CN107553932B - 制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法和装置。该缠绕装置包括芯模、下模、旋转装置、防回转机构以及举升装置。其中，芯模呈圆筒形用于缠绕织物；下模具有能贴合所述芯模上织物的一部分的弧形表面；旋转装置用于转动所述芯模；防回转机构耦接于所述芯模，容许所述芯模单向转动；举升装置用于抬升所述下模。

Description

制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法和装置

技术领域

本发明涉及复合材料的制造方法和装置，尤其涉及复合材料的纤维部分的制造方法和装置。

背景技术

现代涡扇航空发动机的特征是大涵道比、大推力、低油耗、低噪声、高安全性、高可靠性。质轻、高强的复合材料风扇叶片和复合材料包容机匣在发动机上的应用也越来越广泛。

包容机匣的主要方案就是以铺层编织或立体织物以缠绕后一体成型加工，也可以简化为圆筒形复合材料制作过程。该过程需要把织物一层层缠绕到圆筒形芯模上，然后进行外模合模，进行树脂灌注。由于织物比较蓬松，导致在缠绕过程中预制体的厚度较厚。在之后的合模过程中，外模压紧时，蓬松的织物容易被挤压变形，从而导致复合材料制品外观、质量及力学性能受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法和装置。

一种制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的缠绕装置包括芯模、下模、旋转装置、防回转机构以及举升装置。其中，芯模呈圆筒形用于缠绕织物；下模具有能贴合所述芯模上织物的一部分的弧形表面；旋转装置用于转动所述芯模；防回转机构耦接于所述芯模，容许所述芯模单向转动；举升装置用于抬升所述下模。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述缠绕装置还包括上模，所述上模与所述下模能合模，形成箍紧所述芯模上的所述织物的模腔。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述旋转装置为手动或机械力矩装置，能输出力矩来转动所述芯模。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述防回转机构包括固定在所述芯模的转轴上的棘轮以及固定在支撑所述芯模的机架上的棘爪，所述棘爪与所述棘轮啮合。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述举升装置包括分别支撑所述下模的多个千斤顶。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述弧形表面为半圆弧形。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述缠绕装置还包括在所述织物的纱线的端头部分连接的张力传感器，所述张力传感器用于检测所述织物的紧致程度。

所述的缠绕装置的进一步特点是，所述上模、下模、芯模组成RTM模具。

一种利用所述的缠绕装置制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法包括如下步骤：

(a)、首先把织物缠绕到所述芯模上；

(b)、用所述旋转装置旋转所述芯模，使所述织物较为紧密地贴合所述芯模；

(c)、然后采用所述举升装置步进式地抬升所述下模，通过所述下模施加压力于所述织物上，步进距离根据织物的紧致程度而定；

(d)、再次旋转所述芯模，以使所述织物的整个周面均由所述下模压实，若所述织物的紧致程度未达到预期紧致程度，重复步骤(c)、(d)，直至所述织物缠到预期紧致程度；

(e)、重复步骤(a)到步骤(d)，增加所述芯模的被压实的所述织物的整体厚度，，直至所述厚度达到预期厚度；

(f)、剪断织物，并通过所述下模施加的压力控制保持已缠绕织物的固定，防止织物预制体的松散；以及

(h)、直接合闭所述上模具，然后通过液态成型工艺完成成型，获得高纤维体份含量的环形件成型件。

本发明能以其的简单机械结构完成织物缠绕，提高纤维体份含量，解决缠绕过程中的褶皱、松散问题，同时可以通过适当压实，控制复合材料环形件的预制体缠绕厚度，有利于根据缠绕厚度及预制体体积含量测算成型件的纤维体积含量，实现复合材料的力学性能可设计性，且该装置可以用来直接进行成型，减少了拆、运、装的中间工序，提高效率且保证成型质量。该装置结构较为简单，操作也很方便。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一实施例中制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的缠绕装置包括芯模2、下模6、旋转装置5、防回转机构以及举升装置7。图1是沿芯模2的轴向的正投影视图。图1没有显示完整的机架。上模1可以配置成活动的，活动的机构也没有在图1中显示。没有显示的部分，可以根据后述内容根据已有技术进行配置。

芯模2呈圆筒形，用于缠绕织物(具体缠绕过程未在图中示出)。织物可以是由天然或者人造纤维纺织、针织或毡化等工艺制成的具有网状组织的柔软的人造材料。前述环形件可以是具有圆柱曲面形状的三维几何壳体。该缠绕装置可以将织物在芯模2上压实，所述压实实质上是通过施加力挤压，减少受力织物的结构间隙。下模6具有能贴合芯模2上织物的一部分的弧形表面。在图1中，下模6为半圆形环件。旋转装置5用于转动芯模2。旋转装置5可以手动曲轴和摇柄，也可以是机械力矩装置，用于向转动芯模2施加力矩。防回转机构耦接于芯模2，容许芯模2单向转动。在图1中，防回转机构包括棘轮4和棘爪3，棘轮4安装在芯模2的转轴上，棘爪3可以安装在支撑芯模2的机架上。防回转机构也可以是其他的结构形式。举升装置7用于抬升下模6，其设置在基础或支架8上，举升装置7可以是液压缸或者千斤顶，举升装置7也可以是其他举升机械结构。

继续参照图1，缠绕装置还包括上模1，上模1与下模6能合模，形成箍紧芯模2上的织物的模腔。

图中没有示出，但可以理解的是，缠绕装置还可以包括在织物的纱线的端头部分连接的张力传感器，张力传感器用于检测织物的紧致程度。

上模1、下模6、芯模2可以按照RTM(树脂传递模塑成型工艺)模具来配置。

通过后述的方法可以了解到，前述的装置能以其的简单机械结构完成织物缠绕，解决缠绕过程中的褶皱、松散问题，同时可以通过适当压实，控制复合材料环形件的预制体缠绕厚度，有利于根据缠绕厚度及预制体体积含量测算成型件的纤维体积含量，实现复合材料的力学性能可设计性，且该装置可以用来直接进行成型，减少了拆、运、装的中间工序，提高效率且保证成型质量。该设备结构较为简单，操作也很方便。

可以利用前述的装置是通过旋转缠紧织物的方法，保证复合材料环形件的预制体的紧致，解决在合模过程中织物的扭曲变形，保证了复合材料成品质量，并且该结构较简单使用也比较方便。利用该装置缠绕成型的方法包括如下步骤：

(a)首先把织物缠绕到圆筒形的芯模2上，织物可以是从一个缠绕机上引出。

(b)用旋转装置5旋转芯模2，使织物较为紧密地贴合芯模2；

(c)然后采用举升装置7步进式抬升下模6，步进距离根据织物的紧致程度而定；

(d)当抬升下模6到位后，再次旋转芯模2，对于图1所示的装置，旋转角度至少180度，通过旋转芯模2，可以是芯模2上的织物的整个一周逐步被下模6压实，在这个过程中，通过防回转棘轮机构可固定卷绕的织物，防止回转；如果织物的紧致程度未达到预期紧致程度，通过重复步骤(c)、(d)来逐步达到预期紧致程度；

(e)重复步骤(a)到(d)，通过抬升下模→旋转芯模过程的重复操作达到复合材料环形件的预制体的预期厚度，在合适的范围内压实，提高预制体纤维体份含量，提高力学性能；

(f)剪断织物，通过下模具压力控制保持已缠绕织物的固定，防止织物预制体的松散。

(h)在以上步骤基础上直接合闭上模具，可有效防止合模过程中织物的褶皱和膨胀，然后通过液态成型工艺完成成型，获得高体份含量高成型质量的环形件成型件。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的预制体缠绕装置，其特征在于，包括

芯模，呈圆筒形，用于缠绕织物，形成所述复合材料环形件的预制体；

下模，具有能贴合所述芯模上织物的一部分的弧形表面；上模，所述上模与所述下模能合模，形成箍紧所述芯模上的所述织物的模腔；

所述上模、下模、芯模组成RTM模具；

旋转装置，用于转动所述芯模；

防回转机构，耦接于所述芯模，容许所述芯模单向转动；

在所述织物的纱线的端头部分连接的张力传感器，所述张力传感器用于检测所述织物的紧致程度；以及

举升装置，用于抬升所述下模。

2.如权利要求1所述的缠绕装置，其特征在于，所述旋转装置为手动或机械力矩装置，能输出力矩来转动所述芯模。

3.如权利要求1所述的缠绕装置，其特征在于，所述防回转机构包括固定在所述芯模的转轴上的棘轮以及固定在支撑所述芯模的机架上的棘爪，所述棘爪与所述棘轮啮合。

4.如权利要求1所述的缠绕装置，其特征在于，所述举升装置包括分别支撑所述下模的多个千斤顶。

5.如权利要求1所述的缠绕装置，其特征在于，所述弧形表面为半圆弧形。

6.一种利用如权利要求1至5中任一项所述的缠绕装置制作高纤维体份含量织物复合材料环形件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)、首先把织物缠绕到所述芯模上；

(b)、用所述旋转装置旋转所述芯模，使所述织物较为紧密地贴合所述芯模；

(c)、然后采用所述举升装置步进式地抬升所述下模，通过所述下模施加压力于所述织物上，步进距离根据织物的紧致程度而定；

(d)、再次旋转所述芯模，以使所述织物的整个周面均由所述下模压实，若所述织物的紧致程度未达到预期紧致程度，重复步骤(c)、(d)，直至所述织物缠到预期紧致程度；

(e)、重复步骤(a)到步骤(d)，增加所述芯模的被压实的所述织物的整体厚度，直至所述厚度达到预期厚度；

(f)、剪断织物，并通过所述下模施加的压力控制保持已缠绕织物的固定，防止织物预制体的松散；以及

(h)、直接合闭所述上模，然后通过液态成型工艺完成成型，获得高纤维体份含量的环形件成型件。

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