一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法及其制品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法及其制品。本發(fā)明方法的步驟為：根據(jù)需制備制件的外形尺寸、結(jié)構(gòu)等特征確定預(yù)制件中導(dǎo)向套的尺寸及排布方式；在連接件位置預(yù)留的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)預(yù)埋連接件的直徑、高度等特征，確定輔助導(dǎo)向套尺寸及排布方式；將導(dǎo)向套、輔助導(dǎo)向套及連接件按上述設(shè)計布置在模板上，并對預(yù)制體中的連接件進行防膠處理；按制件要求選取相應(yīng)的絲材，以布置有導(dǎo)向套、連接件的模板為基礎(chǔ)進行絲材的鋪設(shè)，得到預(yù)制體；將經(jīng)過連接件封口處理的預(yù)制體浸漬到基體中成型，得到所要求的預(yù)埋連接件的三維織造復(fù)合材料制品。本發(fā)明提供了三維編制復(fù)合材料與其他零部件之間連接的新方法，省略了三維編織件在澆注完成后打孔的時間與成本，提高了復(fù)合材料連接時的強度。復(fù)合材料與其他零部件連接時，用螺絲通過預(yù)埋連接件將復(fù)合材料固定在其他零部件上，拆裝十分方便。
【專利說明】一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法及其制品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種便于與其他零部件相連接的具有特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制品。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年天然資源逐漸匱乏，材料制造業(yè)的生產(chǎn)和運輸成本逐年增加，因此研究材料輕量化技術(shù)是許多科研工作者工作的重心，尤其是在航天航空、汽車、石油化工等領(lǐng)域。在保證材料的基本性能要求的基礎(chǔ)上，降低所用材料的重量級能大大減少生產(chǎn)和運輸成本。復(fù)合材料以其輕質(zhì)高強、良好的抗疲勞、抗腐蝕性能以及材料的可設(shè)計等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
[0003]國內(nèi)外對于三維制造復(fù)合材料的研究已經(jīng)取得了許多成果，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計力求整體成型，盡量不用或少用連接，但是由于模具尺寸、加工設(shè)備等限制及使用需求，連接不可避免。復(fù)合材料連接技術(shù)要求考慮接頭形式、承載能力、疲勞壽命和制造工藝等一系列問題。
[0004]目前復(fù)合材料連接技術(shù)主要為膠連接、機械連接和縫合連接。膠連接主要依靠接觸面上的膠黏劑傳遞構(gòu)件間力的作用，抗剪能力較強，但抗剝離能力較差，接頭處需要盡量避免承受彎矩等引起的剝離力，設(shè)計中接頭處應(yīng)以受剪為主，避免承受彎矩等引起的剝離力，對于不可避免的剝離力，需要在局部采用鉚釘或螺栓加強。膠連接易剝離、傳載小、受環(huán)境影響大、可靠性差。機械連接是在構(gòu)建連接處局部開孔，再用鉚釘、銷釘和螺栓等緊固件將其連接成整體。由于開孔會削弱材料，同時由于復(fù)合材料各向異性，孔周將出現(xiàn)嚴(yán)重應(yīng)力集中，在設(shè)計過程中需要考慮設(shè)計需用應(yīng)力、安全系數(shù)、鋪層順序和方向、接頭處幾何參數(shù)以及緊固件的屬性和預(yù)緊力等，設(shè)計過程較復(fù)雜，盡量降低對復(fù)合材料本身屬性的破壞?？p合連接是采用縫線進行連接，縫合連接可以明顯提高層壓板的層間斷裂韌性和層間剪切強度，可以避免機械連接中鉆孔造成的應(yīng)力集中，避免膠連接可靠性較低的缺點，同時零件破壞后，縫合可使碎片連接在一起，避免后續(xù)的更危險的災(zāi)難性破壞，但縫合連接會造成面內(nèi)強度的降低，對縫線材料性能要求嚴(yán)格，縫紉需要專用的縫紉設(shè)備，增加制造成本。
[0005]中國專利號201010125066.5的專利，提供了一種復(fù)合材料三維織造方法，導(dǎo)向柱根據(jù)三維模型排布在模板上，導(dǎo)向套沿Z向穿過導(dǎo)向柱排布在導(dǎo)向模板上，然后層層織造，直到完成整個零件的織造。
[0006]本發(fā)明根據(jù)上述專利的織造方法，將導(dǎo)向套預(yù)先加工出相應(yīng)的孔或螺紋，其外表面與其他Z向?qū)蛱紫嗤纯商娲械膶?dǎo)向套。本發(fā)明中的方法提高了復(fù)合材料連接時的強度，避免了開孔對復(fù)合材料性能的削弱，縮短了加工時間，提高了加工效率，降低了制造成本，可大大節(jié)省復(fù)合材料后期加工成本，尤其適用于厚壁件、連接工藝要求較高的零件的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有復(fù)合材料連接技術(shù)本發(fā)明旨在提供一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法及其制品，以解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合材料之間相互連接時，連接強度低或復(fù)合材料性能低的技術(shù)問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法。
[0009]進一步的，預(yù)埋連接件可以是螺母，或者是具有內(nèi)螺紋或通孔的管件。
[0010]進一步的，預(yù)埋連接件與普通導(dǎo)向套作用相同，絲材以導(dǎo)向套所在位置為基點進行纏繞編織。
[0011]進一步的，當(dāng)預(yù)埋的連接件與普通導(dǎo)向套直徑或高度不同時，在兩種導(dǎo)向套中間選用輔助導(dǎo)向套進行過渡，保證零件整體纖維體積分?jǐn)?shù)均勻。
[0012]進一步的，導(dǎo)向套與輔助導(dǎo)向套為實心棒材或空心管材，材質(zhì)為復(fù)合材料或金屬材料。
[0013]進一步的，預(yù)埋連接件的材質(zhì)為復(fù)合材料或金屬材料。
[0014]進一步的，根據(jù)零件特性選取絲材，包括碳纖維、金屬絲、芳綸纖維、聚乙烯纖維等復(fù)合材料。
[0015]進一步地，在浸潰時需對預(yù)埋連接件進行防膠處理，保證沒有基體進入預(yù)埋連接件內(nèi)。
[0016]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有預(yù)埋連接件在復(fù)合材料當(dāng)中，使得澆注后的復(fù)合材料具有通孔或內(nèi)螺紋孔，當(dāng)與其他零部件相連接時，不需再對復(fù)合材料進行打孔等加工，同時該方法復(fù)合材料不會出現(xiàn)性能降低及嚴(yán)重應(yīng)力集中的現(xiàn)象，大大提高了復(fù)合材料連接時的承載性能，提高了連接時的疲勞壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的連接件的局部主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的連接件預(yù)埋進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的示意圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的對預(yù)埋連接件進行防膠處理的方法；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的帶有預(yù)埋連接件的復(fù)合材料與其他零部件連接的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實例來詳細說明本發(fā)明。
[0019]根據(jù)本發(fā)明典型的實施例，如圖1所示，預(yù)埋連接件本體及連接件內(nèi)的內(nèi)螺紋孔。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，預(yù)先在尺寸形狀合適的管件內(nèi)壁加工螺紋孔，在復(fù)合材料浸潰結(jié)束后，可省去后續(xù)加工打孔過程，方便復(fù)合材料與其他零部件的連接，提高復(fù)合材料連接的承載性能，消除機加工對復(fù)合材料性能的削弱，降低孔造成的孔周圍應(yīng)力集中的影響，降低了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的制造成本。[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種典型實施例，連接件預(yù)埋進復(fù)合材料中，如圖2所示；該結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)向套、輔助導(dǎo)向套、連接件及復(fù)合材料增強體材料和基體材料，連接件的預(yù)埋位置及數(shù)量可根據(jù)實際連接位置、連接強度、零件形狀等多方面因素確定。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種典型實施例，預(yù)埋連接件與導(dǎo)向套直徑、高度不同時，選用輔助導(dǎo)向套進行過渡，保證復(fù)合材料不同位置纖維體積分?jǐn)?shù)相近。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種典型實施例，連接件本體是管材，該管材上要設(shè)置通孔或內(nèi)螺紋孔，連接件的材質(zhì)可以是碳纖維或是不銹鋼、鈦合金等金屬材料，以及其他高性能材料。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種典型實施例，當(dāng)對預(yù)制件進行浸潰時，對連接件進行防膠處理，選用聚四氟乙烯對預(yù)埋的連接件進行填充，填充方式如圖3所示。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一種典型實施例，不同零部件之間通過螺釘連接，具體的連接方法如圖4所示。
[0025]本發(fā)明中預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料制品可通過下述方法制造:首先將普通導(dǎo)向套及預(yù)埋連接連接件根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)需求固定在指定位置，然后將纖維以導(dǎo)向套為基點進行纏繞編織，得到預(yù)埋有連接件的預(yù)制體，將預(yù)制體進行浸潰，預(yù)先對連接件進行防膠處理以保證連接件內(nèi)沒有基體滲入，基體固化后對連接件表層進行處理后即形成帶有預(yù)埋連接件的復(fù)合材料。
[0026]相對于已有的復(fù)合材料連接方法來說，本發(fā)明所提供的帶有預(yù)埋連接件的復(fù)合材料的制備方法及其制品，其優(yōu)勢在于:
1)預(yù)埋連接件后，省去了機械打孔過程對復(fù)合材料性能的破壞及可能造成的嚴(yán)重應(yīng)力集中現(xiàn)象；
2)該制備方法制備簡單、適用性廣，導(dǎo)向套不受材質(zhì)、尺寸等條件限制，導(dǎo)向套材質(zhì)、排布方式可以根據(jù)實際要求自行選擇；
3)復(fù)合材料制備過程中預(yù)埋連接件，省去了復(fù)合材料制備后打孔等機械加工過程，降低了成本。
[0027]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本專利構(gòu)思及具體實施例啟示下，能夠從本專利公開內(nèi)容及常識直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征的等效變化或修飾，特征間的相互不同的組合，例如導(dǎo)向套長度的變化，避免特殊導(dǎo)向套內(nèi)基體進入的方法，導(dǎo)向套尺寸的改變等等的非實質(zhì)性改動，同樣可以被應(yīng)用，都能實現(xiàn)本專利描述功能和效果，不再一一舉例展開細說，均屬于本專利保護范圍。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)埋連接件的三維復(fù)合材料織造方法，其特征在于，具體步驟如下: a)根據(jù)需制備制件的外形尺寸、結(jié)構(gòu)等特征確定預(yù)制件中導(dǎo)向套的尺寸及排布方式，在連接件位置預(yù)留一定區(qū)域； b)根據(jù)預(yù)埋連接件的直徑、高度等特征，在預(yù)留區(qū)域內(nèi)確定輔助導(dǎo)向套尺寸及排布方式； c)將導(dǎo)向套、輔助導(dǎo)向套及連接件按上述設(shè)計布置在模板上； d)按制件要求選取相應(yīng)的絲材，以布置有導(dǎo)向套、連接件的模板為基礎(chǔ)進行絲材的鋪設(shè)，得到預(yù)制體； e)對預(yù)制體中的連接件進行防膠處理； f)將經(jīng)過連接件封口處理的預(yù)制體浸潰到基體中成型，得到所要求的預(yù)埋連接件的三維織造復(fù)合材料制件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于，所述連接件是貫穿制件厚度的管件，或是螺母。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貫穿制件厚度的管件，其特征在于，所述管件內(nèi)部是光孔或是螺紋孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助導(dǎo)向套，其特征在于，所述輔助導(dǎo)向套(3)直徑小于連接件(I)和其他導(dǎo)向套(2)，輔助導(dǎo)向套(3)高度為連接件(I)高度與其他導(dǎo)向套(I)高度之間的數(shù)值。
5.一種預(yù)埋連接件的三維織造復(fù)合材料制品，其特征在于，所述制品包含預(yù)埋連接件(I)、導(dǎo)向套(2)、輔助導(dǎo)向套(3)、增強絲材及基體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)埋連接件的三維織造復(fù)合材料制品，其特征在于，所述連接件(I)是復(fù)合材料或是金屬材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)埋連接件的三維織造復(fù)合材料制品，其特征在于，所述導(dǎo)向套和所述輔助導(dǎo)向套是實心棒材或是空心管材，其材質(zhì)是復(fù)合材料或金屬材料。
【文檔編號】F16S5/00GK103707449SQ201310734481
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】單忠德, 王遠, 吳曉川 申請人:機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)研究中心