[發明專利]一種玻璃纖維復材?鋁合金疊層材料大深徑比小孔加工方法

在審

• 申請號: 201710025216.7
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106825655A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 葉正茂;郭安儒;尤潔;張軍;凌麗;王俊江;班曉偉;陳程;苗洪玉
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B23B35/00
• 分類號: B23B35/00;B23B41/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明一種玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料大深徑比大深徑比小孔加工方法，涉及一種機械加工工藝，尤其涉及一種疊層材料的大深徑比小孔加工工藝。

背景技術

玻璃纖維復合材料憑借其密度低，比強度高等特點，在工程中得到越來越多的應用。特別是以玻璃纖維復合材料作為功能材料，以鋁合金作為結構材料構成的玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料，既具備良好的力學性能，又具備很好的防隔熱功能，在航空航天領域得到了非常廣泛的應用。但由于玻璃纖維復合材料的切削性能差，同時小孔加工鉆頭直徑小，長度較長，剛性很差，給加工工藝帶來了很大挑戰。傳統工藝采用適用于玻璃纖維復合材料層加工的硬質合金鉆頭一次加工成型，當鉆頭加工玻璃纖維層時，鉆頭很容易就發生了較嚴重的磨損，當加工至金屬層時，材料特性出現突變，造成切削力的突變，加之鉆頭切削刃較長，剛性很差，極易造成鉆頭斷裂，據加工試驗統計，傳統工藝使用不同品牌的硬質合金鉆頭加工首孔的成品率低于70％，加工至第3孔時的成品率低于50％，這對產品質量帶來了非常不利的影響。

目前，針對小孔加工的方法主要包括：1)電解加工、2)電火花加工、3)激光加工、4)振動加工。這些方法面對玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料加工的情況，存在明顯不足：1)電解加工精度較差，同時電解液很可能造成玻璃纖維復合材料的變性，造成復合材料喪失功能；2)電火花加工只適用于導電材料，針對玻璃纖維這種不導電的非金屬材料并不適用；3)激光加工的尺寸精度較差，且目前只適用于薄板的加工；4)振動加工對設備可靠性具有較高要求，且適用于硬度高的脆性材料加工，而本發明所述的非金屬材料多是樹脂基復合材料，硬度很低，其加工效果未見公開報道。

因此，迫切需要一種玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料大深徑比小孔加工方法，有效解決此類小孔加工中鉆頭斷裂率較高的問題，提高成品率。

發明內容

本發明的技術解決問題是：是提供一種玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料大深徑比小孔加工方法，該方法可有效解決此類此類小孔加工中鉆頭斷裂的問題，大大提高工藝可靠性。

本發明的技術方案是：一種玻璃纖維復材-鋁合金疊層材料大深徑比小孔加工方法，包括以下步驟：

S1：準備刀具：一種為用于加工玻璃纖維復合材料層的硬質合金鉆頭，另一種為用于加工鋁合金材料層的高速鋼鉆頭；

S2：測量厚度：測量玻璃纖維復合材料層厚度H和膠層厚度h；

S3：裝夾找正：根據機床形式，確定產品裝夾方式，確保后續加工從玻璃纖維復合材料層一側進刀；

S4：加工循環一：裝夾所述的硬質合金鉆頭，循環進給深度不超過5mm，進給速度不超過30mmpm，啄鉆至孔深等于H后退刀；

S5：加工循環二：降低進給速度至不超過0.5mmpm，啄鉆至孔深等于H+δmm后退刀；

S6：加工循環三：換裝夾所述的高速鋼鉆頭，循環進給深度不超過2mm，進給速度不超過5mmpm，啄鉆至設計深度后退刀。

其中：所述的大深徑比小孔是一種直徑為1.5～2mm，總深度為20～30mm，深徑比為10～20的一類圓孔。

其中：所述的硬質合金鉆頭的小徑全長大于玻璃纖維復合材料層厚度3～5mm，所述的高速鋼鉆頭的小徑全長大于設計孔深3～5mm，兩種鉆頭的切削刃長度均為10～15mm，且小徑直徑均按照理論孔徑的下差制造。

其中：三次循環加工中的主軸轉速≥1000rpm。

其中：步所述的循環進給深度等于每個循環的軸向深度增量值，每次加工循環結束后，需退刀至工件外表面。

其中：所述的加工循環一過程中不使用切削液，每次進刀前，使用壓力空氣吹除鉆頭及孔內的切屑。

其中：所述的δ的取值范圍為h+0.5～h+1mm，略大于膠層厚度。

其中：所述的加工循環二和加工循環三使用工業酒精冷卻，每次進刀前，首先使用壓力空氣吹除鉆頭及孔內的切屑，然后用壓力噴壺在鉆頭和孔內噴灑工業酒精。

(三)有益效果