[发明专利]一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法

说明书

本发明公开了一种复合材料与金属叠层结构的正向‑反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于具有如下步骤：S1、刀具正向进给螺旋铣孔铣预加工孔，直至刀具切削部的后端切削区伸出出口侧；S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D与预加工孔同轴的孔，得到待加工的通孔，加工完毕，其中，D为待加工的通孔的孔径。本发明用于复合材料和金属叠层结构件制孔时，从金属层开始加工、然后加工复合材料层的情况，可避免复合材料出现超出加工要求的分层、撕裂等缺陷，提高加工质量；复合材料出口侧无需使用额外垫板，节约成本，简化加工过程，提高生产效率，并且降低了刀具设计难度，提高刀具寿命。

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器装配中的制孔加工技术领域，具体涉及一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法。

背景技术

航空航天飞行器设计中大量使用复合材料，在飞行器装配过程中经常遇到复合材料与金属叠层结构的制孔问题。由于飞行器结构复杂，装配制孔时作业空间有限或设计上的特殊要求等原因，某些复合材料与金属叠层结构的制孔，刀具必须从金属侧切入，从复合材料侧切出。常用的制孔方法为使用钻头钻孔，使用这种加工方法时，会产生较大的轴向切削力。还有一种新的制孔方法为使用特制立铣刀进行螺旋铣孔，其轴向切削力虽然较钻孔小，但仍然存在。复合材料通常是由多层纤维组合而成的，不同纤维层之间通常为强度较弱的树脂基体材料，加工中的轴向力是引起复合材料加工损伤的主要原因，在刀具从复合材料一侧切出时，在刀具轴向切削力的作用下，靠近出口侧纤维层产生变形，将不同纤维层之间的树脂基体拉断，形成分层、撕裂等加工缺陷，影响制孔质量，如图6所示为钻孔出口侧形成加工缺陷的情况，如图8所示为螺旋铣孔出口侧形成加工缺陷的情况。如果在复合材料后端增加一层垫板，当刀具切削到靠近复合材料出口一侧时，靠近出口侧的纤维层会受到垫板的支撑而不发生大的变形，纤维层间的树脂基体不会被破坏，从而避免分层、撕裂等加工缺陷的出现，如图7所示为钻孔有垫板的情况，如图9所示为螺旋铣孔有垫板的情况。但是实际生产中，有些情况下复合材料背面无法在制孔时加装垫板；有些情况下虽然能在制孔时加装垫板，但垫板的安装拆卸将大幅增加生产成本，降低生产效率。

因此，对于必须从复合材料侧切出的复合材料与金属的叠层结构，如何实现无垫板情况下的无缺陷高质量制孔是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明针对以上问题，研究设计一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，解决复合材料出口易出现分层、撕裂的等缺陷和垫板安装费时费力的问题。本发明采用技术手段如下：

一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，具有如下步骤：

S1、刀具正向进给以螺旋铣孔方式铣预加工孔，预加工孔的孔径为D1，D1＜D，D为待加工的通孔的最终孔径，直至刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧；

S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧(出口侧的材质为复合材料)反向进给螺旋铣孔铣出孔径为D的通孔。

所述步骤S1具有如下步骤：

S11、计算预加工孔的孔径D1；

S12、选取刀具；

S13、装夹待加工工件和所述刀具；

S14、将所述刀具偏心量调节至e1＝(D1-d)/2，其中，d为所述刀具的切削部的直径，驱动所述刀具从入口侧正向进给螺旋铣孔铣出孔径为D1的预加工孔，直至所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧。

所述步骤S2具有如下步骤：

S21、若D-Di<d-d0，将所述刀具偏心量调节至e＝(D-d)/2，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D与预加工孔同轴的孔，得到待加工的通孔，加工完毕，其中，Di为前一次螺旋铣孔后，出口侧的孔径，d为所述刀具的切削部的直径，d0为所述刀具的颈部的直径，i＝1，2，3，4……；