專利名稱：一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非金屬材料的機械加工方法，具體涉及ー種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合材料是ー種力學(xué)性能優(yōu)異的非金屬材料，具有質(zhì)輕、強度高，易成型，耐腐蝕等特性，已被廣泛應(yīng)用于軍用、民用等眾多領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件和金屬材料結(jié)構(gòu)件一祥，坯料成形后一般需進ー步進行內(nèi)外形機械加工，而且碳纖維復(fù)合材料制件之間、碳纖維復(fù)合材料制件與金屬件之間的連接需要制孔和開ロ。由于碳纖維復(fù)合材料整體強度高、材料脆性大，機械加工過程中的切削力、振動、裝夾等因素均可能會對產(chǎn)品產(chǎn)生開放性的機械損傷，會大幅度降低產(chǎn)品的使用性能，使用過程中隨損傷的擴展與積累將會加 劇材料的環(huán)境與應(yīng)カ腐蝕，加速材料的老化，造成材料濕熱性能嚴(yán)重下降，強度與剛度急劇損失，大大降低使用壽命，有時還可能會造成災(zāi)難性的后果。在碳纖維層合板上采用銑削和鉆削加工槽孔，具有以下特點(I)碳纖維復(fù)合材料屬于復(fù)合材料中較難加工的材料,它由碳纖維鋪層而成,層與層之間用樹脂粘結(jié)，其機械性能在不同的方向各不相同，材料沿纖維方向強度高，而垂直纖維方向的強度則取決于樹脂粘接強度，一般情況下層間的結(jié)合強度僅為纖維方向強度的2. 2%。如果軸向力切削較大，且超過樹脂結(jié)合強度時，則會出現(xiàn)樹脂斷裂、纖維分層、劈裂等缺陷。特別是在鉆孔加工時其纖維鋪層方向?qū)︺@孔加工有較大的影響，在鉆孔處應(yīng)カ較集中，極易引起劈裂等缺陷。(2)碳纖維復(fù)合材料硬度大，其硬度HRC可達53 65，相當(dāng)于一般高速鋼的硬度，材料本身導(dǎo)熱性差，刀具在加工過程中產(chǎn)生的摩擦熱，集中于刀具切削刃附近很窄的區(qū)域內(nèi)使切削區(qū)溫度迅速升高，進而導(dǎo)致刀具發(fā)生退火，加工時纖維的回彈及粉末狀的切削又加重了擦傷刃口和后刀面，加速了刀具磨損。(3)碳纖維復(fù)合材料在鉆孔加工后有縮孔現(xiàn)象。(4)碳纖維復(fù)合材料制品各基體結(jié)合力差，抗沖擊能力差，加工中產(chǎn)生的振動對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，解決現(xiàn)有銑削和鉆孔方法存在的碳纖維層合板易分層、劈裂、燒傷的問題，以提高碳纖維復(fù)合材料制品的加工精度、降低表面粗糙度。本發(fā)明所提供的一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，包括裝夾步驟、加工步驟和后處理步驟，所述加工步驟為銑削加工步驟和鉆削加工步驟中的ー種或兩種，其特征在于(I)裝夾步驟
(I. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，在碳纖維層合板上下兩面均設(shè)置墊板并夾緊；(I. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，在碳纖維層合板上下兩面銑削加工部位或鉆削加工部位周邊粘貼纖維布或透明膠帶；(2)銑削加工步驟采用硬質(zhì)合金刀具或者人造金鋼石刀具，在銑削加工開ロ時，采用螺旋下刀，主軸轉(zhuǎn)速 6000r 8000r/min、進給速度 3000mm/mi n 4000mm/min、吃深 0. 5mm Imm,干式切削條件；(2. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，從碳纖維層合板的一面銑削穿透并加工至要求尺寸；(2. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，從碳纖維層合板的一面加工槽或孔至材料厚度的三分之一，在槽或孔的周邊留約0. 5mm的余量，再從碳纖維層合板的另一面銑 削穿透并加工至要求尺寸；(3)鉆削加工步驟鉆削加工,采用鶴鈷類硬質(zhì)合金鉆頭,進給速度50mm/min 100mm/min,刀具轉(zhuǎn)速1400r 2400r/min ；(3. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，鉆頭為錐角118°的麻花鉆頭；(3. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板吋，鉆頭為三尖鉆頭；(4)后處理步驟加工完成后，根據(jù)被加工的碳纖維層合板的形狀，分別處理；(4. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板吋，去除碳纖維層合板上下兩面設(shè)置的墊板；(4. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，去除碳纖維層合板銑削或鉆削加工部位周邊的纖維布或透明膠帶。所述的在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，其特征在于所述裝夾步驟中，所述墊板為易機械加工的材料，包括鋁板、木板；所述銑削加工步驟中，所述硬質(zhì)合金刀具和所述人造金鋼石刀具的幾何參數(shù)前角Y = 12° 15°，后角a =6° 8°，刀尖形狀為圓弧刃或修光刃，刀尖圓弧半徑r=0. 2mm 0. 5臟，刀尖倒角c = 0. 2mm 0. 5臟。使用本發(fā)明時，加工IOmm及以下圓孔，建議采用鉆削加工；10mm以上圓孔或其它形狀任意尺寸的槽或孔，建議采用銑削加工。本發(fā)明的裝夾步驟中，設(shè)置墊板或者粘貼纖維布或透明膠帶，可有效防止刀具出口端產(chǎn)生撕裂和毛邊，防止碳纖維層合板出現(xiàn)分層和劈裂。銑削加工步驟中，硬質(zhì)合金刀具由于材料晶粒超細化，結(jié)合界面増大，刀具對加工表面有熨壓作用，價值性價比適中，應(yīng)用較多，但磨損比金鋼石刀具快；金鋼石刀具綜合性能優(yōu)越，加工表面質(zhì)量好，但價格稍貴。鉆削加工步驟中，鎢鈷類硬質(zhì)合金鉆頭有較高的彎曲強度和韌性，可以減少鉆削時的崩刃，而且刃磨性好，易磨出鋒利的刃ロ，從而使鉆削順暢；三尖鉆頭，可以減小軸向力，提高刀具鋒利度；當(dāng)轉(zhuǎn)速小于1000r/min時易出現(xiàn)分層和劈裂；當(dāng)轉(zhuǎn)速在1400r 2400r/min之間時，無分層和劈裂現(xiàn)象，且孔壁光滑。本發(fā)明提出加工過程中無變形的裝夾方式，通過選用合理的刀具材料、刀具幾何參數(shù)及銑削加工、鉆削加工參數(shù)，對加工內(nèi)外形余量進行合理安排，解決了采用傳統(tǒng)方法在碳纖維薄壁回轉(zhuǎn)體和碳纖維層合板材上開ロ或鉆孔存在的分層、劈裂、燒傷等質(zhì)量問題，使碳纖維零件的合格率從50%提高到了 99%以上。


圖I為在碳纖維層合板上下兩面設(shè)置墊板的示意圖； 圖2為ニ尖鉆頭不意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進ー步說明。實施例1，用于在平板碳纖維層合板加工矩形槽，包括裝夾步驟、銑削加工步驟和后處理步驟；(I)裝夾步驟如圖I所示，在碳纖維層合板上下兩面均設(shè)置墊板并夾緊；圖中，碳纖維層合板1，上墊板2和下墊板3均為鋁板，用螺栓4固定并擰緊；(2)銑削加工步驟采用硬質(zhì)合金刀具,在統(tǒng)削加工開ロ時,采用螺旋下刀，主軸轉(zhuǎn)速6000r/min、進給速度3000mm/min、吃深1_，干式切削條件；從碳纖維層合板的一面銑削穿透并加工至要求尺寸；所述硬質(zhì)合金刀具的幾何參數(shù)前角Y = 12°，后角α =6°，刀尖形狀為圓弧刃，刀尖圓弧半徑r = O. 2mm,刀尖倒角c = O. 2mm ；(3)后處理步驟加工完成后，去除碳纖維層合板上下兩面設(shè)置的鋁板。實施例2，用于在不規(guī)則曲面碳纖維層合板上加工橢圓孔，包括裝夾步驟、銑削加エ步驟和后處理步驟；(I)裝夾步驟在碳纖維層合板上下兩面銑削加工部位或鉆削加工部位周邊粘貼透明膠帶；(2)銑削加工步驟采用人造金鋼石刀具,在統(tǒng)削加工開ロ時,采用螺旋下刀，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min、進給速度4000mm/min、吃深O. 5mm,干式切削條件；所述人造金鋼石刀具的幾何參數(shù)前角Y= 15°，后角α =8°，刀尖形狀為修光刃，刀尖圓弧半徑r = O. 5mm，刀尖倒角C = O. 5mm;從碳纖維層合板的一面加エ槽或孔至材料厚度的三分之一，在槽或孔的周邊留約O. 5mm的余量，再從碳纖維層合板的另一面銑削穿透并加工至要求尺寸；(3)后處理步驟去除碳纖維層合板銑削或鉆削加工部位周邊的透明膠帶。實施例3，用于在平板碳纖維層合板加工IOmm圓孔，包括裝夾步驟、鉆削加工步驟和后處理步驟；(I)裝夾步驟在碳纖維層合板上下兩面均設(shè)置木板并夾緊；(2)鉆削加工步驟鉆削加工，采用鎢鈷類硬質(zhì)合金鉆頭，進給速度100mm/min，刀具轉(zhuǎn)速2400r/min，鉆頭為錐角118°的麻花鉆頭；
(3)后處理步驟加工完成后，去除碳纖維層合板上下兩面設(shè)置的木板。實施例4，用于在不規(guī)則曲面碳纖維層合板上加工8mm圓孔和異形孔，包括裝夾步驟、銑削加工步驟、鉆削加工步驟和后處理步驟；(I)裝夾步驟在碳纖維層合板上下兩面銑削加工部位和鉆削加工部位周邊粘貼纖維布；(2)銑削加工步驟采用人造金鋼石刀具,在統(tǒng)削加工開ロ時,采用螺旋下刀，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min、進給速度3000mm/min、吃深I(lǐng)mm,干式切削條件；所述人造金鋼石刀具的幾何參數(shù)前角Y = 14°，后角α =7°，刀尖形狀為圓弧刃，刀尖圓弧半徑r = O. 3mm，刀尖倒角c = 0.4mm;從碳纖維層合板的一面加工異形孔至材料厚度的三分之一，在異形孔的周邊留約O. 5mm的余量，再從碳纖維層合板的另一面銑削穿透并加工至要求尺寸；(3)鉆削加工步驟鉆削加工,采用鶴鈷類硬質(zhì)合金鉆頭,進給速度50mm/min,刀具轉(zhuǎn)速1400r/min,鉆頭為三尖鉆頭，如圖2所示；(4)后處理步驟加工完成后，去除碳纖維層合板銑削和鉆削加工部位周邊的纖維布。
權(quán)利要求
1.一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，包括裝夾步驟、加工步驟和后處理步驟，所述加工步驟為銑削加工步驟和鉆削加工步驟中的一種或兩種，其特征在于 (1)裝夾步驟 (1.1)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，在碳纖維層合板上下兩面均設(shè)置墊板并夾緊； (I. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，在碳纖維層合板上下兩面銑削加工部位或鉆削加工部位周邊粘貼纖維布或透明膠帶； (2)銑削加工步驟 采用硬質(zhì)合金刀具或者人造金鋼石刀具，在銑削加工開口時，采用螺旋下刀，主軸轉(zhuǎn)速 6000 r 8000 r /min、進給速度 3000 mm/min 4000mm/min、吃深 0. 5 mm Imm,干式切削條件； (2. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，從碳纖維層合板的一面銑削穿透并加工至要求尺寸； (2. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，從碳纖維層合板的一面加工槽或孔至材料厚度的三分之一，在槽或孔的周邊留約0. 5mm的余量，再從碳纖維層合板的另一面銑削穿透并加工至要求尺寸； (3)鉆削加工步驟 鉆削加工，采用鶴鈷類硬質(zhì)合金鉆頭，進給速度50 mm/min 100mm/min,刀具轉(zhuǎn)速1400 r 2400 r /min ； (3. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，鉆頭為錐角118°的麻花鉆頭； (3. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，鉆頭為三尖鉆頭； (4)后處理步驟 加工完成后，根據(jù)被加工的碳纖維層合板的形狀，分別處理； (4. I)當(dāng)碳纖維層合板為平板時，去除碳纖維層合板上下兩面設(shè)置的墊板； (4. 2)當(dāng)碳纖維層合板為不規(guī)則曲面板時，去除碳纖維層合板銑削或鉆削加工部位周邊的纖維布或透明膠帶。
2.如權(quán)利要求I所述的在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，其特征在于 所述裝夾步驟中，所述墊板為易機械加工的材料，包括鋁板、木板； 所述銑削加工步驟中，所述硬質(zhì)合金刀具和所述人造金鋼石刀具的幾何參數(shù)前角Y= 12° 15°，后角a =6° 8。，刀尖形狀為圓弧刃或修光刃，刀尖圓弧半徑r=0. 2mm 0. 5 mm,刀尖倒角 c=0. 2 mm 0. 5 mm。
全文摘要
一種在碳纖維層合板上加工槽孔的方法，屬于非金屬材料的機械加工方法，解決現(xiàn)有銑削和鉆孔方法存在的碳纖維層合板易分層、劈裂、燒傷的問題，以提高碳纖維復(fù)合材料制品的加工精度、降低表面粗糙度。本發(fā)明包括裝夾步驟、加工步驟和后處理步驟，所述加工步驟為銑削加工步驟和鉆削加工步驟中的一種或兩種。本發(fā)明提出加工過程中無變形的裝夾方式，通過選用合理的刀具材料、刀具幾何參數(shù)及銑削加工、鉆削加工參數(shù)，對加工內(nèi)外形余量進行合理安排，解決了采用傳統(tǒng)方法在碳纖維薄壁回轉(zhuǎn)體和碳纖維層合板材上開口或鉆孔存在的分層、劈裂、燒傷等質(zhì)量問題，使碳纖維零件的合格率從50%提高到了99%以上。
文檔編號B23P17/00GK102756252SQ201210219209
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者盧天山, 孫立君, 王德躍, 羅加斌, 謝萍 申請人:湖北三江航天紅陽機電有限公司