專利名稱：用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于制備復(fù)合材料預(yù)制 件的導(dǎo)向套。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料因其綜合了基體材料的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的力學(xué)性能以及輕質(zhì)的特 點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、汽車等行業(yè)。隨著各行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)復(fù)合材料 性能要求越來(lái)越高，因此對(duì)復(fù)合材料預(yù)制件織造成形方法的要求也越來(lái)越高,其要求能夠 織造大尺寸、形狀復(fù)雜、高性能、輕量化的預(yù)制件。目前預(yù)制件的成形方法主要有正交交織 法，三維編織法，縫合編織法，三維織造法。
傳統(tǒng)復(fù)合材料由于層間沒(méi)有纖維通過(guò)，而容易分層，為了達(dá)到厚度的要求，絕大多 數(shù)采用層合的形式，但由于較弱的層間性能，受沖擊后易受損傷，具有機(jī)械連接孔和幾何形 狀突變處的強(qiáng)度顯著下降等弱點(diǎn)，限制了它在主要承力構(gòu)件上的應(yīng)用。三維織造復(fù)合材料 是以三維整體織物作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，是由一維和二維結(jié)構(gòu)發(fā)展而來(lái)，三維結(jié)構(gòu)織物 的纖維不僅通過(guò)二維平面，而且通過(guò)厚度方向在空間相互交織，形成整體結(jié)構(gòu)，可設(shè)計(jì)性 好，同時(shí)克服了二維復(fù)合材料抗沖擊性能差、易分層等缺點(diǎn)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，被廣泛 地應(yīng)用于航空航天、軍工、汽車等關(guān)鍵領(lǐng)域。
基于數(shù)字化導(dǎo)向模板的三維織造成形方法(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110458790. 4)，是 以導(dǎo)向套為支點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)向套坎合槽錯(cuò)層纏繞的預(yù)制件層間增強(qiáng)織造方法，這種導(dǎo)向套上均 布有小孔，使得導(dǎo)向套內(nèi)的樹(shù)脂能沿著小孔流出，與纖維混合。在導(dǎo)向模板上布置具有等間 距坎合槽的導(dǎo)向套陣列，編織時(shí)繞著導(dǎo)向套坎合槽交錯(cuò)編織。由于導(dǎo)向套為鋼性圓桿狀，能 編織的預(yù)制件在軸向形狀為單一的直線型，且由于要在導(dǎo)向套上預(yù)先鉆孔，孔的大小和數(shù) 量受限制，并且在導(dǎo)向套外圓周面加工大量的孔成本較高，不易實(shí)施?，F(xiàn)有的導(dǎo)向套孔數(shù)量 較少，造成浸潰時(shí)只有少量樹(shù)脂沿著導(dǎo)向套的內(nèi)壁孔流出與外纏繞纖維混合，使得在編織 完成后進(jìn)行浸潰過(guò)程中預(yù)制件纖維與樹(shù)脂(基體)混合不充分，有較多空隙。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向套，以解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合 材料預(yù)制件纖維與基體混合不充分，有較多空隙的技術(shù)問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制備復(fù)合材料預(yù)制 件的導(dǎo)向套。該導(dǎo)向套上包含有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，還包括定位部，設(shè)置在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上。
進(jìn)一步地，導(dǎo)向套的外形輪廓為柱形。
進(jìn)一步地，定位部為用于套設(shè)在用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向桿上的管狀結(jié) 構(gòu)。
進(jìn)一步地，管狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的軸向中心。
進(jìn)一步地，定位部為設(shè)置在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的端部的定位銷結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格形狀為圓形、扇形、三角形、矩形、六邊形或八邊 形。
進(jìn)一步地，導(dǎo)向套的橫截面為圓形、橢圓形或矩形。
進(jìn)一步地，導(dǎo)向套的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沿軸向方向的橫截面均是一致的。
進(jìn)一步地，導(dǎo)向套的材質(zhì)為柔性材料。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于導(dǎo)向套包括立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材料基體(如樹(shù) 脂)很容易通過(guò)其間隙流淌，因此，可以使由此種導(dǎo)向套編織的復(fù)合材料預(yù)制件的纖維在浸 潰的過(guò)程中與基體充分混合，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合材料預(yù)制件纖維與基體混合不充 分而有較多空隙的技術(shù)問(wèn)題。另外，由于該導(dǎo)向套可以采用具有柔性的材料制備，所以使得 該導(dǎo)向套具有柔性特征，即可以根據(jù)預(yù)制件的輪廓，將導(dǎo)向套編織成相應(yīng)的形狀，從而避免 了采用現(xiàn)有導(dǎo)向套編織而成的預(yù)制件結(jié)構(gòu)單一的技術(shù)問(wèn)題。


說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一典型實(shí)施例的導(dǎo)向套的局部立體結(jié)構(gòu)示意圖；以及
圖2示出了根據(jù)圖1中A部位的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一典型實(shí)施例的導(dǎo)向套的局部結(jié)構(gòu)截面示意圖；以及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明再一典型實(shí)施例的導(dǎo)向套的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明一典型的實(shí)施例，如圖1、2、3所示，用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向 套包括立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10使導(dǎo)向套的橫截面為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向套的軸向空 間結(jié)構(gòu)也為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于導(dǎo)向套包括立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材 料基體(如樹(shù)脂)很容易通過(guò)其間隙流淌，因此，可以使由此種導(dǎo)向套編織的復(fù)合材料預(yù)制 件的纖維在浸潰的過(guò)程中與基體充分混合，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合材料預(yù)制件纖維與 基體混合不充分而有較多空隙的技術(shù)問(wèn)題。優(yōu)選地，導(dǎo)向套還設(shè)置在其上的定位部20，其 中，定位部20與導(dǎo)向桿相適配，用于導(dǎo)向套的定位。
便于編織的方便，優(yōu)選地，導(dǎo)向套的外形輪廓圍為柱形。定位部20的作用是將整 個(gè)導(dǎo)向套與導(dǎo)向桿等導(dǎo)向裝置相固定，因此其可以是本領(lǐng)域通常采用的形式，優(yōu)選地，定位 部20為用于套設(shè)在用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向桿上的管狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使導(dǎo) 向套較牢固的固定在導(dǎo)向桿上。根據(jù)不同的需要，該管狀結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10 的任意部位，優(yōu)選地，如圖3所示，設(shè)置在軸向中心，便于控制復(fù)合材料性能的穩(wěn)定，當(dāng)然， 根據(jù)實(shí)際需要也可以設(shè)置在偏離軸向中心的其他位置。根據(jù)本發(fā)明典型的實(shí)施例，定位部 20可以是設(shè)置在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10的端部的定位銷結(jié)構(gòu)，這種形式安裝較為方便。定位部 20甚至也可以是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10設(shè)置在外周的網(wǎng)格。導(dǎo)向套的定位可以通過(guò)將導(dǎo)向套底端與外加的定位銷連接(焊接或粘接)，從而采用定位銷在模版上定位，也可以通過(guò)將該導(dǎo) 向套插入到導(dǎo)向模板上的定位孔，從而采用導(dǎo)向套外圓周定位。根據(jù)本發(fā)明典型的實(shí)施例， 立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10的網(wǎng)格形狀可以包括多種形狀，如圓形、扇形、三角形、矩形、六邊形、八邊 形以及其它多邊形等，網(wǎng)格尺寸可以根據(jù)預(yù)制件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有助于在編織 完成后進(jìn)行浸潰時(shí)樹(shù)脂與纖維在導(dǎo)向套的軸向方向充分混合。
根據(jù)本發(fā)明典型的實(shí)施例，導(dǎo)向套的橫截面為圓形、橢圓形、矩形及其他封閉的曲 線等形狀。導(dǎo)向套可以是編織而成，其外形輪廓不僅可以是直線形狀，也能根據(jù)預(yù)制件的形 狀編織成扭曲、彎曲等各種曲線形狀。導(dǎo)向套沿軸向方向的橫截面均是一致的，也可以是粗 細(xì)非均勻型結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)向套的橫截面大小和結(jié)構(gòu)可以均勻也可以是非均勻。
優(yōu)選地，導(dǎo)向套的材質(zhì)為柔性材料，可以根據(jù)預(yù)制件的輪廓，將導(dǎo)向套編織成與預(yù) 制件輪廓一致的形狀，從而滿足制造多樣化形狀的復(fù)合材料零部件的需求例如，預(yù)制件的 輪廓可以是直線狀，也可以是扭曲、彎曲等形狀，如圖4所示。柔性材料選自金屬絲、碳纖 維、碳化硅、石英纖維、芳綸纖維、或玻璃纖維等可以實(shí)現(xiàn)編織的絲和纖維，絲或纖維束的直 徑可以根據(jù)要求進(jìn)行選擇。
為了詳細(xì)的描述本發(fā)明的導(dǎo)向套的特點(diǎn)和制作步驟，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明。
本實(shí)施例的導(dǎo)向套的直徑的選擇僅為便于示意本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征之用，不作為本 發(fā)明的限定。
如圖3所示列舉一橫截面輪廓為圓形的導(dǎo)向套的制造方法如下
首先，設(shè)計(jì)出編織型導(dǎo)向套的CAD模型，分層設(shè)計(jì)得到每層二維截面輪廓信息，網(wǎng) 的形狀有三角形、矩形以及其它多邊形等；再設(shè)計(jì)得到三維輪廓信息。
從最底層開(kāi)始編織，首先根據(jù)設(shè)計(jì)的截面圖形編織導(dǎo)向套的截面，纖維或金屬絲 依據(jù)截面圖形路徑進(jìn)行纏繞，待該層所有路徑都完成后，則完成一層的截面編織，編織重復(fù) 路徑次數(shù)根據(jù)預(yù)制件的需要來(lái)確定。
由第一層編織的引伸纖維或金屬絲再進(jìn)行導(dǎo)向套的軸向空間和外圓周方向的輪 廓編織，高度為相鄰兩層之間的高度，軸向空間以及外圓周輪廓編織完成后再進(jìn)行第二層 的編織，空間和周向編織形狀有三角形、矩形以及其它多邊形。采用上述方法再進(jìn)行下一層 “截面——軸向空間——外圓周一截面”輪廓的編織。完成所有層截面和軸向空間以及外圓 周的編織，得到編織型導(dǎo)向套。
以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述是示意性的，編織形狀和大小沒(méi)有限制性，導(dǎo) 向套的外形輪廓可為直線、扭曲、彎曲以及根據(jù)預(yù)制件的形狀設(shè)計(jì)的各種曲線。
綜上，采用本發(fā)明的導(dǎo)向套與采用現(xiàn)有導(dǎo)向套編織的預(yù)制件相比有以下優(yōu)點(diǎn)
a)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向套能促進(jìn)在浸潰工藝中導(dǎo)向套外周的纖維與樹(shù)脂更充分混合 接觸。
b)由于本發(fā)明的導(dǎo)向套可以采用編織方法制成，具有柔性特征，可在編織導(dǎo)向套 時(shí)預(yù)設(shè)定為所需的形狀，也可在編織完成后根據(jù)預(yù)制件的形狀特征將導(dǎo)向套彎曲成不同的 形狀，導(dǎo)向套的柔性使得三維編織的預(yù)制件的形狀能實(shí)現(xiàn)多樣化，克服了采用現(xiàn)有剛性導(dǎo) 向套編織得到的預(yù)制件形狀單一的缺點(diǎn)。
c)由于本發(fā)明的導(dǎo)向套具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與預(yù)制件網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)成為有機(jī)整體，克服了 采用現(xiàn)有剛性導(dǎo)向套在材料、形狀等方面與預(yù)制件不一致所帶來(lái)的問(wèn)題。
d)由于本發(fā)明的導(dǎo)向套是采用金屬絲或纖維絲編織而成，與采用剛性金屬導(dǎo)向套相比，重量輕，因此也減輕了預(yù)制件的重量。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神`和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向套，其特征在于，所述導(dǎo)向套上包含有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，還包括定位部(20 )，設(shè)置在所述立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(10 )上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述導(dǎo)向套的外形輪廓為柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述定位部(20)為用于套設(shè)在用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向桿上的管狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述管狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(10)的軸向中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述定位部(20)為設(shè)置在所述立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(10)的端部的定位銷結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(10)的網(wǎng)格形狀為圓形、扇形、三角形、矩形、六邊形或八邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述導(dǎo)向套的橫截面為圓形、橢圓形或矩形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述導(dǎo)向套沿軸向方向的橫截面均是一致的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向套，其特征在于，所述導(dǎo)向套的材質(zhì)為柔性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制備復(fù)合材料預(yù)制件的導(dǎo)向套。該導(dǎo)向套上包含有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于導(dǎo)向套包括立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材料基體(如樹(shù)脂)很容易通過(guò)其間隙流淌，因此，可以使由此種導(dǎo)向套編織的復(fù)合材料預(yù)制件的纖維在浸漬的過(guò)程中與基體充分混合，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合材料預(yù)制件纖維與基體混合不充分而有較多空隙的技術(shù)問(wèn)題。另外，由于該導(dǎo)向套可以采用具有柔性的材料制備，所以使得該導(dǎo)向套具有柔性特征，即可以根據(jù)預(yù)制件的輪廓，將導(dǎo)向套編織成相應(yīng)的形狀，從而避免了采用現(xiàn)有導(dǎo)向套編織而成的預(yù)制件結(jié)構(gòu)單一的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)B29B11/00GK103042624SQ20121057700
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者單忠德, 康懷镕, 劉豐, 吳曉川 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心