CN114055812A - 纤维织物卷绕变形的控制方法及其成型模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维织物卷绕变形控制方法及其成型模具。该控制方法包括步骤S1：根据纤维织物缠绕在成型模具上的设计位置，提升成型模具表面设置的若干定位销；步骤S2：将纤维织物缠绕在成型模具上，使纤维织物上设置的经向示踪纱和纬向示踪纱的若干交叉点对应覆于定位销上；步骤S3：收回已提升的定位销；步骤S4：用固定模具包裹纤维织物，抽真空后注射树脂。本发明提出了一种纤维织物卷绕变形控制方法及其成型模具，保证纤维织物在缠绕过程中其上各处的纤维变形满足设计要求。

Description

纤维织物卷绕变形的控制方法及其成型模具
技术领域
本发明涉及纤维织物的制造技术领域，尤其涉及一种纤维织物卷绕变形控制方法及其成型模具。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料是目前航空结构最主要的材料之一。随着复合材料在飞机上应用比例的逐步增大，复合材料构件的尺寸也随着增加。传统的手工铺贴预浸料采用激光投影设备，使用激光将要铺放预浸料的位置的轮廓线标示出来。目前干纤维织物的铺贴过程，一般是在纤维织物表面置入示踪纱，在铺贴时将示踪纱与激光投影的轮廓线对齐，完成纤维织物的铺贴。
采用纤维织物制造复合材料构件，例如使用RTM成型，可以大幅度降低制造成本；三维增强的纤维织物还可以一体成型复杂结构的复合材料制件。
在使用纤维织物制造变曲率、变直径的复合材料构件时，需要将纤维织物进行扭转、缠绕、压实等变形来满足成型要求，在进行扭转和缠绕时，通常采用传统的激光投影+示踪纱技术来完成纤维织物的变形，但此方法只能确保示踪纱位置处的织物变形，保证此处的织物的编织结构变形后与设计一致，无法精确控制除示踪纱位置以外的其他位置，无法保证复合材料制件上各处的纤维变形均满足设计要求。当示踪纱与激光投影位置不匹配时，只能通过人工测量获得偏差值，继而根据偏差值调整下一个纤维织物的示踪纱或者纤维织物,无法在当前纤维织物上进行实时调整。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种纤维织物卷绕变形控制方法和成型模具，保证纤维织物上各处的纤维变形满足设计要求。
具体地，本发明提出了一种纤维织物卷绕变形的控制方法，包括：
步骤S1：根据纤维织物缠绕在成型模具上的设计位置，提升所述成型模具表面设置的若干定位销；
步骤S2：将纤维织物缠绕在所述成型模具上，使所述纤维织物上设置的经向示踪纱和纬向示踪纱的若干交叉点对应覆于所述定位销上；
步骤S3：收回已提升的所述定位销；
步骤S4：用固定模具包裹所述纤维织物，抽真空后注射树脂。
根据本发明的一个实施例，在所述设计位置中，所述交叉点与所述定位销的位置对应。
根据本发明的一个实施例，所述定位销通过气压调整其高度，以使所述定位销凸出于所述成型模具表面一设定距离。
根据本发明的一个实施例，所述设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，回收已提升的所述定位销，以使所述定位销的顶部与所述成型模具的表面等高。
根据本发明的一个实施例，在步骤S4后，加温加压以使所述纤维织物固化。
本发明还提供了一种成型模具，包括气压控制装置和若干定位销，所述定位销设置在所述成型模具的表面，所述气压控制装置用于升降所述定位销，所述气压控制装置提升所述定位销以使所述定位销凸出于所述成型模具表面一设定距离，所述气压控制装置下降所述定位销以使所述定位销的顶部与所述成型模具的表面等高。
根据本发明的一个实施例，所述气压控制装置通过真空导管与所述定位销连接。
根据本发明的一个实施例，所述定位销的移动方向垂直于所述成型模具的表面。
根据本发明的一个实施例，所述设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
本发明提供的一种纤维织物卷绕变形控制方法及其成型模具，在成型模具上设置定位销，使定位销的位置与纤维织物径向和纬向的示踪纱交叉点对应，从而控制和调整交叉点的定位，以保证纤维织物在卷绕过程中的纤维变形满足设计要求。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了本发明一个实施例的控制方法的流程框图。
图2示出了本发明一个实施例的成型模具的结构示意图。
图3示出了本发明一个实施例的纤维织物卷绕的状态图。
图4是图3纤维织物在卷绕过程中的纤维形变示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
图1示出了本发明一个实施例的控制方法的流程框图。如图所示，一种纤维织物卷绕变形的控制方法，包括：
步骤S1：根据纤维织物缠绕在成型模具上的设计位置，提升成型模具表面设置的若干定位销。容易理解的，定位销可以设置在成型模具的表面，在初始状态下，定位销的顶部与成型模具的表面等高。可以根据设计要求来提升定位销以使定位销凸出于成型模具的表面。
步骤S2：将纤维织物缠绕在成型模具上，使纤维织物上设置的经向示踪纱和纬向示踪纱的若干交叉点对应覆于定位销上。纤维织物围绕成型模具的轴向缠绕其上。在纤维织物上编织有经向示踪纱和纬向示踪纱，即采用现有技术中的示踪纱技术来编织纤维织物。经向示踪纱和纬向示踪纱相交形成示踪纱的交叉点。这些交叉点中的一个或多个在设计位置中有产生形变的需要，因此在缠绕过程中，这些需要产生形变的示踪纱的交叉点必须覆盖在已经提升的定位销上。照此方式，完成整个纤维织物的缠绕。
步骤S3：收回已提升的定位销，使定位销退回到初始位置。
步骤S4：用固定模具包裹纤维织物，抽真空后注射树脂，做好固化纤维织物的准备。
较佳地，在纤维织物的缠绕设计位置中，纤维织物的交叉点与定位销的位置对应。定位销的提升是为了使纤维织物的表面产生形变以符合设计要求，定位销的作用点正是纤维织物上的经向示踪纱和纬向示踪纱的交叉点。本发明提供的一种纤维织物卷绕变形的控制方法的核心就在于通过定位销使纤维织物的表面产生形变以达到设计要求。
较佳地，定位销通过气压控制来调整其高度，以使定位销凸出于成型模具表面一设定距离。可以理解，定位销的上升和下降均可以通过气压控制，以精准调节到位。
较佳地，定位销的设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
较佳地，在步骤S3中，回收已提升的定位销，以使定位销的顶部与成型模具的表面等高。待纤维织物缠绕完毕，回收已提升的定位销，使定位销基本回收到成型模具内，且保留给纤维织物的注塑空间。
较佳地，在步骤S4后，加温加压以使纤维织物固化。
图2示出了本发明一个实施例的成型模具的结构示意图。本发明还提供了一种成型模具，适用于前述的纤维织物卷绕变形的控制方法。如图2所示，成型模具1包括气压控制装置10和若干定位销7，8，9。定位销7，8，9设置在成型模具1的表面，相当于在成型模具1的表面开设有容纳定位销7，8，9的空间。图2中示意性的仅表示出了三个定位销7，8，9。气压控制装置10用于控制定位销7，8，9的升降。气压控制装置10提升定位销7，8，9以使定位销7，8，9凸出于成型模具1表面一设定距离，气压控制装置10下降定位销7，8，9以使定位销7，8，9的顶部与成型模具1的表面等高。容易理解的，初始状态下，定位销7，8，9的顶部与成型模具1的表面等高。换言之，初始状态下，成型模具1的表面并无任何凸出部分。选择提升哪一个定位销，具体提升高度都由气压控制装置10决定。在本实施例中，气压控制装置10优选设置在成型模具1的内部。
常规的，成型模具1为一固定形状的工装。本发明提供的成型模具1在其上设置了定位销7，8，9，相当于提供了一种表面形状可改变的成型模具1。可以根据设计需要调整定位销7，8，9的高度，从而改变成型模具1的表面轮廓，使纤维织物的形变符合设计要求。
较佳地，气压控制装置10通过真空导管11与定位销7连接。在真空导管11中持续通入气体，产生压力，从而推升定位销7，8，9上升。对真空导管11抽真空，使之产生负压，可以下降定位销7，8，9，相当于吸收或收回定位销7，8，9，使定位销7，8，9回复到初始位置，以保持和成型模具1外表面的等高。
较佳地，定位销7，8，9的移动方向垂直于成型模具1的表面，以保证纤维织物的示踪纱的交叉点符合形变的要求。
较佳地，定位销7，8，9的设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
图3示出了本发明一个实施例的纤维织物6卷绕的状态图。图4是图3纤维织物在卷绕过程中的纤维形变示意图。以下结合图1和图2来具体描述本发明的一种纤维织物6卷绕变形的控制方法的具体实施过程。
1)如图3所示，纤维织物6(预制体)在平整状态下，间隔编入经向示踪纱3，4，5和纬向示踪纱2，两者相交形成示踪纱交叉点42，32，52；
2)根据缠绕，铺覆后示踪纱交叉点42，32，52的设计位置，在成型模具1外表面上设置定位销7，8，9；通过气压控制装置10对定位销7，8，9施加压力，通过真空导管11将压力传递至定位销7，8，9，随着压力的升高，定位销7，8，9的高度升高。施加压力前，定位销7，8，9的初始高度与成型模具1外表面等高。如图2中的定位销7和9，施加压力后，定位销8受压后被推起，高度增加，如图2所示。可根据实际设计需要对一个，多个或所有定位销施压，选择调整每一个定位销的具体提升高度；
需要说明的是，定位销7，8，9的材质可以是钢，塑料等足够刚度的工程材料制成。
4)接着，通过电机带动成型模具1和纤维织物6转动，从而将纤维织物6缠绕在成型模具1上。成型模具1通常为变直径的环形件，使纤维织物6上设置的经向示踪纱3，4，5和纬向示踪纱2的若干交叉点42，32，52对应覆于定位销7，8，9上。如图4所示，定位销7，8，9各自被提升到了设定高度。纤维织物6缠绕时，经向示踪纱3，4，5和纬向示踪纱2的交叉点42，32，52覆盖于定位销7，8，9产生变形，定位销7，8，9穿过并支承其示踪纱交叉点42，32，52，改变了经向示踪纱3，4，5和纬向示踪纱2的初始位置，到达了经向示踪纱3'，4'，5'和纬向示踪纱2'的位置。即相当于将示踪纱交叉点42，32，52校正到设计位置4'2'，3'2'，5'2'，以符合缠绕设计位置的要求。
5)继续缠绕纤维织物6直至其尾端，确保所有经向示踪纱3，4，5和纬向示踪纱2在形变后均处在设计位置，将纤维织物6的尾端固定；
6)使用气压控制装置10抽真空，产生负压，将定位销7，8，9吸回，收缩，直至其顶端与成型模具1外表面平齐；
7)使用固体模具(或者柔性模具)包裹纤维织物6及成型模具1，抽真空后注射树脂；
8)加温加压以使纤维织物6固化。
本发明提供的一种纤维织物卷绕变形的控制方法及其成型模具的目的在于通过在纤维织物表面放置经向，纬向示踪纱,在成型模具上设置定位销，定位销的位置与示踪纱交叉点相互对应。定位销初始高度与成型模具外表面等高，使用成型模具中心的气压控制装置加压，通过真空导管将气压控制装置与定位销连接，随着压力的增加，定位销充压伸出成型模具表面，达到设定高度，将纤维织物缠绕/铺放到成型模具上，定位销穿透并支承纤维织物上的示踪纱的交叉点，将不满足设计变形的纤维织物进行经纱和纬纱的位置校正，对每个示踪纱交叉点的卷绕量进行径向和纬向的精确控制和调整，从而保证纤维织物在卷绕/铺覆过程中示踪纱位置保持在设计的偏差内。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种纤维织物卷绕变形的控制方法，包括：
步骤S1：根据纤维织物缠绕在成型模具上的设计位置，提升所述成型模具表面设置的若干定位销；
步骤S2：将纤维织物缠绕在所述成型模具上，使所述纤维织物上设置的经向示踪纱和纬向示踪纱的若干交叉点对应覆于所述定位销上；
步骤S3：收回已提升的所述定位销；
步骤S4：用固定模具包裹所述纤维织物，抽真空后注射树脂。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述设计位置中，所述交叉点与所述定位销的位置对应。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述定位销通过气压调整其高度，以使所述定位销凸出于所述成型模具表面一设定距离。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，回收已提升的所述定位销，以使所述定位销的顶部与所述成型模具的表面等高。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤S4后，加温加压以使所述纤维织物固化。
7.一种成型模具，其特征在于，包括气压控制装置和若干定位销，所述定位销设置在所述成型模具的表面，所述气压控制装置用于升降所述定位销，所述气压控制装置提升所述定位销以使所述定位销凸出于所述成型模具表面一设定距离，所述气压控制装置下降所述定位销以使所述定位销的顶部与所述成型模具的表面等高。
8.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，所述气压控制装置通过真空导管与所述定位销连接。
9.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，所述定位销的移动方向垂直于所述成型模具的表面。
10.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，所述设定距离大于等于零，且小于等于100mm。
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