DE3113062A1

DE3113062A1 - "verfahren zum anbringen von bohrungen mit einem vorbestimmten durchmesser in einer anordnung von uebereinander angeordneten platten, umfassend wenigstens eine platte aus glas- oder kohlenstoffasernverstaerktem material und eine alumiumplatte"

Info

Publication number: DE3113062A1
Application number: DE19813113062
Authority: DE
Inventors: Aldo 10051 Torino Falchero; Agostino 13043 Cigliano Pino
Original assignee: Aeritalia Societa Aerospaziale Italiana pA; Aeritalia SpA
Current assignee: Leonardo SpA
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB2074060B; GB2074060A; NL8101862A; FR2480643A1; IT8067591A0; FR2480643B3; IT1129071B

Description

AERITALIA Societä Aerospaziale

Italiana p.A.,

Piazzale V. Tecchio 51/A

Turin/Italien

"Verfahren zum Anbringen von Bohrungen mit einem vorbestimmten Durchmesser in einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten, umfassend wenigstens eine Platte aus glas- oder kohlenstoffaserverstärktem Material und eine Aluminiumplatte "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen von Bohrunge,. von einem vorbestiimtten Durchmesser in einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten, umfassend wenigstens eine Platte aus glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärktem Material und eine Aluminiumplatto.

Zusammengesetzte Platten dieses Typs werden in der Luftfahrttechnik verwendet, um Konstruktionen mit sehr hoher mechanischer Festigkeit und extrem niedrigem Gewicht herzustellen. Um die beiden Platten der Anordnung fest miteinander und/oder mit anderen Teilen einer Konstruktion zu verbinden, werden die Platten durch Verbindungselemente miteinander verbunden, die in entsprechende darin angebrachte Bohrungen eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger Bohrungen in zusammengesetzten Platten des angegebenen Typs.

Solche Bohrungen werden gewöhnlich mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers oder mittels einer geeigneten Bohrmaschine hergestellt, die mit einem Werkzeugträgerkopf versehen ist, der mit einer vorbestiimtten Vorschubgeschwindigkeit auf geeigneten Führungen beweglich ist. In

■an » <· :

beiden Bällen wird als Werkzeug ein Spiralbohrer aus Wolfrankarbid verwendet.

Bohrungen, die auf diese bekannte Weise hergestellt werden, besitzen verschiedene Nachteile, die sie nur wenig für luftfahrttechnische Konstruktionen geeignet machen, für die Konstruktionselemente gänzlich frei von Eehlem erforderlich sind.

Bohrungen, die in der angegebenen Weise hergestellt werden, weisen gewöhnlich zahlreiche Fehler auf, und zwar nicht nur, weil sie nicht bezüglich Form und Abmessungen entsprechend den gewünschten ausgebildet sind, sondern weil insbesondere die Oberflächen der Bohrungen und die Bereiche in unmittelbarer Nähe hiervon beschädigt sind, wodurch die mechanische Festigkeit von Verbindungen, die hiermit hergestellt werden, beeinträchtigt wird, während jedoch die Verbindungen in bekannter Weise sehr hohen Arbeitsbelastungen widerstehen müssen.

Manchmal werden kleine Brüche und abgebrochene Teile von Fasern im Randbereich der Bohrungen in der Platte aus glasfaser- oder kohlestofffaserverstärktem Material oder Beschädigungen der Cberflachen derBohrungen gefunden, die durch Bohrspäne des Aluminiums erzeugt wurden. Ferner sind die Cberflachen der auf diese Weise hergestellten Bohrungen sehr rauh. Außerdem ist es nur möglich, sehr weite Toleranzen bezüglich des Durchmessers der Bohrungen zu erhalten und häufig besitzen diese eine unerwünschte ovale oder konische Form.

Schließlich ergibt sich eine beträchtliche Abnutzung der Werkzeuge, die vor allem durch die Einwirkung der Kohlenstoffasern auf die Schneidkanten des Werkzeugs hervorgerufen wird. Die Werkzeuge müssen daher häufig ersetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile ausgeschaltet sind, so daß Bohrungen ohne Fehler in ökonomischer Weise hergestellt werden können, bei denen Form und Abmessungen den gewünschten entsprechend, wobei sehr enge Toleranzen und eine hohe Oberflächengüte erhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Bohrungen eines vorbestimmten Durchmessers in einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten, umfassend wenigstens eine Platte aus

glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärktem Material und einer Aluminiumplatte, wobei die Dicke dieser Platten zwischen 2 und 1o im bzw. 2 und 8 im liegt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß für jede Bohrung ein erster Bohrvorgang mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers vorgenommen wird, der mit einem Spiralbohrerkopf mit einem ersten Durchmesser kleiner als derjenige des vorbestimmten Enddurchmessers versehen ist, um am Ende des ersten Bohrvorgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser zu erhalten, wonach ein zweiter Arbeitsgang zum Vergrößern der am Ende des ersten Arbeitsgangs erhaltenen Bohrung mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers vorgenommen wird, der einen Spiralbohrerkopf mit zwei Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen ersten Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem vorbestimmten Enddurchmesser, verringert um 1/32" (o,o78 cm) und einen unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich demjenigen des oberen Abschnittes, verringert um 1/32" (o,o78 ση) ,um am Ende des zweiten Arbeitsgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser gleich dem Enddurchmesser verringert um 1/32" (o,o78 an) zu erhalten, wonach ein dritter Arbeitsgang zum Räumen der am Ende des zweiten Arbeitsgangs erhaltenen Bohrung mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers versehen mit einem Räumwerkzeug vorgenoimen wird, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen oberen Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem endgültigen Durchmesser und einem unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser, der am Ende des zweiten Arbeitsgangs erhalten wurde, so daß das Räumwerkzeug mit Hilfe des unteren Abschnitts des Werkzeugs selbst während des Räumvorgangs geführt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die Anordnung von zwei Platten zu Beginn und am Ende des ersten Arbeitsvorgangs,

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Anordnung der beiden Platten zu Beginn und am Ende des zweiten Arbeitsvorgangs,

Fig. 5 und 6 zeigen schematisch die Anordnung der beiden Platten zu Beginn und am Ende des dritten Arbeitsvorgangs,

Fig. 6 und 7 zeigen die Plattenanordnung zu Beginn und am Ende eines alternativen Arbeitsvorgangs zu Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird verwendet, um Bohrungen in einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und aus wenigstens einer ersten Platte aus glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärktem Material und einer zweiten Aluminiumplatte 2 gebildet wird, verwendet. Plattenanordnungen dieses Typs werden in großem Qnfang bei luftfahrttechnischen Konstruktionen verwendet, um Konstruktionseierrente mit sehr hoher mechanischer Festigkeit und extrem niedrigem Gewicht zu erhalten. Die verbindung zwischen den Platten der Anordnung oder zwischen verschiedenen Konstruktionselementen wird mit Hilfe von Verbindungselementen erreicht, die in Bohrungen eingesetzt werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.

Die besten Ergebnisse werden bei dem Verfahren erhalten, wenn die Dicke der beiden Platten 1 und 2 zwischen 2 und 1o um bzw. 2 und 8 mm liegt. Dar Durchmesser der Bohrungen liegt üblicherweise zwischen 4 und 6,5 ran.

Un jede dieser Bohrungen herzustellen, wird ein erster Bohrvorgang mit Hilfe eines manuell kontrollie-^+en Bohrers (nicht dargestellt) vorgenomren, der mit einem Spiralbohrerwerkzeug 4 aus Wolfrarrikarbid ausgerüstet ist. Die relative Position des Bohrwerkzeugs 4 in bezug auf die Plattenanordnung zu Beginn des ersten Arbeitsvorgangs ist in Fig. 1 dargestellt.

Das Spiralbohrwerkzeug ist ein normales rechtsschneides Spiralbohrwerkzeug eines Typs, der bei gewöhnlichen Bohrvorgängen verwendet wird, beispielsweise mit spiralförmigen Spannuten, die einen Winkel von 3o mit der

Achse des Bohrers bilden. Der Winkel der Bohrerspitze ⁰^-in Fig. 1 muß 135° betragen.

Der Durchmesser d des Bohrwerkzeuts liegt 1/2 und 2/3 des vorbestimma

ten Enddurchmessers der Bohrung, die man herzustellen wünscht, während die Drehgeschwindigkeit des Bohrers selbst, die während des gesamten ersten Arbeitsvorgangs konstant ist, zwischen 28oo und 9ooo U/min liegen muß.

Der ersten Arbeitsvorgang wild durchgeführt, indem der Spiralbohrer 4 in eine Führungsbuchse 5 eingeführt wird, die in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Platte 6, abgestützt wird, und deren Achse mit derjenigen der herzustellenden Bohrung zusammenfällt, so daß der Bohrer, während er durch die Anordnung der Platten 1 und 2 dringt, fest geführt wird. Zu diesem Zweck wird ein Durchmesserspiel zwischen dem Bohrwerkzeug und der Innenfläche der Buchse 5 gelassen, das in der Größenordnung von o,o1 mn sein muß. Die Höhe h der Buchse 5 liegt üblicherweise zwischen 25 und 3o mm.

Un diesen Arbeitsgang durchzuführen, wird, nachdem die Buchse 5 derart angeordnet worden ist, daß ihre Achse mit der Achse der herzustellenden Bohrung zusammenfällt, der Spiralbohrer 4 in die Buchse 5 eingeführt, wobei manuell auf den Bohrer eine genügende Kraft ausgeübt wird, um den Bohrervorschub zu bestinmen. Im Verlauf dieses Arbeitsvorgangs wird der zentrale Kern der Bohrung im wesentlichen entfernt, womit mit genügender Geschwindigkeit, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist ,eine Bohrung mit im wesentlichen einem Durchmesser d, hergestellt wird, die sowohl in bezug auf

Abmessungen als auch vom Standpunkt der Cfoerflächenbeschaffenheit nicht sehr regelmäßig zu sein braucht. Wem der Durchmesser der endgültigen Bohrung sehr gering sein sollte, kann der beschriebene erste Arbeitsvorgang entfallen.

Der zweite Arbeitsvorgang besteht im Vergrößern der so hergestellten Bohrung. In Fig. 3 ist schematisch das hierbei verwendete Werkzeug dargestellt, das wieder aus einem Spiralbohrer 7 gebildet wird, der in bezug auf die Anordnung der Platten 1 und 2 zu Beginn dieses Arbeitsvorgangs in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Spiralbohrer 7 umfaßt zwei Abschnitte, einen unteren Abschnitt 9 und einem oberen Abschnitt 8 mit unterschiedlichen Durchmessern, der Durchmesser des oberen Abschnitts d ist mit dem vorbestimmten endgültigen Durchmesser d^ der Bohrung durch folgende Relation verknüpft:

d_c = d_f - 1/32" (1)

während der Durchmesser d, des unteren Abschnittes 9 mit dem Durchmesser d (und daher nach (1) mit dem Durchmesser d_f) durch folgende Relation verknüpft ist:

d_d = d_c - 1/32" = d_f - 2/32" (2)

Abgesehen von dem Vorhandensein vcn zwei Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers ist der Spiralbohrer 7 ein normaler rechtsschneidender Wblrairkarbid-Spiralbohrers, beispielsweise mit spiralförmigen Spannuten, die 3o° in bezug zur Achse des Bohrers geneigt verlaufen. Die Winkel (2> (Fig. 3) an der Spitze und im Verbindungsbereich zu dem unteren Abschnitt 9 und dem unteffin Abschnitt 8 des Bohrers 7 sind gleich 135°.

Bei diesem Arbeitsvorgang wird derSpiralbohrer 7 ebenfalls an einem manuell kontrollierten Bohrer (nicht dargestellt) befestigt.

Die Drehzahl des Bohrers 7 muß im Bereich von 28oo bis 9oco U/min gewählt werden.

Während dieses Arbeitsvorgangs wird der Spiralbohrer 7 durch eine Buchse 1o geführt, die in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Platte 11, abgestützt wird. Das verbleibende Durchirtesserspiel zwischen dem Bohrer und der Innenfläche der Buchse 1o beträgt ebenfalls o,o1 um, während die-'Höhe h der Buchse 1o zwischen 25 und 3o mm liegt.

Während dieses Arbeitsvorgangs wird die am Ende des ersten Arbeitsvorgangs erhaltene Bohrung mit dem Durchmesser d zunächst durch den

unteren Abschnitt 9 und dann durch den oberen Abschnitt 8 des Bohrers 7 vergrößert, so daß, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, am Ende dieses Arbeitsvorgangs eine Bohrung mit einem Durchmesser d erhalten wird, der gemäß Gleichung (1) geringfügig kleiner als der endgültige Durchmesser d_f ist, der erhalten werden soll.

Im dritten Arbeitsvorgang wird die so erhaltene Bohrung geräumt, um sie auf den endgültig gewünschten Durchmesser zu bringen und ihrer Oberflache eine sehr hohe Oberflächengüte zu verleihen.

Das während dieses Vorgangs verwendete Räumwerkzeug ist in Fig. in der relativen Position dargestellt, die es bezüglich der Anordnung der Platten 1 und 2 zu Beginn dieses Arbeitsvorgangs einniimtt.

Das Räumwerkzeug ist ein normales Wolframkarbid-Bohrungsräunwerkzeug, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers umfaßt, einen unteren Abschnitt 16 und einen oberen Abschnitt 17 mit entsprechenden Durchmessern d bzw. d_f. Der Verbindungswinkel q zwischen den Ab-

schnitten 16 und 17 und der Spitzenwinkel ^ (Fig. 5) betragen 135 bzw. 9o°. Das Räumwerkzeug 15 wird wie die Werkzeuge bei den vorhergehenden Arbeitsgängen an einem manuell gesteuerten Bohrer befestigt und hier durch eine Buchse 18 geführt. Zwisahen dem Räumwerkzeug 15 und der Innenfläche der Buchse 18 ist ein Durchmesserspiel von o,o1 mm. Die Drehzahl des Räumwerkzeugs muß zwischen 23oo und28oo U/min liegen.

Während des dritten Arbeitsvorgangs wird der untere Abschnitt 16 des Räumwerkzeugs 15 in die Bohrung eingesetzt, deren Durchmesser gleich derjenigen dieses Abschnittes selbst ist, so daß der obere Abschnitt 18 durch diese Kopplung fest geführt wird. Während des \forschubs des Räumwerkzeugs 15 nimmt dieses eine voHkcrrmene Räumung der Bohrung des Durchmessers d vor, um einen Enddurchmesser d^ zu liefern (Fig. 6).

Bohrungen, die auf diese Weise hergestellt werden, sind vollkommen zylindrisch, und die Durchmessertoleranz in bezug auf den Nominaldurchmesser liegt in der Größenordnung von o,oo2" (o,o5 ntn). Auch die Cberflachengüte ist ausgezeichnet hoch und fast spiegelnd. Die mittlere Rauheit, die auf diese Weise erhalten wird, ist gleich oder geringer als 8o RHR. Keine Beschädigung der Kanten der Bohrungen in den Platten 1 und 2 tritt auf; diese Kanten sind frei von Dalaminierungen oder anderen Fehlern.

Falls es ^wünscht ist, Bohrungen mit den gerade beschriebenen Eigenschaften, jedoch mit größeren Toleranzen bezüglich des Durchmessers herzustellen, die zwischen o,oo2" (o,o5 mm) und o,oo3" (o,o76 mm) liegen, kann die Führung des Werkzeugs (Spiralbohrer und Räumwerkzeug) in den drei Arbeitsvorgängen vereinfacht werden. Diese können anstelle der Führung durch die Buchsen 5, 1o und 18 einfach und weniger genau mit Hilfe vcti normalen Ausspannvorrichtungen, wie sie in Fig. 7 beispielhaft dargestellt sind, geführt werden. Diese umfassen üblicherweise eine Platte 2o, die mit Löchern 21 versehen ist, deren Achsen mit denjenigen der herzustellenden Bohrungen zusammenfallen, sowie eine Buchse 22, die in eine der Löcher 21 einsetzbar ist und an der eine Abdedcscheibe 23 starr befestigt ist, in deren öffnung der Spiralbchrer oder das Räumwerkzeug eingeführt wird.

Claims

AERITALIA Societä Aerospatiale Italiana ρ¹ .Α. Turin

A η s ρ r ü c h e

Verfahren zur Herstellung von Bohrungen mit einem vorbestimmten rchmesser in einer Anordnung von übereinander angeordneten Platten, umfassend wenigstens eine Platte aus glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärktem Iteterial und eine Aluminiumblatte, wobei die Dicke der Platten zwischen 2 und loran bzw. 2 und 8 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung jeder Bohrung ein erster Arbeitsgang mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers vorgenommen wird, der mit einem Spiralbohrwerkzeug mit einem ersten Durchmesser kleiner als der vorbestimmte Enddurchmssser zum Erhalten am Ende des ersten Arbeitsgangs einer .b!irung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich diesem ersten Durchmesser versehen ist, wonach ein zweiter Arbeitsgang zum Vergrößern der beim ersten Arbeitsgang erhaltenen Bohrung mit Hilfe eines mamjell gosteuerten Bohrers vorgenommen wird, der mit einem Spiraltohrwerkzeuq versehen ist, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen oberen Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem vorbestimmten Enddurchinesser reduziert um 1/32" (o,o78 cm) und einen unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich demjenigen des oberen Abschnitts reduziert um 1/32" (o,o78 cm), um am Ende des zweiten Arbeitsgang eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich demjenigen des Enddurclimessers reduziert um 1/32" (o,o78 an) zu erhalten, wonach ein dritter Arbeitsgang zum Räumen der beim zweiten Arbeitsgang erhaltenen Bohrung mit Hilfe eines manuell gesteuerten Bohrers durchgeführt wird, der mit einem Rüuntwerkzeug ausgerüstet ist, das zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, einen oberen Abschnitt mit einem Durchiresser gleich demjenigen des Enddurchmessers und einem unteren Abschnitt mit einem Durchmesser gleich dem am Ende des zweiten Arbeitsgangs erhaltenen Durchmesser, so daß das Räumwerkzeug durch seinen unteren Abschnitt während des Räumvorgangs geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten und zweiten Arbeitsgang die Drehzahl des Spiralbohrers im Bereich

zwischen 2800 und 9ooo U/min gewählt wird, während beim dritten Arbeitsgang die Drehzahl des Räuiiwerkzeugs im Bereich von 23oo ~28oo U/min gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer Toleranz kleiner oder gleich o,co2" bezüglich des vorbestiirmten Enddurchmessers der Bohrungen die Spiralbohrer oder das Räumwerkzeug während jedes der drei Arbeitsgänge mit Hilfe einer Führungsbuchse geführt werden, deren länge zwischen 25 und 3o itm liegt, wobei das jeweilige Vferkzeug in die Führungsbuchse mit einem Durchiresserspiel in der Größenordnung von o,o1 mn eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer Toleranz bezüglich des vorbestimmten Enddurchnessers der Bohrung gleich oder größer als o,oo2" die Spiralbohrer oder das Räumwerkzeug während der drei Arbeitsgänge mit Hilfe einer Einrichtung geführt werden, die eine Platte umfaßt, die über der mit Bohrungen zu versehenden Plattenanordnung angeordnet werden kann und eine Vielzahl von Löchern aufweist, wobei wenigstens eine Buchse in jedes dieser Löcher der Platte einsetzbar und mit einer Führungsöffnung versehen ist, mittels der der Spiralbohrer oder das Räumwerkzeug geführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel an der Spitze des Bohrwerkzeugs des ersten Arbeitsgangs 135° beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Spitze des Räumwerkzeugs 9o° undder Winkel der Verbindung zwischen dem unteren und dem oberen Abschnitt des Räumwerkzeugs 135° beträgt.