一种穿刺仿形预制件的制作方法

本实用新型涉及航天航空天线防护技术领域，具体是一种穿刺仿形预制件。

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，现有的缝合穿刺方法由于纤维本身易断裂等特性，无法通过机器缝合，通常采用人工穿刺缝合，以增强层间结合力，缝合效率较低，且难以标准化。

技术实现要素：

本实用新型提供一种穿刺仿形预制件，用于克服现有技术中不利于机械化生产、效率较低等缺陷，满足强度要求，并大大提高了机械化生产的条件。

为实现上述目的，本实用新型提供一种穿刺仿形预制件，包括：

若干层叠单元，所有层叠单元沿着模具周侧面铺设，并在厚度方向叠置，且至少相邻两层叠单元之间通过缝合线缝合；

连续穿刺纤维，按照预设的次序顺次从若干厚度方向贯穿孔内往复穿过所有所述层叠单元，以完成层叠单元厚度方向的结合；位于同一贯穿孔内的两根纤维朝向模具侧的一端彼此连续；背离模具侧的一端其中一个与上一次序贯穿孔内的一根纤维连续，另一个与下一次序贯穿孔内的一根纤维连续；

每个层叠单元，包括两层以上沿着模具的侧面方向连续铺设并在厚度方向上叠置的纤维布，两层以上的纤维布在端部通过缝合线贯穿缝合连接。

优选地，每个层叠单元内的所述纤维布的两端接头彼此错开，在所述接头处通过缝合线缝合且在厚度方向上至少贯穿相邻两层纤维布。

优选地，包括至少两道所述缝合线，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。

优选地，所述层叠单元还包括一层呈三维立体状的纤维网套，所述纤维网套位于两层纤维布的远离模具的一侧。

优选地，所述纤维网套在被撑开状态下的形状与模具形状相同。

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，并连续螺旋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、管形的任意组合；所述锥形的横截面包括圆形、椭圆形或多边形，所述管形的侧面呈向内凹陷的曲面状或向外凸伸的曲面状。

优选地，所述仿形预制件的各层及缝合线、穿刺纤维的材质包括二氧化硅纤维。

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、穿刺纤维的材质包括碳纤维或碳化硅纤维。

本实用新型提供的穿刺仿形预制件，层叠单元的设置便于纤维布层的铺设和缝合，所有层叠单元铺设并缝合完毕后形成坯体(例如：旋转曲面体或多面棱锥、多面棱柱形状等)，整个坯体基本成型并套设在硅胶软模具上，连续穿刺纤维的穿刺过程可以通过设备自动完成，将连续穿刺纤维一端从空心针中穿过，另一端缠绕在线棍上，空心针带动纤维从曲面体外表面沿厚度方向刺入并穿过曲面体的内表面，从贯穿孔内穿过从曲面体的内表面伸出形成入线，然后空心针反方向返回原位，贯穿孔弹性收缩，纤维与曲面体贯穿孔内壁之间形成静摩擦作用，穿线纤维在空心针返回的过程中相对空心针移动拉动线棍放线而被留在曲面体的内表面以及贯穿孔内形成返线，空心针在按照预设的针距刺入下一贯穿孔，并重复上述动作过程，入线位于旋转体内表面的一端与返线彼此保持连续，位于旋转体外表面的一端其中入线与上一位置贯穿孔的返线连续，返线与下一位置贯穿孔的入线连续，当前位置贯穿孔的穿刺纤维与上一位置贯穿孔之间以及与下一位置穿线孔之间均形成一个针距的位移，上述的结构针距可以通过控制旋转体旋转控制，也可以通过控制安装空心针的机械手移动量控制，整个穿刺工作可实现机械化生产，大大提高了生产效率，且穿刺纤维沿旋转体的厚底贯穿缝合，能够满足层间结合力要求。

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为本实用新型实施例一提供的天线罩三维仿形预制件的示意图；

图2为图1沿a-a向剖视图；

图3为图2中i的局部放大示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的喷管三维仿形预制件的示意图。

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1-3所示，本实用新型实施例提供一种穿刺仿形预制件，下面以天线罩的三维仿形预制件为例进行说明：

三维仿形预制件1呈旋转曲面体状或多棱锥或多棱柱等，包括：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，所述管形的侧面呈向内凹陷的曲面状或向外凸伸的曲面状；本实施例中采用锥形封顶三维立体形状，底部开口；所述天线罩的仿形预制件的各层及缝合线、穿刺纤维包括二氧化硅纤维。透波性能较强，不妨碍内部安装的天线的正常实用，且具有一定的强度和防腐蚀性能，对天线能够起到保护作用。若干层叠单元3，所有层叠单元3沿着旋转曲面体的厚度方向叠置，且至少相邻两层叠单元3均通过缝合线彼此贯穿缝合；这里可采用手工贯穿缝合；

连续穿刺纤维7，按照预设的次序顺次从若干厚度方向贯穿孔内往复穿过所有所述层叠单元3，以完成层叠单元3厚度方向的结合；位于同一贯穿孔内的两根纤维朝向旋转曲面体内侧的一端彼此连续；朝向旋转曲面体外侧的一端其中一个与上一次序贯穿孔内的一根纤维连续，另一个与下一次序贯穿孔内的一根纤维连续；这里的内侧指的是靠近旋转轴线的一侧。

每个层叠单元3，包括两层以上沿着旋转曲面体的侧面方向连续铺设并在厚度方向上叠置的纤维布4，两层以上的纤维布4在端部通过缝合线贯穿缝合连接。

作为优选实施例一

制作开始时需要在模具2上逐层铺设纤维布层4，在模具2上包裹多层纤维布4，并沿纤维布接头贯穿缝合多层纤维布，形成一个层叠单元3；

一般采用三层纤维布层4作为一个层叠单元3；这里的纤维布是由经向纤维和纬向纤维纵横编织形成，纤维布的大小尺寸根据所用原料进行选择，将纤维布沿模具外表面铺设或者围绕模具包裹多层，一片纤维布可以围绕模具包裹1～3层，或任意非整数层，通过多片纤维布多次铺设完成一个层叠单元的铺设。

可以每铺设一层纤维布就沿接头处缝合，缝合时可缝合至少相邻两层纤维布，也可贯穿相邻两层叠单元，也可以每次都贯穿当前纤维布层与模具之间的所有层纤维布层，为了提高层间结合力，在本实用新型一实施例中，在每次缝合过程中，缝合线形成两道锯齿状交叉走线痕迹，此外缝合线还可沿着坯件半成品外侧面一周呈环状走线痕迹，每周环状缝合线围合的平面可与坯件半成品中心轴线垂直，或与之夹角呈锐角，多条环状缝合线在180度相对的两侧轴向某一位置交叉，在错开90度的另外两个180度相对两侧轴向上均布错开，以提高缝合密度和层间结合力及各方面性能。

多次铺设时所述在模具上包裹多层铺设纤维布，并沿纤维布接头贯穿缝合多层纤维布，形成一个层叠单元的步骤包括：

s11a，在所述模具上包裹三层纤维布，在包裹过程中纤维布的接头彼此交错；接头彼此错开或交叉以保证平铺层纤维的连续不间断，保证环向或纬度方向的强度；在本实用新型一实施例中，三层纤维布的接头位置沿母线方向彼此错开120度，接头处均匀布置，有利于保持层叠单元环向(维向)强度性能的均匀性。

s12a，沿纤维布接头位置贯穿缝合三层纤维布形成一个层叠单元。这里的贯穿缝合采用传统缝合方法，具体沿着接头交错的位置缝合，缝合手法可以采用任意的形式：齿形线或波浪线，或两道彼此交错180°相位的齿形线和波浪线，以增加交叉的两纤维层的接头处连接强度。

若干层叠单元3，相邻两单元之间缝合，每个单元包括三层纤维布，n单元与n-1单元自动针刺贯穿缝合；缝合线从一个穿孔内进入后至延伸层再返回，包括入线和返线两根，位于延伸层内的一端连续并没有位移，返线从表层出来后按照设定的针距与另一穿孔的入线连接；

天线罩预制件为锥体，包括母线为直线、直线与弧线过渡衔接、弧线的回转体和横截面为梭形的锥体。

为保证环向纤维强度，在所述层叠单元上包裹三层纤维布，在包裹过程中纤维布的接头彼此交错；为增加层间结合力，并使得半成品的预制体快速成型，沿纤维布接头位置贯穿缝合三层纤维及上一层叠单元布完成相邻两层叠单元的缝合；重复上述包裹步骤和缝合步骤，由内到外依次完成相邻两层叠单元的缝合；这里的内指的是贴近模具的方向，外指的是远离模具的方向；脱模后贯穿缝合所有层叠单元形成半成品。本方案第1层叠单元、第2层叠单元、第3层叠单元……第n层叠单元均采用步骤s1中方案一的铺设层结构。

作为优选实施例二

所述层叠单元还包括一层呈三维立体状的纤维网套6，所述纤维网套6位于两层纤维布层的外侧。

多次铺设时所述在模具上包裹多层铺设纤维布，并沿纤维布接头贯穿缝合多层纤维布，形成一个层叠单元的步骤s1优选为以下具体方案二：包括：

s11b，在所述模具2上包裹两层纤维布，在包裹过程中纤维布的接头彼此交错；

s12b，在两层纤维布上套设一纤维网套6；这里的纤维套为三维立体结构，通过经向纤维和纬向纤维编织形成；例如采用多根经向纤维和一根连续的纬向纤维编织形成；纤维网套由于整体编织形成，相对于纤维布铺设层韧性和强度等各方面的性能更为优越；

s13b，沿纤维布接头位置贯穿缝合两层纤维布4及外层的纤维网套6形成一个层叠单元。

这里的贯穿缝合采用传统缝合方法，具体沿着接头交错的位置缝合，缝合手法可以采用任意的形式：齿形线或波浪线，或两道彼此交错180°相位的齿形线和波浪线，以增加交叉的两纤维层的接头处连接强度。

s2，重复上述步骤s1形成多个层叠单元，并贯穿所有层叠单元缝合形成半成品；10～18个层叠单元叠加完成仿形预制件半成品的整体铺设；为了提高层叠单元之间结合紧密和牢固程度，也可以每次铺设形成一个层叠单元后，将其与之前相邻的一个层叠单元缝合；例如由贴近模具的方向到远离模具的方向依次为第1层叠单元、第二2层叠单元、第3层叠单元……第n层叠单元；铺设过程中也有按照序号次序形成；例如形成第1层叠单元后贯穿缝合接缝；完成第2层叠单元铺设后，沿纤维布接缝贯穿第1层叠单元及第2层叠单元缝合；完成第3层叠单元铺设后，贯穿第3层叠单元与第2层叠单元缝合；如此重复，直到完成第n层叠单元铺设后，贯穿第n层叠单元与第(n-1)层叠单元缝合，可贯穿第(n-1)层叠单元缝合，也可不贯穿第(n-1)层叠单元缝合，实现相邻两层叠单元之间的连接即可；

在缝合厚度不厚时，可直接通过穿刺针穿过，在厚度较厚时，可以通过机器打孔，人工缝合时沿着孔缝合即可。

s3，空心针沿厚度方向刺入半成品内表面后沿原路反方向脱离半成品外表面，按照预设针距移动至下一位置重复上述穿刺过程；

s4，缝线(连续穿线纤维7)穿入空心针内部随着空心针的穿刺动作贯穿半成品内部，形成贯穿厚度方向的连续纤维以将多层纤维布缝合在一起。

通过机器控制空心针沿着半成品的外表面的法向刺入其内带动空心针内部的缝线贯穿整个厚度方向的所有层叠单元(纤维布层)从内表面伸出，然后空心针沿原路迅速反方向返回原位，在空心针动作的过程中，模具以及安装在模具上的坯件静止，此时由于缝线与内部纤维层之间的摩擦力的作用使得缝线从空心针内被抽出而被留在空心针返回的路径中，空心针相对半成品纬度方向或经度方向或任意方向移动一个针距的位移(旋转曲面体坯件时一般通过工作台带动模具及坯件动作，多棱锥或多棱柱形状的坯件时一般通过机械手控制空心针移动)，缝线同样受到上述摩擦力而相对空心针移动，空心针在下一位置重复上述刺入动作时，带动缝线沿半成品法向穿入路径缝合后伸出其内壁的部分缝线留在内壁刺穿位置后，再带动缝线沿原穿入路径返回，如此重复按照穿刺密度完成半成品所有面的穿刺加工，缝线沿着半成品厚度方向往复贯穿编织缝合，获得的仿形预制件，平铺层的纤维布由双向连续纤维编织而成，厚度方向通过连续的缝线将上述纤维布紧密的编织在一起，缩小平铺层之间的间隙，提高层间结合的强度；并且该方法适合工业上自动化加工，能大大提高穿刺效率，且穿刺密度可精准控制。

需要说明的是，这里的厚度方向不一定是沿着法向贯穿，空心针本身具有斜度，空心针刺入时可沿着法向，但缝线由于穿设在斜度的部位，因此缝线可与法向呈一个锐角。

缝线一端从空心针伸出，另一端缠绕在线棍上，随着穿刺的动作从空心针内穿过并沿着空心针的行程在摩擦力的作用下被留在穿孔内；空心针表面比较光滑，且相对于缝线来说更细，缝线通常采用与纤维布同样材质的透波材质，由于纤维丝束直径很小，具有一定的弯曲变形量，能够弯曲，并且在经过穿孔时受到约束丝与丝之间的间隙变小，丝束整体变细，在失去约束的半成品之外的部分会与自然蓬松状态，间隙相对穿孔内较大，由此产生静摩擦力，以使空心针能从穿孔内抽离而纤维丝束被留在穿孔内。

上述纤维网套6可以采用三维立体编织形成，有效提高了环向纤维强度。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，并连续螺旋盘绕编织形成所述纤维网套。

优选地，为提高生产效率，所述纤维网套6通过一次性编织形成纤维网套的步骤s0。可以采用现有的龙头提花机与有梭织机结合实现一次性编织将二氧化硅纤维或碳化硅纤维编织形成纤维网套。

这里的连续呈螺旋状指的是：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。

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。

实施例二

参见图3、图4，本实用新型实施例，提供一种喷管预制件10，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。层间微结构参见图3，所述仿形预制件的各层及缝合线、穿刺纤维包括碳纤维或碳化硅纤维。具有耐高温、耐腐蚀等性能，符合喷管的使用环境。

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。