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一种玻璃 纤维复材‑铝 合金叠层材料大深径比小孔加工方法

阅读：600发布：2023-03-09

专利汇可以提供一种玻璃纤维复材‑铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种机械加工工艺，尤其涉及一种玻璃纤维复材‑ 铝合金叠层材料的大深径比小孔加工工艺，其具体步骤如下：(1)分别准备两种特殊尺寸钻头：用于玻璃纤维复材加工的硬质合金钻头和用于铝合金加工的高速钢钻头；(2)测量并记录玻璃纤维复合材料层厚度和胶层厚度；(3)装夹产品，需确保后续加工从非金属层一侧进刀；(4)装夹硬质合金钻头，设定合理加工参数，啄钻钻透玻璃纤维复合材料层后退刀；(5)降低进给速度，继续啄钻至一定深度后退刀；(6)换装夹高速钢钻头，设定合理加工参数，啄钻至设计深度后退刀。上述方法可以有效解决此类小孔加工中的钻头断裂率较高的问题，大大提高成品率。，下面是一种玻璃纤维复材‑铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，所述的叠层材料之间通过胶层粘接；其特征在于包括以下步骤：
S1：准备刀具：一种为用于加工玻璃纤维复合材料层的硬质合金钻头，另一种为用于加工铝合金材料层的高速钢钻头；
S2：测量厚度：测量玻璃纤维复合材料层厚度H和胶层厚度h；
S3：装夹找正：根据机床形式，确定产品装夹方式，确保后续加工从玻璃纤维复合材料层一侧进刀；
S4：加工循环一：装夹所述的硬质合金钻头，循环进给深度不超过5mm，进给速度不超过
30mmpm，啄钻至孔深等于H后退刀；
S5：加工循环二：降低进给速度至不超过0.5mmpm，啄钻至孔深等于H+δmm后退刀；
S6：加工循环三：换装夹所述的高速钢钻头，循环进给深度不超过2mm，进给速度不超过
5mmpm，啄钻至设计深度后退刀。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：所述的大深径比小孔是一种直径为1.5～2mm，总深度为20～30mm，深径比为10～20的一类圆孔。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：所述的硬质合金钻头的小径全长大于玻璃纤维复合材料层厚度3～5mm，所述的高速钢钻头的小径全长大于设计孔深3～5mm，两种钻头的切削刃长度均为10～15mm，且小径直径均按照理论孔径的下差制造。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：三次循环加工中的主轴转速≥1000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：步所述的循环进给深度等于每个循环的轴向深度增量值，每次加工循环结束后，需退刀至工件外表面。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：所述的加工循环一过程中不使用切削液，每次进刀前，使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：所述的δ的取值范围为h+0.5～h+1mm。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，其特征在于：所述的加工循环二和加工循环三使用工业酒精冷却，每次进刀前，首先使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑，然后用压力喷壶在钻头和孔内喷洒工业酒精。

说明书全文

一种玻璃 纤维复材-铝 合金叠层材料大深径比小孔加工方法

技术领域

[0001] 本发明一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比大深径比小孔加工方法，涉及一种机械加工工艺，尤其涉及一种叠层材料的大深径比小孔加工工艺。

背景技术

[0002] 玻璃纤维复合材料凭借其密度低，比强度高等特点，在工程中得到越来越多的应用。特别是以玻璃纤维复合材料作为功能材料，以铝合金作为结构材料构成的玻璃纤维复材-铝合金叠层材料，既具备良好的力学性能，又具备很好的防隔热功能，在航空航天领域得到了非常广泛的应用。但由于玻璃纤维复合材料的切削性能差，同时小孔加工钻头直径小，长度较长，刚性很差，给加工工艺带来了很大挑战。传统工艺采用适用于玻璃纤维复合材料层加工的硬质合金钻头一次加工成型，当钻头加工玻璃纤维层时，钻头很容易就发生了较严重的磨损，当加工至金属层时，材料特性出现突变，造成切削力的突变，加之钻头切削刃较长，刚性很差，极易造成钻头断裂，据加工试验统计，传统工艺使用不同品牌的硬质合金钻头加工首孔的成品率低于70％，加工至第3孔时的成品率低于50％，这对产品质量带来了非常不利的影响。

[0003] 目前，针对小孔加工的方法主要包括：1)电解加工、2)电火花加工、3)激光加工、4)振动加工。这些方法面对玻璃纤维复材-铝合金叠层材料加工的情况，存在明显不足：1)电解加工精度较差，同时电解液很可能造成玻璃纤维复合材料的变性，造成复合材料丧失功能；2)电火花加工只适用于导电材料，针对玻璃纤维这种不导电的非金属材料并不适用；3)激光加工的尺寸精度较差，且目前只适用于薄板的加工；4)振动加工对设备可靠性具有较高要求，且适用于硬度高的脆性材料加工，而本发明所述的非金属材料多是树脂基复合材料，硬度很低，其加工效果未见公开报道。

[0004] 因此，迫切需要一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，有效解决此类小孔加工中钻头断裂率较高的问题，提高成品率。

发明内容

[0005] 本发明的技术解决问题是：是提供一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，该方法可有效解决此类此类小孔加工中钻头断裂的问题，大大提高工艺可靠性。

[0006] 本发明的技术方案是：一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，包括以下步骤：

[0007] S1：准备刀具：一种为用于加工玻璃纤维复合材料层的硬质合金钻头，另一种为用于加工铝合金材料层的高速钢钻头；

[0008] S2：测量厚度：测量玻璃纤维复合材料层厚度H和胶层厚度h；

[0009] S3：装夹找正：根据机床形式，确定产品装夹方式，确保后续加工从玻璃纤维复合材料层一侧进刀；

[0010] S4：加工循环一：装夹所述的硬质合金钻头，循环进给深度不超过5mm，进给速度不超过30mmpm，啄钻至孔深等于H后退刀；

[0011] S5：加工循环二：降低进给速度至不超过0.5mmpm，啄钻至孔深等于H+δmm后退刀；

[0012] S6：加工循环三：换装夹所述的高速钢钻头，循环进给深度不超过2mm，进给速度不超过5mmpm，啄钻至设计深度后退刀。

[0013] 其中：所述的大深径比小孔是一种直径为1.5～2mm，总深度为20～30mm，深径比为10～20的一类圆孔。

[0014] 其中：所述的硬质合金钻头的小径全长大于玻璃纤维复合材料层厚度3～5mm，所述的高速钢钻头的小径全长大于设计孔深3～5mm，两种钻头的切削刃长度均为10～15mm，且小径直径均按照理论孔径的下差制造。

[0015] 其中：三次循环加工中的主轴转速≥1000rpm。

[0016] 其中：步所述的循环进给深度等于每个循环的轴向深度增量值，每次加工循环结束后，需退刀至工件外表面。

[0017] 其中：所述的加工循环一过程中不使用切削液，每次进刀前，使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑。

[0018] 其中：所述的δ的取值范围为h+0.5～h+1mm，略大于胶层厚度。

[0019] 其中：所述的加工循环二和加工循环三使用工业酒精冷却，每次进刀前，首先使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑，然后用压力喷壶在钻头和孔内喷洒工业酒精。

[0020] (三)有益效果

[0021] 本发明提供一种玻璃纤维复材-铝合金叠层材料大深径比小孔加工方法，主要有如下优点：(1)通过缩短钻头切削刃的长度来提高钻头刚性，降低钻头断裂的风险；(2)使用耐热性更好的硬质合金钻头加工玻璃纤维层，并使用韧性更高的高速钢钻头加工铝合金材料层，降低刀具的磨损；(3)通过优化三次切削循环中的循环进给深度、进给速度和主轴转速，可降低切削力；(4)在玻璃纤维复合材料层和铝合金材料层之间引入额外的进给深度δ，确保面对非金属材料耐磨性较差的高速钢钻头直接从铝合金材料层开始加工，防止其迅速磨损，同时避免脆性较高的硬质合金钻头过多的钻入铝合金材料层而发生断裂；(5)整个啄钻加工过程需退刀至工件外表面并使用压力空气吹除切屑，可弥补因缩短切削刃带来的排屑不畅的问题。加工玻璃纤维复合材料层时不使用切削液可避免非金属粉尘混入液体形成较大的积瘤，加工铝合金材料层时喷洒工业酒精一方面可对加工过程降温，避免加工铝合金时发生粘刀，另一方面酒精不会对玻璃纤维复合材料层的材料性能产生不利影响。按本发明所述方法进行加工，可大大降低钻头断裂的风险，提高钻孔成品率。附图说明

[0022] 图1是本发明的工艺流程图；

[0023] 图2是本发明的一种特殊尺寸钻头的示意图。其中，L0表示钻头小径全长，L表示钻头小径刃长，D表示钻头小径直径。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0025] 待加工工件是由的树脂基高硅氧玻璃纤维复合材料(厚度15mm)及锻铝5A06(厚度15mm)通过环氧树脂胶粘剂粘接而成的叠层材料，待加工孔的理论直径为待加工孔为穿透叠层材料的通孔，孔深30mm，深径比为20。其加工具体步骤如下：

[0026] S1：准备刀具：根据工件的尺寸和材料特性，定制两种特殊尺寸钻头，包括：1)用于玻璃纤维复材加工的硬质合金钻头，钻头小径直径D＝1.5mm，小径刃长L＝10mm，小径全长L0＝20mm；2)用于铝合金加工的高速钢钻头，钻头小径直径D＝1.5mm，小径刃长L＝10mm，小径全长L0＝35mm；

[0027] S2：测量厚度：测量玻璃纤维复合材料层厚度H＝15mm，胶层厚度h＝0.3mm，记录待用；

[0028] S3：装夹找正：根据机床形式，确定产品装夹方式，需确保后续加工从非金属层一侧进刀。找正加工基准，设定加工原点；

[0029] S4：加工循环一：装夹步骤S2所述的硬质合金钻头，主轴转速1000rpm，循环进给深度5mm，进给速度30mmpm，啄钻至孔深等于15mm后退刀。其中，加工过程不使用切削液，每次进刀前，使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑；

[0030] S5：加工循环二：主轴转速1000rpm，降低进给速度至0.5mmpm，啄钻至孔深等于15+0.3+0.5mm后退刀。其中，进刀前先使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑，然后用压力喷壶在钻头和孔内喷洒工业酒精；

[0031] S6：加工循环三：换装夹步骤S2所述的高速钢钻头，主轴转速1000rpm，循环进给深度2mm，进给速度5mmpm，啄钻至打透叠层材料工件后退刀。其中，每次进刀前先使用压力空气吹除钻头及孔内的切屑，然后用压力喷壶在钻头和孔内喷洒工业酒精。

[0032] 按照本发明所述的方法加工本例中的小孔，共采用5组钻头进行加工，每组钻头加工10个孔时均未发生断裂现象，测量所加工的小孔孔径均满足设计要求，即前10个孔的加工成品率为100％。而按传统工艺采用5组同种硬质合金钻头一次成型加工，有2组在加工首孔时就发生断裂，加工至第3孔时仅剩1组钻头未发生断裂，可见本发明所述方法的加工成品率有了很大提升。

[0033] 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0034] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

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