三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法与流程

本发明涉及一种三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法。

背景技术

复合材料结构件之间通常需要经过胶粘、螺接、铆接等工艺组合成整体复合材料结构。到目前为止，复合材料结构件，特别是拉杆、撑杆、扭杆、梁、传动轴等通常先要分别加工复合材料管和配套的接头，然后再进行接头与复合材料管的胶接，或者胶螺、胶铆连接，最后得到相应的复合材料结构件。实际应用中还有金属预埋件与复合材料制件进行固化共胶接的工艺出现，但往往也不能承担更大的载荷，因此如何制作能充分发挥复合材料的高承载能力的管型结构件一直是业内关注的热点。一般研究认为，胶接只有界面上的胶层传递载荷，而胶层的剪切强度和应力非均匀分布是限制管件承载能力的主要因素。胶螺、胶铆的连接效果明显优于单纯的螺接和铆接，但其承载的极限一般也不会超过胶接。

三维编织复合材料由于其特殊的纤维内部结构，因而具有了一些独特的性能优势，如可设计性更强、无层间破坏形式、抗冲击、耐损伤、高疲劳寿命等，特别适用于承受交变、冲击、振动、热震、高热梯度等载荷，为复合材料的拓展应用提供了空间，可以更大程度地发挥复合材料的优势。

三维编织复合材料的优异的力学性能也给其连接结构的设计和制造带来了一定的障碍。例如：在高载荷承力构件中，如果采用整体三维编织的带有接头的结构件，尽管性能优势突出，但通常会带来成本剧增、工期长、生产效率低等一系列问题，影响该材料及其结构的应用。用金属或其他材料制作接头连接件可以解决上述问题，但如何连接仍是有待解决的问题，如果仍用传统的胶接、螺接、铆接，或者胶螺、胶铆等工艺，除了原有的问题外，还有可能带来内部纤维结构的破坏，造成缺陷和损伤，以及增加后续连接工艺难度和成本等。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，解决现有技术中存在的上述技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其特征是包括如下步骤：

一、端部接头至少由两部分组成，一部分是与三维编织管状预成型体相接的由内侧端一体延伸出的连接柱，另一部分是与其他结构连接用的外连接段；

二、以端部接头的该连接柱做为芯模的一部分，在该芯模的外侧面以三维编织工艺编织出三维编织管状预成型体；

三、将端部接头与三维编织管状预成型体一同放入模具内，并经复合材料成型工艺固化为一体结构。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该端部接头采用金属、陶瓷、高分子材料或复合材料制成。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该端部接头通过机械加工、模铸、冲压、注塑、复合、3d打印或烧结的工艺制成。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该端部接头的外连接段是单耳片、双耳片、万向节叉耳、空心管、实心柱、法兰、外螺纹杆或内螺纹孔。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该端部接头的连接柱的截面形状是实心的或空心的圆形、方形或者其他几何形状。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该连接柱的外表面是等截面的或变截面的，如单锥度、双锥度、多锥度或弧形。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该连接柱的外表面上成型有凹凸结构。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：该凹凸结构是螺纹、尖刺、倒钩、凸点、环形槽和/或纵向槽。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：所述的三维编织管状预成型体的内面与所述的连接柱的外面相接，或者所述的三维编织管状预成型体的外面与连接柱的内面相接。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：在三维编织管状预成型体与连接柱相接的区段的外面缠绕高性能的纤维丝或布带后再进行复合材料成型工艺固化为一体结构。

所述的三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，其中：所述复合材料成型工艺是复合材料液体成型工艺或复合材料气相沉积工艺或复合材料液相沉积工艺。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：利用本发明方法制作复合材料一体固化的连接接头，方便对具有复杂结构的连接接头进行批量生产，还能达到其他工艺难以实现的高承载能力，可以方便地用来制作承受拉伸、压缩、弯曲、扭转等各种载荷形式的高性能复合材料结构件，如拉杆、撑杆、扭杆、梁、传动轴等。

附图说明

图1是拉杆接头利用本发明方法与三维编织管状预成型体的一体固化结构；

图2是图1的剖视图；

图3是法兰利用本发明方法与三维编织管状预成型体的一体固化结构；

图4是图3的剖视图。

附图标记说明：拉杆接头1；连接柱11；外接复杂结构段12；三维编织管状预成型体2；法兰3；连接柱31；凹凸结构311；外接复杂结构段32。

具体实施方式

本发明提供一种三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法，包括如下步骤：

一、在端部接头的内侧端一体延伸出一段连接柱；

二、以端部接头的该连接柱为芯模的一部分，在该芯模的外侧面以三维编织工艺编织出三维编织管状预成型体；

三、将端部接头与三维编织管状预成型体一同放入模具内，并经复合材料成型工艺固化为一体结构。

本发明的主要改进在于，将端部接头分为位于外侧端的外接复杂结构段与位于内侧端的连接柱，而端部接头可以用金属、陶瓷、高分子材料或复合材料制成，因此可以通过原有的机械加工、模铸、冲压、注塑、复合、3d打印或烧结等工艺进行快速、批量地生产，而连接柱则利于与三维编织复合材料管牢固连接和传递载荷，且容易达到批量生产，同时又保有复合材料结构件的性能优势。

需要补充说明的是，利用本发明方法，可以在步骤一、步骤二、步骤三的任一步骤之前或之后来完成端部接头的外接复杂结构段的成型步骤。

如图1、图2所示，是拉杆接头利用本发明方法与三维编织管状预成型体2的一体固化结构示意图，所述拉杆接头1为带有内螺纹孔的锥形螺套，其中内螺纹孔构成所述外接复杂结构段12，而锥形螺套外表面则构成所述连接柱11，三维编织管状预成型体2编织在所述锥形螺套的外表面上，并通过复合材料成型工艺固化为一体结构的拉杆，用于结构件时，先将鱼眼螺丝旋入内螺纹孔中，调节长度并进行固定，再通过鱼眼螺丝与其他结构相连接。

其中：由于所述锥形螺套由金属制成并具有朝内侧端变粗的外环面，因此可以增强锥形螺套与三维编织管状预成型体2之间的抗拉能力。

再如图3、图4所示，是法兰利用本发明方法与三维编织管状预成型体2的一体固化结构示意图，所述法兰3包括一体连接的法兰片与法兰管，所述法兰片位于外侧端而构成所述外接复杂结构段32，而法兰管则构成所述连接柱31，三维编织管状预成型体2编织在由所述法兰管的外表面组成的芯模上，并通过复合材料成型工艺固化为一体结构。

其中：所述法兰管的外环面上成型有凹凸结构311(可以是螺纹、尖刺、倒钩、凸点、环形槽和/或纵向槽)，可以增强法兰管与三维编织管状预成型体2之间的结合和传递载荷能力。

以上仅是以拉杆接头1、法兰等常规部件为例说明本发明的应用方式，但本发明的应用领域并不局限于此。

以上实施例中：

该端部接头可通过机械加工、模铸、冲压、注塑、复合、3d打印或烧结的工艺制成。

该端部接头的外连接段可以是单耳片、双耳片、万向节叉耳、空心管、实心柱、法兰、外螺纹杆或内螺纹孔。

该端部接头的连接柱31的截面形状可以是实心的或空心的圆形、方形或者其他几何形状。

该连接柱31的外表面可以是等截面的或变截面的，如单锥度、双锥度、多锥度或弧形。

所述的三维编织管状预成型体2的内面与所述的连接柱31的外面相接，或者所述的三维编织管状预成型体2的外面与连接柱31的内面相接，皆可。

还可以在三维编织管状预成型体2与连接柱31相接的区段的外面缠绕高性能的纤维丝或布带后再进行复合材料成型工艺固化为一体结构。

上述复合材料成型工艺一般以复合材料液体成型工艺最为常见，但本领域技术人员还可以进一步发展出除液体成型工艺以外的其他的一体固化方法，如气相沉积工艺、液相沉积工艺等。

本发明中用于三维编织管状预成型体与端部接头的一体固化方法同样可用于其他形式的三维编织预成型体，如板材、型材与端部接头的一体固化。