Способ формирования искривленной тканой заготовки
Изобретение относится к способу формирования искривленной тканой заготовки. Способ включает установку по меньшей мере одного комплекта сопрягаемых зажимов на волокна ткани заготовки, выходящей из ткацкого станка, при этом сопрягаемые зажимы указанной по меньшей мере одной пары зажимов захватывают между собой по меньшей мере часть ткани заготовки, причем геометрия указанного по меньшей мере одного комплекта зажимов обеспечивает увеличение длины волокон путем вытягивания по меньшей мере некоторых волокон, выходящих из ткацкого станка, и придание ткани заготовки искривленной формы. При этом волокна являются непрерывными по всей длине ткани заготовки. Изобретение позволяет обеспечить способ ткачества заготовок с волокнами дополнительной длины таким образом, что готовая структура может быть искривлена и может иметь непрерывное упрочнение волокнами в направлении кривизны. Разная длина по ширине ткани заготовки обеспечивает возможность формирования искривленной части по длине ткани без разрезания волокон или без дискретных волокон для формирования искривленной части. 9 з.п. ф-лы, 19 ил.
Перекрестная ссылка
Приоритет настоящей заявки испрашивается по дате подачи предварительной заявки на патент США №62/713206, поданной 1 августа 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к тканым заготовкам и, в частности, к тканым заготовкам, используемым в упрочненных композиционных материалах. Более конкретно, настоящее изобретение относится к тканым заготовкам, которые искривлены с упрочнением волокном непрерывного типа.
2. Предшествующий уровень техники
Использование упрочненных композиционных материалов для производства конструктивных элементов в настоящее время широко распространено, особенно в тех областях применения, в которых с большим преимуществом могут быть использованы их требуемые характеристики, такие как небольшой вес, высокая прочность, жесткость, тепловое сопротивление и способность к формированию и принятию формы. Такие элементы используются, например, в авиационной, аэрокосмической, спутниковой отраслях, для изготовления высококачественной продукции в сфере развлечений и в других сферах применения.
Обычно такие элементы состоят из упрочняющих материалов, внедренных в матричные материалы. Упрочняющий компонент может быть изготовлен из таких материалов, как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэфир и/или из других материалов, которые имеют требуемые физические, тепловые, химические и/или другие свойства, главным из которых является прочность при деформациях, вызванных нагрузками.
Благодаря использованию таких упрочняющих материалов, которые в конечном итоге становятся составным элементом готового компонента, готовому композиционному компоненту придаются необходимые характеристики упрочняющих материалов, такие как высокая прочность. Обычные многокомпонентные упрочняющие материалы могут быть сотканы, связаны или иным способом ориентированы в заданные конфигурации и формы для упрочненных заготовок. Как правило, особое внимание уделяется обеспечению оптимального использования свойств, для получения которых были выбраны многокомпонентные упрочняющие материалы.
После того, как требуемая упрочненная заготовка была создана, в заготовку может быть добавлен матричный материал таким образом, что упрочненная заготовка оказывается заключенной в матричный материал, и матричный материал заполняет промежуточные участки между составляющими элементами упрочненной заготовки. Упрочненная заготовка в сочетании с матричным материалом может формировать требуемые готовые компоненты или обеспечивать создание рабочего материала для конечного производства готовых компонентов.
Матричный материал может быть любым материалом из широкого спектра материалов, таких как эпоксидная смола, полиэфир, сложный виниловый эфир, керамика, углерод и/или другие материалы, которые также проявляют требуемые физические, тепловые, химические и/или другие свойства. Материалы, выбранные для использования в качестве матрицы, могут быть или могут не быть одинаковыми с материалом упрочненной заготовки, и при этом могут иметь или могут не иметь сопоставимые физические, химические, тепловые и/или другие свойства. Однако, обычно они не являются теми же самыми материалами или не имеют сопоставимые физические, химические, тепловые или другие свойства, поскольку обычной искомой целью при использовании композитов, в первую очередь, является получение комбинации характеристик в готовом изделии, которая не достигается посредством использования только одного многокомпонентного материала. Скомбинированная таким образом упрочненная заготовка и матричный материал затем могут быть отверждены и стабилизированы в одной операции путем термоотверждения или других известных способов, а затем подвергнуты другим операциям по производству необходимого компонента. В данном случае важно отметить, что после такого отверждения затвердевшие массы матричного материала обычно очень прочно пристают к упрочняющему материалу (например, к упрочненной заготовке).
Распространенным способом изготовления тканой заготовки является плетение двухмерной («2D») структуры и складывания ее в трехмерную («3D») форму. Преимущество сложенных заготовок состоит в прочности соединения между панелью, которая должна быть упрочнена, и упрочняющей панелью. Поскольку они сотканы вместе, панели имеют общий упрочняющий материал, и в конечном композите матричный материал образует единую структуру. Соединение между цельнотканым упрочняющим фланцем или ребром и материалом основы или основой больше не является слабым звеном, зависящим исключительно от прочности адгезива для упрочнения соединения, как это имеет место в упрочнениях предшествующего уровня техники. Вместо этого, волокна заготовки полностью сплетают в одно целое ребра и основание.
Однако часто упрочнение требуется для сложных форм, таких как искривленные формы. Сложенные Т- или П-образные и другие упрочнения заготовки, имеющие основание фланца с одним или несколькими выступающими вверх ребрами, требуют удаления ребер для соответствия искривленной поверхности. Когда материал фланца сложенной заготовки принимает искривленную форму, длина искривленной поверхности обязательно изменяется от внутренней стороны искривления к внешней стороне ребер. Длина дуги на внешней стороне искривления, поверхности с увеличенным радиусом при изгибе, увеличивается, тогда как длина дуги на внутренней стороне искривления уменьшается. Ребра типичных сложенных заготовок не могут изменить длину, необходимую для соответствия искривленной поверхности. Для соответствия искривленной поверхности на ребрах необходимо выполнить вытачку. То есть ребра либо должны быть разрезаны, либо иметь дискретные волокна, чтобы соответствовать измененной длине дуги.
Как правило, разрез выполняют вдоль локального радиуса искривления, но для обеспечения изменения длины также могут быть использованы другие, не радиальные разрезы. Чтобы обеспечить уменьшение длины с внутренней стороны искривленной заготовки, ребро разрезают и накладывают разрезанные края друг на друга или удаляют лишний материал. Аналогично, чтобы обеспечить увеличение длины с внешней стороны искривления, ребро разрезают, в результате чего образуется треугольный зазор между разрезанными краями ребра. В любой из этих конфигураций вытачка нарушает непрерывность упрочняющих волокон в каждом ребре. Формирование вытачек в ребрах 3D Т-образной или П-образной заготовки может ухудшить несущую способность заготовки, поскольку формирование вытачек предусматривает разрезание волокон, которые обеспечивают основной путь передачи нагрузки по кривой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ формирования искривленной заготовки включает установку по меньшей мере одного комплекта сопрягаемых зажимов на волокна ткани заготовки, выходящей из ткацкого станка, при этом указанная по меньшей мере одна пара сопрягаемых зажимов захватывает между собой по меньшей мере часть ткани заготовки. Геометрия указанного по меньшей мере одного комплекта зажимов обеспечивает увеличение длины волокон путем вытягивания по меньшей мере некоторых из волокон, выходящих из ткацкого станка. Ткани заготовки придается искривленная форма. При этом волокна непрерывны по всей длине ткани. В некоторых вариантах выполнения волокна длиннее на внешней стороне искривления, чем на внутренней стороне искривления. В других вариантах выполнения волокно короче на внешней стороне искривления, чем на внутренней стороне искривления.
В одном варианте выполнения каждый комплект сопрягаемых зажимов представляет собой пару зажимов. В другом варианте выполнения каждый комплект сопрягаемых зажимов представляет собой по меньшей мере три зажима. Сопрягаемые зажимы могут содержать верхнюю часть и нижнюю часть. В некоторых вариантах выполнения нижняя часть зажима содержит по меньшей мере две сопрягаемые части.
В конкретных вариантах выполнения на ткань заготовки устанавливают по меньшей мере два комплекта сопрягаемых зажимов. К каждому комплекту сопрягаемых зажимов прикладывают силу для сжимания между ними ткани заготовки. Соседние сопрягаемые зажимы могут быть сопряжены друг с другом. Два или большее количество комплектов сопрягаемых зажимов могут быть расположены в разных местах ткани заготовки для увеличения длины волокон в каждом из указанных разных мест, но не в других местах.
В других вариантах выполнения, описанных в настоящем документе, представлены искривленные тканые заготовки, например, искривленные тканые заготовки, содержащие множество волокон утка и множество волокон основы, переплетенных с множеством волокон утка для формирования основания заготовки, при этом основание заготовки искривлено волокнами основы, непрерывными по всей длине заготовки, причем некоторые волокна основы длиннее других волокон основы.
В конкретных вариантах выполнения кривизна тканой заготовки является выпуклой, причем волокна основы длиннее в направлении к внешней стороне искривления заготовки, чем в направлении к внутренней стороне искривления заготовки. В еще одном варианте выполнения заготовка содержит по меньшей мере одно ребро, цельнотканое с основанием и искривленное по длине основания, при этом волокна основы, образующие указанное по меньшей мере одно ребро, длиннее в направлении к внешней стороне искривления указанного по меньшей мере одного ребра, чем в направлении к внутренней стороне искривления указанного по меньшей мере одного ребра.
В других вариантах выполнения кривизна тканой заготовки является вогнутой, при этом волокна основы короче в направлении к внешней стороне искривления заготовки, чем в направлении к внутренней стороне искривления заготовки. В еще одном варианте выполнения заготовка содержит по меньшей мере одно ребро, цельнотканое с основанием и искривленное по длине основания, при этом волокна основы, образующие указанное по меньшей мере одно ребро, короче в направлении к внешней стороне искривления указанного по меньшей мере одного ребра, чем в направлении к внутренней стороне искривления указанного по меньшей мере одного ребра.
Настоящее изобретение также относится к зажимам, таким как верхний зажим, выполненный с возможностью сопряжения с нижним зажимом, при этом верхний зажим имеет комплементарную форму для соединения с нижним зажимом и выполнен с возможностью приема ткани между ними. В другом варианте выполнения изобретение относится к верхнему зажиму, имеющему лезвие, и нижнему зажиму, выполненному с возможностью отделения от верхней части и сопряжения с ней, причем нижний зажим имеет первую часть и вторую часть, при этом первая и вторая части нижнего зажима имеют между собой зазор, так что лезвие верхнего зажима входит в зазор, когда верхний и нижний зажимы сопряжены вместе.
В других вариантах выполнения изобретение относится к системе зажимов для придания формы, содержащей два или большее количество зажимов, причем каждый зажим имеет верхнюю часть, нижнюю часть и цельную соединительную часть, причем указанные два или большее количество зажимов выполнены с возможностью соединения друг с другом посредством соединительной части и выполнены с возможностью приема ткани между ними. В конкретных вариантах выполнения изобретение относится к системе зажимов для придания формы, содержащей два или большее количество зажимов, причем каждый зажим имеет верхнюю часть с лезвием и нижнюю часть, причем каждый зажим содержит цельную соединительную часть, при этом каждый нижний зажим выполнен с возможностью отделения от соответствующего верхнего зажима и сопряжения с ним, при этом нижний зажим имеет первую часть и вторую часть с зазором между ними для приема лезвия, когда верхний зажим и нижний зажим сопрягаются вместе, причем указанные два или большее количество зажимов выполнены с возможностью соединения друг с другом посредством соединительной части и выполнены с возможностью приема ткани между ними.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены в описание для лучшего понимания изобретения, являются частью настоящего описания. На представленных здесь чертежах проиллюстрированы различные варианты выполнения изобретения, которые вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:
Фиг. 1А-1С иллюстрируют пример Т-образной заготовки, сотканной и сложенной в окончательную форму.
Фиг. 2А-2В иллюстрируют пример искривленной Т-образной заготовки.
Фиг. 3 иллюстрирует пример геометрии зажима для увеличения длины волокон на конце заготовки по сравнению с основанием заготовки.
Фиг. 4А-4В иллюстрируют ткань, имеющую удлиненные волокна между краями по ширине ткани.
Фиг. 5 иллюстрирует применение пар сопрягаемых зажимов в ткани заготовки для увеличения длины волокон.
Фиг. 6 иллюстрирует другой вариант выполнения зажима для удлинения волокон ткани заготовки.
Фиг. 7А-7В иллюстрируют применение зажима, показанного на Фиг. 6.
Фиг. 8А-8Е иллюстрируют примеры заготовок сложной геометрии, которые могут быть сформированы.
Фиг. 9 иллюстрирует пример О-образной заготовки, которая может быть сформирована.
Фиг. 10 иллюстрирует пример конструкции зажима в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В настоящем изобретении термины «содержащий» и «содержит» могут означать «включающий» и «включает» или могут иметь значение, обычно даваемое термину «содержащий» или «содержит» в Патентном законе США. Термины «по существу состоящий из» или «по существу состоит из», в случае использования в формуле изобретения, имеют значение, определенное для них в Патентном законе США. Другие аспекты изобретения описаны в нижеследующем описании или очевидны из него (и в пределах объема изобретения).
Термины «нити», «волокна», «жгуты» и «пряжа» использованы в контексте ниже описании взаимозаменяемо. «Нити», «волокна», «жгуты» и «пряжа», используемые в данном документе, могут относиться к моноволокнам, мультифиламентным нитям, крученой пряже, мультифиламентным жгутам, текстурированным нитям, плетеным жгутам, нитям с покрытием, бикомпонентным нитям, а также к нитям, изготовленным из разорванных растягиванием волокон любых материалов, известных специалистам в данной области техники. Пряжа может быть изготовлена из углеволокна, нейлона, вискозы, стекловолокна, хлопка, керамики, арамида, полиэфира, металла, полиэтиленового стекла и/или других материалов, которые имеют необходимые физические, тепловые, химические и/или другие свойства.
Термин «сложенный» широко используется в данном документе для обозначения «придания формы», что включает в себя раскладывание, сгибание и другие подобные термины для выполнения манипуляций с формой ткани.
Для лучшего понимания изобретения, его преимуществ и целей, достигаемых при его использовании, ссылка далее делается на сопроводительный описательный материал, в котором неограничивающие варианты выполнения изобретения проиллюстрированы на сопроводительных чертежах и в котором соответствующие компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций.
Раскрыт способ создания искривленных заготовок из непрерывного волокна на традиционном ткацком станке с прямым натяжением. Ткани машинного переплетения формируются с использованием ткацкого станка, который содержит ткацкий механизм, в сочетании со способом продвижения и сборки готовой ткани. «Прямое натяжение» означает, что ткань собирается в направлении основы ткани или в машинном направлении (MD) в короткие отрезки, из которых могут быть сотканы дискретные заготовки.
Типичные формы, сотканные с прямым натяжением, включают заготовки П-образной или Т-образной формы, используемые в качестве структурных упрочняющих элементов в различных областях. Таким формам, изготовленным из непрерывного волокна как в направлении основы, так и в направлении утка, сложно придать геометрию или искривленную форму в направлении основы или в направлении натяжения.
В качестве примера, Фиг. 1А-1С иллюстрируют упрощенный вариант формирования Т-образной заготовки из ткани 100 для Т-образной заготовки. Нити основы и нити утка переплетены в ткацком станке 106, показанном пунктирными линиями. Когда ткется ткань Т-образной заготовки, ткань продвигается в направлении А к натяжному валку (не показан) для приема готовой ткани. Часть ткани, которая уже сформирована, но еще не свернута на натяжном валке, называется «опушкой» 108.
Ткань Т-образной заготовки содержит части 102а, 102b основания и ребро 104. Основание 110 ребра 104 может быть соединено с частями 102а, 102b основания. Части 102а, 102b основания не соединены в месте соединения 114, и оставшаяся часть ребра 104 не соединена с частями основания, кроме как в месте их соединения 110. Ткань 100 Т-образной заготовки ткется и продвигается вперед и на натяжной валок. После того, как соткана заданная длина L ткани Т-образной заготовки, ткань может быть снята с ткацкого станка. Части 102а, 102b основания и ребро 104 могут быть сложены с образованием Т-образной заготовки 120.
Другие формы заготовок, включая, в том числе П-, Н-, О- и I-образные формы, могут быть сотканы и сложены в окончательную форму, как это известно специалистам в данной области техники. Любая из заготовок может быть пропитана матричным материалом с образованием композита.
Фиг. 2А иллюстрирует пример искривленной заготовки. В целях обсуждения, кривая, изображенная на Фиг. 2А и других фигурах, называется «выпуклой». Соответственно, пример представляет собой выпуклую Т-образную заготовку, но также возможны и другие формы заготовки, включая, в том числе, П-, Н-, О- и I-образные формы. Аналогично ткани, показанной на Фиг. 1, ткань Т-образной заготовки содержит части 202а, 202b основания и ребро 204. Части 202а, 202b основания и ребро 204 сложены с образованием Т-образной заготовки 220.
Части 202а, 202b основания и ребро 204 сотканы из волокон 222 основы. Как показано на Фиг. 2В, длина L2 волокон 222 основы в направлении основы меньше длины волокна в направлении к внутренней стороне или основанию 226 искривленной Т-образной заготовки, чем в направлении к внешней стороне или концу 224 искривленной Т-образной заготовки. Соответственно, чтобы искривить заготовку, сотканную, как показано на Фиг. 1, волокно в направлении основы должно быть длиннее у конца искривленной заготовки, чем у ее основания.
Несмотря на то, что искривленные заготовки известны в данной области техники, эти заготовки предшествующего уровня техники предусматривали разрезание волокон или формирование длины из дискретных коротких волокон, таких как волокна, разорванные растягиванием, для обеспечения возможности вытягивания или искривления заготовки, чтобы обеспечить дополнительную длину заготовки в направлении к внешней стороне кривизны, по сравнению с направлением к внутренней стороне кривизны. Происходит ослабление, понижение прочности заготовки вследствие разрезания и/или дискретности волокон при обеспечении дополнительной длины.
Напротив, настоящее изобретение предлагает заготовки и способ ткачества заготовок с волокнами дополнительной длины таким образом, что готовая структура может быть искривлена и может иметь непрерывное упрочнение волокнами в направлении кривизны. Непрерывные волокна придают большую прочность заготовке, чем дискретные волокна. «Непрерывные волокна» представляют собой волокна, не имеющие разрывов по всей длине ткани. В вариантах выполнения настоящего изобретения волокна ткани являются непрерывными в направлении кривизны заготовки и могут иметь различную длину по всей ширине ткани. Разная длина по ширине ткани заготовки обеспечивает возможность формирования искривленной части по длине ткани без разрезания волокон или без дискретных волокон для формирования искривленной части.
Для целей настоящего описания предполагается, что направление кривизны заготовки совпадает с направлением основы или с машинным направлением (MD) ткани. При этом предполагается, что раскрытая технология может использоваться для обеспечения кривизны ткани в направлении утка или в направлении, поперечном машинному направлению (CD), отдельно или в сочетании с направлением основы.
В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения, для формирования такой кривизны, волокна в вертикальном ребре 204 делают длиннее в направлении внешнего конца 224 вертикального ребра заготовки, чем в направлении внутреннего основания 226 ребра заготовки путем установки одного или нескольких зажимов на ткань, выходящую из ткацкого станка. Зажимы могут быть вставлены в опушку ткани. Форма зажимов рассчитана для втягивания дополнительной длины волокон в заготовку, чтобы получить увеличение длины волокон для получения кривизны заготовки, когда заготовке придана требуемая форма.
В вариантах выполнения настоящего изобретения каждый зажим постепенно увеличивает длину волокон основы, выходящих из ткацкого станка. В зажиме, показанном на Фиг. 10, например, для получения большего радиуса (Ro) кривизны на внешней стороне заготовки по сравнению с меньшим радиусом (Ri) кривизны на внутренней стороне, зажим рассчитывается таким образом, что каждый зажимной сегмент устанавливается на волокна основы, выходящей из ткацкого станка, причем полученная в результате длина волокна основы на внутренней стороне (Wi) кривизны заготовки меньше длины волокна основы на внешней стороне (Wo) кривизны заготовки. Изображена полученная в результате разница в длине, Wo и Wi, волокон.
Предполагается, что ткань заготовки может быть выполнена вогнутой, как показано в примерах на Фиг. 8С, 8D и 8Е. В вариантах выполнения вогнутых тканей заготовки, как, например, на Фиг. 80, имеющих части 802а, 802b основания, длина волокон основы, образующих вертикальные ребра 804, будет противоположна длине выпуклой ткани заготовки. То есть длина волокон в вертикальных ребрах 804 меньше в направлении к внешней стороне конца 824 вертикального ребра заготовки, чем в направлении к внутренней стороне основания 826 ребра заготовки. Специалисты в данной области техники должны иметь общее понимание, что геометрия конечной формы заготовки определяет необходимую длину волокон по длине заготовки, чтобы обеспечить формирование необходимой кривизны. Изменение длины волокон таким образом, чтобы они были непрерывными по всей длине ткани, отличает формирование тканей заготовок, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, от дискретных волокон по длине искривленных заготовок предшествующего уровня техники.
Фиг. 3 иллюстрирует пример элемента 300 зажима. Зажим 300 устанавливается на ткани заготовки, выходящей из ткацкого станка. Зажим устанавливается на материале заготовки таким образом, что торец 326 зажима устанавливается на торце вертикального ребра, а кромка 324 зажима устанавливается на кромке вертикального ребра. Для выпуклой кривизны, как показано на Фиг. 1 и 2, торец зажима выполнен прямым, при этом длина волокна не увеличивается, поскольку торец вертикального ребра Т-образной заготовки имеет самую короткую длину волокон в искривленной заготовке. Геометрия или форма кромки зажима обеспечивает увеличение длины волокон ткани заготовки с выпуклой кривизной. То есть, геометрия зажима приводит к тому, что выбранная длина при натяжении волокна, выходящего из ткацкого станка, проходит к кромке зажима, а не к торцу зажима. При более выраженной геометрии происходит вытягивание дополнительной длины при натяжении волокна в направлении к кромке зажима, поскольку кромка выпуклой заготовки с вертикальной ребром имеет самые длинные волокна в искривленной заготовке. Размеры зажима уменьшаются к торцу зажима, поскольку волокна короче в направлении к основанию искривленной заготовки. Таким образом, самые длинные волокна находятся на конце ткани вертикального ребра искривленной заготовки, а самые короткие - у основания. Как известно, применительно к вертикальному ребру заготовки с вогнутой кривизной геометрия зажима изменяется на противоположную.
Обычно зажимы устанавливают на ткани заготовки в комплектах. Каждый комплект зажимов состоит из двух или большего количества зажимов, имеющих сопрягаемые геометрические параметры. Зажимное действие зажатия ткани заготовки между комплектом зажимов обеспечивает дополнительную длину при натяжении волокна в ткацком станке. Геометрические параметры комплекта зажимов обеспечивают сужение таким образом, что выбранная при натяжении длина увеличивается от основания (внутреннее искривление заготовки) до конца вертикального ребра (ребер) (внешнее искривление заготовки) для заготовки с выпуклой кривизной (противоположные геометрические параметры зажима для заготовки с вогнутой кривизной). Увеличение длины волокон может обеспечить возможность формирования ткани заготовки в искривленную заготовку, показанную на Фиг. 2, с непрерывной длиной волокон по всей искривленной заготовке. Кривизна заготовки достигается непрерывно по всей длине волокон и не ослабляется при разрезании волокон или в случае укороченных волокон, например, волокон, разорванных растягиванием.
Геометрия зажима на Фиг. 3 показана исключительно в иллюстративных целях. Конструктивные решения определяют точные размеры, подобранные для зажимов. Кроме того, размер зажимов может меняться по длине заготовки для обеспечения альтернативных профилей или кривизны ткани заготовки по всей длине заготовки.
Фиг. 4А иллюстрирует ткань, в которой геометрия зажима обеспечивает удлинение волокон в любом месте по ширине ткани. То есть, для обеспечения кривизны по ширине ткани, волокна могут быть удлинены между краями по ширине ткани. В одном варианте выполнения комплекты зажимов расположены так, чтобы обеспечить удлинение волокон к середине ткани. В одном варианте выполнения ткань заготовки может быть разрезана в середине направления основы для формирования двух искривленных заготовок с непрерывным волокном по длине кривизны. Как показано на Фиг. 4В, в этом варианте выполнения кривизна расположена в плоскости ткани заготовки. Предполагается, что зажим также может быть выполнен с такой геометрией, чтобы обеспечить удлинение волокон в многослойной ткани. Некоторые из слоев могут быть сложены в одно или несколько вертикальных ребер, проходящих от плоскости или основания ткани заготовки, которые соответствуют кривизне плоскости ткани заготовки и показаны на Фиг. 2.
Фиг. 5 иллюстрирует вариант выполнения, в котором комплект зажимов представляет собой пару сопрягаемых зажимов 502а, 502b, устанавливаемых на ткани 504 заготовки, когда ткань выходит из ткацкого станка 506. Эти зажимы могут удерживаться на месте на всех этапах ткачества силой F, приложенной к сопрягаемым зажимам, для зажимания ткани заготовки между зажимами и изменения длины непрерывных волокон по длине заготовки. Сила, удерживающая пары зажимов вместе, может быть обеспечена любым способом, известным специалистам в данной области, включая, в том числе, с использованием винтов и гаек, пружин и т.д. В одном варианте выполнения смежные пары зажимов, такие как зажимы 508, 510, могут быть собраны друг с другом вместе.
Фиг. 6 иллюстрирует вариант выполнения, в котором комплект зажимов 600 выполнен с возможностью пересечения для удлинения волокон при установке на ткань заготовки. Комплект зажимов 600 содержит верхний зажим 602 с лезвием 608. Нижний зажим 610 имеет части 604, 606 с зазором 612 между ними для приема лезвия 608. Нижний зажим 610 может быть выполнен цельным или состоять из отдельных прикрепленных частей. В случае отдельных частей можно считать, что комплект 600 зажимов имеет верхний зажим 602 и нижние зажимы 604, 606. Преимущество отдельных частей комплекта зажимов 600 состоит в том, что каждая из частей может быть конструктивно одинаковой для снижения стоимости изготовления и хранения деталей. Кроме того, зазор 612 между нижними зажимами 604, 606 может регулироваться для размещения ткани заготовок разной толщины.
Фиг. 7А-7В иллюстрируют комплект зажимов 600, соединенных вместе. На Фиг. 7А верхний зажим 602 расположен поверх ткани заготовки (не показана для ясности), а нижний зажим 610 расположен под тканью заготовки. Верхний и нижний зажимы разделены с помощью зазора 702 таким образом, что лезвие 608 верхнего зажима не входит в зазор 612 нижнего зажима.
Геометрия лезвия при его применении к выпуклой заготовке обеспечивает удлинение волокон ткани. В одном варианте выполнения лезвие выполнено более выраженным или более широким к середине 704, чем к концу 706 лезвия. То есть лезвие имеет форму, обеспечивающую удлинение волокон ткани заготовки для прохождения к более выраженной середине лезвия, чем возле концов лезвия. Как обсуждалось выше, геометрия лезвия может быть противоположной для вогнутой заготовки таким образом, что волокна ткани заготовки будут короче для прохождения к менее выраженной середине лезвия, чем возле концов лезвия.
Чтобы сблизить вместе верхний и нижний зажимы, прикладывают силу F. Как показано на Фиг. 7В, расстояние 702 уменьшается, поэтому лезвие 608 входит в зазор 612 в нижнем зажиме. Расстояние 702 регулируют по мере необходимости, чтобы обеспечить прохождение ткани заготовки возле лезвия и в месте пересечения верхнего и нижнего зажимов. Лезвие 608 обеспечивает удлинение волокон ткани заготовки для прохождения ими расстояния к более выраженной середине лезвия 704, чем возле концов лезвия.
Несмотря на то, что Фиг. 2 иллюстрирует пример, который приводит к получению ткани с одной кривизной, могут быть разработаны различные комплекты зажимов для достижения более сложной геометрии. Например, путем изменения радиуса кривизны зажима по длине заготовки может быть получена заготовка овальной формы. На Фиг. 9 показан пример О-образной заготовки 900, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением. Предполагается, что пары зажимов могут быть установлены на некоторые участки ткани заготовки, но не на другие участки. То есть, дополнительная длина волокна, выходящего из ткацкого станка, может быть получена в некоторых участках ткани заготовки, но не в других участках ткани заготовки. Таким образом можно формировать заготовки сложной геометрии с искривленными и прямыми участками. Некоторые примеры таких заготовок сложной формы проиллюстрированы на Фиг. 8.
После того, как ткань заданной длины соткана и ткань заготовки снята с ткацкого станка, любые оставшиеся зажимы могут быть удалены, а ткани заготовки может быть придана окончательная конфигурация. В любом из вариантов выполнения окончательная конфигурация может быть пропитана матричным материалом. Матричный материал включает в себя эпоксидную смолу, бисмалеимид, полиэфир, сложный виниловый эфир, керамику, углерод и другие подобные материалы, известные специалистам в данной области техники.
Другие варианты выполнения находятся в пределах объема последующей формулы изобретения.
1. Способ формирования искривленной тканой заготовки, включающий
установку по меньшей мере одного комплекта сопрягаемых зажимов на волокна ткани заготовки, выходящей из ткацкого станка, при этом сопрягаемые зажимы указанной по меньшей мере одной пары зажимов захватывают между собой по меньшей мере часть ткани заготовки, причем геометрия указанного по меньшей мере одного комплекта зажимов обеспечивает увеличение длины волокон путем вытягивания по меньшей мере некоторых волокон, выходящих из ткацкого станка, и
придание ткани заготовки искривленной формы,
при этом волокна являются непрерывными по всей длине ткани заготовки.
2. Способ по п. 1, в котором устанавливают по меньшей мере два комплекта сопрягаемых зажимов на ткани заготовки, причем сопрягаемые зажимы выполнены с возможностью приема ткани между ними.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором прикладывают силу к каждому комплекту сопрягаемых зажимов для сжимания между ними ткани заготовки.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором длина волокон увеличивается в направлении основы.
5. Способ по любому из пп. 2-4, в котором размещают указанные по меньшей мере два комплекта сопрягаемых зажимов смежно друг с другом и соединяют указанные по меньшей мере два комплекта сопрягаемых зажимов друг с другом.
6. Способ по п. 2 или 3, в котором размещают указанные два или большее количество комплектов сопрягаемых зажимов в разных местах ткани заготовки для увеличения длины волокон в направлении основы в каждом из указанных разных мест, но не в других местах.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором каждый комплект сопрягаемых зажимов содержит верхнюю часть и нижнюю часть.
8. Способ по п. 7, в котором нижняя часть зажима представляет собой две сопрягаемые части.
9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором длина волокон больше на внешней стороне искривления, чем на внутренней стороне искривления.
10. Способ по любому из пп. 1-8, в котором длина волокон короче на внешней стороне искривления, чем на внутренней стороне искривления.
