CN113232328A - 一种基于2.5d编织的复合材料s型进气道筒体制造方法 - Google Patents

一种基于2.5d编织的复合材料s型进气道筒体制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，属于复合材料成型制造领域。包括步骤：根据S型进气道筒体几何外形计编织芯模，在CATIA软件中提取进气道编织轨迹母线，在所述母线上根据工艺要求添加控制点，并测量得到各控制点坐标以及其切矢与加工端点的对应切矢的夹角；获取的点位信息录入Catia V5 Delmia软件中进行轨迹碰撞仿真分析，并得到轨迹规划程序；将轨迹规划程序导入KUKA 6轴机器人控制系统，对编织过程中各控制点间的速度进行调整，最终得到编织预制体；对所得的编织预制体进行真空灌注等后处理工艺。本发明将自动化程度较高的2.5D往复编织技术与低成本的树脂真空导流技术相结合，拓宽了相关技术的应用范围，降低了制件的制造成本。

Description

一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术领域，具体涉及一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法。
背景技术
基于自由母线扫掠的中空筒体结构被广泛应用于航空航天、汽车、能源能领域的进排气管件结构中，如汽车进气歧管、排气道、飞机进气道等，是一种典型的管类结构。这类管结构对结构强度要求较高，近年来多采用连续纤维增强复合材料进行制造。
由于该类管结构外形尺寸较为复杂，采用常规预浸料铺叠方法存在铺叠效率低下，纤维不连续、制造成本较高的问题。
2.5D编织技术是一种新型的预制体成型技术，结合机器人构成织物编织系统后能够实现程序控制的自动化往复编织，通过调节编织纱线的编织角度能够调节制件在径向方向的力学性能，轴向纱的引入则能够提高复合材料的轴向性能，结合RTM、真空导流等工艺可进一步制备得到复合材料，是一种有潜力的成型复杂外形筒状复合材料的技术。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中进气道筒体件生产制造存在的效率低、成本高的问题，提出了一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，该制造工艺将自动化程度较高的2.5D往复编织技术与低成本的树脂真空导流技术相结合，拓宽了相关技术的应用范围，降低了制件的制造成本。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据S型进气道筒体几何外形设计编织芯模，在CATIA软件中提取进气道编织轨迹母线，并将所述母线经过加工端点与仿真环境中编织平面中心点坐标重合，且该加工端点的对应切矢垂直于编织平面；
B、在所述母线上根据工艺要求添加控制点，并测量得到各控制点坐标以及其切矢与加工端点的对应切矢的夹角；
C、将步骤B获取的点位信息录入Catia V5 Delmia软件中进行轨迹碰撞仿真分析，并得到轨迹规划程序；
D、将步骤C得到的轨迹规划程序导入KUKA 6轴机器人控制系统，在编织芯模上进行实物的往复编制，并根据实际情况对编织过程中各控制点间的速度进行调整，最终得到编织预制体；
E、对所得的编织预制体进行真空灌注等后处理工艺。
进一步的，对所得的编织预制体进行真空灌注等后处理工艺包括如下步骤：
A、对所述编制预制体的两端进行裁剪，之后在其上方铺放可剥布、导流网、注胶管和出胶管，并用腻子条封装真空袋，检测真空度在30min内不低于0.95 Bar；
B、真空袋封装完成后，进行配胶及真空灌注，待出胶口树脂无气泡时，关闭注胶管及出胶管阀门，完成灌注；
C、固化及脱模：将上述灌注完成的整体转移至烘箱中进行固化，冷却到室温后进行拆模，完成S型进气道筒体制备。
进一步的，真空灌注时，调节注胶管阀门，使注胶过程中流动前沿推进速度在20~30mm/min。
本发明的有益效果：
本发明所述的基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，将自动化程度较高的2.5D往复编织技术与低成本的树脂真空导流技术相结合，拓宽了相关技术的应用范围，降低了制件的制造成本。
附图说明
图1为编织过程示意图；
图2为进气道真空导流树脂灌注过程材料铺放示意图；
其中，
1、机器人，2、编织芯模，3、编织机，4、编织预制体，5、腻子条，6、可剥布，7、导流网，8、注胶管，9、真空袋，10、出胶管。
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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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1
本实施例为最基本的实施方式。
本实施例提供了一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，包括如下步骤：
步骤一：根据S型进气道筒体几何外形设计编织芯模2，利用CATIA软件中Composites Design模块中的Centerline命令提取进气道编织轨迹母线，提取完成后，将母线经过坐标变换，使其加工端点与仿真环境中编织平面中心点坐标重合，且该加工端点的对应切矢垂直于编织平面。所述的“加工端点”是指母线在进入编织机3方向的端点；所述的“编织平面”是指编织纱线构成的平面，在开始正式编织前，需要使加工端点与编织平面中点重合，目的是使芯模与编织平面完成定位，设置编织系统程序运行的几何初始位置。
利用CATIA软件中创成式设计模块中的“点面复制”命令，在母线上根据工艺要求添加控制点，并通过创成式设计模块中的“测量”命令测量得到各控制点坐标以及其切矢与加工端点对应切矢的夹角，将获取得到的点位信息录入Catia V5 Delmia软件中进行轨迹碰撞仿真分析，验证机器人1运动轨迹规划的合理性和安全性，并得到轨迹规划程序。
步骤二：根据步骤一得到的轨迹规划程序导入KUKA 6轴机器人1控制系统，进行实物的往复编织，设置参数包括机器人1运动点位个数，点位坐标信息，点到点的速度信息。根据实际情况对编织过程中各控制点间的速度进行调整，以确保形状突变区域的纤维覆盖，最终得到编织预制体4。
步骤三：根据工艺要求对在编织芯模2上编织完毕的编织预制体4两端进行裁剪，之后分别在其之上铺放可剥布6、导流网7、注胶管8，出胶管10，并用腻子条5封装真空袋9，检查真空度在30min以内不低于0.95Bar。
步骤四：进行配胶及真空灌注，并调节注胶管8阀门，保证注胶过程中流动前沿推进速度在20~30mm/min，待出胶口树脂无气泡时关闭注胶管8及出胶管10阀门，完成灌注。
步骤五：固化及脱模
将灌注完成后的整体转移至烘箱中按照树脂固化工艺规范进行固化，冷却到室温后进行拆模，完成筒体制备。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据S型进气道筒体几何外形设计编织芯模，在CATIA软件中提取进气道编织轨迹母线，并将所述母线经过加工端点与仿真环境中编织平面中心点坐标重合，且该加工端点的对应切矢垂直于编织平面；
B、在所述母线上根据工艺要求添加控制点，并测量得到各控制点坐标以及其切矢与加工端点的对应切矢的夹角；
C、将步骤B获取的点位信息录入Catia V5 Delmia软件中进行轨迹碰撞仿真分析，并得到轨迹规划程序；
D、将步骤C得到的轨迹规划程序导入KUKA 6轴机器人控制系统，在编织芯模上进行实物的往复编制，并根据实际情况对编织过程中各控制点间的速度进行调整，最终得到编织预制体；
E、对所得的编织预制体进行真空灌注等后处理工艺。
2.根据权利要求1所述的一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，其特征在于，对所得的编织预制体进行真空灌注等后处理工艺包括如下步骤：
A、对所述编制预制体的两端进行裁剪，之后在其上方铺放可剥布、导流网、注胶管和出胶管，并用腻子条封装真空袋，检测真空度在30min内不低于0.95 Bar；
B、真空袋封装完成后，进行配胶及真空灌注，待出胶口树脂无气泡时，关闭注胶管及出胶管阀门，完成灌注；
C、固化及脱模：将上述灌注完成的整体转移至烘箱中进行固化，冷却到室温后进行拆模，完成S型进气道筒体制备。
3.根据权利要求1所述的一种基于2.5D编织的复合材料S型进气道筒体制造方法，其特征在于，真空灌注时，调节注胶管阀门，使注胶过程中流动前沿推进速度在20~30mm/min。
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