，三維編織技術(shù)具有加工各種異型截面預(yù)成型件的能力，可滿足高性能先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件凈型加工的需要。因此，三維編織技術(shù)近年來得到了迅速的發(fā)展，并成為航天、航空等高技術(shù)領(lǐng)域使用復(fù)合材料的關(guān)鍵制備技術(shù)之一。
目前三維編織技術(shù)以四步法三維編織工藝為主，其來源于弗羅亭(R.A.Florentine)在其專利U.S.P.4312261中描述的四步法三維編織方法。李偉(W.Li)等也在其“復(fù)合材三維編織料預(yù)成型制件的結(jié)構(gòu)分析I四步法預(yù)成型編織工藝，紡織研究，1990.4.81頁(Structural Analysis of 3-D BraidedPreforms for Composites PartThe Four-step Preforms，J.Text.Inst.，1990，81 No.4)”中系統(tǒng)地描述了方型和圓型四步法三維編織工藝，并分析了編織過程中編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該工藝中可包含兩個(gè)紗線系統(tǒng)，即編織紗線系統(tǒng)和軸紗系統(tǒng)(第五向紗線系統(tǒng))。其中編織紗線系統(tǒng)為主紗線系統(tǒng)，軸紗系統(tǒng)為根據(jù)需要加入的輔助紗線系統(tǒng)。所有紗線沿編織成型方向懸掛排列于編織機(jī)底盤上。編織軸紗按需要排列于編織紗線之間。編織紗線的排列形式由制件的橫截面形狀決定1.制件橫截面為矩形或矩形組合，例如T型、工型、L型、盒型等，編織紗線按行和列方式排列成制件的截面形狀，這種編織方法稱為方型編織；2.制件的橫截面為圓形或圓環(huán)形，編織紗線則按環(huán)向行和徑向列的方式排列成制件的截面形狀，這種編織方法稱為圓型編織。編織過程中，機(jī)器按行列交替方式運(yùn)動(dòng)，四步為一個(gè)機(jī)器循環(huán)，并使編織紗線按一定設(shè)計(jì)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，而軸紗保持不動(dòng)，這樣編織紗線相互交織，并將軸紗捆綁，形成一個(gè)不分層的三維五向(含軸紗)或三維四向(不含軸紗)整體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過若干個(gè)機(jī)器循環(huán)，就可制成一定長度和形狀的三維編織預(yù)成型件。
根據(jù)基本的四步法三維編織工藝，編織紗線在機(jī)器底盤上的排列形式由制件的橫截面形狀決定。通常選擇制件的某一橫截面作為編織成型的起始點(diǎn)，編織紗線的排列方式以該截面形狀和尺寸為基準(zhǔn)。一旦這一編織基準(zhǔn)截面選定后，所用的編織紗線的根數(shù)和排列方式就可以根據(jù)纖維體積含量和編織角等編織成型條件設(shè)計(jì)并確定。在編織過程中，如果編織紗線的根數(shù)和排列方式不發(fā)生變化，編織形成的預(yù)成型件將是一個(gè)具有與基準(zhǔn)截面形狀和尺寸相同的等截面的制件。例如在方型編織中，一定根數(shù)的編織紗線在機(jī)器底盤上排列成T形后，編織形成的預(yù)成型件就為一定長度等截面的T型梁；在圓型編織中，一定根數(shù)的編織紗線在機(jī)器底盤上排列成圓形后，編織形成的預(yù)成型件就為一定長度等截面的圓管?？梢?，基本的四步法三維編織工藝編織僅能編織沿長度方向等截面的異形預(yù)成型制件。
但在工程應(yīng)用中，有一類復(fù)合材料制件是變截面制件，即沿此復(fù)合材料制件的長度方向，其橫截面尺寸是變化的，或者說是不等截面的制件。例如錐套體制件(參見圖1所示)，它的橫截面尺寸就是一種連續(xù)、均勻變化的不等截面的變截面制件；再例如雙耳接頭(參見圖3所示)，它的耳片橫截面尺寸也是一種沿長度方向連續(xù)、均勻變化的不等截面的變截面制件；又例如螺釘(參見圖2所示)，它的橫截面尺寸從螺帽到螺桿處則是一種非連續(xù)的、不均勻變化的，或者說是突然變化的不等截面的變截面制件；而變截面梁(參見圖4所示)則是一種既有連續(xù)、均勻變化的不等截面，又有非連續(xù)的、不均勻變化的不等截面的變截面制件。對(duì)于這類變截面制件的整體預(yù)成型制造，所述傳統(tǒng)的基本的四步法三維編織方法或技術(shù)就無法完成，不能滿足高性能復(fù)合材料對(duì)預(yù)成型件的要求。目前的解決辦法是在所述相應(yīng)等截面預(yù)成型制件的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法來獲得所需要的變截面制件形狀，例如把等截面的圓柱體切削成變截面的螺釘。很顯然，這樣的加工會(huì)造成嚴(yán)重的纖維損傷，破壞預(yù)成型制件的整體性，造成制件性能的下降，進(jìn)而使增強(qiáng)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的性能下降；另一方面也增加了工序，提高了預(yù)成型制件的制造成本。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有編織技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種變截面預(yù)成型制件的三維編織方法及其制件技術(shù)，該編織方法可以實(shí)現(xiàn)具有沿長度方向橫截面變化的異形復(fù)合材料預(yù)成型制件的三維整體編織制造，可省去進(jìn)一步加工的工序，降低生產(chǎn)成本，且方法簡單，適用性廣。采用本發(fā)明編織方法制造的制件整體性好，機(jī)械力學(xué)性質(zhì)大為改善，從而可提高復(fù)合材料的品質(zhì)和性能。
本發(fā)明解決所述編織方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種變截面預(yù)成型制件的三維編織方法，該三維編織方法以四步法三維多向編織工藝為基礎(chǔ)，其特征在于在編織過程中，以預(yù)成型制件的一個(gè)端面為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)或縮紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)或者增紗、分段、再移動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。
本發(fā)明在傳統(tǒng)的四步法三維多向編織工藝的基礎(chǔ)上，通過與預(yù)成型制件截面尺寸變化相一致或相對(duì)應(yīng)的編織紗線參與編織數(shù)量的變化，來實(shí)現(xiàn)變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織，因此可保證預(yù)成型制件內(nèi)增強(qiáng)纖維的連續(xù)性和制件編織結(jié)構(gòu)的整體性，可避免或減少了預(yù)制件復(fù)合固化后機(jī)械加工造成的嚴(yán)重纖維損傷，從而可提高復(fù)合材料的品質(zhì)和性能；同時(shí)因減少了加工工序，可降低制造成本；另一方面，由于本發(fā)明所述方法是巧妙設(shè)計(jì)了編織紗線的移動(dòng)、并股和再減細(xì)的方法，因此，本發(fā)明編織方法具有方法簡單，適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，即它既可適用于方型編織，制造方型類的各種變截面預(yù)成型制件，又可適用于圓型編織，制造圓型類的各種變截面預(yù)成型制件。
圖1為采用本發(fā)明編織方法編織所得制件的一種實(shí)施例錐套體的外觀形狀示意圖；圖2為采用本發(fā)明編織方法編織所得制件的另一種實(shí)施例螺釘外觀形狀示意圖；圖3為采用本發(fā)明編織方法編織所得制件的又一種實(shí)施例雙耳接頭立體形狀示意圖；圖4為采用本發(fā)明編織方法編織所得制件的第4種實(shí)施例變截面方形梁的立體形狀示意圖；圖5為采用本發(fā)明編織方法編織所得制件的第5種實(shí)施例凹腰型旋轉(zhuǎn)體的立體形狀示意圖；圖6為本發(fā)明編織方法的方型編織示意圖；圖7為本發(fā)明編織方法的圓型編織示意圖；圖8為本發(fā)明編織方法編織時(shí)在預(yù)成型制件截面變化處減紗原理示意圖；圖9為本發(fā)明編織方法編織時(shí)在預(yù)成型制件截面變化處減紗后的紗線排列示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的是一種變截面預(yù)成型制件的三維編織方法(以下簡稱編織方法)，該三維編織方法以四步法三維多向編織工藝為基礎(chǔ)，其特征在于在編織過程中，以預(yù)成型制件的一個(gè)端面為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)或縮紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)或者增紗、分段、再移動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。
本發(fā)明編織方法所述的編織紗線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是指在連續(xù)編織過程中編織紗線懸掛點(diǎn)在機(jī)器底盤上所處位置的變化規(guī)律。
本發(fā)明編織方法所述的纖維體積含量的要求，是指制件中增強(qiáng)纖維的體積與制件總體積的比值。
本發(fā)明編織方法所述的編織紗線的粗細(xì)，是指編織紗線的細(xì)度，即每千米長度紗線的重量。
本發(fā)明編織方法所述的編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)的方法，是指在減紗編織過程中，先將減紗點(diǎn)上的編織紗線移動(dòng)懸掛到相應(yīng)的受紗點(diǎn)上，與受紗點(diǎn)上原有的紗線合并，受紗點(diǎn)上懸掛的紗線的細(xì)度變?yōu)樵屑喚€細(xì)度的二倍，編織一個(gè)機(jī)器循環(huán)后，剪去其中一根紗線，使受紗點(diǎn)上懸掛的紗線恢復(fù)到原有的細(xì)度，達(dá)到減少參加編織紗線根數(shù)的方法。
本發(fā)明編織方法所述的編織紗線的增粗、分股、再移動(dòng)的編織方法，是指在增紗編織過程中，先將需要增加的紗線和增紗點(diǎn)上的編織紗線并股，使原來增紗點(diǎn)的編織紗增粗，編織一個(gè)機(jī)器循環(huán)后，再將增粗的紗線分成兩股，使編織紗恢復(fù)到原有的細(xì)度，然后將其中的一股編織紗移動(dòng)懸掛到相應(yīng)的受紗點(diǎn)上，達(dá)到增加參加編織紗線根數(shù)的方法。
本發(fā)明編織方法所述的三維多向整體編織是指編織工藝采用三維四向、三維五向、三維六向或三維七向的編織結(jié)構(gòu)。但根據(jù)需要，本發(fā)明編織方法所述的三維多向整體編織工藝仍可適用于三維七向以上的編織結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明編織方法優(yōu)選減紗編織方法，它以四步法三維多向編織工藝為基礎(chǔ)，其特征在于在編織過程中，以預(yù)成型制件的最大端面(截面)為基準(zhǔn)面，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)相應(yīng)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。
下面以圓錐體預(yù)成型制件的減紗編織為例，進(jìn)一步說明本發(fā)明編織方法首先，選擇基準(zhǔn)截面。減紗編織選擇制件2的最大端面(最大直徑橫截面)為開始起編的基準(zhǔn)截面1(參見圖7)。依該基準(zhǔn)截面1的尺寸大小設(shè)計(jì)所用的編織紗線根數(shù)，包括主紗線系統(tǒng)和輔助紗線系統(tǒng)。主紗線系統(tǒng)為編織紗線3。輔助紗線系統(tǒng)包括第五向紗線4(軸紗)，第六向紗線5和第七向紗線6。輔助紗線系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)成型制件的設(shè)計(jì)加入，以提高制件某一方向的力學(xué)性能。這樣可分別形成三維四向、三維五向、三維六向或三維七向編織結(jié)構(gòu)。對(duì)于圓錐體預(yù)成型制件的實(shí)施例采用三維五向的編織結(jié)構(gòu)編織即可。
其次，排列懸掛編織紗線。按基準(zhǔn)截面1的形狀將所有設(shè)計(jì)的編織紗線懸掛于編織機(jī)器的底盤上。在方型編織(參見圖6)中，主體編織紗線3按行和列的方式排列懸掛，即矩形排列，邊紗7間隔排列在主體編織紗線3的外圍，且每行或每列的紗線數(shù)目相同；在圓型編織中，主體編織紗線3按環(huán)向行和徑向列的方式排列懸掛，邊紗7間隔排列在主體編織紗線3的內(nèi)外兩側(cè)(參見圖7)，且每列的紗線數(shù)目相同。主體編織紗線3的行數(shù)記為M，列數(shù)記為N。第五向紗線4(軸紗)排列在每一行的相鄰編織紗線3之間。以上兩組紗線平行于制件的編織成型方向(即垂直于機(jī)器底盤的方向)。第六向紗線5和第七向紗線6分別排列在相鄰行和相鄰列之間(參見圖6、7)，在編織過程中由引紗機(jī)構(gòu)沿垂直于制件編織成型方向引入。所謂某向紗線是指編織結(jié)構(gòu)中不同空間取向的紗線，其中編織紗線有四種取向，第五向紗線為平行于制件的編織成型方向的紗線(軸紗)，第六向紗線為垂直于制件的編織成型方向并沿制件寬度方向的紗線，第七向紗線為垂直于制件的編織成型方向并沿制件厚度方向的紗線。
第三，開始編織。編織過程由編織紗線沿行向和列向的交替運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。不同的編織結(jié)構(gòu)具有不同的機(jī)器循環(huán)步驟。例如較復(fù)雜的三維七向編織結(jié)構(gòu)的機(jī)器循環(huán)由八步組成，第一步相鄰列向編織紗線3以相反的方向沿列向運(yùn)動(dòng)一個(gè)編織紗線3位置；第二步相鄰行向編織紗線3以相反的方向沿行向運(yùn)動(dòng)一個(gè)編織紗線3位置；第三步在相鄰行間引入第六向紗線5；第四步在相鄰列間引入第七向紗線6；第五步、第六步、第七步和第八步機(jī)器運(yùn)動(dòng)方向分別與前四步相反。經(jīng)過所述的八步運(yùn)動(dòng)，可完成一個(gè)機(jī)器循環(huán)，如此循環(huán)下去，可完成編織任務(wù)。如果紗線系統(tǒng)中不含有第六、第七向紗線，則可省去相應(yīng)的編織步驟。相應(yīng)地三維六向編織結(jié)構(gòu)的機(jī)器循環(huán)由六步組成，三維五向和三維四向編織結(jié)構(gòu)的機(jī)器循環(huán)由四步組成。
第四，減紗操作。當(dāng)編織至制件2的橫截面改變處，根據(jù)該橫截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定減紗點(diǎn)A的數(shù)量，并將其均勻分布在該橫截面內(nèi)。所謂減紗點(diǎn)，并不是一個(gè)“點(diǎn)”，而是一組紗線的集合。一個(gè)減紗點(diǎn)至少包括同行或同列上相鄰的兩根編織紗線3；如有軸紗4，則包括同行或同列上相鄰的兩根編織紗線3和兩根軸紗4。兩個(gè)減紗點(diǎn)A不能緊鄰，之間要間隔一定數(shù)量相互不連通的編織紗線3。與減紗點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的是受紗點(diǎn)B。所謂受紗點(diǎn)B的概念本質(zhì)上與減紗點(diǎn)A一致，只是兩者的用途或作用不同。受紗點(diǎn)B的確定與減紗點(diǎn)A所含紗線的排列有關(guān)。如果減紗點(diǎn)A所含紗線按行排列，則在與減紗點(diǎn)A同行的相鄰位置設(shè)計(jì)受紗點(diǎn)B；如果減紗點(diǎn)A所含紗線按列排列，則在與減紗點(diǎn)A同列的相鄰位置設(shè)計(jì)受紗點(diǎn)B。受紗點(diǎn)B內(nèi)所含紗線與減紗點(diǎn)A內(nèi)所含的紗線一一對(duì)應(yīng)(參見圖8、9)，且兩者具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。所述的減紗操作就是將減紗點(diǎn)A上所含的紗線移動(dòng)到與其對(duì)應(yīng)的受紗點(diǎn)B上，即所謂的移紗，與受紗點(diǎn)B上相應(yīng)的紗線合并，即所謂的并股或并紗，并移去減紗點(diǎn)A上空的攜紗器，將編織紗線重新排列后，編織下一個(gè)機(jī)器循環(huán)。
第五，減細(xì)操作。由于在受紗點(diǎn)B上并股后，該處的紗線數(shù)目成倍增加，因此，需將受紗點(diǎn)B上的并股紗線按編織紗線細(xì)度要求剪去部分紗線，使其細(xì)度變細(xì)，符合編織紗線的細(xì)度要求(參見圖9)。
第六，開始正常編織。到下一個(gè)橫截面變化處重復(fù)第四、五步。依此直到編織完成。
本發(fā)明編織方法在所述的實(shí)施例在編織過程中，以預(yù)成型制件的最大截面為基準(zhǔn)面，意味著編織過程是單向遞減的。這是從編織過程減紗操作更容易實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)的。而從原理來說，在編織過程中，以預(yù)成型制件的最小截面(端面)為基準(zhǔn)面，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)相應(yīng)截面內(nèi)的增紗點(diǎn)數(shù)量，并使增紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的增粗、分股、移動(dòng)的編織方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，即減紗設(shè)計(jì)的逆過程——單向遞增的編織方法，同樣可以完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。一般而言，這種增紗設(shè)計(jì)在實(shí)際操作上要比減紗設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)困難些。但困難并非不能實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步講，通過增減紗的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，意味著本發(fā)明編織方法可以制造類似葫蘆型、凹腰型旋轉(zhuǎn)體(參見圖5所示)等的非單向變化的復(fù)合材料變截面預(yù)成型制件。這也說明本發(fā)明編織方法的廣泛適用性。
本發(fā)明編織方法的優(yōu)點(diǎn)在于巧妙而科學(xué)地應(yīng)用減紗和減細(xì)操作，從而可使復(fù)合材料異型預(yù)成型制件的橫截面變化可由增強(qiáng)纖維整體編織形成，因而減少了復(fù)合固化后機(jī)械加工造成的纖維損傷，保證了制件內(nèi)增強(qiáng)纖維的連續(xù)性和編織結(jié)構(gòu)的整體性；同時(shí)由于減紗點(diǎn)均勻分布于制件的橫截面內(nèi)，因此不會(huì)出現(xiàn)貫穿性和集中性的減紗缺陷，保證了變截面預(yù)成型制件的整體質(zhì)量。
下面給出采用本發(fā)明編織方法整體編織變截面預(yù)成型制件的幾個(gè)具體實(shí)施例實(shí)施例1采用本發(fā)明方法編織錐套體制件(參見圖1)。其大端內(nèi)徑為400mm，小端內(nèi)徑為100mm，高為700mm、壁厚20mm。以錐套體的大端直徑橫截面為基準(zhǔn)截面起始編織，采用圓型編織方法編織，編織成型方向沿錐套體制件的高度方向。錐套體制件橫截面尺寸的連續(xù)變化通過按纖維體積含量均勻一致的原則沿錐套體的高度方向設(shè)計(jì)減紗次數(shù)和每次減紗根數(shù)予以近似逼近。采用三維五向編織結(jié)構(gòu)，編織紗線為T700-12k碳纖維，編織角為25°，纖維體積含量為50％。基準(zhǔn)截面設(shè)計(jì)所需的紗線根數(shù)為18720根。為了滿足截面的變化要求，編織過程中設(shè)計(jì)減紗20次，每次減紗704根，有234個(gè)減紗點(diǎn)A均勻分布于各個(gè)減紗截面上，到錐套體制件小端時(shí)，編織紗線根數(shù)為4640根。采用本發(fā)明方法編織錐套體制件時(shí)，除了采用所述的三維五向編織結(jié)構(gòu)外，還可以相應(yīng)地采用三維四向、或三維六向編織結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2采用本發(fā)明方法編織M16的螺釘制件(參見圖2)。以螺帽的橫截面為基準(zhǔn)截面起編，采用圓型編織方法，編織結(jié)構(gòu)為三維五向編織結(jié)構(gòu)。編織紗線為T700-12k碳纖維，編織角為20°，纖維體積含量為50％，編織所用紗線根數(shù)為520根。正常編織到橫截面尺寸從螺帽到螺桿突然變化處，即在螺帽到螺桿銜接處，根據(jù)截面變化前后的尺寸要求，一次減紗230根后，正常編織螺桿到結(jié)束。
實(shí)施例3采用本發(fā)明方法編織變截面方型梁制件(參見圖4)。以方型梁的大端為編織起始編織基準(zhǔn)截面。編織成型方向?yàn)殚L度方向，截面變化通過多次減紗近似逼近。方型梁的大端編織紗線為12000根的2400tex高強(qiáng)玻纖，在機(jī)器底盤上排列成矩形；采用方型編織方法，編織結(jié)構(gòu)為三維六向，編織角為30°，纖維體積含量為55％；截面變化通過5次減紗近似逼近，每次減紗600根，150個(gè)減紗點(diǎn)均勻分布于每個(gè)減紗截面上。編織到方型梁的小端時(shí)，該截面為9000根2400tex高強(qiáng)玻纖紗線。
實(shí)施例4采用本發(fā)明方法編織雙耳接頭制件(參見圖3)。該制件的底板為等截面體，而耳片的截面尺寸由大變小變化的，因此，減紗設(shè)計(jì)只在耳片處。編織過程中，接頭底板不需要減紗操作，耳片橫截面尺寸的連續(xù)變化通過按纖維體積含量均勻一致的原則沿耳片的長度方向設(shè)計(jì)減紗次數(shù)和每次減紗根數(shù)予以近似逼近。以雙耳接頭最大尺寸的橫截面為基準(zhǔn)截面起編，采用方型編織方法，編織紗線采用12k的M55高模量碳纖維，在機(jī)器底盤上排列為∏型，編織結(jié)構(gòu)為三維七向，編織角為30°，纖維體積含量為55％。制件底板的編織紗線為2289根，兩個(gè)耳片的編織紗線均為579根。編織過程中底板的紗線根數(shù)保持不變，而耳片的截面變化通過10次減紗近似逼近，每次減紗36根，9個(gè)減紗點(diǎn)均勻分布于每個(gè)減紗截面上。
實(shí)施例5采用本發(fā)明方法編織凹腰型旋轉(zhuǎn)體(參見圖5)制件，其橫截面中間細(xì)，兩端粗。該制件的無論從哪端起編都是先由大變小再由小變大的編織過程，因此，編織中采用了減紗設(shè)計(jì)和增紗設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。以制件的任一個(gè)端面為編織基準(zhǔn)截面，編織紗線采用T700-12k碳纖維，編織角為30°，纖維體積含量為50％，編織結(jié)構(gòu)為三維六向，所用紗線根數(shù)為3400根，先進(jìn)行減紗操作。減紗次數(shù)為5次，每次減紗320根，80個(gè)減紗點(diǎn)均勻分布于每一減紗截面上。當(dāng)編織到制件最細(xì)處后，則進(jìn)行逆向的增紗操作。由于該制件截面變化具有對(duì)稱特性，因此，增紗次數(shù)也為5次，每次增紗320根，80個(gè)增紗點(diǎn)均勻分布于每一增紗截面上。
權(quán)利要求
1.一種變截面預(yù)成型制件的三維編織方法，該三維編織方法以四步法三維多向編織工藝為基礎(chǔ)，其特征在于在編織過程中，以預(yù)成型制件的一個(gè)端面為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)或縮紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)或者增紗、分段、再移動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面預(yù)成型制件的三維編織方法，其特征在于該三維編織方法的編織工藝采用三維四向、三維五向、三維六向或三維七向的編織結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變截面預(yù)成型制件的三維編織方法，其特征在于該三維編織方法在編織過程中，以預(yù)成型制件的一個(gè)最大端面為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)成型制件的截面變化，完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。
4.一種復(fù)合材料使用的變截面預(yù)成型制件，其特征在于它由權(quán)利要求1、2或3所述的三維編織方法整體編織而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變截面預(yù)成型制件的三維編織方法及其制件技術(shù)，該三維編織方法以四步法三維多向編織工藝為基礎(chǔ)，其特征在于在編織過程中，以預(yù)成型制件的一個(gè)端面為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)成型制件截面尺寸的變化和編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)截面內(nèi)的減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)數(shù)量，并使減紗點(diǎn)或增紗點(diǎn)在該截面內(nèi)均勻分布；再根據(jù)纖維體積含量的要求，確定受紗點(diǎn)或縮紗點(diǎn)處編織紗線的粗細(xì)，通過編織紗線的移動(dòng)、并股、再減細(xì)或者增紗、分段、再移動(dòng)的方法完成變截面預(yù)成型制件的三維多向整體編織。該方法可減少工序，降低成本，且方法簡單，適用性廣。其制件整體性好，機(jī)械力學(xué)性質(zhì)大為改善，可提高復(fù)合材料的品質(zhì)和性能。
文檔編號(hào)D04C1/00GK1651627SQ20051001620
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日
發(fā)明者李嘉祿, 陳利, 焦亞男 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)