用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀、预制体及制作方法
阅读说明：本技术 用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀、预制体及制作方法 (Jacquard griffe made of three-dimensional multilayer profiling woven fabric, prefabricated body and making method ) 是由 周玉峰 卞海清 陈华 李锡放 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀、预制体及制作方法,通过纬向垂纱方法制作三维多层提刀仿形预制体,在提刀中部较薄部分,垂纱为贯穿整个层厚的整体,在提刀两边垂纱处理成只贯穿1/2层厚,这样形成两边是可中分的薄壁,中间是整体厚壁的提刀预制体,从而可在灌注树脂材料固化成型时利用模具成型为要求的提刀截面。本发明取得了节省材料和降低成本的效果,在处于刀口位置的增强纤维保留了贯穿工件的长丝状态,从而充分发挥了增强纤维的功效。三维机织本身的三维正交纤维分布,以及很高的机织紧密度,使得本发明优于其它复合材料成型方案。本发明制作的复合材料提刀,比原有铝合金提刀质量轻,制作成本低,抗变形能力强。(The invention discloses a jacquard machine griffe, a preform and a manufacturing method thereof, which are manufactured by using a three-dimensional multilayer copying woven fabric. The invention has the advantages of saving materials and reducing cost, and the reinforcing fiber at the knife edge position keeps the filament state penetrating through the workpiece, thereby fully playing the effect of the reinforcing fiber. The three-dimensional orthogonal fiber distribution of the three-dimensional weaving and the high weaving compactness enable the invention to be superior to other composite material forming schemes. The composite material griffe manufactured by the invention has the advantages of lighter weight, lower manufacturing cost and strong anti-deformation capability compared with the original aluminum alloy griffe.)
技术领域
本发明属于纺织机械中用于机织设备的开口装置领域，具体涉及一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀、预制体及制作方法。
背景技术
电子提花机是目前机织设备重要的开口装置。在电子提花机的结构中会普遍用到如图1所示的提刀，其工作方式为，动力装置通过传动装置驱动提刀作上下往复运动，提刀的上沿（也称刀口）上挂有提针，提针连接通丝、综丝，带动穿在综丝眼中的经纱作上下往复运动。每根综丝均连接有复位弹簧，常用的复位弹簧的初始拉力为50~200g，则数百上千个提针的拉力可达数百公斤，这些拉力加载在一片提刀上，仍然要求提刀的刀口保持平直，只允许1mm的变形，因此对提刀的要求很高。大型电子提花机的提刀长度达到2~3m，特殊机型甚至达到4m，目前通常采用铝合金型材来制作。为了减轻提刀重量，提高提刀性能，人们尝试用复合材料制作提刀。
在先的一件专利申请《一种碳纤维复合材料提花机拉刀及制造方法》（申请号：201910366256.7）中提出了一种用碳纤维制作提花机拉刀（即提刀）的方案。该专利申请中公开了“采用拉挤成型的碳纤维拉刀，质量更轻，强度更高”，由拉挤成型工艺可知，这个方案的碳纤维是以束丝的形式，沿提刀长度方向分布，通过模具拉挤成型。提刀在实际应用中的受力方向，垂直于提刀长度方向。而这个专利申请提出的方案在提刀受力方向上没有碳纤维增强，因此不是一个最佳的增强纤维分布方案。
三维机织仿形预制体有三维正交分布的增强纤维，是比较合理的复合材料制作方案。但是如图1所示，提刀截面是一个中间薄两边厚的结构，这种截面形状通常有两种制作方案：一是制作厚的平板，然后去除中间多余部分，但这种方案去除部分的经纱纬纱都浪费了；二是在机织的时候只按截面形状布置经纱，纬纱在没有经纱的地方成为浮丝，事后去除即可，这种方案虽是节约了经纱，但纬纱还是浪费了。提刀的主要受力在刀口，这两种制作方案在刀口部分，其受力方向的增强纤维都成为较短的纤维，也都不能最大限度发挥增强纤维的效能。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀、预制体及制作方法，在节省材料，降低成本的同时，充分发挥增强纤维的功效。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体，所述提花机提刀预制体为中部被贯穿全部多层织物层厚的纬向垂纱整体收紧，左右两侧被贯穿部分多层织物层厚的纬向垂纱分层收紧而形成的可中分为二个薄壁的三维正交预制体。
进一步的，所述多层织物为按照提刀的宽度及提刀中间部分的厚度布置多层经纱后，又分层引纬与各层经纱形成的多层正交交织织物。
进一步的，所述纬向垂纱为被引入的反复贯穿多层织物层厚并上下弯曲的垂纱，所述纬向垂纱由中间垂纱、上飞和下飞组成，所述中间垂纱为所述纬向垂纱贯穿多层织物层厚且垂直正交于经纱纬纱平面的部分，所述上飞为所述纬向垂纱上部连接所述中间垂纱的部分，所述下飞为所述纬向垂纱下部连接所述中间垂纱的部分；所述多层织物在所述纬向垂纱的上飞和下飞的张力约束下在厚度方向上被收紧，成为不可分层的三维机织整体；所述纬向垂纱可以按照部分贯穿多层织物层厚和整体贯穿多层织物层厚相结合的方式应用，由此织出整体收紧与分层收紧相结合的织物。
进一步的，所述多层织物的经纱、所述多层织物的纬纱、所述纬向垂纱的材质均为高性能复合材料纤维。
进一步的，所述高性能复合材料纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维中的一种或多种混合。并且，所述高性能复合材料纤维又不仅限于碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维。
进一步的，所述左右两侧被贯穿部分层厚的纬向垂纱分层收紧的方式，采用同一根纬向垂纱经过左侧上部--中部--右侧上部，或经过左侧下部--中部--右侧下部的方式。
进一步的，所述左右两侧被贯穿部分层厚的纬向垂纱分层收紧的方式，亦或采用同一根纬向垂纱经过左侧上部--中部--右侧下部，或经过左侧下部--中部--右侧上部的方式。
一种采用上述提花机提刀预制体制成的提花机提刀，包括一个纤维增强体，所述纤维增强体为用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体，所述纤维增强体上灌注有树脂材料，并经模具固化后成型为复合材料提刀本体，所述复合材料提刀本体的两端固定安装有提刀支座，所述复合材料提刀本体的上沿嵌设有刀口。
进一步的，所述刀口采用金属材料制成，所述金属材料为铝合金材料，所述铝合金材料表面经过耐磨镀层处理。
一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、织机开口装置按照引垂纹版A开口，形成A梭口，即引垂梭口；
步骤2、织机引垂装置在A梭口中引入超幅垂纱；
步骤3、织机开口装置平综，垂纱发生转折，织口两侧同时供应垂纱，打纬装置执行打纬动作1，即预打纬；预打纬表示打纬筘与织口预留一个纱线（纬密）的距离；
步骤4、织机开口装置按照拉垂纹版B开口，形成B梭口，即拉垂梭口；纬向垂纱在织物厚度方向的拉伸，同时织口两侧同时供应垂纱；
步骤5、织机开口装置平综，打纬装置执行打纬动作2，即正常打纬；正常打纬表示打纬筘运动到织口位置；
步骤6、若为梭式引垂，则当前垂纱引垂完成；若为无梭引垂，则剪断垂纱，当前垂纱引垂完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过纬向垂纱方法制作三维多层提刀仿形预制体，在提刀中部较薄部分，垂纱为贯穿整个层厚的整体，在提刀两边垂纱处理成只贯穿1/2层厚，这样形成两边是可中分的薄壁，中间是整体厚壁的预制体，从而可在灌注树脂材料固化成型时利用模具成型为要求的提刀截面。
本发明的这一方案取得了节省材料和降低成本的效果，特别是处于刀口位置的增强纤维保留了贯穿工件的长丝状态，从而充分发挥了增强纤维的功效。三维机织本身的三维正交纤维分布，以及很高的机织紧密度，使得此方案优于其它复合材料成型方案。
本发明制作提刀预制体方法这是一种新型的三维多层仿形预制体成型方法，这种方法的优点是省工省料，效率高，提刀刀口部分的承力纤维是贯穿提刀宽度的长纤维，有更好的力学增强特性。
本发明采用三维多层提刀仿形预制体作为纤维增强体所制作出来的复合材料提刀，比原有铝合金提刀质量轻，制作成本低，抗变形能力强，特别是对于提刀长度超过2米的大型电子提花机，降低了整机驱动系统的负荷，降低能耗，提高了整机的性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面以本发明的较佳实施例，并结合附图进行详细说明。本发明的
具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术的电子提花机提刀的结构示意图；
图2为本发明提花机提刀预制体的正截面图；
图3为本发明提花机提刀预制体的成型示意图；
图4为本发明制作三维机织提刀预制体时用到的一种实施例的纬向垂纱的示意图；
图5为图4中1号纬向垂纱的制作示意图；
图6为本发明制作三维机织提刀预制体时用到的另一种实施例的纬向垂纱的示意图；
图7为图6中1号纬向垂纱的制作示意图；
图8为本发明采用提花机提刀预制体制成的提花机提刀的结构示意图；
图9为本发明实时纬向垂纱的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图2-3所示，一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体，所述提花机提刀预制体为中部被贯穿全部多层织物层厚的纬向垂纱整体收紧，左右两侧被贯穿部分多层织物层厚的纬向垂纱分层收紧而形成的可中分为二个薄壁的三维正交预制体。
进一步的，所述多层织物为按照提刀的宽度及提刀中间部分的厚度布置多层经纱后，又分层引纬与各层经纱形成的多层正交交织织物。
进一步的，所述纬向垂纱为被引入的反复贯穿多层织物层厚并上下弯曲的垂纱，所述纬向垂纱由中间垂纱、上飞和下飞组成，所述中间垂纱为所述纬向垂纱贯穿多层织物层厚且垂直正交于经纱纬纱平面的部分，所述上飞为所述纬向垂纱上部连接所述中间垂纱的部分，所述下飞为所述纬向垂纱下部连接所述中间垂纱的部分；所述多层织物在所述纬向垂纱的上飞和下飞的张力约束下在厚度方向上被收紧，成为不可分层的三维机织整体；所述纬向垂纱可以按照部分贯穿多层织物层厚和整体贯穿多层织物层厚相结合的方式应用，由此织出整体收紧与分层收紧相结合的织物。
进一步的，所述多层织物的经纱、所述多层织物的纬纱、所述纬向垂纱的材质均为高性能复合材料纤维。
进一步的，所述高性能复合材料纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维中的一种或多种混合。并且，所述高性能复合材料纤维又不仅限于碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维。
经过纬向垂纱分层捆绑处理，形成如图2所示的提刀预制体正截面图。从图2中可见，提刀预制体中部是垂纱完全贯穿层厚形成的整体捆绑，左侧和右侧由于纬向垂纱的分层捆绑处理，形成了中分的两层薄壁结构。参见图3所示，此提刀预制体在灌注树脂材料固化成型时利用模具成型为要求的提刀截面。
这是一种新型的三维多层仿形预制体成型方法，这种方法的优点是省工省料，效率高，提刀刀口部分的承力纤维是贯穿提刀宽度的长纤维，有更好的力学增强特性。
进一步的，所述左右两侧被贯穿部分层厚的纬向垂纱分层收紧的方式，采用同一根纬向垂纱经过左侧上部--中部--右侧上部，或经过左侧下部--中部--右侧下部的方式。具体方式可以如下：
参见图4所示，图4表示制作三维机织提刀预制体用到的纬向垂纱的第一种实施例示意图。图4中分别绘出1~4号纬向垂纱的图形，其中，
1号垂纱左侧只贯穿上部1/2厚度的经纱，中间贯穿全部厚度的经纱，右侧只贯穿上部1/2厚度的经纱；
2号垂纱的分层织法与1号垂纱相同，是1号垂纱的互补关系，即2号垂纱的上飞对应1号垂纱的下飞，2号垂纱的下飞对应1号垂纱的上飞；
3号垂纱左侧只贯穿下部1/2厚度的经纱，中间贯穿全部厚度的经纱，右侧只贯穿下部1/2厚度的经纱；
4号垂纱的分层织法与3号垂纱相同，是3号垂纱的互补关系，即4号垂纱的上飞对应3号垂纱的下飞，4号垂纱的上飞对应3号垂纱的上飞。
在垂纱的处理上重复执行图4中1~4号垂纱，就可以得到中部为垂纱贯穿整体的三维机织物，而两侧是中分为二层的两个1/2厚度的三维机织物。这是一种类似于H形的分层捆绑效果。
参见图5所示，图5表示图4中1号纬向垂纱的制作示意图。图5中分别绘出纬向垂纱的5个制作过程图形，其中，
1号图形为图4的1号纬向垂纱的图形；
2号图形为A开口，引垂开口，图4中的1号纬向垂纱从上飞经纱的上部、下飞经纱的下部经过，因此引垂开口时上飞经纱要下行，下飞经纱要上行；
3号图形为B开口，拉伸开口，此时上飞经过的经纱上行，下飞经过的经纱下行，有拉伸促进纬向垂纱弯折的作用；
4号图形为B开口在打纬1位置的情况，经纱的运动趋势与3号图形是一致的，只是幅度较小，此时纬向垂纱因为第一次平综打纬的结果，纬向垂纱已经不在梭口位置，而在打纬1位置；
5号图形为平综打纬2后纬向垂纱与经纱的位置关系，可以看到共有8层经纱，图4中的1号纬向垂纱在左侧和右侧都只与上面4层经纱贯穿交织，中间与全部8层经纱贯穿交织。
同样的，图4中2~4号纬向垂纱的制作过程，其A开口和B开口的图形，与图4中的1号纬向垂纱类似，可以同理推导得出。
进一步的，所述左右两侧被贯穿部分层厚的纬向垂纱分层收紧的方式，亦或采用同一根纬向垂纱经过左侧上部--中部--右侧下部，或经过左侧下部--中部--右侧上部的方式。
参见图6所示，图6表示制作三维机织提刀预制体用到的纬向垂纱的第二实施例示意图。图6中分别绘出1~4号纬向垂纱的图形，其中，
1号垂纱左侧只贯穿上部1/2厚度的经纱，中间贯穿全部厚度的经纱，右侧只贯穿下部1/2厚度的经纱；
2号垂纱的分层织法与1号垂纱相同，是1号垂纱的互补关系，即2号垂纱的上飞对应1号垂纱的下飞，2号垂纱的下飞对应1号垂纱的上飞；
3号垂纱左侧只贯穿下部1/2厚度的经纱，中间贯穿全部厚度的经纱，右侧只贯穿上部1/2厚度的经纱；
4号垂纱的分层织法与3号垂纱相同，是3号垂纱的互补关系，即4号垂纱的上飞对应3号垂纱的下飞，4号垂纱的上飞对应3号垂纱的上飞。
在垂纱的处理上重复执行图6中1~4号垂纱，就可以得到中部为垂纱贯穿整体的三维机织物，而两侧是中分为二层的两个1/2厚度的三维机织物。
由于同一根垂纱捆绑的是左侧上层与右侧下层，或左侧下层与右侧上层，形成了类似X形的交叉捆绑效果，这种方式有利于提高提刀预制体的抗扭曲变形能力。
参见图7所示，图7表示图6中1号纬向垂纱的制作示意图。图7中分别绘出纬向垂纱的5个制作过程图形，其中，
1号图形为图6的1号纬向垂纱的图形；
2号图形为A开口，引垂开口，图4中的1号纬向垂纱从上飞经纱的上部、下飞经纱的下部经过，因此引垂开口时上飞经纱要下行，下飞经纱要上行；
3号图形为B开口，拉伸开口，此时上飞经过的经纱上行，下飞经过的经纱下行，有拉伸促进纬向垂纱弯折的作用；
4号图形为B开口在打纬1位置的情况，经纱的运动趋势与3是一致的，只是幅度较小，此时纬向垂纱因为第一次平综打纬的结果，纬向垂纱已经不在梭口位置，而在打纬1位置；
5号图形为平综打纬2后纬向垂纱与经纱的位置关系，可以看到共有8层经纱，图6中的1号纬向垂纱在左侧只与上面4层经纱贯穿交织，中间与全部8层经纱贯穿交织，在右侧只与下面4层经纱贯穿交织。
同样的，图6中2~4号纬向垂纱的制作过程，其A开口和B开口的图形，与图6中的1号纬向垂纱类似，可以同理推导得出。
参见图8所示，一种采用上述提花机提刀预制体制成的提花机提刀，包括一个纤维增强体，所述纤维增强体为用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体，所述纤维增强体上灌注有树脂材料，并经模具固化后成型为复合材料提刀本体1，所述复合材料提刀本体的两端分别固定安装有提刀支座2，4，所述复合材料提刀本体的上沿嵌设有刀口3。
进一步的，所述刀口采用金属材料制成，所述金属材料为铝合金材料，所述铝合金材料表面经过耐磨镀层处理。
这样制作的复合材料提刀，比原有铝合金提刀质量轻，制作成本下降，抗变形能力强，特别是对于提刀长度超过2米的大型电子提花机，降低了整机驱动系统的负荷，降低能耗，提高了整机的性能。
参见图9所示，一种用三维多层仿形机织物制作的提花机提刀预制体的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、织机开口装置按照引垂纹版A开口，形成A梭口，即引垂梭口；
步骤2、织机引垂装置在A梭口中引入超幅垂纱；
步骤3、织机开口装置平综，垂纱发生转折，织口两侧同时供应垂纱，打纬装置执行打纬动作1，即预打纬；预打纬表示打纬筘与织口预留一个纱线（纬密）的距离；
步骤4、织机开口装置按照拉垂纹版B开口，形成B梭口，即拉垂梭口；纬向垂纱在织物厚度方向的拉伸，同时织口两侧同时供应垂纱；
步骤5、织机开口装置平综，打纬装置执行打纬动作2，即正常打纬；正常打纬表示打纬筘运动到织口位置；
步骤6、若为梭式引垂，则当前垂纱引垂完成；若为无梭引垂，则剪断垂纱，当前垂纱引垂完成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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