一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具及制孔方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具及制孔方法；所述钻磨复合制孔工具包括钻削刃(1)、磨削刃(2)以及安装柄(3)。首先机床主轴带动制孔工具旋转，并沿被加工孔(4)的轴线进给，通过制孔工具的钻削刃(1)完成被加工孔(4)的钻削加工。再沿被加工孔(4)的轴线继续运动，当磨削刃(2)完全覆盖碳纤维复合板材的厚度后，制孔工具沿被加工孔(4)的径向运动，再围绕被加工孔(4)的轴线进行旋转运动，对被加工孔(4)进行侧刃磨削加工。在磨削过程中，制孔工具在被加工孔(4)的轴线方向无位移，从而使碳纤维复合板材只受到沿制孔工具旋转方向的切向力，进而抑制了分层、崩边和撕裂等孔口缺陷的形成。缺陷的形成。缺陷的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具及制孔方法


[0001]本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具及制孔方法。

技术介绍

[0002]碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料、以环氧树脂为基体的复合材料，由于其比强度和比模量高等性能，在航空航天、国防军工、飞机工业等领域获得了广泛的应用。当碳纤维复合材料和其它零部件装配连接时，不可避免地要进行大量的机械加工，尤其是孔加工。随着零件的尺寸越来越大、加工精度和加工质量要求越来越高、批量越来越大，而且从非承力件向主承力件发展，碳纤维复合板材在制孔过程中，孔口处容易产生分层、撕裂、崩边等孔口缺陷的问题逐渐成为普遍的加工质量“瓶颈”问题。
[0003]碳纤维复合材料由脆性的碳纤维和韧性的树脂基体组成，两者强度极限相差很大。在钻削过程中可以简化地看成只是对碳纤维的加工。而碳纤维复合材料主要靠层间力结合在一起，在传统钻削过程中，出口侧的各层材料都受到钻头产生的轴向拉应力，而此时材料的层间结合力较弱，受到钻削力的影响更大，因此出口侧更容易产生各种缺陷。同时通过对传统钻削加工原理的分析也表明，加工过程中的钻削力是钻孔加工产生各种孔口缺陷最主要的原因。许多工艺技术和钻削工具只是尽可能的减小加工过程中的轴向钻削力，而不能彻底消除，从而也无法完全消除碳纤维复合板材钻孔加工方式产生的各种孔口缺陷。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术对碳纤维复合板材孔加工的不足，本专利技术提供一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具及制孔方法，其解决了碳纤维复合板材钻孔形成的孔口分层、撕裂、崩边等缺陷问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔方法，采用钻磨复合制孔工具进行制孔，钻磨复合制孔工具包括沿轴线分布在钻磨复合制孔工具前端的钻削刃、中间的磨削刃以及后端的安装柄；所述制孔方法包括以下步骤：
[0009]S1：将钻磨复合制孔工具安装在机床主轴上，保证钻磨复合制孔工具的轴线与被加工孔的轴线重合；
[0010]S2：机床主轴带动钻磨复合制孔工具沿自身轴线旋转，并沿被加工孔的轴线进给，通过钻磨复合制孔工具前端的钻削刃完成被加工孔的钻削粗加工；
[0011]S3：钻磨复合制孔工具继续沿被加工孔的轴线运动，直至磨削刃完全覆盖碳纤维复合板材的厚度，此时，钻磨复合制孔工具沿被加工孔的径向运动，再围绕被加工孔的轴线进行旋转运动，通过磨削刃对被加工孔进行侧刃磨削精加工，使被加工孔达到预期尺寸；
[0012]S4：钻磨复合制孔工具沿原进给运动轨迹退回，完成一个孔的加工。
[0013]所述钻磨复合制孔工具沿被加工孔的径向位移量为被加工孔的半径减去钻削刃的半径，且径向位移量要大于钻削刃钻孔后形成的孔口缺陷沿径向宽度的最大值。
[0014]所述钻磨复合制孔工具在旋转运动过程中，沿被加工孔的轴线方向上无位移。
[0015]所述被加工孔为通孔。
[0016]所述机床能够在垂直于被加工孔轴线的平面内实现给定半径的圆形轨迹运动。
[0017]一种钻磨复合制孔工具，应用于所述的制孔方法，所述钻削刃的刃型呈螺旋状，磨削刃环绕于安装柄设置。钻削刃的直径小于被加工孔的直径，且大于磨削刃的直径，磨削刃的长度大于待加工碳纤维复合板材的厚度。
[0018]所述钻削刃的直径为D1，被加工孔的预期半径为R，孔口缺陷沿径向宽度的最大值为W，则D1＜2(R
‑
W)。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔方法，并提出一种碳纤维复合板材制孔的钻、磨复合一体化制孔工具。首先，通过制孔工具前端的钻削刃实现被加工孔的粗加工，此时被加工孔的孔口处会产生一定的分层、撕裂或崩边等缺陷。再通过制孔工具后端的磨削刃对被加工孔进行侧刃磨削精加工，磨削刃的径向进给量大于粗加工产生的孔口缺陷在径向宽度的最大值，进而保证孔口处的缺陷能够被磨削加工完全去除掉。在磨削加工过程中，制孔工具围绕被加工孔的轴线进行旋转运动，但在轴线方向上无位移，从而使碳纤维复合板材只受到沿制孔工具旋转方向的切向力，而不承受轴向切削力的影响，进而抑制了分层、崩边和撕裂等孔口缺陷的形成，提高了孔的加工质量，有效避免被加工孔孔口的分层、撕裂和崩边等缺陷。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的钻磨复合制孔工具的主视图；
[0022]图2为本专利技术所涉及的碳纤维复合板材被加工孔的半剖面图；
[0023]图3为本专利技术的钻磨复合制孔工具制孔时的进给运动轨迹示意图；
[0024]图4为本专利技术的被加工孔经过钻削粗加工后的孔口缺陷示意图；
[0025]图5为本专利技术的一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔方法流程图。
[0026]【附图标记说明】
[0027]1：钻削刃；
[0028]2：磨削刃；
[0029]3：安装柄；
[0030]4：被加工孔。
具体实施方式
[0031]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”...... 等方位名词以图1的定向为参照。
[0032]为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发
明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0033]实施例1：
[0034]参见图1，本专利技术提供了一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔工具，所述钻磨复合制孔工具包括沿轴线分布在制孔工具前端的钻削刃1、位于中间的磨削刃2以及后端的安装柄3。
[0035]钻削刃1的材质为硬质合金、金刚石或者带有CVD金刚石涂层的硬质合金，其刃型与碳纤维复合板材钻孔的麻花钻一致，用于被加工孔的钻孔粗加工。
[0036]磨削刃2环绕于安装柄3设置，其材质为电镀金刚石或电镀CBN磨粒，用于被加工孔的磨孔精加工。参见图2
‑
3，当磨削刃2的侧壁对碳纤维复合板材的被加工孔4进行精加工时，制孔工具的轴线沿被加工孔4 的轴线做周向旋转运动，被加工孔4的预期半径为R。
[0037]钻削刃1的直径小于被加工孔4的直径，且大于磨削刃2的直径，磨削刃2的长度需大于碳纤维复合板材的厚度。本专利技术所涉及的被加工孔4必须为通孔，板材的厚度为H。
[0038]钻削刃1的长度为H1，直径为D1，且D1需要保证D1＜2(R
‑
W)， W为粗加工后孔口缺陷沿径向宽度的最大值。
[0039]磨削刃2的长度为H2，直径为D2，其中，H2＞H，D2＜D1。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合板材钻磨复合制孔方法，其特征在于：采用钻磨复合制孔工具进行制孔，钻磨复合制孔工具包括沿轴线分布在钻磨复合制孔工具前端的钻削刃(1)、中间的磨削刃(2)以及后端的安装柄(3)；所述制孔方法包括以下步骤：S1：将钻磨复合制孔工具安装在机床主轴上，保证钻磨复合制孔工具的轴线与被加工孔(4)的轴线重合；S2：机床主轴带动钻磨复合制孔工具沿自身轴线旋转，并沿被加工孔(4)的轴线进给，通过钻磨复合制孔工具前端的钻削刃(1)完成被加工孔(4)的钻削粗加工；S3：钻磨复合制孔工具继续沿被加工孔(4)的轴线运动，直至磨削刃(2)完全覆盖碳纤维复合板材的厚度，此时，钻磨复合制孔工具沿被加工孔(4)的径向运动，再围绕被加工孔(4)的轴线进行旋转运动，通过磨削刃(2)对被加工孔(4)进行侧刃磨削精加工，使被加工孔(4)达到预期尺寸；S4：钻磨复合制孔工具沿原进给运动轨迹退回，完成一个孔的加工。2.根据权利要求1所述的制孔方法，其特征在于：所述钻磨复合制孔工具沿被加工孔(4)的径向位移量为被加工孔(4)的半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勋，郭致远，张鸿滨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：