CN103231415A - 一种复合材料单向带制孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空复合材料加工领域，特别是涉及到一种复合材料单向带制孔的方法。本发明选择合适的刀具材料、刃型和相应的工艺参数对复合材料单向带制造的试板进行制孔，结果得到的孔径均匀、孔壁光滑，而且在刀具的入口处和出孔处无毛刺和劈裂，避免了其它工艺方法制孔过程中出现的分层和劈裂现象，保证了产品制孔的质量。另外，经过大量的工艺试验，通过使用不同的刀具的材料，调节顶角、锥度和制孔工艺参数，使传统的制孔方式：钻初孔-扩孔-铰孔变成一次完成钻铰孔，减少了制孔的步骤，提高了生产效率；同时，制孔的精度可以达到0.07以内，即使在试板背面不加垫板也基本无分层和劈裂的现象。

Description

一种复合材料单向带制孔的方法

技术领域

本发明属于航空复合材料加工领域，特别是涉及到一种复合材料单向带制孔的方法。 

背景技术

在飞机结构中，先进复合材料在现代飞机结构上的应用越来越广泛，这对树脂基碳纤维复合材料零部件的连接和装配质量亦提出了很高的要求。而航空航天飞行器60%-80%的破坏都发生在连接部位。传统使用普通麻花钻的高速钢或硬质合金刀具进行复合材料单向带钻孔，制孔方式至少需要四道工序完成，即钻孔-扩孔-粗铰孔-精铰孔，此种方法不仅生产效率低下，而且还存在诸多问题：如制孔质量不稳定，刀具寿命短，制孔会出现劈裂和缩孔。由此产生的报废率高达30%以上。 

发明内容

发明目的：提供一种复合材料单向带制孔的方法，该方法使用匕首钻，采用手工风钻对树脂基碳纤维单向带进行制孔，所制孔的孔径均匀、孔壁光滑，在刀具的入口处和出孔处无毛刺和劈裂的出现，使产品的报废率下降到5%以下。 

技术方案：一种复合材料单向带制孔的方法，包括以下步骤： 

步骤一、制作试片：使用碳纤维单向带，利用真空袋-热压罐法进行成型，然后切割成规则形状的试片，形状根据实际需求确定，可以为菱形或矩形或圆形；试片作为试板； 

步骤二、使用刀具，并使用万力夹对试板进行固定，在以下参数条件下对试片进行制孔：刀具上风钻的转速为3000-4500rpm/min，进给速度为45-225mm/min；制孔时使用吸尘器进行除尘。 

刀具选择整体式硬质合金钻头，钻头材料选用耐磨性和导热性较好的钨-钴类硬质合金，切割刃表面有金刚石涂层。 

刀具上的钻头的顶角为118°，锥度为8°。 

有益效果：本发明选择合适的刀具材料、刃型和相应的工艺参数对复合材料单向带制造的试板进行制孔，结果得到的孔径均匀、孔壁光滑，而且在刀具的入口处和出孔处无毛刺和劈裂，避免了其它工艺方法制孔过程中出现的分层和劈裂 现象，保证了产品制孔的质量。另外，经过大量的工艺试验，通过使用不同的刀具的材料，调节顶角、锥度和制孔工艺参数，使传统的制孔方式：钻初孔-扩孔-铰孔变成一次完成钻铰孔，减少了制孔的步骤，提高了生产效率；同时，制孔的精度可以达到0.07以内，即使在试板背面不加垫板也基本无分层和劈裂的现象。 

附图说明

图1复合材料单向带制孔刀具外形及结构示意图 

图2复合材料单向带制孔示意图 

其中，1—刀具，2—碳纤维单向带复合材料 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图2。 

一种复合材料单向带制孔的方法，包括以下步骤： 

步骤一、制作试片：使用碳纤维单向带，利用真空袋-热压罐法进行成型，然后切割成规则形状的试片，形状根据实际需求确定，可以为菱形或矩形或圆形；试片作为试板； 

步骤二、使用刀具，并使用万力夹对试板进行固定，在以下参数条件下对试片进行制孔：刀具上风钻的转速为3000-4500rpm/min，进给速度为45-225mm/min；制孔时使用吸尘器进行除尘。 

刀具选择整体式硬质合金钻头，钻头材料选用耐磨性和导热性较好的钨-钴类硬质合金，切割刃表面有金刚石涂层。 

刀具上的钻头的顶角为118°，锥度为8°。 

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案进一步地详述： 

实施例： 

参见附图1和图2所示，以某机型所用树脂基复合材料单向带制孔为例，其操作步骤如下： 

碳纤维单向带材料的准备，使用碳纤维单向带（T300）进行真空袋-热压罐法进行成型，铺层方式为(45/0/-45/90)3s和(45/0/-45/90)7s，固化参数为温度180℃，恒温60min，压力0.6Mpa。固化后的试板厚度分别为4.5mm和10.5mm，然后切割成300×300mm的试片。 

刀具材料的选择，在碳纤维单向带复合材料制孔中，采用整体式硬质合金钻 头较好，钻头材料一般选用耐磨性和导热性较好的钨-钴类硬质合金。因此该方法使用的刀具材料为硬质合金钢，切割刃表面有金刚石涂层。 

钻头的几何形状选择，由于钻头顶角越大容易造成孔边的劈裂，减小顶角可以增大切削刃的长度，改善散热条件，提高钻头的耐用度，因此该方法选用刀具顶角为118°，锥度为8°。 

制孔工艺参数的选择，由于转速越高，进给速度越小，其钻孔的轴向力越小，而碳纤维单向带由于各向异性，制孔时更容易导致纤维的劈裂，故本方法采用风钻的转速为3000-4500rpm/min，进给速度为45-225mm/min。 

孔径的确定，一般紧固件的直径为4.8mm和6.35mm，因此本发明采用这两种孔径进行试验。 

钻孔，使用万力夹对试板进行固定，开始钻孔，钻孔时使用工业吸尘器进行除尘。 

钻孔结束后使用内径千分尺测量孔径，观察刀具入孔和出孔处是否存在毛刺，分层和劈裂等缺陷的存在。 

本发明选择合适的刀具材料、刃型和相应的工艺参数对复合材料单向带制造的试板进行制孔，结果得到的孔径均匀、孔壁光滑，而且在刀具的入口处和出孔处无毛刺和劈裂，避免了其它工艺方法制孔过程中出现的分层和劈裂现象，保证了产品制孔的质量。另外，经过大量的工艺试验，通过使用不同的刀具的材料，调节顶角、锥度和制孔工艺参数，使传统的制孔方式：钻初孔-扩孔-铰孔变成一次完成钻铰孔，减少了制孔的步骤，提高了生产效率；同时，制孔的精度可以达到0.07以内，即使在试板背面不加垫板也基本无分层和劈裂的现象。 

Claims (3)

1.一种复合材料单向带制孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制作试片：使用碳纤维单向带使用真空袋-热压罐法进行成型，然后切割成规则形状的试片，形状根据实际需求确定，可以为菱形或矩形或圆形；试片作为试板；

步骤二、使用刀具，并使用万力夹对试板进行固定，在以下参数条件下对试片进行制孔：刀具上风钻的转速为3000-4500rpm/min，进给速度为45-225mm/min；制孔时使用吸尘器进行除尘。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料单向带制孔的方法，其特征在于，刀具选择整体式硬质合金钻头，钻头材料选用耐磨性和导热性较好的钨-钴类硬质合金，切割刃表面有金刚石涂层。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料单向带制孔的方法，其特征在于，刀具上的钻头的顶角为118°，锥度为8°。

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