一种截面渐减的2.5D角联锁预制件织造方法技术

本发明专利技术涉及一种截面渐减的2.5D角联锁预制件织造方法，该方法以层‑层角联锁织造工艺为基础，其特征在于在织造过程中，以预制件的一个端面为基准，根据预成型制件截面尺寸的变化和纱线的运动规律，设计沿织造方向所在平面内的减纱点数量和位置，减纱点应均匀分布；通过减去纱线、纱线移动、纱线换筘方法实现预制件的截面变化，完成变截面预制件的织造。该方法简单，适用性广，所织造的制件整体性好，可提高复合材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种截面渐减的2.5D角联锁预制件织造方法
本专利技术属于三维织物织造领域，具体涉及一种截面渐减的2.5D角联锁预制件织造方法。
技术介绍
传统层合复合材料采用层板结构形式，层间性能薄弱是其主要缺陷，采用三维编织技术制备的三维织物预制件中增强纤维在三维空间内相互交织，具有良好的结构整体性，在提高复合材料的整体力学性能的同时，改善了复合材料的冲击韧性和损伤容限。复合材料的增强结构或支撑体预成型制件的形状结构及其品质基本决定了复合材料的性能。但在工程应用中，有一类复合材料制件是变截面制件，即沿此复合材料制件的长度方向，其横截面尺寸是变化的，或者说是不等截面的制件。对于这类变截面制件的整体预成型制造，所述传统的基本的三维织造方法或技术就无法完成，不能满足高性能复合材料对预成型件的要求。目前的解决办法是在所述相应等截面预成型制件的基础上，采用传统的机械加工方法来获得所需要的变截面制件形状，例如把等截面的圆柱体切削成变截面的销钉，很显然，这样的加工会造成严重的纤维损伤，破坏预成型制件的整体性，造成制件性能的下降，进而使增强结构和复合材料的性能下降；另一方面也增加了工序，提高了预成型制件的制造成本。
技术实现思路
针对现有编织技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，设计一种截面渐减预制件的三维编织方法及其制件技术，该编织方法可以实现具有沿长度方向横截面变化的异形复合材料预成型制件的三维整体编织制造，可省去进一步加工的工序，降低生产成本，且方法简单，适用性广。采用本专利技术编织方法制造的制件整体性好，机械力学性质大为改善，从而可提高复合材料的品质和性能。本专利技术解决所述编织方法技术问题的技术方案是：设计一种截面渐减预制件的三维编织方法，该三维编织方法以角联锁编织工艺为基础，其特征在于在编织过程中，以预制件的一个大端面为基准，根据预成型制件截面尺寸的变化和编织纱线的运动规律，设计沿织造方向所在平面内的减纱点数量和位置，减纱点应均匀分布，满足预制件纤维体积含量的要求，通过减去纱线、纱线移动、纱线换筘的方法实现预制件的截面变化，完成截面渐减预制件的织造。本专利技术在传统的角联锁编织工艺基础上，通过与预成型制件截面尺寸变化相一致或相对应的编织纱线参与编织数量的变化，来实现变截面预成型制件的三维多向整体编织，因此可保证预成型制件内增强纤维的连续性和制件编织结构的整体性，可避免或减少了预制件复合固化后机械加工造成的严重纤维损伤，从而可提高复合材料的品质和性能；同时因减少了加工工序，可降低制造成本；另一方面，由于本专利技术所述方法是巧妙设计了编织纱线的移动、纱线换筘的方法，因此，本专利技术编织方法具有方法简单，适应性广的特点，即它既可适用于方型编织，制造方型类的各种变截面预成型制件，又可适用于圆型编织，制造圆型类的各种变截面预成型制件。附图说明图1为本专利技术一种实施例织物的织造过程示意图；图2为本专利技术一种实施例的织物结构示意图；图3为本专利技术编制方法编织时在预制件截面变化处减纱示总图；图4为本专利技术编制方法编织时在预制件截面变化处减纱后的移纱示意图；图5为本专利技术编制方法编织时在预制件截面变化处减纱后的纱线换筘示意图图6为本专利技术编织方法织造一种实施例三维梯形织物示意图。具体实施方式下面结合实施例及其附图进一步叙述本专利技术，但本专利技术不受实施例的限制：本专利技术编织方法所述的纱线运动规律，是指在连续编织过程中编纵纱线悬挂点在机器棕框上所处位置的变化规律。本专利技术编织方法所述的经、纬密，是指单位长度内经、纬纱根数。本专利技术编织方法所述的编织纱线的减纱、移动、换筘移纱的方法，是指在减纱编织过程中，先将所设计位置点的纱线减去，并将减纱点附近对应位置上的纱线移动到相应的纱线悬挂点上，为保证织物结构均匀变化，之后对某些纱线进行换筘移纱操作，达到减少参加编织纱线根数的方法。本专利技术织造方法所述的2.5D角联锁织物是一类角联锁织物，包括通厚度斜交角联锁织物、P层斜交角联锁织物、带衬纬的通厚度斜交角联锁织物、带衬纬的P层斜交角联锁织物、P层正交角联锁织物、带衬纬的P层正交角联锁织物等中的任何一种(参见杨彩云等，复合材料用3D角联锁结构预制件的结构设计及新型织造技术[J].东华大学学报，2005，31(5)：53-58.)。本专利技术所述的织造方法包括以下步骤：1.选择基准截面。减纱织造选择制件1的最大横截面作为开始织造的基准面2(参见图1)。根据该基准面2的尺寸、制件1轴向长度、织物纱线密度设计，确定编织纱线根数和长度，包括经纱和衬经纱，经纱5作为编织纱线，衬经纱6根据制件设计要求加入，以提高制件某一方向的力学性能。2.排列悬挂纱线。按照基准面2的形状把所需要的纱线挂在机器底盘7上。根据制件截面形状排列纱线，制件1的基准面2为矩形，经纱5按行和列的形式排列。每个挂纱片8上有多个挂纱点9(大于设计要求)，每个挂纱片8所悬挂纱线形成一列，多个挂纱片8同位置高度的纱线形成行，行用决定制件的厚度，列决定制件的宽度。将经纱穿过钢筘4悬挂在挂纱片8上相应的挂纱点上。3.开始编织。机器底盘7上下往复运动时带动经纱5上下往复运动，在上下往复运动过程中经纱5之间形成一个个通道，此时将纬纱3穿过该通道并留在其中，完成一次交织，重复以上操作，完成后续经纬纱的交织。4.减纱操作。所谓减纱操作，是需要减去的某些纱线不参与后续的编织过程。当编织到制件2的截面改变处，根据该横截面尺寸的变化、经纱运动规律、纱线的排列，确定减去纱线的数量和位置，并将其均匀分布在轴向长度平面内。减纱点I并不是一个真实的点，而是一组纱线的集合。一个减纱点至少包括同行、同列或加上相邻行列的多根经纱5，如有衬经纱，包括同行、同列或加上相邻行列的多根经纱5和衬经纱6。5.移纱操作。所谓移纱操作，是对减纱点11处为减去的纱线进行挂纱点9的改变，以保证制件结构一致。移纱点12与减纱点11的概念类似，只是作用不同而已。对移纱点12的经纱进行同一位置高度或不同位置高度的跨列移动，为了保证减纱处制件厚度不变，纱线运动规律不变。同时对所移动的纱线进行换筘10的操作，使同列或多列经纱位于同一筘齿间，保证制件的经密不变。根据截面变化设计重复上述操作，完成此次所有减纱点的减纱和移纱操作。6.开始正常编织。重复步骤3、4、5，直到编织完成。本专利技术编织方法在所述的实施例编织过程中，以预制件的最大截面为基准面，意味着编织过程是单向递减的，这是根据减纱操作更容易实现而设计的。本专利技术编织方法的优点在于巧妙而科学地应用减纱和减细操作，从而可使复合材料异型预成型制件的横截面变化可由增强纤维整体编织形成，因而减少了复合固化后机械加工造成的纤维损伤，保证了制件内增强纤维的连续性和编纵结构的整体性；同时由于减纱点均匀分布于制件的横截面内，因此不会出现贯穿性和集中性的减纱缺陷，保证了变截面预成型制件的整体质量。下面给出本专利技术的具体实施例。实施例1：采用本专利技术方法编织的梯形体制件(参见图6)。其大端截面尺寸为100mm×1.5mm(宽×厚)，梯形高为100mm，经纱密度为10根/cm，纬纱密度为8根/cm，经纬纱线为碳纤维T300-3K，所用钢筘为10齿/cm。根据制件尺寸要求和密度计算得出所需经纱根数为500根，经纱长度至少要大于100mm。将经纱5按经密的要求穿过钢筘4，悬挂在机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变截面预制件的三维编织方法，该三维编织方法以层‑层角联锁织造工艺为基础，其特征在于在织造过程中，以预制件的一个端面为基准，根据预成型制件截面尺寸的变化和纱线的运动规律，设计沿织造方向所在平面内的减纱点数量和位置，减纱点应均匀分布；通过减去纱线、纱线移动、纱线换筘方法实现预制件的截面变化，完成变截面预制件的织造。

【技术特征摘要】
1.一种变截面预制件的三维编织方法，该三维编织方法以层-层角联锁织造工艺为基础，其特征在于在织造过程中，以预制件的一个端面为基准，根据预成型制件截面尺寸的变化和纱线的运动规律，设计沿织造方向所在平面内的减纱点数量和位置，减纱点应均匀分布；通过减去纱线、纱线移动、纱线换筘方法实现预制件的截面变化，完成变截面预制件的织造。2.根据权利要求1所述的变截面预制件的三维编织方法并不局限于层-层角联锁织造工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙颖，刘俊岭，陈利，田书全，陈冬，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12