专利摘要

一种复合材料三维织造成形方法，属于纺织与制造的交叉领域。该方法首先根据零件结构特点，进行分层设计并优化织造路径；按照一定规则、间隔将织造导向柱布置在可控数字化编排模板上；导向套沿Z向穿过空心导向柱外翻后固定在可控数字化模板上；选取丝材进行该层的织造；完成一个层厚的织造后，可控数字化编排模板下降，带动导向套向外露出一段距离，形成新的一层编排模板；层层织造，直到完成整个零件的织造；拆卸零件并缝制；浸渍树脂，形成复合材料零部件的制造。该方法将快速原形技术与织造技术有机结合起来，实现了复杂功能零部件的三维织造；同时将复合材料制备和零部件成形一体化，实现了复杂结构功能部件的制造。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型三维编制功能部件的方法及设备，属于纺织与制造的交叉领域。

背景技术

三维织造技术被称之为目前国际上最先进的复合材料制作技术之一。三维织造是通过长短纤维相互交织而获得的三维无缝合的完整结构，其工艺特点是能制造出规则形状及异形实心体并可以使结构件具有多功能性——即：织造多层整体构件。

80年代初，Quadrax Advanced Materials公司的R.Florentine博士提出四步法加工工艺，1988年，杜邦的Popper和McConnell开发了两步法加工工艺，对三维编织的工艺理论体系进行了完善。三维编织纤维在三维空间中相互交织交叉在一起，不但在平面内相互交织而且在厚度方向亦相互交织，从而形成了一个不分层的整体结构，提高了编织件整体性能。此项技术的发展促进了多向增强复合材料在航空工业中的应用，受到各国研究所及公司的极大关注。然而，三维编织技术更多地只用于加工截面尺寸变化较小的预型件，对于复杂形状的预型件需通过在编织过程中改变纤维排布或数量，使得加工工序复杂化，不易于自动化控制。

中国专利号ZL200820078572.1的专利，公开了一种三维全五向编织预型件及其编织设备。在三维五向编织结构的编织束的交叉路径形成的空隙内，沿编织轴线方向添加有轴向束，改善了所编织材料的轴向性能。但是该方法提到了具体编织的方向路径，依然采用三维立体方向来编织，并沿着行方向轨道和列方向轨道进行编织，所编织预型件的形状尺寸受到一定限制，同时，所编织的材料缺乏很强的承载性和整体性能。

特别近年来，随着我国航空航天、国防军工等工业的快速发展，对复合材料三维编织技术要求越来越高，传统预型件的三维编织技术在加工复杂大结构件上均存在困难，因此各国的研究趋势是不断改进和开拓编织工艺，在保证预型件整体性能的基础上提高编织的适应性，促进三维编织技术在复杂截面尺寸变化较大、大尺寸结构件上的应用。

发明内容

针对现有技术存在着织造零件形状简单、尺寸小、致密度低、浸渍后空隙多的不足及缺陷，本发明的目的是提供一种复合材料三维织造成形方法，旨在扩大传统三维织造材料的范围，制造大型复杂的结构零件，并提高普通三维织造零件的抗冲击力及承载力，满足复合材料制备主承力构件的结构性能要求。

一种复合材料三维织造成形方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a)根据零件结构性能及外形尺寸特点，在CAD模型中分层，并进行单层的网格填充路径优化；

b)根据零件特点要求，按照一定规则、间隔将织造导向柱布置在可控数字化编排模板上；

c)导向套沿Z向穿过空心导向柱外翻后固定在可控数字化模板上；

d)结合零件的性能要求，选取相应材料的丝材作为编制加工的原材料，该丝线缠绕织造导向柱进行该层图案的织造，并将导向套锁紧；

e)当一个层厚织造完成后，可控数字化编排模板下降一个层厚，带动导向套向外露出一段距离，形成新的一层编排模板，为下一层的织造做准备工作；

f)按照步骤e层层织造，直到完成整个零件的织造；

g)从模板上拆卸零件并沿导向套进行整体零件的缝制；

h)浸渍到树脂中，形成复合材料零部件的制造。

所述可控数字化编排模板能够根据零件的结构形状特点，按照一定规则、形状排列成不同形式的导向柱，形成各种不同的编排模板。

所述导向套为中空结构，外部光滑，内部形状根据所织造零件的结构特点来确定，可以为螺纹形状、锯齿形状等；导向套可以为多根单独的丝线组成。

所述选取的丝材包括碳纤维、金属丝、芳纶纤维、聚乙烯纤维等复合材料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)将快速原形技术与织造技术有机结合起来，实现了复杂功能零部件的三维织造。

2)复合材料制备和零部件成形一体化，实现大型、复杂结构功能部件的制造。

3)本织造方法具有多孔道的浸渍通道，能够进一步加强复杂结构零件的致密度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

图1为三维织造功能部件方法流程图；

图2为可控数字化编排模板上织造导向柱的工作过程示意图；

图3分层截面为正六边形的X方向绕线方式

图4分层截面为正六边形的Y方向绕线方式

附图标记

1-导向套外层     2-导向套内层      3-导向柱

4-固定装置    5-张紧装置      6-线轴

具体实施方式

为了清楚地表达出本发明一种复合材料三维织造成形方法步骤特点，以下列举一个截面为正六边形的简单六棱柱的织造方法。

根据零件特点，将织造导向柱按3mm的间距密集排列在模板上，以组成60×60mm的可控数字化编排模板；根据零件性能要求，织造出若干外部光滑，内部有螺纹状的中空导向套；导向套沿Z向穿过空心导向柱外翻后固定在可控数字化模板上，其中，导向套光滑壁2紧贴中空导向柱内壁，带有螺纹的导向套外壁1包裹在中空导向柱外壁，套在导向柱外壁底端的导向套利用固定装置4固定，导向柱内侧的导向套通过张紧装置5来锁紧，并随着导向柱的慢慢移动，从线轴6源源不断的上线。

选取碳纤维作为织造丝线，按照图3的织造路径，缠绕织造导向柱，锁紧导向套，完成图案的织造；选取玻璃纤维作为织造丝线，再按照图4的织造路径，缠绕织造导向柱，锁紧导向套，完成图案的织造；当完成上述织造后，可控数字化编排模板下降一个层厚，带动导向套向外露出一段距离，形成新的一层编排模板，为下一层的织造做准备工作。

丝线不断反复上述运动步骤直至完成整个零件的织造过程；最后拆卸零件沿导向套进行整体缝制并在树脂中浸渍零件，形成所需的复合材料功能零件。

在本实施例中，虽然仅以正六边形相垂直的两方向织造为例介绍了该三维织造方法，其实际零部件织造中，织造方向可呈一定角度，不限于图中所示方向。同时，本实施例的织造路径并不限于以上两种，还有各种在二维平面上的动作形式。

以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，进行其他实施例，均应属于本发明的保护范围。

一种复合材料三维织造成形方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。