多向预成型编织件及其三维整体编织方法

摘要

本发明是一种多向预成型编织件，其包括至少两个不同成型方向的组成部分，且编织件内部的纤维束沿不同的成型方向贯穿于各组成部分之中，形成一个整体结构，该不同成型方向的组成部分相交的位置，具有一个透孔。本发明还是一种多向预成型编织件的三维整体编织方法，包括以下步骤：步骤一、确定成型方向，步骤二、确定理论交线位置，步骤三、确定理论交线的引线区与加线区，步骤四、编织第一组成部分：若到达理论交线的引线区位置，则将经过该位置处的纤维束引出，并留下引出端；若到达理论交线的加线区位置，则将预先准备的新的纤维束添加到该位置，并留有预留端；步骤五、转换编织方向，编织第二组成部分，直至完成第二组成部分的编织。

说明书

技术领域

本发明涉及编织件以及编织方法，特别涉及一种多向预成型编织件及其编织方法。

背景技术

目前三维编织技术以四步法三维编织工艺为主，它源于R.A.Florentine在其专利(US 4312261)中描述的四步法三维编织方法。以其为基础，人们对上述方法进行了各种改进，但是，无论如何改进，其制件成型方向一般也只有一个。

但是，现实生活中，所需要的产品会具有两个或者两个以上的编织方向。例如，矩形截面拐角制件，具有两个编织方向；又例如，由两个或两个以上几何体空间相交构成的复杂形状复合材料支撑体的多向预成型编织件，具有两个或两个以上的成型方向。对于这类有两个或两个以上编织成型方向的复合材料制件，采用已有的四步法三维编织方法或技术就无法完成，不能满足高性能复合材料对预成型编织件的要求。

如果采用三维编织工艺分别编织制件的各个组成部分，然后采用缝合或共固化的技术将它们连接在一起，则这样形成的预成型编织件整体性很差，连接部位仅有缝合纤维或基体受力，承受载荷时很容易因应力集中而被破坏。

针对现有技术的不足，我国专利申请号为“200610013429.X”的《一种多向预成型制件的三维整体编织方法》专利(以下简称对比专利)，提出了一种多向预成型编织件的三维整体编织方法，该方法可以实现两个或两个以上几何体空间垂直相交构成的复杂形状复合材料支撑体的多向预成型编织件的三维整体编织，使制件内部的纤维束可依设计规律沿不同的空间取向贯穿于不同成型方向的组成部分之中，并形成一个连续不分层的三维整体网状结构，提高制件结构的整体性，改善几何体空间连接部位的机械力学性能。其采用的技术方案是：涉及一种多向预成型编织件的三维整体编织方法，该编织方法以四步法三维四向、五向或五向以上方型或/和圆型编织工艺为基础，其特征在于在编织多向预成型编织件的第一成型方向部分的同时，在两个或两个以上几何体空间垂直相交的位置处，按后续成型方向的几何体形状和编织规律要求采用加线引线方法预留出多向预成型编织件的第二或所余下其它成型方向部分的全部纱线后，再继续编织多向预成型编织件的第一成型方向部分，直至完成；然后转换编织方向，在第二或所余下其它成型方向引出所述的预留纱线，并相应调整机器的编织规律，编织多向预成型编织件的第二或所余下其它成型方向部分，直至多向预成型编织件全部编织完成。

为了更直观地了解上述对比专利，以下结合附图来说明。如图1所示，是采用上述对比专利方法制造的一个三维编织预成型编织件，其是由两个方向垂直的圆管相交形成，直径较大的一个圆管称为主管10，另一个称为支管11，主管10与支管11形成有交线12。如图2所示，是图1的剖视图，所述的交线12首尾封闭，围成一个隔片13，所述的隔片13将主管10与支管11的内部空间区隔开。形成这种结构的过程，则如图3所示包括以下步骤：

(1)按照主管10的主轴X方向(向下)编织所述的主管10结构；

(2)当编织到交线12的上半部分时，采用加线引线方法，即：将主管10上的纤维束14引出，使所述的纤维束14退出主管10的编织，同时，加入一根新的纤维束15，参与到主管10的编织中；

(3)新的纤维束15继续按照主管10的主轴X方向(向下)编织，形成隔片13；

(4)当编织到交线12的下半部分时，又采用加线引线方法，即：将纤维束16引出，使所述的纤维束16退出主管10的编织，同时，再加入一根新的纤维束17，参与到主管10的编织中；

(5)新的纤维束17继续按照主管10的主轴X方向(向下)编织，并最终完成主管10的编织；

(6)使用纤维束14的引出端、纤维束15的预留端与纤维束16的引出端以及纤维束17的预留端，按照支管11的主轴Y方向(向左)继续编织，最终完成支管的编织。

由上述描述可知，采用上述对比专利方法制造的三维编织预成型编织件还存在以下不足：

(1)所述的三维编织预成型编织件的主管10与支管11之间具有隔片13，导致主管10与支管11的内部空间不能相通，使得本产品无法作为多通连接接头使用。

(2)形成所述的支管11的所有纤维束中，有一半的纤维束(如14、17)来自主管10的隔片13以外的区域，另一半纤维束(如15、16)来自隔片13，而当主管与支管厚度相近时，隔片13的交线12处由于加线和引线，使隔片13与主管的其他部分连接相对较弱，因而影响支管11与主管10的连接性能。

(3)对比专利没有考虑所述的主管10与支管11的连接部位可能存在的舌部，而直接用纤维束14的引出端、纤维束15的预留端与引出端以及纤维束16的预留端编织支管11将导致跟部花节产生畸变，影响支管11与主管10的连接性能。

本发明正是针对现有技术的上述不足而提出新的三维编织预成型编织件的编织方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种多向预成型编织件及其三维整体编织方法，使一体编织形成的多向预成型编织件形成有透孔，并增加多向预成型编织件的各组成部分的连接强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：

一种多向预成型编织件，包括至少两个不同成型方向的组成部分，且各个组成部分内部的纤维束彼此相连，形成一个连续不分层的三维整体网状结构，其特征在于：所述的不同成型方向的组成部分相交的位置，具有一个透孔。

较佳的技术方案中：所述的组成部分包括一个平板与一个圆管，所述的平板与所述的圆管相交处的透孔使圆管内部与平板相反于圆管的一侧相通，且编织圆管的纤维束均与编织平板的纤维束相连。

较佳的技术方案中：所述的组成部分包括至少两个圆管，每两个相交的圆管的相交处形成的透孔使该两个圆管内部相互连通，且各个圆管中的纤维束彼此相连。

较佳的技术方案中：所述的各组成部分是圆管、或者其它任意截面形状的管。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：

一种多向预成型编织件的三维整体编织方法，所述的多向预成型编织件包括至少两个组成部分，每个组成部分的成型方向各不相同；

其特征在于：每两个相交的组成部分之间的编织方法均包括以下步骤：

步骤一、确定两个相交的组成部分的成型方向以及成型方向的顺序：

确定其中一个组成部分的成型方向为第一成型方向，另一组成部分的成型方向为第二成型方向；具有第一成型方向的组成部分称为第一组成部分，具有第二成型方向的组成部分称为第二组成部分；

步骤二、确定理论交线位置：

所述的理论交线是一条封闭曲线，对应于两个组成部分的交线边缘位置；

步骤三、确定理论交线的引线区与加线区：

假设在理论交线某一位置沿第一成型方向有一条平行射线，若该射线在该位置处是由理论交线的外部到达理论交线的内部，则该位置属于引线区；若该射线在该位置处是由理论交线的内部到达理论交线的外部，则该位置属于加线区；

步骤四、编织第一组成部分：

按照第一成型方向编织第一个组成部分，若到达理论交线的引线区位置，则将该位置处的纤维束引出，并留下引出端；若到达理论交线的加线区位置，则将预先准备的新的纤维束添加到该位置，并参与到第一组成部分的编织中去，所述的新的纤维束还留有预留端；然后，继续编织至完成第一组成部分的编织，并在理论交线处形成一个透孔；

步骤五、转换编织方向，编织第二组成部分：

使用引线区引出的纤维束的引出端以及加线区增加的纤维束的预留端，按照第二成型方向编织第二组成部分；直至完成第二组成部分的编织。

较佳的技术方案中：步骤二中，初步确定理论交线的位置以后，还包括以下步骤：

1)根据第一组成部分的编织参数以及理论交线的位置，计算第一组成部分上经过理论交线的纤维束数量；

2)视需要调整理论交线的周长大小，使该理论交线上所能提取的纤维束的数量正好满足编织第二组成部分所需的纤维束的数量；如果该理论交线上所能提取的纤维束的数量多于编织支管所需的纱线数量，则需设计减小理论交线的周长大小；如果该理论交线上所能提取的纤维束的数量少于编织支管所需的纱线数量，则需设计扩大理论交线的周长大小。

较佳的技术方案中：如果在步骤二中扩大了理论交线，则在步骤五中，在编织第二组成部分时的开始几步，使编织的花节先贴附在第一组成部分的表面形成，待到达两部分的交线处后再贴附在第二组成部分表面进行编织；如果在步骤二中减小了理论交线，则在步骤五中，在编织第二组成部分前，先使用工具对透孔边缘进行挤扩，使透孔尺寸达到第二组成部分的尺寸后，再插入芯模并开始编织第二组成部分。

较佳的技术方案中：第二组成部分与第一组成部分相交处形成有舌部，则步骤五细分为以下步骤：

将透孔的孔壁上留出的纤维束的引出端和预留端逐步增多地参与到第二组成部分的编织中来，以便先编织出所述的舌部，并使舌部的端缘形状与第二组成部分的横截面相同，再在舌部的基础上进行第二组成部分的编织。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

1、多向预成型编织件的各组成部分之间具有透孔，使得各组成部分的空间相互贯通；

2、编织第二组成部分的纤维束均与第一组成部分及其他组成部分的纤维束相连，使得各组成部分连接强度有很大改善；

3、通过舌部的编织，使具有舌部的相交部位的花节尽可能均匀，预成型编织件的连接性能更佳。

附图说明

图1是采用现有方法制造的一个三维编织预制件；

图2是图1所示的三维编织预制件沿对称面剖开后的示意图；

图3是图1的主管与支管相交处的编织结构示意图；

图4是第一实施例的整体结构示意图；

图5是第一实施例的理论交线示意图；

图5A是理论交线为葫芦状时，引线区与加线区的判别方法示意图；

图6是编织第一实施例的理论交线的引线区的方法示意图；

图7是编织第一实施例的理论交线的加线区的方法示意图；

图8是第一实施例中完成第一组成部分的编织后的结构示意图；

图9是第一实施例完成编织后的示意图，表示理论交线扩大后的缩孔编织；

图9A是图9的剖视图；

图10是第一实施例完成编织后的另一个示意图，表示理论交线减小后的扩孔编织；

图10A是图10的剖视图；

图11是第二实施例的整体结构示意图；

图12是第二实施例的理论交线示意图；

图13是第二实施例中完成第一组成部分的编织后的结构示意图；

图14是第二实施例完成舌部编织后的示意图；

图15是第三实施例的整体结构示意图；

图16是第三实施例的理论交线示意图；

图17是第三实施例中理论交线的引线区的编织方法示意图；

图18是第三实施例中理论交线的加线区的编织方法示意图；

图19是第三实施例中完成第一组成部分的编织后的结构示意图；

图20是第三实施例完成舌部编织后的示意图；

图21是采用本发明的方法编织的多通连接接头的形状示意图；

图22是采用本发明方法编织的另一种多通连接接头的形状示意图。

具体实施方式

为了使本发明的形状、构造以及方法能够更好地被理解，以下将通过较佳实施例并结合附图对本发明进行详细说明。为了使本发明的结构更加清晰，所述的附图有可能在绘制过程中改变了实际的比例关系和纤维束路径，这不应当被理解为对本专利申请的限定。

本发明中所述的多向预成型编织件包括至少两个组成部分，每个组成部分的成型方向各不相同；本发明对于每两个相交的组成部分之间的编织方法均采用相同的编织方法，所述的编织方法以几个实施例的方式详述如下：

第一实施例：

以由矩形平板20与垂直相交的圆管21组成的多向预成型编织件(参见图4所示)为例，说明本发明提供的多向预成型编织件的三维整体编织方法，包括以下步骤：

步骤一、确定成型方向以及其顺序：

在本实施例中，应当以矩形平板20长度方向为第一成型方向I，以圆管21轴线方向为第二成型方向II。

步骤二、确定理论交线22位置：

所述的理论交线是一条封闭曲线，对应于两个组成部分的交线边缘位置；

1)按照预定圆管21直径以及设计位置，计算得到圆管21与矩形平板20相交的理论交线22位置；(为了更好地体现本申请与现有技术的差别，除非特别申明，本申请所述的理论交线22均是封闭曲线；)

在本实施例中，如图5所示，所述的理论交线22是一个圆；

2)根据矩形平板20的编织参数(编织行列数及表面编织角)以及理论交线22位置，计算矩形平板20上经过理论交线22的纤维束数量；

3)视需要调整理论交线22的周长大小：所述的纤维束的数量应当与所要编织的圆管21所需纤维束数量相等，如果该交线上所能引出和预留出的纤维束数量多于(或少于)编织支管所需的纱线数量，则需按设计减小(或扩大)理论交线22的周长大小。

步骤三、确定理论交线22的引线区221与加线区222：

假设在理论交线22某一位置沿第一成型方向I有一条平行射线L，若该射线L在该位置处是由理论交线22的外部到达理论交线22的内部，则该位置属于引线区221；若该射线L在该位置处是由理论交线22的内部到达理论交线22的外部，则该位置属于加线区222。

在本实施例中，如图5所示，点O1、O2处的射线L由理论交线22的外部到达理论交线22的内部，说明O1、O2属于引线区221，在此，将点O1、O2以点号表示；而点P1、P2处的射线L由理论交线22的内部到达理论交线22的外部，说明P1、P2属于引线区221，在此，将点P1、P2以叉号表示；从图5中可以看出，所述的理论交线22(即所述的圆)的上半圆均属于引线区221，下半圆均属于加线区222。

下文中，不加特别说明的话，以点号表示该点属于引线区，以叉号表示该点属于加线区。

(在此补充说明一点，如图5A所示，若理论交线22为葫芦状，则所述的引线区221与加线区222的判别方法依然有效。)

步骤四、按照第一成型方向I编织：

按照第一成型方向I编织矩形平板20，若到达理论交线22的引线区221位置，则将该位置处的纤维束引出，留下引出端；若到达理论交线22的加线区222位置，则将预先准备的新的纤维束添加到矩形平板20在该位置的编织中去，所述的新的纤维束还留有预留端，以供圆管编织使用；然后，继续编织至完成矩形平板20的编织。

在本实施例中，具体编织过程如下：

如图6所示，按照第一成型方向I编织矩形平板20，到达理论交线22的引线区221位置，则将该位置处的纤维束23引出，留下引出端231；

如图7所示，到达理论交线22的加线区222位置，则将预先准备的新的纤维束24添加到矩形平板20在该位置的编织中去，所述的新的纤维束24还留有预留端241，以供圆管编织使用；

然后，继续编织至完成矩形平板20的编织，如图8所示，矩形平板20的理论交线22位置形成一个透孔25，在透孔25的孔壁上留有多根纤维束的引出端231与预留端241。

步骤五、转换编织方向，按照第二成型方向II编织：

使用理论交线22的引线区221引出的纤维束23的引出端231以及理论交线22的加线区222增加的纤维束24的预留端241，按照第二成型方向II编织圆管21；直至完成圆管21的编织。

在本实施例中，若步骤二中扩大了理论交线，则在编织圆管21时的开始几步使编织的花节先贴附在平板20的表面形成，待到达圆管21的根部后再贴附在圆管21表面进行编织(如图9、图9A所示)，因此在编织张力的作用下，在支管根部的编织会形成一定的倒角211，有利于提高根部的连接能力；若步骤二中减小了理论交线，则在编织圆管21前先通过工具将透孔挤扩，达到圆管21尺寸后先插入芯模26再开始编织支管(如图10、图10A所示)，这样在圆管的根部处的厚度和纤维密度均会增加，形成局部加强和一定的倒角212，同样有利于提高连接能力；

步骤六、得到矩形平板20与垂直相交的圆管21组成的多向预成型编织件。

采用现有技术编织得到的多向预成型编织件，其矩形平板20与圆管21垂直相交的位置具有隔片；而采用本申请提出的方法编织得到的多向预成型编织件，其矩形平板20与圆管21垂直相交的位置不具有隔片，而是具有透孔25，使得圆管21内部可以与矩形平板20的另一侧相通。

第二实施例：

以由矩形平板30与圆管31斜交组成的多向预成型编织件(参见图11所示)为例，说明本发明提供的多向预成型编织件的三维整体编织方法，由于第二实施例与第一实施例非常相似，为了节约篇幅，对于差别不大的部分简要叙述处理，所述的三维整体编织方法包括以下步骤：

步骤一、确定成型方向以及其顺序：

在本实施例中，仍然以矩形平板30长度方向为第一成型方向I，以圆管31轴线方向为第二成型方向II，第一成型方向可以与所述的圆管31在矩形平板30上的正投影方向平行，也可以不平行。

步骤二、确定理论交线32位置：

在本实施例中，如图12所示，所述的理论交线32呈蛋卵形。

步骤三、确定理论交线32的引线区321与加线区322：

在本实施例中，如图12所示，理论交线32沿第一成型方向I的垂直方向的最宽处以上属于引线区321，最宽处以下属于加线区322。

步骤四、按照第一成型方向I编织：

如图13所示，完成矩形平板30的编织以后，矩形平板30的理论交线32位置留有透孔35，在透孔35的孔壁上留有多根纤维束的引出端331与预留端341。

步骤五、转换编织方向，按照第二成型方向II编织：

本实施例中，由于圆管31与矩形平板30不是垂直相交，因此，如图13所示，所述的透孔35不是一个正圆形，就无法用透孔35的孔壁上留出的引出端331与预留端341直接编织出圆形的圆管31。所以，步骤五与第一实施例相比稍有区别，在编织圆管31时，首先需要使透孔35的孔壁上留出的纤维束逐步增多地参与到圆管编织中来，即先编织出一个舌部37(如图14所示)，使舌部37的端缘形状与圆管31的截面相同，即呈圆形，再在舌部37的基础上进行圆形编织，最终完成所述的圆管31的编织。

步骤六、得到矩形平板30与垂直相交的圆管31组成的多向预成型编织件。

采用本申请提出的方法编织得到的多向预成型编织件，其矩形平板30与圆管31相交的位置具有透孔35，使得圆管31内部可以与矩形平板30的另一侧相通。

第三实施例：

以由两根管体斜交组成的多向预成型编织件(参见图15所示)为例，说明本发明提供的多向预成型编织件的三维整体编织方法，包括以下步骤：

步骤一、确定成型方向以及其顺序：

在本实施例中，两根管体直径大小不同，直径较大的称为主管40，直径较小的称为支管41，则应当以主管40长度方向为第一成型方向I，以支管41轴线方向为第二成型方向II。

另外，若两根管体直径大小相同，则以两端均可向外延伸的管体为主管，另一个为支管。

步骤二、确定理论交线42位置：

在本实施例中，如图16所示，所述的理论交线42是一条空间曲线。

步骤三、确定理论交线42的引线区421与加线区422：

在本实施例中，如图16所示，所述的理论交线42以沿第一成型方向的横向的最宽处为界，上半部分均属于引线区421，下半部分均属于加线区422。

步骤四、按照第一成型方向I编织：

在本实施例中，具体编织过程如下：

如图17所示，按照第一成型方向I编织主管40，到达理论交线42的引线区421位置，则将该位置处的纤维束43引出，留下引出端431；

如图18所示，到达理论交线42的加线区422位置，则将预先准备的新的纤维束44添加到主管40在该位置的编织中去，所述的新的纤维束44还留有预留端441，以供圆管编织使用；

然后，继续编织至完成主管40的编织，如图19所示，主管40的理论交线42位置留有透孔45，在透孔45的孔壁上留有多根纤维束的引出端431与预留端441。

需要补充的是：为保证主管40内径尺寸精确，还可以在编织时衬以芯模46，下述支管41的编织，也可以在编织时衬以芯模，在此代过，不予赘述。

步骤五、转换编织方向，按照第二成型方向II编织：

本实施例中，所述的透孔45不是一个正圆形，就无法用透孔45的孔壁上留出的引出端431与预留端441直接编织出圆形的支管41。所以，在编织支管41时，需要使透孔45的孔壁上留出的纤维束逐步增多地参与到圆管编织中来，并先编织出一个舌部47(如图20所示)，使舌部47的端缘形状与支管41相同，即呈圆形，再在舌部47的基础上进行圆形编织，最终完成所述的支管41的编织。

步骤六、得到主管40与斜交的支管41组成的多向预成型编织件。

采用本申请提出的方法编织得到的多向预成型编织件，其主管40与支管41相交的位置具有透孔45，使得支管41内部可以与主管40内部相通。

其它实施例：

如图21所示，是采用本发明方法编织的多通连接接头的形状示意图，其包括一个主管50和四个支管51，每根支管51与主管50均有交线52，在编织这种结构的多向预成型编织件时，每个支管51与主管50的编织方法均与第三实施例中的方法相同，最后就得到了如图21所示的结构。

另外，如图22所示，若在主管50的支管51上还设有分支管511，则在编织这种结构的多向预成型编织件时，先按照第三实施例中的方法编织主管50与支管51，然后再按照第三实施例中的方法编织支管51以及所述的分支管511，即依序编织主管50的第一成型方向I、支管51的第二成型方向II和分支管511的第三编织方向511，以完成编织。

上述实施例中的圆管也可以是任意截面形状的管，例如，所述的各组成部分是圆管、椭圆形管、方管或者其它截面形状的管。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

1、多向预成型编织件的各组成部分之间具有透孔，使得各组成部分的空间相互贯通；

2、多向编织预成型编织件的各组成部分的纤维束均互相连续，使得各组成部分之间的连接强度有很大改善。

3、通过舌部的编织，使具有舌部的相交部位的花节尽可能均匀，预成型编织件的连接性能更佳。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。