CN102441986A - 碳纤维缠绕喷管预制体成型方法 - Google Patents

碳纤维缠绕喷管预制体成型方法 Download PDF

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陈辉
王洪运
赵亮
马国峰
费春东
杨丽萍
娄小杰
伊翠云
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Abstract

碳纤维缠绕喷管预制体成型方法，它涉及一种喷管预制体成型方法。本发明为解决现有的喷管预制体成型方法存在生产效率低、成型质量不稳定以及纤维密度不可控的问题。将喷管预制体成型石墨芯模固套在金属轴上，然后将金属轴的两端安装在缠绕机上；将隔离脱模纸带均匀缠绕在石墨芯模的外表面上；对石墨芯模外表面空间曲面测地线后确定线型；通过缠绕机的软件编写缠绕程序，将碳纤维通过编写缠绕程序螺旋向缠绕在石墨芯模的外表面上；对石墨芯模两端对应的喷管预制体喉部的凹曲面进行缠绕补强，对石墨芯模中部扩张段开孔处凸曲面进行缠绕补强，保证补强宽度均匀；更换碳纤维在喷管预制体的外表面上缠绕保护层。本发明用于加工喷管预制体。

Description

碳纤维缠绕喷管预制体成型方法
技术领域
本发明涉及一种喷管预制体成型方法，具体涉及一种碳纤维缠绕喷管预制体成型方法。
背景技术
现有的喷管预制体成型方法采用三维编织方法，三维编织方法是手工操作，自动化程度低，生产效率低；三维编织方法纤维缠绕不连续，缠绕张力不均匀，成型质量不稳定；预制体的碳纤维含量不易控制，无法通过张力调节控制纤维密度。
综上，现有的喷管预制体成型方法存在生产效率低、成型质量不稳定以及纤维密度不可控的问题。
发明内容
本发明为解决现有的喷管预制体成型方法存在生产效率低、成型质量不稳定以及纤维密度不可控的问题，进而提供一种碳纤维缠绕喷管预制体成型方法。
本发明的碳纤维缠绕喷管预制体成型方法是按着以下步骤实现的：
步骤A、安装模具：将喷管预制体成型石墨芯模固套在金属轴上，然后将金属轴的两端安装在缠绕机上；
步骤B、石墨芯模表面处理：将隔离脱模纸带均匀缠绕在石墨芯模的外表面上；
步骤C、确定线型：
步骤C1：喷管预制体最大直径外圆处缠绕角度在20～30°之间，根据空间解析几何理论得出基于石墨芯模外表面曲面轮廓的测地线缠绕轨迹，缠绕轨迹如下：
x(-24)y(-500)z(-136)
x(-14)y(-590)z(-117)
x(-51)y(-755)z(-168)
x(-13)y(-765)z(-174)
x(-22)y(-775)z(-184)
x(-85)
x(-30)y(-785)z(-184)
x(-25)y(-795)z(-184)
x(-200)y(-836)z(-184)
x(-140)
x(-184)y(-740)z(-184)
x(-120)y(-720)z(-184)
x(-40)y(-685)z(-174)
x(-52)y(-590)z(-155)
x(-24)y(-495)z(-136)
结合所用纤维的种类、缠绕张力以及纤维之间的摩擦力，得到稳定缠绕的出纱丝嘴运动轨迹，将纤维缠绕轨迹按该测地线进行排线，确定单个循环线型；
步骤C2：根据缠绕轨迹确定程序切点数目：缠绕线型中可以实现任意切点线型的编排，对于n切点的线形来说，与起始切点位置相邻的切点，在时序上相隔(n-1)个切点，得到n切点线形的缠绕公式：
式中θn表示在极孔圆周上由切点n开始，缠绕到时序相邻的切点(n+1)时，芯模转过的中心角；相邻两条缠绕线之间芯模转过的角度；N为自然数；
根据得到的θn进行排线，确定缠绕纤维布满整个芯模外表面的排布程序；
步骤D、缠绕纤维：通过缠绕机的软件编写缠绕程序，将碳纤维通过编写缠绕程序螺旋向缠绕在石墨芯模的外表面上，碳纤维缠绕的角度范围是20～90°；控制石墨芯模绕轴线做匀速转动，控制出纱丝嘴沿芯模轴线方向往复运动；
步骤E、补强处理：对石墨芯模两端对应的喷管预制体喉部的凹曲面进行缠绕补强，对石墨芯模中部扩张段开孔处凸曲面进行缠绕补强，保证补强宽度均匀；
步骤F、缠绕保护层：更换碳纤维在喷管预制体的外表面上缠绕保护层。
本发明具有以下有益效果：
本发明的喷管预制体成型方法采用缠绕机软件编写缠绕程序进行螺旋向缠绕纤维，与现有的三维编织方法相比，具有自动化程度高，生产效率高的优点；本发明的喷管预制体成型方法采用一束碳纤维连续缠绕，纤维缠绕连续，缠绕张力均匀，成型质量稳定；本发明的喷管预制体成型方法的碳纤维含量可控，可以通过张力调节控制纤维密度。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式碳纤维缠绕喷管预制体成型方法步骤如下：
步骤A、安装模具：将喷管预制体成型石墨芯模固套在金属轴上，然后将金属轴的两端安装在缠绕机上；
步骤B、石墨芯模表面处理：将隔离脱模纸带均匀缠绕在石墨芯模的外表面上；
步骤C、确定线型：
步骤C1：喷管预制体最大直径外圆处缠绕角度在20～30°之间，根据空间解析几何理论得出基于石墨芯模外表面曲面轮廓的测地线缠绕轨迹，缠绕轨迹如下：
x(-24)y(-500)z(-136)
x(-14)y(-590)z(-117)
x(-51)y(-755)z(-168)
x(-13)y(-765)z(-174)
x(-22)y(-775)z(-184)
x(-85)
x(-30)y(-785)z(-184)
x(-25)y(-795)z(-184)
x(-200)y(-836)z(-184)
x(-140)
x(-184)y(-740)z(-184)
x(-120)y(-720)z(-184)
x(-40)y(-685)z(-174)
x(-52)y(-590)z(-155)
x(-24)y(-495)z(-136)
结合所用纤维的种类、缠绕张力以及纤维之间的摩擦力，得到稳定缠绕的出纱丝嘴运动轨迹，将纤维缠绕轨迹按该测地线进行排线，确定单个循环线型；
步骤C2：根据缠绕轨迹确定程序切点数目：缠绕线型中可以实现任意切点线型的编排，对于n切点的线形来说，与起始切点位置相邻的切点，在时序上相隔(n-1)个切点，得到n切点线形的缠绕公式：
Figure BDA0000088038780000031
式中θn表示在极孔圆周上由切点n开始，缠绕到时序相邻的切点(n+1)时，芯模转过的中心角；相邻两条缠绕线之间芯模转过的角度；N为自然数；
根据得到的θn进行排线，确定缠绕纤维布满整个芯模外表面的排布程序；
步骤D、缠绕纤维：通过缠绕机的软件编写缠绕程序，将碳纤维通过编写缠绕程序螺旋向缠绕在石墨芯模的外表面上，碳纤维缠绕的角度范围是20～90°；控制石墨芯模绕轴线做匀速转动，控制出纱丝嘴沿芯模轴线方向往复运动；
步骤E、补强处理：对石墨芯模两端对应的喷管预制体喉部的凹曲面进行缠绕补强，对石墨芯模中部扩张段开孔处凸曲面进行缠绕补强，保证补强宽度均匀；
步骤F、缠绕保护层：更换碳纤维在喷管预制体的外表面上缠绕保护层。
对芯模中部扩张段开孔处凸曲面进行缠绕补强，保证了开孔刚度。
具体实施方式二：本实施方式步骤二中相邻纸带之间的搭接量为纸带宽度的一半。如此操作，可以保证纸带缠绕均匀。其它与具体实施方式一相同。

Claims (2)

1.一种碳纤维缠绕喷管预制体成型方法，其特征在于碳纤维缠绕喷管预制体成型方法步骤如下：
步骤A、安装模具：将喷管预制体成型石墨芯模固套在金属轴上，然后将金属轴的两端安装在缠绕机上；
步骤B、石墨芯模表面处理：将隔离脱模纸带均匀缠绕在石墨芯模的外表面上；
步骤C、确定线型：
步骤C1：喷管预制体最大直径外圆处缠绕角度在20～30°之间，根据空间解析几何理论得出基于石墨芯模外表面曲面轮廓的测地线缠绕轨迹，缠绕轨迹如下：
x(-24)y(-500)z(-136)
x(-14)y(-590)z(-117)
x(-51)y(-755)z(-168)
x(-13)y(-765)z(-174)
x(-22)y(-775)z(-184)
x(-85)
x(-30)y(-785)z(-184)
x(-25)y(-795)z(-184)
x(-200)y(-836)z(-184)
x(-140)
x(-184)y(-740)z(-184)
x(-120)y(-720)z(-184)
x(-40)y(-685)z(-174)
x(-52)y(-590)z(-155)
x(-24)y(-495)z(-136)
结合所用纤维的种类、缠绕张力以及纤维之间的摩擦力，得到稳定缠绕的出纱丝嘴运动轨迹，将纤维缠绕轨迹按该测地线进行排线，确定单个循环线型；
步骤C2：根据缠绕轨迹确定程序切点数目：缠绕线型中可以实现任意切点线型的编排，对于n切点的线形来说，与起始切点位置相邻的切点，在时序上相隔(n-1)个切点，得到n切点线形的缠绕公式：
Figure FDA0000088038770000011
式中θn表示在极孔圆周上由切点n开始，缠绕到时序相邻的切点(n+1)时，芯模转过的中心角；相邻两条缠绕线之间芯模转过的角度；N为自然数；
根据得到的θn进行排线，确定缠绕纤维布满整个芯模外表面的排布程序；
步骤D、缠绕纤维：通过缠绕机的软件编写缠绕程序，将碳纤维通过编写缠绕程序螺旋向缠绕在石墨芯模的外表面上，碳纤维缠绕的角度范围是20～90°；控制石墨芯模绕轴线做匀速转动，控制出纱丝嘴沿芯模轴线方向往复运动；
步骤E、补强处理：对石墨芯模两端对应的喷管预制体喉部的凹曲面进行缠绕补强，对石墨芯模中部扩张段开孔处凸曲面进行缠绕补强，保证补强宽度均匀；
步骤F、缠绕保护层：更换碳纤维在喷管预制体的外表面上缠绕保护层。
2.根据权利要求1所述的碳纤维缠绕喷管预制体成型方法，其特征在于：步骤二中相邻纸带之间的搭接量为纸带宽度的一半。
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