[发明专利]纤维增强复合材料加工随动逆向冷却及除尘系统

说明书

本发明纤维增强复合材料加工随动逆向冷却及除尘系统属于切削加工技术领域，涉及一种实现纤维增强复合材料加工过程随动除尘和逆向冷却的系统。该系统由孔径调节机构，负压罩，伸缩杆机构，主轴固定支架，冷却气供给机构，粉尘处理机构六部分组成。冷却气供给机构由喷射嘴，喷雾加压器，油雾混合装置，储藏罐构成。粉尘处理机构由负压吸尘器，过滤模块，废液及切屑收集装置构成，并依次连接起来。该系统的冷却气供给机构能够提供雾化冷却气，并喷射在加工区域，粉尘处理机构能够有效吸走加工切屑，实现除尘、冷却才能实现绿色、高质加工纤维复合材料。液化冷却气及回收系统结构紧凑，集成多种功能，很有实用价值。

技术领域

本发明属于切削加工技术领域，涉及一种实现纤维增强复合材料加工过程随动除尘和逆向冷却的系统。

背景技术

纤维增强复合材料因其质轻高强、耐高温、抗疲劳等诸多优良特性现被广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车制造和工业机器人上，例如在空客A350WXB，宝马7系轿车，先进近海战舰都大量采用纤维增强复合材料制造各类构件，以减轻整体质量，提高经济性。纤维增强复合材料是由性能差异极大的纤维增强相和树脂基体组成的各向异性材料，在制造复材构件对其进行加工过程中会产生极细的纤维粉末，对人体危害大，易造成尘肺等病症，需要在加工时及时进行除尘。此外，纤维增强复合材料主要是由纤维增强相以及树脂基体相构成的混合形态，宏观上呈现明显的各向异性和层叠特征，其层间结合强度远低于其他方向，当切削温度高于材料树脂基体的玻璃化温度时，纤维复合材料的力学性能急剧衰变，在较小的轴向力作用下即可产生明显的分层、撕裂等加工损伤，因此需要在加工过程中添加一系列冷却装置来避免切削区温度接近树脂基体的玻璃化温度。此外由于水冷方式会导致树脂基体吸水，玻璃化温度下降，严重影响材料在湿热条件下的压缩强度，现在工业上常采用风冷、喷雾冷却等冷却方式。同时，为保证冷却效果的有效性和加工的连续性，需采用随动装置跟进加工。可见，在纤维增强复合材料的切削加工过程中，同时实现除尘、冷却和随动进给是实现绿色、高质、快速加工纤维复合材料的技术瓶颈之一。

国内外研究发现，在加工纤维复合材料时，不同的吸气方向将对制孔质量产生不同的影响，采用合理的结构可以有效减小制孔时的分层、毛刺等损伤，同时，采用低温冷却加工也能够在一定程度上减小刀具磨损，提高加工质量，大连理工大学王福吉等人提出了一种“负压逆向冷却的碳纤维增强复合材料高质量加工方法”，专利号CN201610392258，该方法通过气泵使负压罩内产生负压，通过刀具气泵在钻头内冷孔产生正压，实现逆向冷却功能，能够有效降低毛刺和分层缺陷，然而该发明中负压罩固定在纤维复合材料表面，不能随刀具运动，无法实现连续切削，且负压罩上端不能完全包络刀具夹头，在轴向进给较大时会发生干涉，使刀具夹头撞上负压罩，这从一定程度上限制了制孔刀具的进给量，无法实现大厚度材料加工；Tian Xia在Universit of Kentucky UKnowledge上发表的《INVESTIGATION OF DRILLING PERFORMANCE IN CRYOGENIC DRILLING ON CFRPCOMPOSITE LAMINATES》上指出，在冷却条件下加工纤维复合材料时，对比钻削推力，扭矩，刀具磨损量和加工孔质量，发现在大多数情况下，低温钻削能够获得更好的加工孔质量和较低的表面粗糙度，孔直径更加准确，且产生的毛刺较少，刀具的磨损率相较于干切削也更小，然而，上述专利和方法都无法实现吸尘、冷却和随动一体化，无法满足高效、高质量、低粉尘加工的要求。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是在纤维增强树脂基复合材料进行切削加工的过程中，产生大量有害粉尘，切削区温度高影响制孔质量，产生大量毛刺和分层缺陷的问题，发明一种纤维复合材料加工的随动逆向冷却及除尘系统，该系统能够同时实现除尘、逆向冷却和刀具随动的要求，并能够适用于多类制孔刀具，减少粉尘污染，提高加工质量。

本发明采用的技术方案是一种纤维复合材料加工的随动逆向冷却及除尘系统，其特征是，该系统由孔径调节机构A，负压罩B，伸缩杆机构C，主轴固定支架D，冷却气供给机构E，粉尘处理机构F六部分组成；