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一种针刺仿形预制件

2021-02-01 21:30:36

一种针刺仿形预制件

  技术领域

  本实用新型涉及航天航空预制件技术领域,具体是一种针刺仿形预制件。

  背景技术

  航天航空领域的天线由于使用环境等因素,为了保护天线通常将天线设置在天线罩及天线盖板围设的空间内,天线罩及天线盖板需要采用透波材料制成并且具有一定的强度,天线罩及盖板通常由预制件再加工获得,天线罩预制件及天线盖板预制件通常由透波纤维编织或纤维布铺设后缝合而成,缝合之前为增加纤维布层与层之间的结合力,通常采用针刺工艺将网胎层的短纤维带入纤维布层中实现层间结合,增强层间抗剪切性能。

  现有针刺工艺中通常采用三层作为一个基础单元进行针刺,三层包括纤维布层、纤维层和网胎层,由于预制件整体呈旋转曲面,纤维布为平面原料,平面纤维布需要铺设在模具表面,接头部位的纤维呈现断裂,环向强度无法保证,为了提高环向强度,纤维层采用连续纤维围绕模具环向缠绕形成在纤维布层表面,然后再在纤维层表面铺设网胎层,最后针刺贯穿三层。

  尽管上述纤维层的设置解决了环向强度问题,但是由于绕制环向纤维的工艺耗费时间太长,占用了整个仿形预制件制备周期的一半以上,导致整个仿形预制件制备效率很低。

  实用新型内容

  本实用新型提供一种针刺仿形预制件,用于克服现有技术中生产效率较低等缺陷,实现保证预制件环向强度,且提高预制件的生产效率。

  为实现上述目的,本实用新型提供一种针刺仿形预制件,由环形侧面围设形成,所述环形侧面在厚度方向上包括若干层叠单元:

  每个层叠单元均依次包括:纤维布、纤维网套和网胎;所述纤维布及网胎均呈平面状并沿着预制体的侧面方向连续铺设,在接头处拼接;所述纤维网套为三维立体结构,套设于纤维布与网胎之间;通过缝合线贯穿层叠单元缝合连接;

  针刺层叠单元使得网胎层的短纤维沿厚度方向进入纤维网套及纤维布中完成层内结合形成一个完整的层叠单元;

  所有层叠单元沿着预制体的厚度方向叠置,且至少相邻两层叠单元通过针刺使得网胎层的短纤维沿厚度方向进入相邻层叠单元完成层间结合;

  所有层叠单元之间通过缝合线贯穿厚度方向缝合。

  优选地,每个层叠单元沿着环形侧面由内到外均依次包括:纤维布、纤维网套和网胎;

  靠近环形侧面外侧的层叠单元的短纤维沿厚度方向能延伸至相邻的靠近环形侧面内侧的层叠单元内,完成相邻层叠单元的层间结合。

  优选地,每个层叠单元沿着环形侧面由外到内均依次包括:纤维布、纤维网套和网胎;

  靠近环形侧面内侧的层叠单元的短纤维沿厚度方向能延伸至相邻的靠近环形侧面外侧的层叠单元内,完成相邻层叠单元的层间结合。

  优选地,所述纤维布的两端接头彼此交叠,所述网胎的两端接头彼此交叠,所述纤维布的交叠处与所述网胎层的交叠处重合,通过至少两道缝合线贯穿缝合;所述缝合线的线形呈波浪状或锯齿状,且两道所述缝合线波峰和波谷彼此相对;

  相邻两层叠单元的缝合处彼此错开预设角度。

  优选地,所述纤维网套在三维方向上呈连续状。

  优选地,所述纤维网套包含若干根经向纤维和一根纬向纤维;

  所述经向纤维沿轴向平行设置;

  所述纬向纤维沿着经向纤维排列的跨度方向交替穿过所述经向纤维,并呈螺旋状连续盘绕编织形成所述纤维网套。

  优选地,所述仿形预制件呈锥形、半球形、球冠形、球缺形中任一个,或者呈锥形、半球形、球冠形、球缺形与圆台形、圆柱形、球缺形的任意组合;所述锥形的横截面包括圆形、椭圆形或多边形。多边形优选为棱形。

  优选地,所述仿形预制件的各层及缝合线包括二氧化硅纤维。

  优选地,所述仿形预制件呈圆筒形,横截面直径沿轴向先逐渐变小再逐渐变大。

  优选地,所述仿形预制件的各层及缝合线包括碳纤维或碳化硅纤维。

  本实用新型提供的针刺仿形预制件,铺设层叠单元时,可以先铺设纤维布层、然后再将纤维网套套设在纤维布层外表面,最后再将网胎层包裹在网胎层外表面;也可以先铺设网胎层、然后再将纤维网套套设在网胎层外表面,最后再将纤维布包裹在网胎层外表面;在铺设纤维布和网胎时将两端的头部交叉叠或拼接在一起,然后通过针刺在刺入或穿出层叠单元时,通过针刺上沿径向悬伸的刺将网胎层的短纤维带入纤维布层和纤维网套层,完成层叠单元的层内结合;然后重复层叠单元的铺设,并通过针刺刺穿上一层叠单元和当前层叠单元,完成相邻两层叠单元的结合;重复上述层叠单元的铺设和至少相邻两层叠单元的针刺结合;直到完成所有层叠单元的针刺;最后将完成针刺的预制体半成品脱模后贯穿缝合完成仿形预制件;上述纤维网套是三维立体结构,一方面能够增强环向强度,也能防止内层包裹的纤维布层或网胎层两端头部的脱离,并且纤维网套可以通过机器编织形成,相对于单向纤维缠绕的工艺大大提高了三维预制件的生产效率。

  附图说明

  为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

  图1为本发明实施例一提供的天线罩针刺仿形预制件在加工过程中的示意图;

  图2为图1沿A-A向剖视图;

  图3为本发明优选实施例一提供的针刺仿形预制件在图2中I的局部放大示意图;

  图4为本发明优选实施例二提供的针刺仿形预制件在图2中I的局部放大示意图;

  图5为本发明实施例提供的针刺仿形预制件中纤维网套的纤维走向示意图;

  图6为本发明实施例二提供的喷管针刺仿形预制件的主视图。

  附图标号说明:

  模具1,天线罩仿形预制件2,纤维布4,纤维网套5,网胎6,短纤维7,第一层叠单元31,第二层叠单元32,经向纤维51,纬向纤维52,喷管预制件 10。

  本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

  具体实施方式

  下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。

  需要说明,本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

  另外,在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

  在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接,还可以是物理连接或无线通信连接;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或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

  另外,本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本实用新型要求的保护范围之内。

  实施例一

  如附图1-5所示,本发明实施例提供一种天线罩针刺仿形预制件,由环形侧面围设形成,所述环形侧面在厚度方向上包括若干层叠单元:

  每个层叠单元均依次包括:纤维布4、纤维网套5和网胎6;所述纤维布 4及网胎6均呈平面状并沿着预制体的侧面方向连续铺设,在接头处缝合拼接;所述纤维网套5为三维立体结构,套设于纤维布4与网胎6之间;通过缝合线贯穿层叠单元缝合连接;

  铺设层叠单元时,可以先在模具1上铺设纤维布4、然后再将纤维网套5 套设在纤维布4外表面,最后再将网胎6包裹在纤维网套5外表面;也可以先铺设网胎6、然后再将三维纤维网套5套设在网胎6外表面,最后再将纤维布4包裹在网胎6外表面;在铺设纤维布和网胎时将两端的头部交叉叠在一起;完成第一层叠单元31的铺设;

  针刺所述第一层叠单元31使得网胎层的短纤维7与三维纤维网套5及纤维布4层间结合;通过针刺在刺入或穿出层叠单元时,通过针刺上的刺将网胎6的端纤维带入纤维布4和三维纤维网套5,完成第一层叠单元31的层间结合;针刺层叠单元使得网胎6的短纤维7沿厚度方向进入纤维网套5及纤维布4中完成层间结合形成一个完整的层叠单元;

  所有层叠单元沿着预制体的厚度方向叠置,且至少相邻两层叠单元在拼接处均通过缝合线彼此贯穿缝合;重复铺设层叠单元;完成第二层叠单元32 的铺设;第一层叠单元31与第二层叠单元32的各层铺设顺序相同,以便针刺完成第二层叠单元32的针刺;

  重复层叠单元的铺设后,通过针刺刺穿上一层叠单元和当前层叠单元,完成相邻两层叠单元的结合;重复上述层叠单元的铺设和相邻两层叠单元的针刺结合;直到完成所有层叠单元的针刺;最后将完成针刺的预制体半成品脱模后贯穿缝合完成方形预制件的制备;上述纤维网套是三维立体结构,一方面能够增强环向强度,也能防止内层包裹的纤维层或网胎层两端头部的脱离,并且纤维网套可以通过机器编织形成,相对于单向纤维缠绕的工艺大大提高了三维预制件的生产效率。天线罩预制件或者喷管预制件均可采用上述针刺方法制备,天线罩预制件的纤维通常采用二氧化硅纤维,喷管预制件的纤维通常采用碳化硅纤维。

  为提高仿形预制件的适用性,所述仿形预制件呈锥形、半球形、球冠形、球缺形中任一个,或者呈锥形、半球形、球冠形、球缺形与圆台形、圆柱形、球缺形的任意组合;所述锥形的横截面包括圆形、椭圆形或多边形,多边形优选为棱形。

  为提高仿形预制件在天线罩领域的透波性能,所述仿形预制件的各层及缝合线均采用二氧化硅纤维。

  作为实施例一的第一优选实施例

  参见图3,每个层叠单元沿着环形侧面由内到外均依次包括:纤维布4、纤维网套5和网胎6;

  靠近环形侧面外侧的层叠单元的短纤维沿厚度方向能延伸至相邻的靠近环形侧面内侧的层叠单元内,完成相邻层叠单元的层间结合。

  针刺相邻两层叠单元(包括第一层叠单元31和第二层叠单元32)使得表层的第二层叠单元32的网胎6的短纤维7与第二层叠单元32的三维纤维网套5、纤维布4以及与第二层叠单元32相邻的并靠近模具1一侧的上一所述第一层叠单元31层间结合;

  重复铺设层叠单元及上述在相邻两层叠单元的针刺步骤,完成所有层叠单元的层间结合;第一层叠单元31和第二层叠单元32的层间结合、第二层叠单元32与第三层叠单元的结合、第三层叠单元与第四层叠单元的结合……直到完成所有层叠单元的结合。

  脱模并对完成层间结合的半成品整体在厚度方向贯穿缝合,完成天线罩仿形预制件2的制备。

  该方案的优点在于能够针刺行程稍大于整个预制件厚度即可,能够在刺入的过程中将网胎6内部的短纤维带入到其他层内,刺穿预制件内壁即可。

  作为实施例一的第二优选实施例

  参见图4,每个层叠单元沿着环形侧面由外到内均依次包括:纤维布4、纤维网套5和网胎6;

  靠近环形侧面内侧的层叠单元的短纤维沿厚度方向能延伸至相邻的靠近环形侧面外侧的层叠单元内,完成相邻层叠单元的层间结合。

  针刺相邻两层叠单元(包括第一层叠单元31和第二层叠单元32)使得底层的第一层叠单元31的网胎6的短纤维7与第一层叠单元31的三维纤维网套5、纤维布4以及与第一层叠单元31相邻的并远离模具1一侧的上一所述第二层叠单元32层间结合;

  重复铺设层叠单元及上述在相邻两层叠单元的针刺步骤,完成所有层叠单元的层间结合;第一层叠单元31和第二层叠单元32的层间结合、第二层叠单元32与第三层叠单元的结合、第三层叠单元与第四层叠单元的结合……直到完成所有层叠单元的结合。实际上针刺的行程可与成品的厚度相当,每次针刺所有铺设的层叠单元,例如预设15个层叠单元为坯件的总厚度,则针刺的行程可设置为比15个层叠单元的厚度稍多一点,则直到最后的第15层叠单元铺设完成后,针刺15个层叠单元的厚度,以使最表层网胎的短纤维能够最大限度的与其临近的层叠单元完成厚度上的结合。

  脱模并对完成层间结合的半成品整体在厚度方向贯穿缝合,完成天线罩仿形预制件2的制备。

  相对于上述第一优选实施例,在返回过程中与层叠单元脱离时将短纤维7 带入其他层内部,不会将短纤维从层叠单元内带出来而影响到层间结合质量,而第一优选实施例中,尽管在刺针返回过程中与层叠单元脱离时有可能将短纤维从纤维层和纤维网套层内带出来。

  在上述优选实施例一和优选实施例二的基础上,为提供缝合效率,所述纤维布4的两端接头彼此交叠,所述网胎6的两端接头彼此交叠,所述纤维布的交叠处与所述网胎层的交叠处重合,通过至少两道缝合线贯穿缝合。为提高缝合质量和层间结合力,所述缝合线的线形呈波浪状或锯齿状,且两道所述缝合线波峰和波谷彼此相对。为提高环向整体强度,相邻两层叠单元的缝合处彼此错开预设角度。

  通过二步法编织形成纤维网套5。为了获得更高的环向纤维强度,采用龙头提花机和有梭织机相结合,一次性三维立体织形成立体三维网套。这里的三维立体结构指的是在具有刚性承托下呈现的立体结构,在失去支撑时由于柔性编织材质本身的因素而呈现塌陷状或折叠状,例如毛线编织的帽子,戴在头上呈半球状,摘下来时可以任意折叠,但是编织后形成的编制面是三维连续面;

  优选地,参见图5,所述纤维网套在三维方向上呈连续状。这里的呈螺旋状连续盘绕指的是:纬向纤维与所有的径向纤维的编制绕设方向,可以是自圆锥底部向上螺旋上升,也可以是自圆锥顶部向下螺旋下降,均不影响纬向纤维的连续编织,本方案相对于现有的二步法编织工艺在纬向上的纤维呈连续状,没有接头,一方面减少拼接工艺步骤,另一方面整体强度性能较高,且编织效率相对较高。

  优选地,所述纤维网套包含若干根经向纤维51和一根纬向纤维52;

  所述经向纤维51沿的轴向(即预制件的轴向,若预制件的形状为旋转曲面时,轴向为母线方向;若预制体的形状为横截面呈多边形的锥形时,轴向为棱向)平行设置;

  所述纬向纤维52沿着经向纤维51排列的跨度方向交替穿过所述经向纤维,并呈螺旋状连续盘绕编织形成所述三维网套。

  以锥形三维纤维网套为例进行说明,上述编织形成的纤维网套5,经向纤维51包括若干根平行设置的单根纤维,纬向纤维52为一根连续纤维在多根经向纤维之间编织形成三维纤维网套纤维网套环向的纬向纤维都呈连续状,远远提高了三维预制件的环向强度,并且保持生产效率高效。

  实施例二

  参见图6,在上述实施例的基础上,本发明提供一种喷管针刺仿形预制件 10,与上述实施例一的不同之处在于所述仿形预制件呈圆筒形,横截面直径沿轴向先逐渐变小再逐渐变大。层间微结构可采用与上述实施例一相同的结构,为提高喷管针刺仿形预制件对高温环境的适用性,所述仿形预制件的各层及缝合线包括碳纤维或碳化硅纤维。

  以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是在本实用新型的实用新型构思下,利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

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