[发明专利]一种减缓碳纤维复合材料手工制孔出口速度的方法及其缓冲装置

说明书

技术领域

本发明属于机械加工制造技术领域，涉及到一种实现碳纤维复合材料高质 量手工制孔的方法及装置。

背景技术

碳纤维复合材料具有一系列的优点而被广泛应用于航空、航天领域。孔加 工在碳纤维复合材料构件的机械加工中占有很大的比重。由于材料的各向异性 和层间强度低等特性，加上采用硬质合金钻头的传统手工制孔工艺，导致其制 孔加工过程极易产生毛刺、撕裂和分层等缺陷，且加工效率低、废品率高。目 前在航空和航天领域中采用碳纤维复合材料制造的机翼、垂尾、舱段等大型构 件，由于其刚度较低，在装配制孔中仍然需要采用基于手风钻或手电钻的手工 制孔工艺。然而手工制孔过程中因钻头钻透工件瞬间钻削力的急剧下降，使得 手动钻削进给速度突然增加，引起的制孔出口处毛刺、撕裂和分层等各种缺陷， 已经成为碳纤维复合材料构件手工制孔作业亟待解决的难题之一。

在期刊《经验借鉴》2007年第10期中，文献《一种防撞击破坏的缓冲装置》 介绍了一种利用蝶形弹簧的弹力来实现撞击缓冲和自动复位的装置，该装置可 减小附件对附件库的瞬间冲量，当外力消失后即可在蝶形弹簧的作用下自动复 位，所以，该装置具有定位准确、自动复位及保护附件库和附件并延长其寿命 等特点。装置尽管避免了附件对附件库的撞击破坏，但是装置的总体成本上升， 同时安装及维修复杂，不易于普通工厂一般技术工人的操作。

在期刊《机械工人(冷加工)》2003年第12期中，文献《手电钻安装夹具》 介绍了一种用于加工电机机身圆弧面上的盖板、百叶窗安装螺孔的手电钻安装 夹具，该夹具在普通手电钻上安装滑槽、齿条，以齿轮、齿条为传动机构，通 过长操作杆，以小力量产生大力矩，使手电钻钻削轻松。该夹具尽管降低了操 作者的劳动强度，但是夹具的结构比较复杂，特别是对大尺寸件进行加工时， 夹具前端的钩不能满足对工件的每个位置进行钻孔加工，使用范围受限。

在以往针对实现手风钻或手电钻法向力缓冲的专利发明中，有不同类型的 例子，如专利名称为手电钻助力器，专利公开号为CN2642438Y，其特点是使用 时钢套与手电钻尾部配合，助力器尾端顶窝与现场固定物配合，旋转手柄使伸 缩顶座旋转推出丝杠，推动手电钻前行，利用螺杆伸涨的原理，使其定位后自 行推进，眼位准确、角度不变、速度快。但该手电钻助力器结构复杂，组成零 件都为金属，装置的总体重量较重，不便于现场操作工人灵活使用；专利名称 为水平手电钻，专利公开号为CN2387993Y，该专利的技术方案是钻体组件的上 部装有“T”字水平管，钻体组件的中部装有“一”字水平管，钻垂直孔时操作 者眼睛观察钻体上部的“T”字水平管，可以左、右、前、后自由调节误差，确 保垂直操作，准确地钻削每一个孔。但是，该水平手电钻不能保持匀速恒力进 给，没有减缓钻钻透出口处的冲击力，同时操作者在钻孔的过程中还要时刻观 察“T”字水平管，操作不方便，宜人性有待提高；专利名称为防骗手电钻，专 利公开号为CN2266473Y，该专利的技术方案是在原有手电钻的后盖上开长方形 孔，在孔内的电机轴承上依次安装垫片和与钻头轴向垂直的圆形水平仪，在孔 壁上通过销轴铰接护盖，护盖的内上方安装有长条形水平仪。钻孔时将护盖打 开，凭借圆形水平仪或长方形水平仪内气孔处于中心位置，保证所钻的孔与端 面垂直，或依据气泡处于水平仪的不同刻度来钻预订斜度的孔。但是，该防偏 手电钻的结构不是很合理，操作者为保证钻孔质量要时刻观察手电钻后盖上的 水平仪，影响工作效率，不便于操作工人操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种减缓碳纤维复合材料手工制孔出口 速度的方法及其缓冲装置，解决现有手工制孔作业存在的容易产生毛刺、撕裂或 分层等问题。

本发明解决技术问题的方案是：通过在普通手风钻或手电钻上安装一个缓 冲装置，缓冲装置内的压缩弹簧参数依据惯性能计算公式E＝m·V²/2和制孔 轴向力的大小设计确定。制孔作业时，先卸下缓冲装置前的定位排屑套，再安 装钻头，然后再重新安装好定位排屑套，并确定钻头的钻尖应高出定位排屑套 左侧端面1-3mm；对准要制孔的位置，启动手风钻或手电钻并匀速推动其进给， 通过定位排屑套与被加工表面接触，形成制孔反作用力，再通过导向伸缩部件 作用到压缩弹簧上，产生一个逐步增加的制孔阻力，从而达到减缓碳纤维复合 材料手工制孔出口速度，减少或消除制孔出口毛刺、撕裂和分层缺陷的目的。