CN117512878A - 一种三维预制体单针织造成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维预制体单针织造成形装置及方法。本发明所述三维预制体单针织造成形装置包括出纱机构、导向机构、压实机构；本发明所述装置的织造成形方法是通过机械臂在位于下孔板上方的导向阵列中移动输出纱线，当编织完一层后，上孔板沿导轨向下压实预制体，多次编织和压实后，可以实现大厚度预制体的编织，提高了预制体构件尺寸精度，改善了预制体的力学性能。相较于现有技术，本发明实现了大厚度预制体的编织，同时解决了预制体厚度方向层间强度低、易分层且冲击韧性和损伤容限较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及三维预制体织造成形技术领域，具体涉及一种三维预制体单针织造成形装置及方法。
背景技术
数字化单针织造成形系统与装备适用于大型、变截面、高密度高性能纤维复合材料构件的制备，可实现单根纤维及总体预制体结构的纤维定向布局，实现复杂复合材料预制体的三维结构织造成形。目前，三维机织预制体成形装备只能织造一些较薄的预制体，针对厚度较大的复合材料构件预制体难以实现一体化成形，通常采用多层叠合以及缝合的方法实现，会存在预制体厚度方向层间强度低、易分层且冲击韧性、损伤容限较低和效率低下的问题，对预制体构件尺寸精度和力学性能产生重要影响。因此，需设计一种大厚度三维预制体的单针织造成形装置，以解决上述问题。
发明内容
发明目的：为解决上述问题，本发明提供了一种三维预制体单针织造成形装置及方法，解决了预制体厚度方向层间强度低、易分层且冲击韧性和损伤容限较低的问题，同时能够编织大厚度的预制体。
技术方案：为实现上述目的，本发明所述三维预制体单针织造成形装置采用的技术方案具体如下：三维预制体单针织造成形装置包括出纱机构、导向机构、压实机构；所述出纱机构包括机械臂、机械臂尖端的空心针；导向机构包括若干导向棒、导轨；压实机构包括上孔板、位于上孔板下方的下孔板、固定于上孔板下侧的第一钢条框、固定于下孔板上侧的第二钢条框、顶板、位于顶板下方的底板、自上而下穿过顶板的丝杆、电机、与电机相连的丝杆升降机、联动轴；所述若干导向棒自下而上穿过下孔板及第二钢条框，导轨沿竖直方向穿过上孔板，导轨两端固定于顶板、底板四周；所述钢条框包括第一钢条框、第二钢条框，均为镂空矩形，若干导向棒穿过镂空部分，镂空部分与导向棒阵列适配；所述联动轴连接两个丝杆升降机；所述出纱机构在导向棒间输出纱线，压实机构沿着导轨运动。
进一步的，所述出纱机构独立于导向机构与压实机构外。
进一步的，所述机械臂为六轴机械臂。
进一步的，所述机械臂尖端的空心针有纱线穿过。
进一步的，所述若干导向棒有序排列，形成导向阵列。
进一步的，所述导轨设置有四根，丝杆设置有两根。
进一步的，所述压实机构通过联动轴实现两个丝杆升降机同时控制丝杆转动，从而使压实机构沿着导轨运动。
进一步的，所述镂空部分形状与预制体所要达到的外部形状一致。
本发明所述三维预制体单针织造成形装置的织造成形方法采用的技术方案具体如下：
a)根据预制体结构计算导向棒的直径与间距，在上孔板和下孔板上开孔，将导向棒穿过下孔板；
b)根据所设计的预制体，运行机械臂，使出纱机构里的空心针在导向阵列里有序移动，同时输出纱线，将纱线缠绕在导向棒上；
c)完成一层编织后，将机械臂抬起，控制上孔板沿着导轨向下移动，并覆盖在下孔板上，再使上孔板沿着导轨向上移动，回到初始位置，多次重复，完成压实；
d)重复步骤b)、c)，直至将所设计的预制体编织完成；
e)完成最后一次压实后，将上孔板压在下孔板上，将两个钢条框固定在一起，再把两个钢条框和导向棒一起取下来；
f)移走导向棒，同时把导向棒替换为纱线，完成大厚度预制体的编织。
进一步的，所述步骤b)中空心针在导向阵列里沿0°或45°或90°移动。
有益效果：本发明较于现有技术，具有如下显著效果：通过本发明装置实现了大厚度预制体的编织，同时解决了预制体厚度方向层间强度低、易分层且冲击韧性和损伤容限较低的问题。
附图说明
图1为本发明提供的单针织造成形装置的正视图。
图2为本发明提供的单针织造成形装置的侧视图。
图3为本发明提供的单针织造成形装置执行压实步骤时的结构示意图。
图4为本发明提供的单针织造成形装置的上孔板的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种三维预制体单针织造成形装置及方法。请参阅图1、图2、图4所示，下面对本发明提供的三维预制体单针织造成形装置作进一步详细说明：三维预制体单针织造成形装置包括出纱机构10、导向机构20、压实机构30，出纱机构10独立于导向机构20与压实机构30外；出纱机构10包括机械臂101、机械臂尖端的空心针102，其中，机械臂101为六轴机械臂，机械臂尖端的空心针102有纱线穿过；导向机构20包括若干导向棒201、导轨202，其中，若干导向棒201有序排列，形成导向阵列，导轨202设置有四根，导轨202沿竖直方向穿过两孔板四周并固定，若干导向棒201自下而上穿过下孔板302及第二钢条框；压实机构30包括上孔板301、位于上孔板301下方的下孔板302、固定于上孔板301下侧的第一钢条框、固定于下孔板302上侧的第二钢条框、顶板308、位于顶板308下方的底板、自上而下穿过顶板308的丝杆307、电机304、与电机304相连的丝杆升降机305、联动轴306，其中，联动轴306连接两个丝杆升降机305，钢条框303包括第一钢条框、第二钢条框，均为镂空矩形，若干导向棒201穿过镂空部分，镂空部分与导向棒阵列适配，镂空部分的形状与预制体所要达到的外部形状一致；出纱机构10在导向棒201间输出纱线，压实机构30通过联动轴306实现两个丝杆升降机305同时控制丝杆307转动，从而使压实机构30沿着导轨202运动。
请参阅图3所示，下面对本发明提供的三维预制体单针织造成形装置的织造成形方法作进一步详细说明：a)根据预制体结构计算导向棒201的直径与间距，在上孔板301和下孔板302上开孔，将导向棒201穿过下孔板；b)根据所设计的预制体，运行机械臂101，使出纱机构10里的空心针102空心针102在导向阵列里可沿0°或45°或90°移动，同时输出纱线，将纱线缠绕在导向棒201上；c)完成一层编织后，将机械臂101抬起，启动电机304，通过联动轴306使两个丝杆升降机305同时控制两根丝杆307转动，进而使上孔板301沿着导轨202向下移动，并覆盖在下孔板302上，再使上孔板301沿着导轨202向上移动，回到最初的位置，多次重复，完成压实；d)重复步骤b)、c)，直至将所设计的预制体编织完成；e)完成最后一次压实后，将上孔板301压在下孔板302上，同时拆解钢条框303，然后将两个钢条框303固定在一起，再把两个钢条框303和导向棒201一起取下来；f)移走导向棒201，同时把导向棒201替换为纱线，完成大厚度预制体的编织。
Claims (10)
1.一种三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，包括出纱机构(10)、导向机构(20)、压实机构(30)；所述出纱机构(10)包括机械臂(101)、机械臂尖端的空心针(102)；导向机构(20)包括若干导向棒(201)、导轨(202)；压实机构(30)包括上孔板(301)、位于上孔板(301)下方的下孔板(302)、固定于上孔板(301)下侧的第一钢条框、固定于下孔板(302)上侧的第二钢条框、顶板(308)、位于顶板(308)下方的底板(309)、自上而下穿过顶板(308)的丝杆(307)、电机(304)、与电机(304)相连的丝杆升降机(305)、联动轴(306)；所述若干导向棒(201)自下而上穿过下孔板(302)及第二钢条框，导轨(202)沿竖直方向穿过上孔板(301)，导轨(202)两端固定于顶板、底板四周；所述钢条框(303)包括第一钢条框、第二钢条框，均为镂空矩形，若干导向棒(201)穿过镂空部分，镂空部分与导向棒阵列适配；所述联动轴(306)连接两个丝杆升降机(305)；所述出纱机构(10)在导向棒(201)间输出纱线，压实机构(30)沿着导轨(202)运动。
2.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述出纱机构(10)独立于导向机构(20)与压实机构(30)外。
3.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述机械臂(101)为六轴机械臂。
4.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述机械臂尖端的空心针(102)有纱线穿过。
5.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述若干导向棒(201)有序排列，形成导向阵列。
6.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述导轨(202)设置有四根，丝杆(307)设置有两根。
7.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述压实机构(30)通过联动轴(306)实现两个丝杆升降机(305)同时控制丝杆(307)转动，从而使压实机构(30)沿着导轨(202)运动。
8.根据权利要求1所述的三维预制体单针织造成形装置，其特征在于，所述镂空部分形状与预制体所要达到的外部形状一致。
9.一种使用如权利要求1至8中任一项所述的三维预制体单针织造成形装置的织造成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)根据预制体结构计算导向棒(201)的直径与间距，在上孔板(301)和下孔板(302)上开孔，将导向棒(201)穿过下孔板；
b)根据所设计的预制体，运行机械臂(101)，使出纱机构(10)里的空心针(102)在导向阵列里有序移动，同时输出纱线，将纱线缠绕在导向棒(201)上；
c)完成一层编织后，将机械臂(101)抬起，控制上孔板(301)沿着导轨(202)向下移动，并覆盖在下孔板(302)上，再使上孔板(301)沿着导轨(202)向上移动，回到初始位置，多次重复，完成压实；
d)重复步骤b)、c)，直至将所设计的预制体编织完成；
e)完成最后一次压实后，将上孔板(301)压在下孔板(302)上，将两个钢条框(303)固定在一起，再把两个钢条框(303)和导向棒(201)一起取下来；
f)移走导向棒(201)，把导向棒(201)在预制体原位置处替换为纱线，完成大厚度预制体的编织。
10.根据权利要求9所述的三维预制体单针织造成形方法，其特征在于，所述步骤b)中空心针(102)在导向阵列里沿0°或45°或90°移动。
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