CN110373807A - 一种三维编织板簧预成型体及其编织工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维编织板簧预成型体及其编织工艺。本发明的三维编织板簧预成型体包括主体、第一卷耳和第二卷耳，所述第一卷耳和第二卷耳分别位于主体的两端，且与主体一体成型织造。编织工艺包括：根据第一卷耳的尺寸将纤维排成阵列，并在第一卷耳的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳的编织，完成后将预留的纤维折回参与主体的编织；根据主体的尺寸增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列，进行主体的编织，主体编织完成后再增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列进行第二卷耳的编织，得到板簧预成型体。本发明利用三维编织技术，实现板簧的一体成型，避免了由切割、钻孔等加工工序引起材料整体性能破坏，整体性能提高。

Description

一种三维编织板簧预成型体及其编织工艺
技术领域
本发明属于汽车板簧领域，具体地说，涉及一种三维编织板簧预成型体及其编织工艺。
背景技术
纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维等与基体材料按一定的角度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成，形成层状结构，因此也称层合或层压复合材料。由于纤维增强复合材料比强度高，比模量大，材料性能具有可设计性，抗腐蚀性和耐久性能好等特点，使得纤维增强复合材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。但是，层合复合材料层间剪切强度低，在层间应力作用下容易引起层间破坏，从而导致复合材料结构的破坏。
纺织结构复合材料是利用纺织技术，包括三维机织、三维编织、三维针织，将纤维束织造成所需结构的形状，形成预成型结构件，然后以预成型件作为增强骨架进行浸胶固化而形成的复合材料。在这类结构中，纤维束在空间相互交错、交织形成一个整体结构，从而在厚度方向引入增强纤维，提高了复合材料的层间剪切强度和损伤容限，因此它不会分层。这类结构的另一优点是可以加工各种不同形状的预型件，在浸渍前最终产品已经预成型，因而避免了由切割加工引起的性能下降，减少复合材料加工过程中的材料消耗，零件加工和链接等。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种三维编织板簧预成型体及其编织工艺。本发明利用三维编织技术，实现板簧的卷耳与板簧的主体部位的衔接织造，板簧主体部位变厚度、变截面的织造。通过该织造方法，可成功实现三维编织复合材料板簧预成型件的一体成型织造，使得该种结构的复合材料板簧在浸渍前预成型，因而避免了由切割、钻孔等加工工序引起材料整体性能破坏，并且减少了链接等部件的使用，整体性能提高，为汽车用复合材料板簧的安全性提供极大的保障。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
本申请的第一目的是提供一种汽车用三维编织板簧预成型体，包括主体、第一卷耳和第二卷耳，所述第一卷耳和第二卷耳分别位于主体的两端，且与主体一体成型织造。
进一步的方案，所述的主体一体成型编织而成；优选的，所述的主体的中部具有膨大部，所述膨大部的厚度大于主体两端的厚度，所述膨大部与主体一体成型编织。
需要说明的是，本方案的汽车用三维编织板簧预成型体可以由本发明下述提供的编织工艺编织而成。
本发明的第二目的是提供一种汽车用三维编织板簧预成型体的编织工艺，根据第一卷耳的尺寸将纤维排成阵列，并在第一卷耳的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳的编织，完成后将预留的纤维折回参与主体的编织；根据主体的尺寸增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列，进行主体的编织，主体编织完成后再增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列进行第二卷耳的编织，得到板簧预成型体。
本发明中，参与编织的纤维可以为碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维等。
本发明的第三目的是提供一种汽车用三维编织板簧预成型体的编织工艺，包括以下步骤：
(1)根据第一卷耳的尺寸将所需数目的纤维排成阵列m*n，并在第一卷耳的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳的编织，第一卷耳编织完成后将预留的纤维折回参与主体的编织；
(2)步骤(1)后参与主体编织的纤维数量为2*m*n，根据主体的尺寸计算获得需要的纤维阵列m1*n1，将m1*n1与2m*n进行比较并获得差值，添加或移除差值数量的纤维，并将纤维重新排布成阵列m1*n1，进行主体的编织；
(3)主体编织完成，编织到第二个卷耳位置时，将m1*n1纤维恢复为2m*n，进行第二卷耳的编织；得到板簧预成型体。
进一步的方案，步骤(2)中，若m1*n1>2*m*n,则在步骤(1)后参与主体编织的纤维数量2*m*n的基础上添加m1*n1-2*m*n数量的纤维，并将所有纤维重新排列为m1*n1；
若m1*n1＝2*m*n，则将2*m*n数量的纤维按照m1*n1重新排列；
若m1*n1<2*m*n,则将2*m*n-m1*n1根纤维移除，并将余下的纤维按照m1*n1重新排列。
进一步的方案，所述主体中部具有厚度增大的膨大部，在主体的编织过程中，遇到增加厚度的位置时，添加一定行数的纤维；遇到减小厚度的位置时，移除一定行数的纤维；
优选的，添加的纤维的行数与移除的纤维的行数的数目及位置相同。
进一步的方案，当遇到增加厚度的位置时，计算获得需增加的纤维行数，将原参与编织的纤维行数向外平移相应行数，并将增加的一定行数的纤维添加至移出的纤维空位，继续编织。
进一步的方案，当遇到减少厚度的位置时，将添加的一定行数的纤维移除，再将原参与编织的纤维平移恢复至移除位置，继续编织。
进一步的方案，步骤(3)中，将m1*n1纤维恢复为2m*n后，将2*m*n分成两部分编织；先完成m*n纤维的编织，再完成余下的m*n纤维的编织，并将第一次完成的m*n的纤维和第二次完成的m*n纤维一一对应捆绑，完成第二个卷耳的编织。
进一步的方案，所述第一卷耳的顶端预留的纤维的长度大于等于板簧的长度。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
利用本发明的编织工艺实现板簧两侧的卷耳与板簧主体部位的衔接织造，以及板簧主体部位变厚度、变截面的织造。通过该编织工艺，可成功实现三维编织复合材料板簧预成型件的一体成型织造，使得该种结构的复合材料板簧在浸渍前预成型，因而避免了由切割、钻孔等加工工序引起材料整体性能破坏，并且减少了链接等部件的使用，整体性能提高，为汽车用复合材料板簧的安全性提供极大的保障。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1为本发明的汽车用三维编织复合材料板簧预成型体示意图；
图2为板簧预成型体织造顺序示意图
图中：1第一卷耳，2主体，3厚度增加位置，4厚度减小位置，5膨大部，6第二卷耳。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1-图2所示，本实施例提供一种汽车用三维编织板簧预成型体，包括主体2、第一卷耳1和第二卷耳6，所述第一卷耳1和第二卷耳6分别位于主体2的两端，且与主体2一体成型织造。
本方案中，不仅第一卷耳1和第二卷耳6均与主体2一体成型织造，所述的主体2本身也是一体成型编织而成。进一步的方案中，所述的主体2的中部具有膨大部5，所述膨大部5的厚度大于主体2两端的厚度，所述膨大部5与主体2一体成型编织。
因此，本发明实现了板簧两侧的卷耳与板簧主体2部位的衔接织造，以及板簧主体2部位变厚度、变截面的织造，成功实现三维编织复合材料板簧预成型件的一体成型织造，使得该种结构的复合材料板簧在浸渍前预成型，因而避免了由切割、钻孔等加工工序引起材料整体性能破坏，并且减少了链接等部件的使用，整体性能提高，为汽车用复合材料板簧的安全性提供极大的保障。
本方案的汽车用三维编织板簧预成型体可以通过下述实施例提供的编织工艺编织而成。
实施例二
本实施例提供一种汽车用三维编织板簧预成型体的编织工艺，包括以下步骤：
(1)第一卷耳1的编织：根据第一卷耳1的尺寸将所需数目的纤维排成阵列m*n，并在第一卷耳1的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳1的编织，第一卷耳1编织完成后将预留的纤维折回参与主体2的编织。
具体的，根据所选择的板簧的第一卷耳的尺寸厚度，计算出所需要的纤维数量，按照m行n列将三维编织底座上的纤维排列好，在卷耳开始编织时的最上端，预留出大于等于整个板簧长度尺寸的纤维，先进行卷耳的编织，卷耳长度方向编织完成后，将预留的卷耳最顶端的纤维折回，一起添加到板簧主体2部位，和板簧主体2部位同时进行编织，此时，板簧的第一个卷耳部分形成。
本实施例中，参与编织的纤维可以为碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维等。
(2)主体2的编织：步骤(1)后参与主体2编织的纤维数量为2*m*n，根据主体2的尺寸计算获得需要的纤维阵列m1*n1，将m1*n1与2m*n进行比较并获得差值，添加或移除差值数量的纤维，并将纤维重新排布成阵列m1*n1，进行主体2的编织。
参与板簧主体2编织的纤维是两倍编织卷耳纤维的数量，根据板簧主体2部位的尺寸计算，计算得到新的需要的m1行n1列纤维，根据就近原则，在三维编织机底座上重新排列m1*n1纤维，
若m1*n1>2*m*n,则在步骤(1)后参与主体2编织的纤维数量2*m*n的基础上添加m1*n1-2*m*n数量的纤维，并将m1*n1-2*m*n根纤维按照就近原则、均一原则、单元数量增加原则添加到三维编织机底座上，并将所有纤维重新排列为m1*n1；
若m1*n1＝2*m*n，则将2*m*n数量的纤维直接按照m1*n1重新排列；
若m1*n1<2*m*n,则将2*m*n-m1*n1根纤维按照单元数量减少原则，从三维编织机底座上将该数量的纤维移除，并将余下的纤维按照m1*n1重新排列。纤维排列完成后，继续进行板簧主体2部位的编织。
所述主体2中部具有厚度增大的膨大部5，在主体2的编织过程中，遇到第一个厚度增加位置3，计算出需要增加的纤维行数m2行，将原有参与编织的纤维行数向外平移m2行，将新添加的m2行纤维添加至移出的纤维空位，继续编织。
遇到第一个厚度减小位置4，则将新添加的m2行纤维移除，再将原有参与编织的纤维平移至移除位置，恢复到添加前的纤维排列，继续编织。
(3)第二卷耳6的编织：主体2编织完成，编织到第二个卷耳位置时，将m1*n1纤维恢复为2m*n，进行第二卷耳6的编织；得到板簧预成型体。
编织到第二个卷耳位置时，将m1*n1行纤维再按照就近原则、均一原则、单元数量减少(增加)原则恢复到2*m*n，将2*m*n分成两部分编织，先完成m行的编织，再完成剩下的m行编织，最后将第一次完成的m行的纤维和第二次完成的m行一一对应进行捆绑，此时，完成第二个卷耳的编织，至此完成整个变截面变厚度以及带有卷耳的汽车用复合材料板簧预成型体的编织。
实施例三
本实施例提供一种汽车用三维编织板簧预成型体的编织工艺，具体包括以下步骤：
步骤(1)，第一卷耳的编织：根据某尺寸的板簧，计算得到6行16列(96根)12K碳纤维作为第一卷耳织造，织造第一卷耳前，在第一卷耳顶端预留出2米的碳纤维，用于后续板簧主体部分的织造。第一卷耳织造完成后，将第一卷耳顶部预留的碳纤维折回参与板簧主体部分的织造。
步骤(2)，主体的编织：板簧主体部分的纤维根数经计算需要12行22列12K碳纤维，共计264根碳纤维，大于96*2＝192根碳纤维，264-192＝72，在三维编织设备上需要均匀的将72根纤维与之前的2*96根纤维按照就近原则、均一原则、增加单元数量原则重新将纤维排布成12行*22列，继续织造。
遇到第一次增加厚度位置时，经计算，需要增加共计4行12K碳纤维，将12行碳纤维从中间分开，平行向外移动4行，中间空出的4行位置添加新的12K碳纤维进行编织。
遇到第一次厚度减少的位置，将刚才增加的4行碳纤维移除，再将平行移开的6行碳纤维移回至原来位置，继续织造。
步骤(3)，第二卷耳的编织：编织到第二卷耳时，将之前增加的72根纤维按照就近原则、均一原则、单元数量减少原则移除，将剩下的192根纤维分成96*2，恢复到12行*16列，先进性6行*16列的织造，再进行剩下部分的的6行16列的织造，最后将6行中的纤维一一对应捆绑，截取剩下的纤维，即完成第二个卷耳的织造，至此，完成了需要尺寸的汽车板簧复合材料预成型体的织造。
实施例四
本实施例提供一种汽车用三维编织板簧预成型体的编织工艺，具体包括以下步骤：
步骤(1)，第一卷耳的编织：根据某尺寸的板簧，计算得到8行18列(144根)超高分子量聚乙烯纤维作为第一卷耳织造，织造第一卷耳前，在第一卷耳顶端预留出2.5米的超高分子量聚乙烯纤维，用于后续板簧主体部分的织造。第一卷耳织造完成后，将第一卷耳顶部预留的超高分子量聚乙烯纤维折回参与板簧主体部分的织造。
步骤(2)，主体的编织：板簧主体部分的纤维根数经计算需要12行22列超高分子量聚乙烯纤维，共计264根超高分子量聚乙烯纤维，小于144*2＝288根超高分子量聚乙烯纤维，288-264＝24，在三维编织设备上需要均匀的按照单元数量减少原则将24根纤维移除，将余下纤维排布成12行*22列，继续织造。
遇到第一次增加厚度位置时，经计算，需要增加共计6行超高分子量聚乙烯纤维，将12行超高分子量聚乙烯纤维从中间分开，平行向外移动6行，中间空出的6行位置添加新的超高分子量聚乙烯纤维进行编织。
遇到第一次厚度减少的位置，将之前增加的6行超高分子量聚乙烯纤维移除，再将平行移开的6行超高分子量聚乙烯纤维移回至原来位置，继续织造。
步骤(3)，第二卷耳的编织：编织到第二卷耳时，将之前移除的24根纤维按照就近原则、均一原则、单元数量增加原则进行添加，将添加后的纤维分成144*2，恢复到16行*18列，先进性8行*18列的织造，再进行剩下部分的的8行18列的织造，最后将8行中的纤维一一对应捆绑，截取剩下的纤维，即完成第二个卷耳的织造，至此，完成了需要尺寸的汽车板簧复合材料预成型体的织造。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种三维编织板簧预成型体，其特征在于，包括主体、第一卷耳和第二卷耳，所述第一卷耳和第二卷耳分别位于主体的两端，且与主体一体成型织造。
2.根据权利要求1所述的一种三维编织板簧预成型体，其特征在于，所述的主体一体成型编织而成；优选的，所述的主体的中部具有膨大部，所述膨大部的厚度大于主体两端的厚度，所述膨大部与主体一体成型编织。
3.一种三维编织板簧预成型体的编织工艺，其特征在于，根据第一卷耳的尺寸将纤维排成阵列，并在第一卷耳的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳的编织，完成后将预留的纤维折回参与主体的编织；根据主体的尺寸增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列，进行主体的编织，主体编织完成后再增加/移除一定数量的纤维并调整纤维阵列进行第二卷耳的编织，得到板簧预成型体。
4.一种三维编织板簧预成型体的编织工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据第一卷耳的尺寸将所需数目的纤维排成阵列m*n，并在第一卷耳的顶端预留一定长度的纤维，进行第一卷耳的编织，第一卷耳编织完成后将预留的纤维折回参与主体的编织；
(2)步骤(1)后参与主体编织的纤维数量为2*m*n，根据主体的尺寸计算获得需要的纤维阵列m1*n1，将m1*n1与2m*n进行比较并获得差值，添加或移除差值数量的纤维，并将纤维重新排布成阵列m1*n1，进行主体的编织；
(3)主体编织完成，编织到第二个卷耳位置时，将m1*n1纤维恢复为2m*n，进行第二卷耳的编织；得到板簧预成型体。
5.根据权利要求4所述的编织工艺，其特征在于，步骤(2)中，若m1*n1>2*m*n,则在步骤(1)后参与主体编织的纤维数量2*m*n的基础上添加m1*n1-2*m*n数量的纤维，并将所有纤维重新排列为m1*n1；
若m1*n1＝2*m*n，则将2*m*n数量的纤维按照m1*n1重新排列；
若m1*n1<2*m*n,则将2*m*n-m1*n1根纤维移除，并将余下的纤维按照m1*n1重新排列。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的编织工艺，其特征在于，所述主体中部具有厚度增大的膨大部，在主体的编织过程中，遇到增加厚度的位置时，添加一定行数的纤维；遇到减小厚度的位置时，移除一定行数的纤维；
优选的，添加的纤维的行数与移除的纤维的行数的数目及位置相同。
7.根据权利要求6所述的编织工艺，其特征在于，当遇到增加厚度的位置时，计算获得需增加的纤维行数，将原参与编织的纤维行数向外平移相应行数，并将增加的一定行数的纤维添加至移出的纤维空位，继续编织。
8.根据权利要求6或7所述的编织工艺，其特征在于，当遇到减少厚度的位置时，将添加的一定行数的纤维移除，再将原参与编织的纤维平移恢复至移除位置，继续编织。
9.根据权利要求4-8任意一项所述的编织工艺，其特征在于，步骤(3)中，将m1*n1纤维恢复为2m*n后，将2*m*n分成两部分编织；先完成m*n纤维的编织，再完成余下的m*n纤维的编织，并将第一次完成的m*n的纤维和第二次完成的m*n纤维一一对应捆绑，完成第二个卷耳的编织。
10.根据权利要求3-9任意一项所述的编织工艺，其特征在于，所述第一卷耳的顶端预留的纤维的长度大于等于板簧的长度。
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