一种基于工艺复合的预制体局部补强方法与流程

本发明涉及先进制造，具体涉及一种基于工艺复合的预制体局部补强方法。

背景技术：

1、随着复合材料在运载火箭、导弹卫星、轨道交通等领域的广泛应用，复合材料预制体的成形要求日益严苛。目前预制体大多采用单工艺成形，成形结构单一，这决定了复合材料预制体性能的单一，难以满足当前复合材料的多功能应用需求，因此实现复合材料的结构功能一体化成形成为亟需解决的问题，这也决定了预制体的成形需由单一成形工艺逐渐向多工艺复合的方向发展，通过选择合适的工艺复合实现预制体的分区域多功能成形；此外，对于不规则结构的复杂形状预制体，采用单一工艺成形时较为复杂，难以实现近净成形，材料冗余较多，成形时间长，因此，如何通过多工艺复合实现预制体的一体化成形成为当今研究的重点和难点。

2、本发明提出一种基于工艺复合的预制体局部补强方法，以整体织物为基体，通过针刺工艺的局部区域补强，能够有效实现复杂结构预制体的分区域一体化成形，为复杂结构预制体提供了一种新的成形方法；通过对基体织造工艺、织造材料、织造工艺参数和各局部补强区域针刺材料、针刺工艺参数的调节，能够实现预制体的结构功能一体化成形；此外，采用多工艺复合缩短了预制体的制造周期、降低了制造成本。

技术实现思路

1、本发明主要是提供一种基于工艺复合的预制体局部补强方法，该方法将预制体划分为整体基体区域和局部补强区域，以整体织物为基体，采用针刺工艺实现局部区域补强，配合浅层缝合或整体缝合工艺提高预制体的层间结合能力，通过对基体织造工艺、织造材料、织造工艺参数和各局部补强区域针刺材料、针刺工艺参数的调节，实现了复杂结构复合材料预制体的高精度快速成形。

2、⒈一种基于工艺复合的预制体局部补强方法，具体步骤如下：

3、①依据构件的应用需求确定预制体的结构设计方案；

4、②根据设计的结构将样件划分为整体基体区域(2)和各局部补强区域(1)；

5、③将整体基体的形状进行近似处理，确定整体基体区域(2)的仿形尺寸和形状；

6、④将各局部补强区域的尺寸进行近似处理获得各局部补强区域(1)的仿形尺寸及形状；

7、⑤结合整体基体区域(2)的性能要求确定织物成形工艺，选择织物的织造材料和织造成形工艺参数，并进行整体织造成形；

8、⑥依据各局部补强区域(1)的性能要求分别确定不同局部补强区域的针刺成形材料和针刺成形工艺参数；

9、⑦根据各局部补强区域仿形尺寸、形状、材料以及针刺工艺参数要求，按比例裁剪纤维布和纤维毡；

10、⑧按照各局部补强区域针刺材料及针刺工艺参数要求，进行各局部补强区域的针刺成形直至补强区域针刺完成，通过针刺引入z向纤维，使各局部补强区域布毡叠层(3)与整体基体区域z向结合，得到最终的整体基体织造-局部区域针刺补强的三维预制体。

11、⒉所述的整体基体区域的划分受构件整体基体区域整体织造的工艺约束，尽可能保证整体基体区域形状是规则结构，便于整体基体织物的成形。

12、⒊所述的整体基体织物结构包括但不限于编织、机织、针织结构。

13、⒋所述的整体基体织物的各方向纤维密度、纤维体积分数等参数可以根据构件的性能要求进行调节。

14、⒌所述的各局部补强区域的划分根据构件的性能需求确定，不同的局部补强区域可以选择不同的纤维布、纤维毡材料及其比例。

15、⒍所述的各局部补强区域所需纤维布和纤维毡的材料包括但不限于碳、碳化硅、玻璃、芳纶中的一种或多种组合。

16、⒎所述的局部补强区域成形之前，可以先在基体织物上铺放部分布毡后使用整根缝合纤维(4)浅层缝合，再进行局部补强区域针刺成形。

17、⒏所述的局部补强区域力学性能要求较高且区域面积较小时，可以采用针刺加整体缝合的工艺实现增强。

18、本发明有益的效果是：

19、本发明提出的基于工艺复合的预制体局部补强方法，利用针刺工艺实现对织物的局部区域补强，能够快速成形复杂结构预制体，解决异形件成形困难的问题；针刺工艺的区域化应用使得多工艺复合简单化，降低工艺复合成本，同时，分区域近净成形能够有效提高预制体的织造精度，提高成形效率；此外，基体织造工艺、织造材料、织造工艺参数和各局部补强区域针刺材料、针刺工艺参数各等复合工艺可根据应用需求随时调整，能够确保预制体的结构功能一体化成形，应用范围广阔。

技术特征：

1.一种基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的整体基体区域的划分受构件整体基体区域整体织造的工艺约束，尽可能保证整体基体区域形状是规则结构，便于整体基体织物的成形。

3.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的整体基体织物结构包括但不限于编织、机织、针织结构。

4.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的整体基体织物的各方向纤维密度、纤维体积分数等参数可以根据构件的性能要求进行调节。

5.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的各局部补强区域的划分根据构件的性能需求确定，不同的局部补强区域可以选择不同的纤维布、纤维毡材料及其比例。

6.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的各局部补强区域所需纤维布和纤维毡的材料包括但不限于碳、碳化硅、玻璃、芳纶中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的局部补强区域成形之前，可以先在基体织物上铺放部分布毡浅层缝合，再进行局部补强区域针刺成形。

8.根据权利要求1所述的基于工艺复合的预制体局部补强方法，其特征在于，所述的局部补强区域力学性能要求较高且区域面积较小时，可以采用针刺加整体缝合的工艺实现增强。

技术总结
本发明涉及一种基于工艺复合的预制体局部补强方法，适用于先进制造技术领域。本发明方法的步骤为：根据构件的性能需求设计预制体尺寸及结构，划分为整体基体区域和各局部补强区区域，并对整体基体区域和各局部补强区域进行近似形状处理，确定整体基体区域的成形工艺、材料及其工艺参数并整体织造成形，确定各局部补强区域针刺成形材料和工艺参数并进行针刺成形，通过针刺引入Z向纤维，使各局部补强区域布毡叠层与整体基体区域z向结合，得到最终的三维预制体。本发明提出的基于多工艺复合的局部补强方式能够制备结构功能一体化的复杂结构预制体，实现异形件的一体化成形，缩短了复杂结构预制体的加工周期，具有良好的应用灵活性。

技术研发人员：刘丰,李浩然,吴晓川,张克旭,陈哲
受保护的技术使用者：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16