[發明專利]用于復合材料加工的多用途工具、輔助設備及使用方法

有效

• 申請號: 201710553132.0
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107116366B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 解麗靜;項俊鋒;胡鑫;程冠華;龐思勤;衣杰;高飛農;霍石巖;胡芳;王西彬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23P23/02
• 分類號: B23P23/02
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

1.一種用于復合材料加工的多用途工具，其特征在于：包括刀桿(1)、刀體(2)、攪拌頭(3)、定位塊(4)、刀片(5)、螺釘(6)和輔助設備，刀體(2)根據工作需要選用端銑刀或者圓柱銑刀；刀體(2)一端與攪拌頭(3)大端整體連接，攪拌頭(3)大端面直徑為刀體(2)直徑的2/5～3/5，攪拌頭(3)大端鑲嵌在刀體(2)內孔上；定位塊(4)通過螺釘(6)固定在刀體(2)的刀槽內，刀片(5)固定在定位塊(4)上，刀片(5)形狀及在定位塊(4)上的位置根據加工需要調整；

為降低進給阻力和切削力，所述的攪拌頭(3)選錐形攪拌頭；

所述輔助設備包括刀柄系統(8)和主軸系統(9)；所述的刀柄系統(8)包括油腔(8-2)、刀柄進氣管道(8-3)、刀柄內冷系統(8-4)、限位裝置(8-5)和刀桿夾 持裝置(8-7)；在所述刀柄系統(8)的刀柄上增加用于實現多用途工具的動平衡裝置(8-6)，所述動平衡裝置(8-6)為環形凸臺結構，通過調節在環形凸臺上螺釘的位置和數量配重，實現對多用途工具的動平衡設置；并在所述刀柄系統(8)增加減振法蘭盤(8-1)，減振法蘭盤(8-1)套在刀柄凸臺下方的圓柱體外側；所述的主軸系統(9)包括測溫裝置(9-1)、主軸冷卻槽(9-2)、測振裝置(9-3)、主軸冷卻裝置(9-4)、氣動卡盤(9-5)、進氣管(9-6)；多用途工具通過刀柄系統(8)上的刀桿夾持裝置(8-7)進行幾何固定，并利用刀柄進氣管道(8-3)以實現工具與刀柄系統(8)的氣動緊固。

2.如權利要求1所述的多用途工具的使用方法，其特征在于：

根據使用需要選擇安裝相應多用途工具，實現對于復合材料的多用途加工；

當實現單一攪拌摩擦加工時，從定位塊(4)上拆卸刀片(5)，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現單一攪拌摩擦加工；

當實現單一攪拌摩擦焊接時，從定位塊(4)上拆卸刀片(5)，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現單一攪拌摩擦焊接；

當實現具有去飛邊功能的攪拌摩擦加工時，調整刀片(5)在定位塊(4)上的位置或調整刀片(5)形狀，使刀片(5)切削刃與刀體端部平齊，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現具有去飛邊功能的攪拌摩擦加工；

當實現具有去飛邊功能的攪拌摩擦焊接時，調整刀片(5)在定位塊(4)的位置或調整刀片(5)形狀，使刀片(5)與刀體端部平齊，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現具有去飛邊功能的攪拌摩擦焊接；

當實現單一銑削加工時，調整刀片(5)在定位塊(4)的位置或調整刀片(5)形狀，使刀片(5)切削刃超過刀體端部，同時拆卸攪拌頭(3)，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現單一銑削加工；

當實現攪拌摩擦加工-銑削的復合加工時，調整刀片(5)在定位塊(4)的位置或調整刀片(5)形狀，使刀片(5)切削刃超過刀體端部，同時裝載攪拌頭(3)，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現攪拌摩擦加工-銑削復合的一體式加工，提高復合材料的加工質量和加工效率；在復合材料銑削過程中，合金基體中由于增強相的加入使基體的塑性變形機制與單一合金材質的銑削去除機理有較大差異，由于復合材料工件表層材料經過攪拌摩擦二次加工起到細化基體微觀組織和增強相尺寸；攪拌摩擦加工-銑削的復合加工集合了銑削和攪拌摩擦加工，利用攪拌摩擦加工可改善銑削復合材料加工表面質量及表層力學性能，同時銑削加工能夠去除攪拌摩擦加工所產生的飛邊，并且切削產生的熱量可為攪拌摩擦加工提供部分熱輸入；同時，攪拌摩擦加工-銑削的復合實現工件一體式快速加工；

當實現攪拌摩擦焊接-銑削的復合加工時，調整刀片(5)在定位塊(4)的位置或調整刀片(5)形狀，使刀片(5)切削刃超過刀體端部，同時裝載攪拌頭(3)，通過主軸系統(9)實現對多用途工具的旋轉和進給運動的驅動，從而實現攪拌摩擦焊接-銑削復合的一體式加工，提高復合材料的加工質量和加工效率；在復合材料銑削過程中，合金基體中由于增強相的加入使基體的塑性變形機制與單一合金材質的銑削去除機理有較大差異，由于復合材料工件表層材料經過攪拌摩擦二次焊接起到細化基體微觀組織和增強相尺寸，從而提高復合材料表層力學性能和疲勞性能；攪拌摩擦焊接-銑削的復合加工利用攪拌摩擦焊接可改善銑削復合材料加工表面質量及表層力學性能，同時銑削加工能夠去除攪拌摩擦加工所產生的飛邊，并且切削產生的熱量可為攪拌摩擦焊接提供部分熱輸入；同時，攪拌摩擦焊接-銑削的復合實現了工件一體式快速加工。

3.如權利要求2所述的使用方法，其特征在于：由于上述多用途加工方式中主軸系統的旋轉轉速高，多用途工具上的微小不平衡量會產生非常大的離心力，離心力引起多用途工具的徑向跳動，降低對工件的加工精度，由于在刀柄系統(8)上加工有實現多用途工具的動平衡裝置(8-6)，所述動平衡裝置(8-6)為環形凸臺結構，通過調節在環形凸臺上螺釘的位置和數量配重，實現對多用途工具的動平衡設置，減小離心力引起多用途工具的徑向跳動，提高對工件的加工精度；此外，由于在所述刀柄系統(8)增加減振法蘭盤(8-1)，實現減振作用，進一步提高對工件的加工精度。