[發明專利]一種疊層結構鉆削的實驗裝置

有效

• 申請號: 201911210342.5
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110883355B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 王福吉;趙猛;閆建博;郝佳軒;仇沈
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23B41/00
• 分類號: B23B41/00;B23B47/00;B23Q17/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于疊層材料切削裝置研究技術領域，提供了一種疊層結構鉆削的實驗裝置。該實驗裝置通過安裝高速顯微觀測系統實現對高速鉆削過程中切削刃與材料的作用過程和層間間隙的形成過程的同步實時記錄，分析圖片記錄得到層間間隙具體大小；利用切削力在線測量系統實現對變形、切削損傷等形成過程中切削力的動態監測；添加隨動回收裝置實現對切屑、粉塵等有效回收，實現綠色加工。本發明的實驗裝置解決了疊層材料鉆削過程中層間分層過程與刀矢加工進程之間的關系，實現對層間異構界面處材料高速切削過程的顯微記錄，從而分析損傷產生機制，為刀具設計和工藝制定提供指導，為疊層結構的異構界面的切削理論闡述提供實驗支撐。

技術領域

本發明屬于疊層材料切削裝置研究技術領域，涉及一種疊層結構鉆削研究的實驗裝置。

背景技術

疊層結構由于兩種材料性能的相互補充，能夠避免單種材料的缺點，同時將優點結合，因此已經得到了廣泛應用。尤其是在航空航天領域，碳纖維增強復合材料(CFRP)的常會和金屬，如鋁、鈦等形成疊層結構共同使用。為了實現裝配連接，對疊層結構進行制孔是結構件的制造過程中至關重要且最為繁重的工序。目前在裝配工位使用一把刀具一次完成終孔加工已成為提高生產效率和加工精度的主要加工方式。

制孔過程中，由于切削力的動態變化和兩種材料的剛度差異會導致疊層板由于變形不同而產生層間分離間隙，這將會導致下層材料對上層支撐作用減弱，金屬在上層時極易產生層間金屬毛刺，CFPR位于上層時極易出現出口撕裂、分層等嚴重問題，這些明顯的損傷形式將會大幅降低精度和連接強度。同時間隙的存在使得切屑在排除過程中極易進入層間而無法排出，形成層間積屑，常需要將結構件拆開進行去除毛刺和清理積屑，大幅度降低了生產效率同時重新裝配后同軸度難以保證，使得原本的裝配制孔失去了意義。可見，探究層間間隙處的切削行為，提出抑制間隙方法以成為降低疊層制孔損傷的重要部分。

目前，已有部分學者開行了研究，沈陽飛機工業(集團)有限公司李春奇等人提出了一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置及方法，專利號ZL201610416999.7，此發明采用接觸式測量的方法，利用在上下層材料上布置位移傳感器，進而分別測量得到兩層材料的位移，通過計算得到疊層材料的位移差即層間間隙。上海交通大學姚振強等人提出了一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調整方法，專利號ZL201610236333.3，此發明通過調整可獲得最優的壓緊力，使疊層板的層間間隙降低到理想的范圍內，從而可以有效的控制層間毛刺的高度，同時又盡可能的避免了由壓緊帶來的副作用。但是現有試驗裝置僅實現了對層間間隙的測量和通過預緊力抑制，對于異構界面處刀刃切削行為的變化尚屬空白，并不能從根本上提供層間損傷抑制方法。因此有必要對界面處切削行為、切削參量變化及上下板材撓度變形進行同步實時在線監測，以明確加工過程中層間損傷產生原因、拓展形式及與切削狀態的映射關系，進而指導加工策略的制定和刃形設計，實現低損傷加工目標，目前尚無實驗裝置實現對上述參量同時實時監測。

發明內容

本發明的目的是克服現有的技術難題，提供了一種能夠實現異構界面高速顯微觀測、層間間隙實時采集、切削力在線測量以及隨動除塵功能的疊層材料實驗裝置。此實驗裝置能夠實現高速鉆削疊層過程中，切削力、材料變形的精確測量，切削刃與材料作用過程的同步顯微觀測，進而對疊層材料的層間損傷產生過程進行觀測和研究，為疊層結構的層間損傷抑制策略制定提供指導。

本發明的技術方案：

一種疊層結構鉆削的實驗裝置，通過安裝高速顯微觀測系統實現對高速鉆削過程中切削刃與材料的作用過程和層間間隙的形成過程的同步實時記錄，分析圖片記錄得到層間間隙具體大小；利用切削力在線測量系統實現對變形、切削損傷等形成過程中切削力的動態監測；添加隨動回收裝置實現對切屑、粉塵等有效回收，實現綠色加工；

所述的疊層結構鉆削的實驗裝置包括疊層鉆削裝置A、切削力在線測量系統B、高速觀測系統C和隨動回收裝置D；