[發(fā)明專利]一種芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711316605.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN107983991B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊濤;劉思南;杜宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B41/00
• 分類號(hào): B23B41/00;B23B51/00;B23Q5/40;B23Q1/25;B23Q11/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削裝置，針對(duì)芳綸纖維的難加工特性提出了新型鉆削裝置，主要由鉆削系統(tǒng)、復(fù)合鉆削裝置、活動(dòng)支架、芳綸纖維復(fù)合材料工件、底座、頂架、軸向進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng)組成。軸向進(jìn)給系統(tǒng)控制電機(jī)沿著導(dǎo)軌軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具的軸向進(jìn)給。刀具和復(fù)合鉆削裝置的軸套、支座和上、下套環(huán)保持同軸定位，根據(jù)加工孔徑的要求配備使用不同規(guī)格內(nèi)徑的套環(huán)。在鉆削過程中，工件同時(shí)受到上套環(huán)的壓縮力和下套環(huán)的支撐力，抑制上下表面纖維層的彎曲和退讓，增強(qiáng)了工件的層間結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而抑制分層缺陷的發(fā)生。該鉆削裝置操作便捷，適合各種復(fù)雜型面的工件加工，提高機(jī)加效率的同時(shí)能夠有效抑制分層、撕裂和起毛缺陷的發(fā)生，顯著改善制孔質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工領(lǐng)域，具體說是一種芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的新型鉆削裝置。

背景技術(shù)

芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其模量高、韌性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)在國防軍工和航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，復(fù)雜的多相結(jié)構(gòu)、較差的熱導(dǎo)率和較低的層間結(jié)合強(qiáng)度使其成為典型的難加工材料。復(fù)合材料在裝配過程中通常需要螺接或鉚接，芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板進(jìn)行制孔時(shí)，極易出現(xiàn)起毛、撕裂和分層等表面缺陷。分層缺陷是由于刀具軸向切削力超過了層合板的層間結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致鋪層間的破壞分離情況。芳綸纖維呈絲絮狀殘留并堆積于表面稱之為起毛缺陷，是芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最顯著的加工缺陷形式。當(dāng)?shù)毒呒磳⒋┩覆牧蠒r(shí)，出口處剩余的未切削纖維鋪層與基體間發(fā)生層間剝離并被拉裂撕扯的現(xiàn)象稱為撕裂缺陷。鉆削過程中產(chǎn)生這些表面缺陷，加工和裝配精度不僅難以保證，疲勞壽命和承載能力也會(huì)明顯下降。

CN201510709886.1公開了一種碳纖維復(fù)合材料陀螺式銑削鉆孔工藝，銑刀在繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時(shí)繞公轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軸之間的夾角為θ，夾角可以根據(jù)被加工孔的形狀進(jìn)行調(diào)整。在銑刀進(jìn)行“陀螺式”運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，沿著公轉(zhuǎn)軸向工件的表面進(jìn)給，進(jìn)而利用銑削的方式制孔。該發(fā)明能夠大大降低碳纖維工件在孔的出口處受到的拉力，從而減少出口處的分層缺陷。然而芳綸纖維的強(qiáng)韌性使得其需要較大的剪切力才能斷裂。加之芳綸纖維與樹脂基體間的界面粘結(jié)性很差，表面纖維層受到刀具的軸向切削力時(shí)極易產(chǎn)生彎曲和退讓，難以被刀具切斷。因此，芳綸纖維復(fù)合材料的切削機(jī)理與碳纖維復(fù)合材料有很大的區(qū)別，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的鉆削工藝設(shè)備并不適用于芳綸纖維復(fù)合材料構(gòu)件。為了解決此類問題，鉆削時(shí)采用墊板支撐的方法應(yīng)用最為廣泛。CN201210219209.8公開了一種在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板上加工槽孔的方法。該方法提出加工過程中在層合板上下表面設(shè)置墊板或在加工部位周邊粘貼纖維布或透明膠帶的裝夾方式，通過選用合理的刀具材料、刀具幾何參數(shù)以及切削參數(shù)，解決了采用傳統(tǒng)方法對(duì)層合板材和薄壁回轉(zhuǎn)體上開口或鉆孔存在分層、劈裂、燒傷等質(zhì)量問題。然而，采用墊板鉆削仍有一些弊端：墊板通常為硬質(zhì)高密度材料或鋁板，鉆頭切削墊板的過程進(jìn)一步加劇了刀具的磨損，產(chǎn)生的切屑也會(huì)夾雜在缺陷內(nèi)，影響制孔質(zhì)量。此外，還有耗時(shí)廢料、不適合曲面加工等劣勢(shì)。因此，本發(fā)明提出了一種適合芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制孔的鉆削裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)芳綸纖維的難加工特性提出了新型鉆削裝置，能夠顯著改善芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)件的制孔質(zhì)量。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是：一種芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削裝置，其特征在于包括鉆削系統(tǒng)、復(fù)合鉆削裝置、活動(dòng)支架、芳綸纖維復(fù)合材料工件、底座、頂架、軸向進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng)。所述軸向進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，控制安裝在絲杠上的升降臺(tái)沿著滑道軸向運(yùn)動(dòng)，使電機(jī)沿著導(dǎo)軌軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具的軸向進(jìn)給。所述復(fù)合鉆削裝置安裝在活動(dòng)支架上，能夠沿著滑道上下滑動(dòng)。

復(fù)合鉆削裝置的軸套上銑有鍵槽，與支座之間通過導(dǎo)向平鍵連接，在導(dǎo)向平鍵的作用下，所述軸套可在支座內(nèi)沿軸向滑移，使軸套不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在軸套的端部安裝有軸承，其類型為角接觸球軸承，能夠同時(shí)承擔(dān)徑向和軸向載荷，并滿足較高的轉(zhuǎn)速要求。鉆頭、軸套、支座和上、下套環(huán)應(yīng)保持同軸定位，所述上、下套環(huán)的尺寸相同，根據(jù)加工孔徑的要求配備使用不同規(guī)格內(nèi)徑的套環(huán)。