[發明專利]碳纖維增強復合材料微孔的加工系統及加工工藝

有效

• 申請號: 201910356887.0
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110052674B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 孟令城
• 申請（專利權）人: 青島華超興業交通設備有限公司
• 主分類號: B23H1/00
• 分類號: B23H1/00;B23P23/00
• 代理公司: 山東重諾律師事務所 37228
• 代理人: 冷奎亨

本發明涉及了一種碳纖維增強復合材料的新型孔加工系統和加工工藝，具有鉆孔機構和去毛刺機構，先進行鉆孔操作，然后再進行去毛刺操作，其中，鉆孔機構采取放電加工的工藝對碳纖維增強復合材料進行鉆孔操作，去毛刺機構采取強脈沖電子束輻照的工藝對鉆孔后的孔件進行去毛刺操作。能夠有效克服分層，孔出口撕裂、劈錐等重大缺陷，同時去毛刺效果顯著，對實現高效、低缺陷、高質量航空、汽車制孔具有非常重要的意義。

技術領域

本發明涉及專門適用于孔加工領域，更具體地講，涉及一種碳纖維增強復合材料的孔加工系統和加工工藝。

背景技術

先進的航空產品要求航空零部件具有更優異的性能、更低的成本和更高的環保性。為了滿足航空產品高精度、高效率、高可靠性等要求，人們力求飛機輕量化，以達到高效運輸和降低能耗的目的，越來越多的新型材料被廣泛用于航空產品的加工制造中。碳纖維增強復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱CFRP)等一批輕質難加工材料的應用帶來了諸多生產加工難題。

碳纖維增強復合材料(CFRP)是一種新型結構材料，是以環氧樹脂為基體材料，碳纖維作為增強材料，經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化處理等工藝制成的材料。作為一種先進的航空材料，CFRP具有比重小、剛性好和強度高的特點。近些年來，CFRP在航空航天、工業、國防、汽車及其他領域的應用也越來越廣泛。

但是由于碳纖維復合材料是由纖維和基體組成的二相或多相結構，增強體通常為多層不同鋪設方向的碳纖維組合而成，表現出明顯的各向異性和層間強度低及硬度高等不利于加工的因素，在加工過程中，材料分層、表面剝離、毛刺、樹脂或纖維崩缺等問題始終困擾著制造現場。此外，由于CFRP 材料的機械特性與金屬材料有本質的區別，不能將加工傳統金屬材料的經驗和知識直接應用于復合材料的加工。

鉆削加工CFRP 約占其總切削加工量的一半以上，而制孔工具的選擇是影響鉆孔質量最重要的參數，不然極易造成孔壁表面周圍材料分層，孔出口撕裂、劈錐等重大缺陷。而碳纖維復合材料具有層間強度低、各向異性、硬度高、脆性大等特點，在鉆孔時易出現毛刺等制孔缺陷，從而引起質量問題，甚至導致零件報廢。

實際上，制孔已經成為此類產品制造過程中最繁重的機械加工工序之一，因此，研究碳纖維復合材料的制孔方法與工藝，對實現高效、低缺陷、高質量航空制孔具有非常重要的意義。針對這一現狀，因而迫切需要開發一種新型的碳纖維增強復合材料的孔加工系統及其加工工藝，以滿足實際使用的需要。

發明內容

因此，針對現有技術上存在的不足，提供本發明的示例以基本上解決由于相關領域的限制和缺點而導致的一個或更多問題，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保護設備的作用。

按照本發明提供的技術方案，該孔加工系統包括鉆孔機構和去毛刺機構，鉆孔機構采取放電加工的工藝對碳纖維增強復合材料進行鉆孔操作，去毛刺機構采取強脈沖電子束輻照的工藝對鉆孔后的孔件進行去毛刺操作。

進一步的，鉆孔機構包括底座，底座的一側設有線電極電火花磨削裝置，線電極電火花磨削裝置用于工具電極的制作，底座上還設有夾持裝置，夾持裝置用于夾持碳纖維增強復合材料，鉆孔機構還包括主軸箱，工具電極可拆卸的連接在主軸箱下方的承載座上，鉆孔機構還包括數字顯微鏡，數字顯微鏡用于聚焦工具電極和碳纖維增強復合材料工件的光纖層，鉆孔機構還包括控制終端，控制終端用于控制主軸箱的運轉。

進一步的，線電極電火花磨削裝置包括線材，線材可以在線軸之間以可變的速度行進。

進一步的，工具電極由碳化鎢棒制成，工具電極包括實口電極、單切口電極、雙切口電極三種，均由線電極電火花磨削裝置加工而成。

進一步的，夾持裝置包括夾持柱和夾持爪，夾持爪能夠通過螺栓進行調節。

進一步的，數字顯微鏡與顯示裝置連接。