專利名稱：碳纖維復合材料制品的制孔工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維復合材料制制品的制孔工藝。
背景技術：
按照成型工藝，復合材料制品分為二維層壓板和三維紡織結構。其鋪層是按45°/90°/0°/-45°/45°/-45°/0°/45°/90°的順序進行鋪層的，各鋪層之間沒有纖維增強，當受到外界載荷作用時復合材料往往首先產生因層間正應力和剪應力耦合而引起的分層。現(xiàn)有技術復材制品的制孔方式無論是在刀具材料還是制孔參數(shù)上都仍沿用金屬制件的制孔工藝參數(shù)模式，在很大程度上沒有考慮復材制件自身的性能，因此，在進行復材零部件裝配制孔時極易出現(xiàn)層間分離(俗稱分層)、纖維撕裂等現(xiàn)象，給產品質量和生產周期帶來極大影響?，F(xiàn)有制孔用的大直徑鉆頭或擴孔鉆是以高速鋼為材料，但因在硬度上高速鋼比復材略差，在完成少量制孔后，刀具刃口已被磨損，再次進行制孔時，刃口已無法切斷碳纖維，而是以高速運轉的旋轉外力扯斷纖維絲，使纖維絲與樹脂界面產生分離形成分層，產生超差。同時在制孔參數(shù)上的不合理性也是造成復材制件產生分層的因素之一?，F(xiàn)有制孔參數(shù)參照金屬制孔的邏輯，以擴孔為主，但因其過大的切削量使復材制件在制孔過程中受到極大的擠壓，形成擠壓分層。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述金屬制件制孔復合材料工藝存在不足之處，提供一種能夠避免復材制件制孔分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，制孔圓滑，超差率低的制孔工藝方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的一種碳纖維復合材料制品的制孔工藝方法，包括如下步驟1).選擇20°螺旋角、≥120°頂角、橫刃寬度視直徑在0.06D～0.1D間的硬質合金材質鉆頭；2).依據(jù)切削力公式F＝CFdxffYFvZFN，選擇初孔直徑小于待加工孔徑進行導向性初鉆；(其中CF＝系數(shù)dxf＝直徑參數(shù)fYF＝進給量參數(shù)vZF＝鉆速參數(shù))3).使用鉸孔為主，擴孔為輔的鉸孔，且鉸孔轉速控制在500～800r/min；4.)擴孔鉆退刀選用靜態(tài)退刀。
本發(fā)明的有益效果是。
本發(fā)明從刀具參數(shù)和制孔工藝參數(shù)兩方面對現(xiàn)有制孔方式進行改進，進而根本上解決復材制件制孔分層問題。保證了復材制件的制孔質量。通過大量試驗和生產實踐證明和合理地選擇刀具材質和刀具螺旋角、頂角、橫刃參數(shù)，改進制孔步驟，改善制孔工藝，避免復了材制件制孔分層現(xiàn)象的出現(xiàn)。選用的硬質合金材質的刀具是目前在成本和加工質量上最適合現(xiàn)有復材制件制孔的刀具材料。尤其是整體合金刀具更利于后期刀具維護和返修。選擇20°螺旋角的鉆頭，可以減少刀芯厚度，增大容屑槽和槽表面拋光。還可以減少切削對刀體的磨擦，降低切削熱，有利于容屑和排屑。選擇的≥120°頂角所制孔的表面較圓。本發(fā)明的制孔參數(shù)和工藝參數(shù)通過批量的實際生產證明，原有的復材制件制孔分層現(xiàn)象得到徹底杜絕，結束了某型機每架份制孔12％的超差歷史，同時在引用本方案后，某型機部件共有25％左右的復材孔免除了無損檢測要求，為整個某型機的全面生產提速和產品質量的提高奠定了牢靠的技術保障。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明提供的復合材料制件制孔的工藝方法，選用硬質合金材質的鉆頭刀具。選用硬質合金材質鉆頭刀具優(yōu)選整體合金鉆頭刀具。應對鉆頭的螺旋角和頂角進行選擇。我們知道螺旋角越大，其排屑能力越好，不易形成積瘤屑，因復材鉆屑為粉狀，螺旋角越小越易堵塞螺旋槽，使加工溫度不易揮散，從而影響加工質量。但同時螺旋角的大小也會影響刀具的剛性，基于此，優(yōu)選20°螺旋角。與此同時，在保證刀體強度的條件下，還可以減少刀芯厚度，增大容屑槽，槽表面進行拋光。這樣可以減少切削對刀體的磨擦，降低切削熱，有利于容屑和排屑。選擇120°頂角所制孔的表面較圓，且頂角越大，容屑性能也越好。在頂角選擇上，可優(yōu)選115°和120°兩種頂角。雖頂角對軸向力沒有太大的影響，但從加工質量來看120°頂角所制孔的表面較圓，并且頂角越大，容屑性能也越好。為了減小吃刀量，隨著加工直徑的增大，頂角也應相應減小。
選擇鉆頭橫刃。橫刃是鉆頭在磨制過程中自然形成的一種切削刃，它除了起一個引鉆作用外還是鉆頭最早參與切削的一個部位，因此橫刃長度在鉆孔時有著相當重要的作用。橫刃越小其軸向力也就越小，因此帶給復材的施壓力也就越小，從而產生分層，劈裂的可能及破壞范圍就越小。但橫刃寬度的過渡求小也會使中心溫度，特別是橫刃處的溫度急劇上升，不僅會使碳纖維高溫碳化，還會使刀具本身進行退火，從而影響刀具壽命，因此，橫刃寬度視直徑應在0.06D-0.1D間選取。
對工藝參數(shù)進行改進，特別是初孔直徑D的改進。在這里所說的直徑是指初孔直徑。復材分層多發(fā)生在鉆初孔這一步，因此如何控制初孔直徑來達到有效減少或避免復材分層是我們值得注意和重視的方面。依據(jù)切削力公式F＝CFdxffYFvZFN，當在相同制孔條件和材料情況下，切削力F和直徑D成正比，初孔直徑越大，則帶給復材制件的正應力越大，誘發(fā)復材制件分層的機率和范圍就越大，也給后續(xù)補償帶來相當大的困難。因此在初孔直徑的選擇上結合試驗數(shù)據(jù)、刀具性能、工人勞動強度、被加工材料的材質、終孔直徑大小有比例的縮小終孔直徑直至其滿足初孔直徑要求。
鉸刀和擴孔鉆的工藝。鉸刀和擴孔鉆都是一種用來擴大孔徑，提高孔的加工精度的刀具，但兩者也是有一些區(qū)別的。擴孔鉆實際上進行的是二次鉆孔，為增加導向性的前導在設計上就具有切削刃的過渡部分，此部分在擴孔鉆退刀時會對復材產生損傷，因此優(yōu)選靜態(tài)退刀。同時大切削量的擴孔過程也會對復材制件孔壁產生擠壓力，使擠壓分層隨之出現(xiàn)。而鉸刀進行的是一種復雜的切削和擠壓磨擦過程，因其切削量較小加之對復材制件的損傷較小，且對前期鉆孔或擴孔過程中產生的分層能進行一定的消除，因此整個制孔工藝上以鉸孔為主，擴孔為輔。同時結合工人勞動強度，對整個制孔步驟進行有效調整，使鉆孔、擴孔和鉸孔得到有效結合，改進后的制孔工藝在保證整個周期與原有周期相同的情況下，制孔質量得到有效保證，分層現(xiàn)象得到徹底杜絕。同時還應注意的是轉速過高，也會對鉸孔質量有影響，會使孔徑偏大，優(yōu)選在500-800r/min左右較為合適。
權利要求
1.一種碳纖維復合材料制品的制孔工藝方法，包括如下步驟1).選擇20°螺旋角、≥120°頂角、橫刃寬度視直徑在0.06D～0.1D間的硬質合金材質鉆頭；2).依據(jù)切削力公式F＝CFdxffYFvZFN，選擇初孔直徑小于待加工孔徑進行導向性初鉆；(其中CF＝系數(shù) dxf＝直徑參數(shù) fYF＝進給量參數(shù) vZF＝鉆速參數(shù))3).使用鉸孔為主，擴孔為輔的鉸孔，且鉸孔轉速控制在中速；4.)擴孔鉆退刀選用靜態(tài)退刀。
2.根據(jù)權利要求1所述的制孔工藝方法，其特征在于，硬質合金材質鉆頭刀具優(yōu)選為整體合金鉆頭。
3.根據(jù)權利要求1所述的制孔工藝方法，其特征在于，所述的鉸孔轉速優(yōu)選為500～800r/min。
全文摘要
本發(fā)明是關于碳纖維復合材料制品的制孔工藝方法，主要包括選擇20°螺旋角、≥120°頂角、橫刃寬度視直徑在0.06D～0.1D間的硬質合金材質鉆頭；依據(jù)切削力公式F＝C
文檔編號B23B35/00GK1986145SQ20061002258
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權日2006年12月22日
發(fā)明者李建川, 李輝, 蔣敏 申請人:成都飛機工業(yè)(集團)有限責任公司