一种类锥形预制体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种类锥形预制体及其制备方法，包括：步骤1，制备成型模具；步骤2，将预制体按厚度方向划分成N层单元层，每层单元层由整体纤维层或补偿纤维层或加固纤维层加纤维网格套组成，N≥1；步骤3，将单元层依次放置于成型模具上，采用针刺工艺逐层固定；步骤4，单元层固定过程中，对至少部分单元层进行在线型面检测；步骤5，针刺固定全部单元层后，将成型预制体从成型模具中取出；步骤6，采用纤维整体穿刺缝合方式对成型预制体进行二次固结处理从而完成预制体的制备。本发明专利技术克服了纤维布层铺覆单元层所带来的低效，缩短了生产周期，同时提高预制体环向性能，避免了制备过程型面精度无法控制的开环方式，提高了预制体仿形精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种类锥形预制体及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料用增强体制备方法，特别涉及一种类锥形预制体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天领域的发展，透波类复合材料部件越来越多，对其增强体的要求呈现快速、稳定、低成本的要求，但目前类锥形预制体制备过程仿形精度差，无法实现净近尺寸成型，由于型面尺寸的偏差，制备成复合材料后需进行大量机加工才能达到使用要求，一方面造成材料的浪费，另一方面增加了成本，同时降低生产效率；另外，由于当前制备方法工艺繁琐，采用零碎式依模制造方式，导致效率低下，增加了研制周期和成本。

技术实现思路

[0003]专利技术目的在于提供一种类锥形预制体及其制备方法，一种类锥形预制体制备方法，采用多工艺组合成型制备方法，最终制备型面精度高、良好层间连接的预制体。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种类锥形预制体制备方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，制备成型模具，根据预制体内型面在线加工预制体制备成型模具；
[0006]步骤2，将预制体按厚度方向划分成N层单元层，每层单元层由整体纤维层或补偿纤维层或加固纤维层加纤维网格套组成，N≥1；
[0007]步骤3，将单元层依次套于成型模具上，采用针刺工艺逐层固定；
[0008]步骤4，单元层固定过程中，对至少部分单元层进行在线型面检测，实时检测修正当前单元层的型面精度，从而保证最终预制体成型精度要求；
[0009]步骤5，针刺固定全部单元层后，将成型预制体从成型模具中取出，放置于制备好的外型面模具中；
[0010]步骤6，采用纤维整体穿刺缝合方式对成型预制体进行二次固结处理从而完成预制体的制备。
[0011]进一步地，步骤2中的纤维网格套由网胎套和缠绕纱固结制备得到。
[0012]进一步地，步骤2中的网胎套通过网胎套成型装置制备得到，所述网胎套成型装置包括仿形模具、真空负压装置、针刺装置及检测控制装置，
[0013]所述仿型模具包括仿型模具层、金属骨架、中心轴及旋转机构，所述中心轴位于金属骨架内并与金属骨架刚性连接，所述旋转机构能够带动中心轴及金属骨架做旋转运动，所述仿型模具层由透气材料制成，其形状根据网胎套形状需求设计，所述仿型模具层固定在金属骨架外表面上；
[0014]所述真空负压装置包括真空泵和气流通道，所述气流通道的一端与真空泵连接、另一端与仿型模具内部连通。
[0015]进一步地，所述气流通道固定在金属骨架上，并能够对仿型模具层进行真空吸附，
[0016]所述针刺装置包括针刺运动控制装置、针板与剥网板，其中所述针刺运动控制装
置能够与仿型模具旋转机构联动，针板与剥网板平行设置，针板与仿型模具待针刺表面平行。
[0017]所述检测控制装置包括控制系统与检测单元，检测单元主要包括厚度检测装置、形状监测装置及重量检测装置，检测结果由控制系统实时监控并及时对系统进行调整控制。
[0018]进一步地，还包括网胎套转移装置，所述网胎套转移装置包括仿型阴模、真空吸附组件及转移运动机构，仿型阴模由透气材料制成，真空吸附组件安装在仿型阴模外表面，转移运动机构安装在仿型阴模下方。
[0019]进一步地，所述纤维网格套的制备方法为：
[0020]网胎由网胎辊经引导均匀卷曲铺覆在仿型模具表面，开启真空负压装置，使网胎吸附在仿型模具表面，检测控制装置实时监测网胎套厚度、重量数据，当网胎套厚度、重量均达到设定值时，停止铺覆，针刺装置开始运行，对网胎套进行形状固结及厚度控制，针刺固结完成后，针刺装置撤离网胎套表面，网胎套转移装置运行至仿型模具外部，仿型阴模与网胎套外表面贴合，到达位置后，关闭真空负压装置，打开网胎套转移装置的真空吸附组件，将网胎套脱离仿型模具，并转移至指定位置，关闭真空吸附组件，取下网胎套，完成网胎套制备，然后将网胎套套到缠绕纱上从而得到所述纤维网格套。
[0021]进一步地，所述步骤6具体包括：
[0022]步骤6.1：缝合轨迹设计：根据预制体外形进行缝合轨迹的设计；
[0023]缝合轨迹整体呈“鱼骨架”式，“鱼骨架”包括主骨和骨刺，主骨呈十字型，以预制体开放端过中心点的最长边为十字型主骨的一条边，主骨的另一条边过中心点且垂直于最长边；主骨之间采用骨刺的方式缝合；
[0024]步骤6.2：缝合：根据设计的缝合轨迹，采用缝合工艺进行二次固结。
[0025]进一步地，步骤6.1具体包括如下步骤：
[0026]步骤6.11：确定主骨的位置及排数：骨长边两侧为A、B，短边两侧为C、D；以长边a及短边b缝合间距c确定长边主骨排数为[b/c]，短边主骨排数为[a/c]；
[0027]步骤6.12：确定骨刺的位置和排数：根据预制体开放端周长l及缝合间距确定骨刺的排数为[l/c
‑
2([a/c]+[b/c])]，“骨刺”相互平行依次排开；
[0028]步骤6.13：确定缝合顺序：缝合顺序为对称的主骨架A、B到主骨架C、D到骨刺；骨刺由C向AB依次进行，再由D向AB依次进行。
[0029]进一步地，步骤1中成型模具采用尼龙或木质材料，其表面铺覆一定厚度的软体材料，所述软体材料为羊毛毡等无纺毡类，或橡胶材质。
[0030]进一步地，单元层面密度为340g/m2～1500g/m2。
[0031]进一步地，所述整体纤维层是采用2.5D编织或2D机织工艺根据型面尺寸要求，制备一定厚度的单层或多层的仿形纤维套。
[0032]进一步地，所述补偿纤维层是采用2.5D编织或2D机织工艺制备成一定面积的单层或多层的仿形纤维片。
[0033]进一步地，所述加固纤维层为缠绕纱层加网胎套组成的纤维片。
[0034]进一步地，纤维网格套中纤维角度0～180
°
，定义0
°
为纤维沿母线方向，90
°
为垂直于中心线。
[0035]进一步地，纤维网格套面密度为50～100g/m2。
[0036]进一步地，步骤3中针刺工艺参数为：针刺深度5～20mm，针刺密度5～40次/cm2。
[0037]进一步地，步骤4中在线型面检测采用非接触式三维激光扫描方式，并且根据型面扫描结果进行型面修正。
[0038]进一步地，型面修正方式为叠层法，即型面精度偏薄，则根据偏薄区域尺寸裁切补偿纤维层；如果型面精度偏厚，则根据偏厚区域尺寸采用压力法减小厚度。
[0039]进一步地，若修正补偿区域较小，即先使用预刺法，再使用叠层法对偏薄区域进行补偿。
[0040]进一步地，型面修正方式过程中为每个单元层或者一定层位置检测，根据型面特征设计。
[0041]进一步地，外型面模具为外型面沿母线的一半。
[0042]进一步地，外型面模具材质为金属或塑料。
[0043]进一步地，缝合纤维垂直于外型面，缝合纤维方向沿母线方向呈鱼骨形分布，缝合间距为(4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类锥形预制体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备成型模具，根据预制体内型面在线加工预制体制备成型模具；步骤2，将预制体按厚度方向划分成N层单元层，每层单元层由整体纤维层或补偿纤维层或加固纤维层加纤维网格套组成，N≥1；步骤3，将单元层依次套于成型模具上，采用针刺工艺逐层固定；步骤4，单元层固定过程中，对至少部分单元层进行在线型面检测，实时检测修正当前单元层的型面精度，从而保证最终预制体成型精度要求；步骤5，针刺固定全部单元层后，将成型预制体从成型模具中取出，放置于制备好的外型面模具中；步骤6，采用纤维整体穿刺缝合方式对成型预制体进行二次固结处理从而完成预制体的制备。2.根据权利要求1所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，步骤2中的纤维网格套由网胎套和缠绕纱固结制备得到。3.根据权利要求2所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，步骤2中的网胎套通过网胎套成型装置制备得到，所述网胎套成型装置包括仿形模具(1)、真空负压装置(2)、针刺装置(3)及检测控制装置(5)，所述仿型模具(1)包括仿型模具层(11)、金属骨架(12)、中心轴(13)及旋转机构(14)，所述中心轴(13)位于金属骨架(12)内并与金属骨架(12)刚性连接，所述旋转机构(14)能够带动中心轴(13)及金属骨架(12)做旋转运动，所述仿型模具层(11)由透气材料制成，其形状根据网胎套形状需求设计，所述仿型模具层(11)固定在金属骨架(12)外表面上；所述真空负压装置(2)包括真空泵(21)和气流通道(22)，所述气流通道(22)的一端与真空泵(21)连接、另一端与仿型模具(1)内部连通。4.根据权利要求3所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，所述气流通道(22)固定在金属骨架(12)上，并能够对仿型模具层(11)进行真空吸附，所述针刺装置(3)包括针刺运动控制装置(31)、针板(32)与剥网板(33)，其中所述针刺运动控制装置(31)能够与仿型模具旋转机构(14)联动，针板(32)与剥网板(33)平行设置，针板(32)与仿型模具(1)待针刺表面平行。所述检测控制装置(5)包括控制系统(51)与检测单元(52)，检测单元(52)主要包括厚度检测装置、形状监测装置及重量检测装置，检测结果由控制系统(51)实时监控并及时对系统进行调整控制。5.根据权利要求4所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，还包括网胎套转移装置(4)，所述网胎套转移装置(4)包括仿型阴模(41)、真空吸附组件(42)及转移运动机构(43)，仿型阴模(41)由透气材料制成，真空吸附组件(42)安装在仿型阴模(41)外表面，转移运动机构(43)安装在仿型阴模(41)下方。6.根据权利要求5所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，所述纤维网格套的制备方法为：网胎由网胎辊经引导均匀卷曲铺覆在仿型模具(1)表面，开启真空负压装置(2)，使网胎吸附在仿型模具(1)表面，检测控制装置(5)实时监测网胎套厚度、重量数据，当网胎套厚度、重量均达到设定值时，停止铺覆，针刺装置(3)开始运行，对网胎套进行形状固结及厚度
控制，针刺固结完成后，针刺装置(3)撤离网胎套表面，网胎套转移装置(4)运行至仿型模具(1)外部，仿型阴模(41)与网胎套外表面贴合，到达位置后，关闭真空负压装置(2)，打开网胎套转移装置(4)的真空吸附组件(42)，将网胎套脱离仿型模具(1)，并转移至指定位置，关闭真空吸附组件(42)，取下网胎套，完成网胎套制备，然后将网胎套套到缠绕纱上从而得到所述纤维网格套。7.根据权利要求1所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：步骤6.1：缝合轨迹设计：根据预制体外形进行缝合轨迹的设计；缝合轨迹整体呈“鱼骨架”式，“鱼骨架”包括主骨和骨刺，主骨呈十字型，以预制体开放端过中心点的最长边为十字型主骨的一条边，主骨的另一条边过中心点且垂直于最长边；主骨之间采用骨刺的方式缝合；步骤6.2：缝合：根据设计的缝合轨迹，采用缝合工艺进行二次固结。8.根据权利要求7所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于，步骤6.1具体包括如下步骤：步骤6.11：确定主骨的位置及排数：骨长边两侧为A、B，短边两侧为C、D；以长边a及短边b缝合间距c确定长边主骨排数为[b/c]，短边主骨排数为[a/c]；步骤6.12：确定骨刺的位置和排数：根据预制体开放端周长l及缝合间距确定骨刺的排数为[l/c
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2([a/c]+[b/c])]，“骨刺”相互平行依次排开；步骤6.13：确定缝合顺序：缝合顺序为对称的主骨架A、B到主骨架C、D到骨刺；骨刺由C向AB依次进行，再由D向AB依次进行。9.根据权利要求1
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8任一项所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于：步骤1中成型模具采用尼龙或木质材料，其表面铺覆一定厚度的软体材料，所述软体材料为羊毛毡等无纺毡类，或橡胶材质。10.根据权利要求1
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8任一项所述的类锥形预制体制备方法，其特征在于：单元层面密度为340g/m2～1500g...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延友，陈建剑，程海霞，王浩，宋彦，乔志炜，
申请(专利权)人：南京玻璃纤维研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：