[发明专利]一种树脂基纤维增强复合材料低温钻削加工装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于树脂基纤维增强复合材料加工技术领域，具体涉及一种树脂基纤维增强复合材料低温钻削加工装置与方法。

背景技术

随着树脂基纤维增强复合材料广泛应用，二次机械加工的需求越来越多，尤其是在复合材料与其他零部件装配连接时，不可避免的要进行大量的钻孔加工。在常温环境加工时，由于树脂基纤维增强复合材料呈各向异性，层间强度低，且硬度高、强度大、导热性差、树脂基体容易被切削液污染不能用切削液，为机械加工带来了极大困难，属于典型的难加工材料。大量实验表明用传统的机械加工工艺加工树脂基纤维增强复合材料时，极易产生分层、撕裂等缺陷，钻孔时尤为严重，甚至使零件报废，严重影响产品的成品率，造成复合材料制造成本较高。

低温加工技术是利用物质在低温(包括超低温)状态下的特殊性能来进行机械加工的一门切削加工工艺。其原理是利用液态氮、液态二氧化碳等低温流体，在切削区域形成低温或是超低温加工环境然后进行加工。低温加工能改善树脂基复合材料的切削性能，减少切削力，同时低温有利于散热，提高刀具使用寿命，达到改善表面加工质量的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种树脂基纤维增强复合材料低温钻削加工装置与方法，以得到最优表面质量的孔，和通过切削力的测量改善钻削工艺参数得到快速高效的加工工艺。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种树脂基纤维增强复合材料低温钻削加工装置，包括钻铣床，以及固定在钻铣床工作台上的密封箱和切削力测量装置，树脂基纤维增强复合材料层合板安装于切削力测量装置上，并位于密封箱内的密闭空间中；密封箱上连接有用于实现在－80℃～0℃的温度下对树脂基纤维增强复合材料层合板进行加工的低温降温装置以及温度控制装置；切削力测量装置上还连接有用于记录测量结果的计算机。

所述的低温降温装置包括液氮罐，液氮罐的出口连接有输气管道，输气管道的另一端固定在密封箱的顶部，并与密封箱内部的空腔相连通，输气管道上设置有用于控制气体流速的输气电动阀；密封箱的侧面下部还安装有排气管，排气管上安装有用于与输气电动阀配合控制密封箱内部空腔温度的排气电动阀。

所述的温度控制装置包括温度调节仪，以及设置于密封箱内的两个温度传感器，其中一个温度传感器紧固在树脂基纤维增强复合材料层合板上，另一个温度传感器通过安装于密封箱内的支架放置于密封箱内的空腔中；其中温度调节仪的控制信号输出端分别与排气电动阀和输气电动阀的控制信号输入端相连。

所述的切削力测量装置包括固定于钻铣床工作台上的测力仪，测力仪位于密封箱外；测力仪上设置有柱状的支撑体，支撑体的底部固定在开设于测力仪顶部的T型槽内；支撑体伸入密封槽内，测力仪的上方设置有套设于支撑体上的密封圈；密封箱内，在密封圈的上部形成密封的空腔；支撑体的顶部设置有用于安装树脂基纤维增强复合材料层合板的夹具；密封箱的顶部开设有能够使机床上的刀具伸入到密封箱内，并对树脂基纤维增强复合材料层合板进行加工的通孔，通孔上安装有盖板。

所述密封箱外部的顶面上安装有用于给机床上的刀具对刀的对刀块。

所述测力仪的信号输出端通过电缆线与放大器的输入端相连，放大器的输出端通过数据线将测量结果输出到计算机中。

所述的计算机上还连接有用于监控加工过程的摄像头，摄像头上集成有照明设备，摄像头安装于密封箱内部的顶端。

一种树脂基纤维增强复合材料低温钻削加工方法，包括以下步骤：

1)打开密封箱箱门，在夹具上固定好树脂基纤维增强复合材料层合板，把一根温度传感器紧固在树脂基纤维增强复合材料层合板上，另一根通过安装于密封箱腔体内的支架放置于密封箱内，关闭密封箱箱门；

2)打开排气电动阀，通过排气管对密封箱抽取真空，抽完真空后关闭排气电动阀；

3)打开输气电动阀往密封箱中输入氮气，当温度调节仪上的温度下降到－80℃～0℃时，关闭输气电动阀；

4)当温度稳定后打开测力仪、放大器、计算机以及摄像头，再标定测力仪；

5)启动钻铣床，通过对刀块对刀具进行对刀，直接穿透盖板进行加工；

6)通过计算机上安装的数据采集系统记录切削力历程；

7)加工完成后，关闭钻铣床，打开排气电动阀排气，打开密封箱的箱门，取出加工完的树脂基纤维增强复合材料层合板。

所述的步骤5)中，盖板采用密封材料制作的能够随时更换的盖板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：