[發(fā)明專利]一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法

有效

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• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102756252A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 謝萍;羅加斌;盧天山;王德躍;孫立君
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天紅陽機電有限公司
• 主分類號: B23P17/00
• 分類號: B23P17/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發(fā)明屬于非金屬材料的機械加工方法，具體涉及一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法。

背景技術

碳纖維復合材料是一種力學性能優(yōu)異的非金屬材料，具有質輕、強度高，易成型，耐腐蝕等特性，已被廣泛應用于軍用、民用等眾多領域。碳纖維復合材料結構件和金屬材料結構件一樣，坯料成形后一般需進一步進行內外形機械加工，而且碳纖維復合材料制件之間、碳纖維復合材料制件與金屬件之間的連接需要制孔和開口。由于碳纖維復合材料整體強度高、材料脆性大，機械加工過程中的切削力、振動、裝夾等因素均可能會對產品產生開放性的機械損傷，會大幅度降低產品的使用性能，使用過程中隨損傷的擴展與積累將會加劇材料的環(huán)境與應力腐蝕，加速材料的老化，造成材料濕熱性能嚴重下降，強度與剛度急劇損失，大大降低使用壽命，有時還可能會造成災難性的后果。

在碳纖維層合板上采用銑削和鉆削加工槽孔，具有以下特點：

(1)碳纖維復合材料屬于復合材料中較難加工的材料，它由碳纖維鋪層而成，層與層之間用樹脂粘結，其機械性能在不同的方向各不相同，材料沿纖維方向強度高，而垂直纖維方向的強度則取決于樹脂粘接強度，一般情況下層間的結合強度僅為纖維方向強度的2.2％。如果軸向力切削較大，且超過樹脂結合強度時，則會出現(xiàn)樹脂斷裂、纖維分層、劈裂等缺陷。特別是在鉆孔加工時其纖維鋪層方向對鉆孔加工有較大的影響，在鉆孔處應力較集中，極易引起劈裂等缺陷。

(2)碳纖維復合材料硬度大，其硬度HRC可達53～65，相當于一般高速鋼的硬度，材料本身導熱性差，刀具在加工過程中產生的摩擦熱，集中于刀具切削刃附近很窄的區(qū)域內使切削區(qū)溫度迅速升高，進而導致刀具發(fā)生退火，加工時纖維的回彈及粉末狀的切削又加重了擦傷刃口和后刀面，加速了刀具磨損。

(3)碳纖維復合材料在鉆孔加工后有縮孔現(xiàn)象。

(4)碳纖維復合材料制品各基體結合力差，抗沖擊能力差，加工中產生的振動對產品質量影響較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，解決現(xiàn)有銑削和鉆孔方法存在的碳纖維層合板易分層、劈裂、燒傷的問題，以提高碳纖維復合材料制品的加工精度、降低表面粗糙度。

本發(fā)明所提供的一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，包括裝夾步驟、加工步驟和后處理步驟，所述加工步驟為銑削加工步驟和鉆削加工步驟中的一種或兩種，其特征在于：

(1)裝夾步驟：

(1.1)當碳纖維層合板為平板時，在碳纖維層合板上下兩面均設置墊板并夾緊；

(1.2)當碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，在碳纖維層合板上下兩面銑削加工部位或鉆削加工部位周邊粘貼纖維布或透明膠帶；

(2)銑削加工步驟：

采用硬質合金刀具或者人造金鋼石刀具，在銑削加工開口時，采用螺旋下刀，主軸轉速6000r～8000r/min、進給速度3000mm/min～4000mm/min、吃深0.5mm～1mm，干式切削條件；

(2.1)當碳纖維層合板為平板時，從碳纖維層合板的一面銑削穿透并加工至要求尺寸；

(2.2)當碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，從碳纖維層合板的一面加工槽或孔至材料厚度的三分之一，在槽或孔的周邊留約0.5mm的余量，再從碳纖維層合板的另一面銑削穿透并加工至要求尺寸；

(3)鉆削加工步驟：

鉆削加工，采用鎢鈷類硬質合金鉆頭，進給速度50mm/min～100mm/min，刀具轉速1400r～2400r/min；

(3.1)當碳纖維層合板為平板時，鉆頭為錐角118°的麻花鉆頭；

(3.2)當碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，鉆頭為三尖鉆頭；

(4)后處理步驟：

加工完成后，根據(jù)被加工的碳纖維層合板的形狀，分別處理；

(4.1)當碳纖維層合板為平板時，去除碳纖維層合板上下兩面設置的墊板；

(4.2)當碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，去除碳纖維層合板銑削或鉆削加工部位周邊的纖維布或透明膠帶。

所述的在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，其特征在于：

所述裝夾步驟中，所述墊板為易機械加工的材料，包括鋁板、木板；

所述銑削加工步驟中，所述硬質合金刀具和所述人造金鋼石刀具的幾何參數(shù)：前角γ＝12°～15°，后角α＝6°～8°，刀尖形狀為圓弧刃或修光刃，刀尖圓弧半徑r＝0.2mm～0.5mm，刀尖倒角c＝0.2mm～0.5mm。