CN111975858A - 一种cfrp钻孔工艺 - Google Patents

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王许
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Abstract

本发明属于CFRP加工技术领域，具体而言，涉及一种CFRP钻孔工艺，步骤如下：A、将待钻孔CFRP工件放置到钻孔装置的夹具中，确定钻孔位置；B、设置钻孔装置上的刀具进给速度和主轴转速；C、通过第一换能器和第二换能器分别使刀具和夹具产生震动；D、启动钻孔装置开始对CFRP工件进行钻削，利用测力仪测量CFRP工件在钻削过程中所受的轴向力，待钻孔完成后，测量CFRP工件上的钻孔内壁粗糙度，用显微镜观察钻孔内壁加工质量和钻孔出口加工质量；E、记录步骤D中的测量数据和观察结果。本发明提供的CFRP钻孔工艺通过对现有钻孔装置的改进，使得夹具产生振动，降低了CFRP工件的钻削力，延缓了刀具磨损，改善了钻孔内壁的撕裂状态，提高了钻孔出口质量。

Description

一种CFRP钻孔工艺
技术领域
本发明属于CFRP加工技术领域，具体而言，涉及一种CFRP钻孔工艺。
背景技术
碳纤维增强复合材料(CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer)具有轻质高强的特点，被广泛运用于如桥梁加固和维修等工程中。CFRP还被广泛应用在军事，航空，体育用品，赛车等领域，F1赛车的很多部件都用CFRP制成。
但是，由于CFRP具有强度高、硬度高和耐磨的性质，使得其加工困难。特别是对CFRP的开孔。CFRP的基体材料易与刀具表层起化学反应，导致刀具表层强度降低，更严重的是，由于普通刀具强度不够，用普通刀具所开的孔，孔壁上常露出碳纤维的端部，使得孔壁有撕裂发生，且在孔壁出口处容易产生毛刺，无法满足工艺要求。
发明内容
为解决现有技术存在的CFRP工件孔壁产生撕裂及孔壁出口处容易产生毛刺的缺陷，本发明提供了一种CFRP钻孔工艺。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种CFRP钻孔工艺，利用钻孔装置对CFRP工件进行钻孔加工，CFRP钻孔工艺步骤如下：
A、将待钻孔CFRP工件放置到钻孔装置的夹具中，移动钻孔装置上的夹具和滑块，确定钻孔位置；
B、设置钻孔装置上的刀具进给速度和主轴转速；
C、通过第一换能器和第二换能器分别使刀具和夹具产生震动；
D、启动钻孔装置开始对CFRP工件进行钻削，利用测力仪测量CFRP工件在钻削过程中所受的轴向力，待钻孔完成后，测量CFRP工件上的钻孔内壁粗糙度，用显微镜观察钻孔内壁加工质量和钻孔出口加工质量，最后取下钻孔完成后的CFRP工件，关停钻孔装置；
E、记录上述步骤D中的测量数据和观察结果，形成第一组实验数据；
F、再取一待钻孔CFRP工件，重复步骤A、B、D，并记录步骤D中的测量数据和观察结果，形成第二组实验数据；
G、对比第一组实验数据和第二组实验数据，分析CFRP工件在震动环境下和非震动环境下钻孔工艺差异。
在本发明提供的较佳实施例中，上述步骤A中的钻孔装置为数控雕铣机床。
在本发明提供的较佳实施例中，钻孔装置包括一爪形夹具，夹具安装在第二变幅杆自由端。
在本发明提供的较佳实施例中，上述步骤B中刀具的进给速度和主轴转速分别为100mm/min和15000r/min。
在本发明提供的较佳实施例中，步骤B中的刀具为钎焊金钢石套料钻。
有益效果：本发明提供的CFRP钻孔工艺步骤简单，通过对现有钻孔装置的改进，使得夹具也可产生振动，待钻孔CFRP工件在夹具振动和刀具振动的同时作用下，大大降低了CFRP工件的钻削力，延缓了刀具磨损，改善了钻孔内壁的撕裂状态，提高了钻孔出口质量，使得钻孔出口平滑不再产生毛刺，同时还降低了钻孔内壁粗糙度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1本发明提供的CFRP钻孔装置结构图。
图中所示：1-钻孔装置；2-底座；3-刀具；4-卡座；5-第一变幅杆；6-法兰；7-第一换能器；8-主轴；9-套筒；10-导轨板；11-导轨；12-固定板；13-夹块；14-滑块；15-第二换能器；16-第二变幅杆；17-夹具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
本实施例提供了一种CFRP钻孔工艺，利用钻孔装置1对CFRP工件进行钻孔加工，CFRP钻孔工艺具体步骤如下：
A、将待钻孔CFRP工件放置到钻孔装置1的夹具17中，移动钻孔装置1上的夹具17和滑块14，以确定合适的钻孔位置；
B、设置钻孔装置1上的刀具3进给速度和主轴8转速；
C、通过第一换能器7和第二换能器15分别使刀具3和夹具17产生低频震动；
D、启动钻孔装置1开始对CFRP工件进行钻削，利用测力仪测量CFRP工件在钻削过程中所受的轴向力，待钻孔完成后，测量CFRP工件上的钻孔内壁粗糙度，用显微镜观察钻孔内壁加工质量和钻孔出口加工质量，最后取下钻孔完成后的CFRP工件，关停钻孔装置1；
E、记录上述步骤D中的测量数据和观察结果，形成第一组实验数据；
F、再取一待钻孔CFRP工件，重复步骤A、B、D，并记录步骤D中的测量数据和观察结果，形成第二组实验数据；
G、对比第一组实验数据和第二组实验数据，如表1所示，分析CFRP工件在震动环境下和非震动环境下钻孔工艺差异。
表1第一、二组实验数据对比表
工艺环境 轴向力N 粗糙度um 钻孔内壁质量 钻孔出口质量
震动环境 24.3 1.03 无撕裂 无明显缺陷
非震动环境 58.6 1.2 有撕裂 有毛刺等
由表1可知：利用本发明提供的CFRP钻孔工艺在轴向受力、钻孔内壁粗糙度、钻孔内壁加工质量及钻孔出口质量方面均优于传统的非震动环境。
具体的，本实施例中的测力仪为Kistler 9272测力仪，粗糙度测量工具为TR200手持式粗糙度仪，显微镜为VK-X100扫描显微镜。本实施例步骤A和步骤F中的CFRP工件材质相同，且尺寸均为200mm*130mm*3.6mm的CFRP板材。且该CFRP板材中碳钎维体积分数为60％，碳钎维牌号为T300，环氧树脂基体是中温树脂体系3234。
在本实施例中，上述步骤A中的钻孔装置1为数控雕铣机床。具体的，本实施例中使用的为数控雕铣机HG410。
具体的，如图1所示，上述钻孔装置1包括活动部、固定部和底座2，其中活动部包括刀具3、卡座4、第一变幅杆5、法兰6、第一换能器7、主轴8和套筒9，其中套筒9内设有配合使用的主轴8和第一换能器7，法兰6和套筒9螺纹连接，通过法兰6使得第一变幅杆5和第一换能器7配合使用，第一变幅杆5自由端上设有卡座4，卡座4上安装有刀具3。固定部包括导轨板10和安装在导轨板10上的导轨11。活动部和固定部通过固定板12相连，固定板12一侧通过夹块13和导轨11相连，固定板12相对的另一侧和套筒9相连，使得套筒9可沿导轨11上下滑动，实现刀具3的进给。而底座2上设有滑块14，滑块14上安装有第二换能器15和第二变幅杆16。
在本实施例中，钻孔装置1包括一爪形夹具17，夹具17安装在第二变幅杆16自由端。
在本实施例中，上述步骤B中刀具3的进给速度和主轴8转速分别为100mm/min和15000r/min。
在本实施例中，步骤B中的刀具3为钎焊金钢石套料钻。
本实施例提供的CFRP钻孔工艺的有益效果为：本发明提供的CFRP钻孔工艺步骤简单，通过对现有钻孔装置的改进，使得夹具也可产生振动，待钻孔CFRP工件在夹具振动和刀具振动的同时作用下，大大降低了CFRP工件的钻削力，延缓了刀具磨损，改善了钻孔内壁的撕裂状态，提高了钻孔出口质量，使得钻孔出口平滑不再产生毛刺，同时还降低了钻孔内壁粗糙度。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种CFRP钻孔工艺，利用钻孔装置对CFRP工件进行钻孔加工，其特征在于，所述CFRP钻孔工艺步骤如下：
A、将待钻孔CFRP工件放置到所述钻孔装置的夹具中，移动所述钻孔装置上的夹具和滑块，确定钻孔位置；
B、设置所述钻孔装置上的刀具进给速度和主轴转速；
C、通过第一换能器和第二换能器分别使刀具和夹具产生震动；
D、启动钻孔装置开始对CFRP工件进行钻削，利用测力仪测量CFRP工件在钻削过程中所受的轴向力，待钻孔完成后，测量CFRP工件上的钻孔内壁粗糙度，并利用显微镜观察钻孔内壁加工质量和钻孔出口加工质量，最后取下钻孔完成后的CFRP工件，关停所述钻孔装置；
E、记录上述步骤D中的测量数据和观察结果，形成第一组实验数据；
F、再取一待钻孔CFRP工件，重复步骤A、B、D，并记录步骤D中的测量数据和观察结果，形成第二组实验数据；
G、对比第一组实验数据和第二组实验数据，分析CFRP工件在震动环境下和非震动环境下钻孔工艺差异。
2.根据权利要求1所述的CFRP钻孔工艺，其特征在于，上述步骤A中的钻孔装置为数控雕铣机床。
3.根据权利要求2所述的CFRP钻孔工艺，其特征在于，所述钻孔装置包括一爪形夹具，夹具安装在第二变幅杆自由端。
4.根据权利要求1所述的CFRP钻孔工艺，其特征在于，上述步骤B中刀具的进给速度和主轴转速分别为100mm/min和15000r/min。
5.根据权利要求1所述的CFRP钻孔工艺，其特征在于，步骤B中的所述刀具为钎焊金钢石套料钻。
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