本發(fā)明屬于金屬復(fù)合材料切削技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種多材料復(fù)合斜孔的高精度低成本鉆削方法。

背景技術(shù)：

航天產(chǎn)品多采用復(fù)合材料金屬的雙層結(jié)構(gòu)，外層防熱復(fù)合材料硬度高，不能浸水，內(nèi)層金屬材料硬度較低，易產(chǎn)生切屑刮傷復(fù)合材料。各部段均采用斜孔連接，而斜孔鉆削時由于軸線不垂直于鉆削平面，在鉆削硬度高的材料(如航天產(chǎn)品外層防熱復(fù)合材料)時，極易引起鉆頭鉆入時偏離軸線，造成孔的垂直度超差，即“讓刀”現(xiàn)象。傳統(tǒng)工藝多采用鉆模來保證斜孔鉆削精度，該方法雖然可以保證孔的形位精度，但是一方面鉆模的安裝增加了裝夾時間，另一方面鉆模對刀具的持續(xù)磨損，也一定程度加劇了刀具的磨損，降低了加工經(jīng)濟(jì)性。

除此之外，由于同時鉆削兩種材料的斜孔，在同一法平面上存在兩種材料，復(fù)合材料與金屬材料的性能差異，導(dǎo)致加工時刀具受力不均，極易引起孔的輪廓度超差，以及螺紋一側(cè)較深，一側(cè)較淺，影響后續(xù)各部段的裝配。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度低成本的復(fù)合材料金屬斜孔的鉆削方法，以解決現(xiàn)有復(fù)合材料金屬斜孔鉆削中存在的“讓刀”及攻絲偏心等問題。該工藝方法可有效提升斜孔鉆削的形位精度，降低加工成本。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種復(fù)合材料金屬斜孔的鉆削方法，步驟如下：

(1)定位夾緊：

將萬能轉(zhuǎn)臺放置于機(jī)床工作臺上并找正，夾緊萬能轉(zhuǎn)臺，將工件安裝于萬能轉(zhuǎn)臺上，并定位夾緊，夾緊后，翻轉(zhuǎn)萬能轉(zhuǎn)臺至待鉆削斜孔的軸線與機(jī)床工作臺垂直；

(2)在工件上螺旋銑削直徑為B的斜孔，銑削至復(fù)合材料層，不進(jìn)入金屬層；

(3)在直徑為B的斜孔基礎(chǔ)上，與直徑為B的斜孔同軸，繼續(xù)鉆直徑為A的通孔；

(4)與直徑為B的斜孔同軸，鉆直徑為C的螺紋底孔；

(5)與直徑為B的斜孔同軸，鏜直徑為E的沉頭孔；

(6)通過機(jī)床，在直徑為C的螺紋底孔上攻直徑為D的螺紋孔的螺紋導(dǎo)向；

(7)手工攻直徑為D的螺紋孔的螺紋；

(8)完成復(fù)合材料金屬斜孔的加工，拆卸工裝。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)及功效：

(1)本發(fā)明采用分次鉆削的方式，降低了每次鉆削的材料去除量，可有效改善鉆削復(fù)合材料金屬雙層結(jié)構(gòu)的斜孔時受力不均的情況，同時可有效避免鉆削金屬材料時產(chǎn)生過大切削熱而無法冷卻的情況發(fā)生。

(2)本發(fā)明采用先在斜孔上鉆出定位平臺的方式，可有效避鉆削復(fù)合材料斜孔時，由于復(fù)合材料硬度高及鉆頭軸線不垂直于加工平面，所造成的“讓刀”現(xiàn)象，解決了鉆削斜孔需要依靠鉆模保證形位精度的難題，可將此技術(shù)用于外形異型難以安裝鉆模的部段的斜孔加工。

(3)本發(fā)明采用機(jī)床和手工攻絲相結(jié)合的方式，既可以避免機(jī)床攻絲在攻至同時含有復(fù)合材料及金屬材料時容易偏心的問題，也可以避免手工攻絲垂直度差的問題，是一種加工復(fù)合材料金屬斜孔螺紋的有效手段。

附圖說明

圖1為整個加工方法的流程圖；

圖2為將工件安裝于萬能轉(zhuǎn)臺后的安裝圖。

圖3為將萬能轉(zhuǎn)臺翻轉(zhuǎn)后，使斜孔軸線垂直于機(jī)床工作臺后的示意圖。

圖4為螺旋銑削φ12.3斜孔后的示意圖。

圖5為鉆削φ9.3通孔后的示意圖。

圖6為鉆削M16螺紋底孔(φ14)后的示意圖。

圖7為鏜φ17.4沉頭孔后的示意圖。

圖8為攻M16*2螺紋后的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明工藝方法是專門針對航天產(chǎn)品復(fù)合材料金屬雙層結(jié)構(gòu)的斜孔鉆削，通過合理選用刀具和安排工序，提出一種多材料復(fù)合斜孔的高精度低成本鉆削方法。所述方案流程如圖1所示，具體步驟如下：

本發(fā)明中的復(fù)合材料金屬工件包括兩部分，內(nèi)部為金屬層，金屬層外為復(fù)合材料層。所述復(fù)合材料層采用高硅氧/酚醛樹脂復(fù)合材料。

鉆削步驟如下：

(1)定位夾緊：

將萬能轉(zhuǎn)臺放置于機(jī)床工作臺上并找正，夾緊萬能轉(zhuǎn)臺，將工件安裝于萬能轉(zhuǎn)臺上，并定位夾緊，如圖2所示。本發(fā)明附圖中，工件只畫出了斜孔部分的局部圖，萬能轉(zhuǎn)臺為局部示意圖。斜孔外層復(fù)合材料用交叉格線標(biāo)明，內(nèi)層金屬材料采用單斜線標(biāo)明。夾緊后，翻轉(zhuǎn)萬能轉(zhuǎn)臺至待鉆削斜孔的軸線與機(jī)床工作臺垂直，如圖3所示；所述萬能轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度為±3″，俯仰翻轉(zhuǎn)精度為±5″。

斜孔軸線不與刀具主軸Z軸同軸，因此傳統(tǒng)的三軸加工中心無法完成斜孔加工，需采用價格高昂的五軸加工中心。使用萬能轉(zhuǎn)臺的可以讓三軸立式加工中心也能完成斜孔加工，具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性。

(2)在工件上螺旋銑削直徑為B的斜孔，銑削至復(fù)合材料層，不進(jìn)入金屬層；

具體為：采用立銑刀銑削直徑為B的斜孔，銑削至復(fù)合材料層，主軸轉(zhuǎn)速控制在2000rev/min以內(nèi)，進(jìn)給速度為30mm/min‐60mm/min，如圖4所示。所述立銑刀的刀具直徑d的取值范圍為B/2<d<B。

直徑為B的斜孔是工藝孔，其作用一是可以減少每次鉆孔的材料去除量，二是先在工件上銑削出一個平面后，有利于后續(xù)鉆孔的定心，使其下刀平面垂直于孔軸線，避免產(chǎn)生因刀具受力不平衡而導(dǎo)致的“讓刀”現(xiàn)象。

(3)在直徑為B的斜孔基礎(chǔ)上，與直徑為B的斜孔同軸，繼續(xù)鉆直徑為A的通孔；

采用直徑為A的麻花鉆，鉆頭選用涂層刀具，主軸轉(zhuǎn)速控制在1000rev/min‐2000rev/min，進(jìn)給速度為30mm/min‐60mm/min。

由于該步驟需要鉆削到金屬材料層，易產(chǎn)生較大的切削熱，而由于高硅氧/酚醛樹脂復(fù)合材料的特殊性，無法使用冷卻液進(jìn)行冷卻，只能采用無水乙醇。本專利所選用的切削參數(shù)，可防止過高的切削參數(shù)帶來較大的切削熱，引起乙醇燃燒，燒傷工件。鉆削方式采用啄式鉆削。完成后如圖5所示。

(4)與直徑為B的斜孔同軸，鉆直徑為C的螺紋底孔；

采用直徑為C的平底三尖鉆鉆削直徑為C的螺紋底孔，主軸轉(zhuǎn)速控制在1000rev/min‐2000rev/min，進(jìn)給速度為30mm/min‐60mm/min；鉆削金屬材料時應(yīng)配合無水乙醇冷卻，進(jìn)給速度調(diào)至30mm/min，主軸轉(zhuǎn)速1000rev/min，鉆削方式采用啄式鉆削，完成后如圖6所示。

(5)與直徑為B的斜孔同軸，鏜直徑為E的沉頭孔；

采用鏜刀鏜直徑為E的沉頭孔，主軸轉(zhuǎn)速控制在1000rev/min‐1500rev/min，進(jìn)給速度為30mm/min‐60mm/min，如圖7所示。

(6)通過機(jī)床，在直徑為C的螺紋底孔上攻直徑為D的螺紋孔的螺紋導(dǎo)向；

將直徑為D的長導(dǎo)向絲錐安裝于機(jī)床主軸上，進(jìn)行攻絲，僅攻出螺紋導(dǎo)向，攻絲深度不超過整個螺紋深度的三分之一。

(7)手工攻直徑為D的螺紋孔的螺紋；

選用直徑為D的短導(dǎo)向絲錐，采用手工攻絲的方式完成直徑為D的螺紋孔螺紋的攻絲，如圖8所示。由于斜孔在同一層同時包含復(fù)合材料和金屬兩種材料，導(dǎo)致攻絲時受力不均，若直接采用機(jī)床攻絲，一方面攻絲深度難以控制，出現(xiàn)一側(cè)深一側(cè)淺的情況，另一方面刀具極容易斷裂。而本專利選用的機(jī)床攻出導(dǎo)向后再使用手工攻絲的方式，同時結(jié)合了機(jī)床攻絲精度高和手工攻絲可控性高的優(yōu)點(diǎn)，完工后的螺紋質(zhì)量高，滿足使用要求。

(8)完成復(fù)合材料金屬斜孔的加工，拆卸工裝。

本發(fā)明中直徑A<B<C<D<E。

實施例：

鉆削步驟如下：

(1)定位夾緊：

將萬能轉(zhuǎn)臺放置于機(jī)床工作臺上并找正，夾緊萬能轉(zhuǎn)臺，將工件安裝于萬能轉(zhuǎn)臺上，并定位夾緊，如圖2所示。夾緊后，翻轉(zhuǎn)萬能轉(zhuǎn)臺至待鉆削斜孔的軸線與機(jī)床工作臺垂直，如圖3所示；

(2)在工件上螺旋銑削直徑為B的斜孔，其中B取φ12.3；

具體為：采用φ8的立銑刀銑削直徑為φ12.3的斜孔，銑削至復(fù)合材料層，主軸轉(zhuǎn)速為1500rev/min，進(jìn)給速度為60mm/min，銑削深度為15mm(孔長邊一側(cè)最高點(diǎn)到孔底的深度)，如圖4所示。

(3)在φ12.3斜孔的基礎(chǔ)上，與φ12.3斜孔同軸，繼續(xù)鉆直徑為A的通孔，其中A取φ9.3；

采用φ9.3的麻花鉆，鉆頭選用涂層刀具，主軸轉(zhuǎn)速控制在1500rev/min，進(jìn)給速度為60mm/min，如圖5所示。

(4)與直徑為φ12.3斜孔同軸，鉆直徑為C的螺紋底孔，其中C取φ14；

采用φ14的平底三尖鉆鉆削φ14的螺紋底孔，主軸轉(zhuǎn)速控制在1500rev/min，進(jìn)給速度為60mm/min；鉆削金屬材料時應(yīng)配合無水乙醇冷卻，進(jìn)給速度調(diào)至30mm/min，主軸轉(zhuǎn)速1000rev/min，鉆削方式采用啄式鉆削，完成后如圖6所示。

(5)與直徑為φ12.3的斜孔同軸，鏜直徑為E的沉頭孔，其中E取φ17.4；

采用鏜刀鏜直徑為φ17.4的沉頭孔，主軸轉(zhuǎn)速控制在1500rev/min，進(jìn)給速度為60mm/min，如圖7所示。

(6)通過機(jī)床，在φ14的螺紋底孔上攻直徑為D的螺紋孔的螺紋導(dǎo)向，其中D取16；

將M16*2的長導(dǎo)向絲錐安裝于機(jī)床主軸上，進(jìn)行攻絲，僅攻出螺紋導(dǎo)向，攻絲深度為5mm。

(7)手工攻M16螺紋孔的螺紋；

選用M16*2的短導(dǎo)向絲錐，采用手工攻絲，如圖8所示。手工攻絲時因在將刀具壓向復(fù)合材料層一側(cè)，保證兩側(cè)材料的攻絲螺紋深度一致。

(8)完成復(fù)合材料金屬斜孔的加工，拆卸工裝。