[发明专利]一种碳纤维复合材料高效制孔刀具及倾角制孔方法

说明书

本发明公开一种碳纤维复合材料高效制孔刀具及倾角制孔方法，属于碳纤维复合材料机械加工领域，刀具包括依次连接的刀杆、补铣切削刃、复合切削部、底部切削部。倾角制孔方法主要包括：计算参数；刀具平行于孔径轴线并自转沿轴向向下进给，逐层分流式加工，使得孔径误差最终保持IT7‑IT8；若孔径误差不满足IT8‑IT9，调整刀具与孔径轴线倾角，进行预铣孔，零空程补铣终孔，调整刀具轴线平行于孔径轴线及偏心距，去除孔径余量；若不满足IT7‑IT8，保持刀具与孔径轴线倾角，预铣孔及补铣终孔，制孔结束刀具回到初始零点，进行质量检测。本发明的碳纤维复合材料高效制孔刀具及倾角制孔方法可避免复合材料出现毛刺、分层等加工缺陷。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料机械加工领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料高效制孔刀具及倾角制孔方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，轻量化、高品质装备受到世界各国的高度关注，碳纤维复合材料(CFRP)是以碳纤维为增强体的树脂基复合材料，具有重量轻、比强高、比模量高、耐腐蚀和可设计性强等优异性能，被广泛应用于航空航天领域，波音系列客机采用CFRP材料达50％以上，A380飞机仅3个机身段连接孔大于10000个，每对机翼需要8000多个连接孔，但由于CFRP具有非均质、各向异性、层间强度低和碳纤维硬度高的特点，容易出现分层、撕裂和毛刺等加工缺陷，使得加工质量难以保障，严重影响了CFRP承力、连接结构件的疲劳寿命和连接强度。传统钻孔技术主要通过减小刀具横刃长度、增加前角设计和碳纤维复合材料出口侧支撑来减小分层、撕裂加工缺陷的产生，但已产生的毛刺缺陷，不能有效的通过同一次钻削加工工序进行去除或修整，制约了加工效率，孔径质量难以保证。螺旋铣孔工艺通过降低轴向力降低制孔毛刺容易导致刀具局部磨损加剧，降低刀具寿命，同样无法一次性加工完成毛刺去除或修整，制约生产效率及制件品质。因此，迫切的需要一种高效的碳纤维复合材料制孔刀具及可靠的制孔方法，一次制孔加工降低毛刺或分层等缺陷的可能性，实现逐层加工及倾角修整制孔方法，提高刀具使用寿命及孔件质量，实现高品质、高效制孔。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料高效制孔刀具及倾角制孔方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现逐层加工及倾角修整制孔方法，提高刀具使用寿命及孔件质量，实现高品质、高效制孔。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种采用碳纤维复合材料高效制孔刀具的倾角制孔方法，包括如下步骤：

S1、计算孔径、刀具参数、材料厚度、偏心距和工艺参数；将碳纤维复合材料高效制孔刀具平行于孔径轴线，并自转沿着轴向向下进给，应用刀具底部切削部和复合切削部依次进行压紧式内轮廓圆周铣孔，逐层完成分流式粗加工、半精加工、精加工，使得孔径误差满足IT8～IT9，并最终保持IT7～IT8；调整偏心距归零，避免刀具与孔壁干涉，刀具回到初始零点，完成加工，进行质量检测；

S2、若孔径误差不满足IT8～IT9范围时，调整碳纤维复合材料高效制孔刀具轴线与孔径轴线倾角范围1°～3°，制定内轮廓圆周铣孔工艺参数，刀具保持倾角并沿着轴向向下逐层完成分流式进给，进行压紧式内轮廓圆周倾角预铣孔，余量0.01～0.05mm；最终补铣终孔，引入零空程补铣终孔，保持刀具轴线平行于孔径轴线，调整刀具偏心距去除孔径余量，满足孔径要求，应用补铣切削刃随着刀具自转轴向向上进行内轮廓圆周补铣终孔，直至孔径误差满足IT8～IT9范围，完成加工，进行质量检测；

S3、若孔径误差满足IT8～IT9范围，不满足IT7～IT8范围时，调整碳纤维复合材料高效制孔刀具轴线与孔径轴线倾角范围1°～3°，余量0.01～0.03mm，制定内轮廓圆周铣孔工艺参数，进行逐层倾角预铣孔，刀具保持倾角并沿着轴向向下逐层完成分流式进给，进行压紧式内轮廓圆周倾角预铣孔；最终补铣终孔，保持倾角不变，调整偏心距去除余量，应用补铣切削刃随着刀具自转轴向向上进行零空程补铣终孔，直至孔径误差满足IT7～IT8范围，完成加工，进行质量检测。