1、授 课 人：刘东雷(博士）单 位：南昌大学机电工程学院系 所：材料成型系,高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBE研究室,缠绕成型工艺及应用,目 录,概述芯模缠绕规律缠绕成型工艺课后作业,学习内容,3.1 概述,3.2 螺旋缠绕线型,3.3 转速比,3 缠绕规律,3.1 概述,1. 缠绕规律的内容,2. 缠绕线型分类,？,描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面，以及芯模与导丝头间运动关系的规律。,(1) 纤维既不重叠又不离缝，均匀连续布满芯模表面。,(2) 纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。,注意,2. 缠绕线型分类,环向缠绕,纵向缠绕,螺旋缠绕,芯模绕自轴匀速转动，导丝头在筒身区间作
2、平行于轴线方向运动。芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽度的缠绕。该法只能缠绕直筒段，相邻纱片之间相接而不相交，其缠绕角在8590之间。,环向缠绕,缠绕角通常为85-90,封头,纱带,筒身,b,纱片螺距：,WDctg,纱片宽：,bWsin = Dctgsin Dcos,环向缠绕参数关系图,(2) 螺旋缠绕,螺旋缠绕,又称测地线缠绕，芯模绕自身轴线匀速转动，导丝头按一定的速比要求沿轴线方向往复运动。芯模的筒身和封头上就实现了交叉缠绕。其缠绕角一般为4570。,每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。当纤维均匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
3、,芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向往复运动。,可以缠绕圆筒段，也可缠绕端头(封头)。,纤维缠绕轨迹：,由圆筒上的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线组成。,螺旋缠绕,（3）纵向缠绕 （又称平面缠绕）,导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转，导丝头转一周，芯模转动微小角度，反映在芯模表面上近似一个纱片宽度。,平面缠绕,纱片与芯模轴线间成0 25交角，纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。,平面缠绕、缠绕角的正切值：,平面缠绕参数关系图,纱片与芯模的交角,r1、r2两封头极孔半径；lc筒身段长度；le1、le2两封头高度。,平面缠绕的速比：,单位时间内，芯模旋转周数与导丝头
4、绕芯模旋转的圈数比或绕丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。,证明 ：,因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。设此时导丝头转了n圈，由速比定义有：,在芯模筒段，纱片的有效宽度,缠满整个筒体的必要条件：,=,则：,作业：1、什么是螺旋缠绕？ 2、写出平面缠绕速比的表达式并加以证明。,3.2 螺旋缠绕线型,3.2.1 纤维在芯模表面均匀布满的条件,（1）一个完整循环的概念,螺旋缠绕时，由导丝头引入的纤维自芯模上某点开始(空间点)，导丝头经过若干次往返运动后，又缠回到原来的起始点上(空间点)。这样在芯模上所完成的一次(不重复)布线称为“标准线”。完成一个标准线缠绕称为一个完整循环。,“标准线”是
5、反映缠绕规律的基本线型。,连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型式,机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布,弯管芯模，灰色为圆环面，绿色为柱面,复合材料弯管成品,导丝头缠绕芯模一层后的纤维分布,（2）一个完整循环的切点数及分布规律,a、切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念,在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称为时序相邻的两切点。,时序相邻的切点的位置只能有两种情况：,1) 两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点， 称为两切点“位置相邻”。,2) 两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位置不相邻。,b、单切点与多切点的概念,多切点缠绕,单切点缠绕,完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上只有一个切点的情况
6、。,完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上有多个切点的情况,完成一个完整的循环缠绕有两种情况：,1) 时序相邻的两切点位置也相邻。即在出现与初始切点位置相邻的切点以前，极孔上只有一个切点，这种缠绕线形称单切点线型。,2) 在出现与起始切点位置相邻的切点以前，极孔上已经出现了两个或两个以上切点，即时序相邻切点位置不相邻，这种缠绕线形称为多切点线型。,在极孔上的切点线型排布,单切点与双切点排布图,单切点线型 双切点线型,纤维从切点1绕到与它时序相邻的切点2时，芯模转过中心角为360o/2,多切点的排布图,n=3 n=4 n=5,1,2,3,1,2,3,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,5,
7、1,4,2,5,3,1,3,5,2,4,1,5,4,3,2,c、一个完整循环的n个切点必将等分极孔圆周,由于芯模匀速转动，丝嘴每往返一次的时间又相同。因此，一个完整循环的n点切点必将等分极孔圆周。,3）纤维在芯模表面均匀布满的条件,a、一个完整循环的诸切点均布在极孔圆周上。,b、位置相邻的两切点所对应的纱片在筒身段错开的距离等于一个纱片宽度。,3.2.2 纤维缠绕芯模转角(即缠绕中心角)与线型的关系,设完成一个n切点的完整循环缠绕，芯模转角为，导丝头每往返一次芯模转角为n，则：,n/n,n的推导：,单切点： 1=(1+N)360 （N=0，1，2，） 其中是使位置相邻的两切点对应的纱片在筒身段
8、错开一个纱片的距离。,当从切点1绕到切点2或从切点2绕到切点3时，芯模转过中心角将是360土，或者再加上360 的整数倍。,两切点：一个完整循环导丝头往返2次才错过一个，导丝头往返一次时应错开/2。,2=(1+N)360/2 =(1/2+N) 360/2,三切点：,n个切点：,3=(1+N)360/3 =(1/3+N) 360/3,n=(1+N)360/n =(1/n+N) 360/n,则对于n有：,n（K/n +N）360/n,K值需要使K/n为最简真分数。,但是，n3时各切点的排序与时间顺序不一定一致，例如3有2个值：,3-1=（1/3+N）360/3 3-2=（2/3+N）360/3,5
9、有4个值： 5-1=（1/5+N）360/5 5-2=（2/5+N）360/5 5-3=（3/5+N）360/5 5-4=（4/5+N）360/5,在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕的线型不同，导丝头往返一次芯模转角不同；如果在一个完整的循环中，切点数相同而切点排布顺序不同，则线型也不相同，导丝头往返一次的芯模转角也不同。,导丝头往返一次的转数可作为缠绕线型的“代号”。,“线型”以导丝头往返一次芯模旋转的转数来表示:,S0 n /360,M=K + nN,S0-表示线型；M一个完整循环芯模转数；n切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。,不考虑芯模转角微调量,n(K/n +N)360/n,
10、S0 K/n + NM/n,连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型式,3.3 螺旋缠绕的转速比,单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比，完成一个完整循环，芯模转数与导丝头往返次数之比。,一个完整循环的芯模转数,一个完整循环中导丝头往返数,不同的线型严格对应着不同的转速比,定义线型在数值上等于转速比,考虑到速比微调部分(即纱片宽度对应角度)的影响，实际转速比：,n=(K/n+N)360/n,3.4 缠绕工艺设计,缠绕工艺设计包含内容：,根据产品使用和设计要求、技术质量指标，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计；选择原材料；根据产品强度要求、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算；根据选定的原材料和工艺方法
11、，确定工艺流程及工艺参数；根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提供参数。,3.5 缠绕类型的选择,缠绕类型选择考虑因素,制品的结构形状和几何尺寸,强度要求,载荷特性,缠绕设备,(1) 制品的结构形状和几何尺寸,平面缠绕适合于球形、扁椭球形、长径比小于4的筒形制品。也适用于两封头不等极孔容器的缠绕。长形管状制品一般采用螺旋缠绕。,为防止纤维打滑，平面缠绕通常采用预浸纱缠绕，同时，极孔直径一般不超过筒体直径的30%。,纤维在筒身上交叉程度相当大，从强度观点看是不利的。,螺旋缠绕,因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉直的趋势，纤维交叉程度大就容易产生分层和损坏；其次，由于纤维交叉孔隙率偏高，而孔隙率是使制品剪切强度降低的主要原因。,纤维在筒体是不交叉的，而以完整的缠绕层依次逐层重叠，排列较好。因此，平面缠绕可望获得高强度，并因而减轻制品质量。,平面缠绕,(2) 强度要求,(3) 载荷特性,当制品受到内压以外的荷载，设计灵活性较大。只要改变各方向玻璃纤维的数量就能独立和方便地调变纵向和环向强度。,平面和环向组合缠绕,螺旋缠绕,在设计和工艺上对于内压以外荷载的适应性较差。,谢谢,
